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电控式配水系统执行机构的研究与实现 答辩学生：郭书君 专 业：机械制造及其自动化 指导老师：樊军副教授 课题研究的背景与意义 课题来源 课题研究背景 （1）不能实现定量、精细注水。测调效率低，测试精度低。井下工况的波动变化无法得到有效的监控和调整。 （2）不能适应井下的高压差、高温度、恶劣腐蚀的环境，使用年限短，经常发生故障。 课题研究意义 （1）解决油田开发过程中出现的异常高压差注水井分层注水问题，提高测试效率和测试精度。 （2）将机电一体化技术与传感器技术应用到油田配水工艺中，通过地面自动控制系统，控制井下执行机构工作，实现分层注水自动控制的功能。 国内外研究现状分析 主要研究内容 （1）对电控式配水系统关键机构进行研究，确定其结构类型，对井下执行机构的功能结构进行设计。 （2）采用虚拟样机技术，对电控式配水系统的功能零部件进行设计，并对其进行虚拟装配设计，并对其进行动态特性分析。 （3）通过室内实验，对电控式配水系统的工作性能进行测试。 执行机构的功能要求及功能结构组成 分层注水功能 反洗功能 注水通道转换功能 实时检测单层动态参数 注水通道结构设计 传动结构设计 电动机的密封结构设计 电缆固定与密封结构设计 执行机构虚拟样机 样机存在的问题 通过高压泵进行高压注水，当注水压力达到15MPa时水流从可洗井封隔器的橡胶圈中流出，说明电控式配水系统执行机构的密封性能不良，出现了液体泄漏情况。 改进后的虚拟样机 执行机构工作原理 第二代虚拟样机 第二代样机的室内试验 本次试验的试验目的如下： 1）对电控式配水系统执行机构的注水通道注水流畅性，通道之间转换可靠性、准确性、灵活性进行验证。 2）对电控式配水系统执行机构的密封性能进行验证。 总 结 （1）解决了使用单一油管完成异常高压差多层分注工艺，经过科技项目查新尚无此类技术。 （2）解决了常规配水器水嘴在现场使用过程中存在的堵塞或磨损问题。 （3）提出了一种全新的解决异常高压多层分注工艺。 展 望 （1）优化后的样机也只是在实验室进行试验，所以要更好地验证样机的可靠性，必须进行现场试验。 （2）对电控式配水器执行机构的结构设计还有待于改进，特别是将压力传感器和温度传感器集成设计在执行机构的方法。 非常感谢各位专家、教授 精心的点评！ 总结与展望 新疆大学 电控式配水器系统执行机构的研究与实现 新疆大学硕士研究生毕业论文答辩 答 辩 主要内容 结论与展望 6 执行机构的功能结构设计 2 阀芯的结构优化设计 4 样机的室内试验 5 1 课题研究的背景与意义 执行机构的动力学分析 3 本论文得到横向课题——异常高压差井分注工艺技术研究(1410039)项目的支持 课题研究的背景与意义 课题研究的背景与意义 控制方式 集测、调、控为一体的多功能方向发展 智能化、自动化控制方式方向发展 耐高温、耐高压、防腐蚀、密封性更强方向发展 部件材料 注水方式 功能 控制注水井下出水阀的开口大小方向发展 课题研究的背景与意义 课题研究的背景与意义 执行机构的结构设计 注水通道结构 传动结构 O形密封结构 电机密封结构 电缆固定与密封结构 功 能 要 求 结 构 组 成 注水通道结构示意图 1—工作筒 2—保护壳 3—阀体 4—旋转阀芯 5—分水阀 执行机构的结构设计 传动结构示意图 1—电动机 2—保护壳 3—检测电路板 4—法兰5—联轴器 6—推力轴承 7—深沟球轴承 8—支承座 9—旋转阀芯 10—阀体 执行机构的结构设计 电动机密封结构示意图 1—盘根 2、6—O形胶圈3—密封阀4—保护壳5—电动机 6—联轴器7—检测电路板8—法兰9—阀体 执行机构的结构设计 电缆固定结构示意图 1—保护筒2—密封胶3—第一卡套4第二卡套5—压紧螺母 执行机构的结构设计 注水口 一层出 水口 二层 出水口 二层出 水通道 三层出 水通道 上工作筒 与保护筒 间隙形成 的环形通 道 执行机构的结构设计 执行机构的结构设计 执行机构的动态特性分析 阀芯角加速度-时间响应曲线图 阀芯角速度-时间响应曲线图 执行机构的动态特性分析 尾部收缩伸张 6828.1 6 头尾左下、右上摆动并弯曲 6405.5 5 头尾左上、右下摆动并弯曲 6346.9 4 整体扭转 5561 3 整体左右摆动并弯曲 3176.6 2 整体上下摆动并弯曲 3121.4 1 振型特征 固有频率/Hz 阶次 头部左上、右下摆动并弯曲 9986.5 6 头部左下、右上摆动并弯曲 7041.3 5 头部左上、右下摆动并弯曲 6875.1 4 整体扭转 6136.2 3 整体左右摆动并弯曲 3989.5 2 整体上下摆动并弯曲 3519.8 1 振型特征 固有频率/Hz 阶次 阀体