25MPa液压平衡式手动节流阀结构设计与分析；

25MPa液压平衡式手动节流阀主要零件强度计算与校核；

25MPa液压平衡式手动节流阀重要零件的三维建模与数值。

  5.2、关键问题及解决思路

（1）强度性能问题

  阀门的强度性能是指阀门承受介质压力的能力。阀门是承受内压的机械产品，因而必须具有足够的强度和刚度，以保证长期使用而不发生破裂或产生变形。通过选择适当的材料，如：涂层材料、合金材料、不锈钢材料等能较好的解决这一问题。

（2）密封性能问题

阀门的密封性能是指阀门各密封部位阻止介质泄漏的能力，它是阀门最重要的技术性能指标。阀门的密封部位有三处：启闭件与阀座两密封面间的接触处；填料与阀杆和填料函的配和处；阀体与阀盖的连接处。其中前一处的泄漏叫做内漏，也就是通常所说的关不严，它将影响阀门截断介质的能力。对于截断阀类来说，内漏是不允许的。后两处的泄漏叫做外漏，即介质从阀内泄漏到阀外。外漏会造成物料损失，污染环境，严重时还会造成事故。对于易燃易爆、有毒或有放射的介质，外漏更是不能允许的，因而阀门必须具有可靠的密封性能。通过添加密封圈，提高加工精度或者改良阀体结构可以优化密封性能。

（3）动作性能问题

这里的动作性能问题主要指启闭力和启闭力矩问题。启闭力和启闭力矩是指阀门开启或关闭所必须施加的作用力或力矩。关闭阀门时，需要使启闭件与发座两密封面间形成一定的密封比压，同时还要克服阀杆与填料之间、阀杆与螺母的螺纹之间、阀杆端部支承处及其他磨擦部位的摩擦力，因而必须施加一定的关闭力和关闭力矩，阀门在启闭过程中，所需要的启闭力和启闭力矩是变化的，其最大值是在关闭的最终瞬时或开启的最初瞬时。设计和制造阀门时应力求降低其关闭力和关闭力矩。

6、完成毕业设计所必须具备的工作条件及解决的办法

6.1、工作条件

1、一些与本研究相关的资料；

2、现代化的文献检索查询系统；

3、与设计有关的软件，如CAD、solidworks、ANSYS等等；

4、文献检索、论文撰写及修改时间。

6.2、解决办法

1、利用学校图书馆查阅资料；

2、在网上中外数据库查阅下载相关文献；

3、充分利用课余时间，与老师进行相关讨论

7、 工作的主要阶段、进度与时间安排

毕业论文的进度与时间安排如下：

8、指导老师审查意见

25MPa液压平衡式手动节流阀结构设计与分析；

25MPa液压平衡式手动节流阀主要零件强度计算与校核；

25MPa液压平衡式手动节流阀重要零件的三维建模与数值。

  5.2、关键问题及解决思路

（1）强度性能问题

  阀门的强度性能是指阀门承受介质压力的能力。阀门是承受内压的机械产品，因而必须具有足够的强度和刚度，以保证长期使用而不发生破裂或产生变形。通过选择适当的材料，如：涂层材料、合金材料、不锈钢材料等能较好的解决这一问题。

（2）密封性能问题

阀门的密封性能是指阀门各密封部位阻止介质泄漏的能力，它是阀门最重要的技术性能指标。阀门的密封部位有三处：启闭件与阀座两密封面间的接触处；填料与阀杆和填料函的配和处；阀体与阀盖的连接处。其中前一处的泄漏叫做内漏，也就是通常所说的关不严，它将影响阀门截断介质的能力。对于截断阀类来说，内漏是不允许的。后两处的泄漏叫做外漏，即介质从阀内泄漏到阀外。外漏会造成物料损失，污染环境，严重时还会造成事故。对于易燃易爆、有毒或有放射的介质，外漏更是不能允许的，因而阀门必须具有可靠的密封性能。通过添加密封圈，提高加工精度或者改良阀体结构可以优化密封性能。

（3）动作性能问题

这里的动作性能问题主要指启闭力和启闭力矩问题。启闭力和启闭力矩是指阀门开启或关闭所必须施加的作用力或力矩。关闭阀门时，需要使启闭件与发座两密封面间形成一定的密封比压，同时还要克服阀杆与填料之间、阀杆与螺母的螺纹之间、阀杆端部支承处及其他磨擦部位的摩擦力，因而必须施加一定的关闭力和关闭力矩，阀门在启闭过程中，所需要的启闭力和启闭力矩是变化的，其最大值是在关闭的最终瞬时或开启的最初瞬时。设计和制造阀门时应力求降低其关闭力和关闭力矩。

6、完成毕业设计所必须具备的工作条件及解决的办法

6.1、工作条件

1、一些与本研究相关的资料；

2、现代化的文献检索查询系统；

3、与设计有关的软件，如CAD、solidworks、ANSYS等等；

4、文献检索、论文撰写及修改时间。

6.2、解决办法

1、利用学校图书馆查阅资料；

2、在网上中外数据库查阅下载相关文献；

3、充分利用课余时间，与老师进行相关讨论

7、 工作的主要阶段、进度与时间安排

毕业论文的进度与时间安排如下：

8、指导老师审查意见

平衡式手动节流阀设计开题答辩报告

题目来源于生产实际

2、研究目的和意义

   步入21世纪，石油工业发展迅速，各国钻井技术也得到了很大的提高，其中控压钻井技术更是得到了很广泛的应用。控制压力钻井是一种在整个井眼内精确控制环空压力剖面的自适应钻井过程，其目的是在于确定井下压力窗口，从而控制环空液压剖面，其优点在于能有效的避免地层流体连续的流入到地面，钻井作业任何意外的流动将使用适当的方法进行安全控制。

  控压钻井技术的应用范围应包括过平衡钻井、近平衡钻井、欠平衡钻井、精细控压钻井及自动(闭环)控压钻井，其作用主要有以下几点：

1. 在地层破裂——孔隙压力窗口小的时候，减少井涌——井漏现象，提高井控安全性，能够钻更深的裸眼段。

2. 能够使套管下的更深，从而有可能减少一层甚至更多层次的套管。

3. 提高较大井眼钻达目的层的可能性。

4. 减少由于环空压力引起的井漏

5. 减少钻遇大裂缝时发生严重井漏时的钻井液成本，及井漏引起的井控问题

6. 避免井下井喷

7. 减少非生产作业时间

由以上可以看出，发展控压钻井技术意义重大，自动节流管汇是控压钻井的重要装备之一。利用节流管汇可以提供并口回压，从而可以间接控制井底压力。常规节流管汇的核心工作原件为节流阀，通过控制节流阀开度控制井口回压，节流阀的性能直接影响着节流管汇的性能，从而影响着控压钻井效果，因此对于节流阀的设计就显得意义重大。

3、阅读的主要参考文献及资料名称

[1] 上海第二石油机械厂. 国内外高压采油（气）井口装置资料汇编[M]. 机械工业部兰州机械工业研究所，1986

[2] AmericanPetroleumInstitute. 井口装置与采油树设备规范（API 6A标准）[M]. 国家油气田井口设备质量监督检验中心，译. 潜江：石油工业化标准研究所，2011

[3] 王华.井控装置实用手册[M]. 石油工业出版社 , 2008.

[4] 万邦烈等编.石油工程流体机械[M]. 石油工业出版社 , 1999.

[5] 密封件与密封手册[M]. 国防工业出版社 , (英)沃林著, 1990.

[6] 罗英俊，万仁溥. 采油技术手册（修订本）第一分册[M]. 石油工业出版社，2005

[7] 杨源泉. 阀门设计手册[M]. 机械工业出版社，1992

[8] 陆培文. 实用阀门设计手册[M]. 机械工业出版社，2012

[9] 周英超，崔猛，查永进.控压钻井技术探讨与展望[J]. 石油钻探技术，2018，04：1-4

[10] 余朋伟，刘战锋，吴小雄，孔瑞，王伟，李同春，李瑞东. 水下井口节流阀优化设计及应用[J]. 石油矿场机械，2017，04:61-65

[11] 雷恒,程亚威,谢宁,张赤民.节流阀阀芯型面优化设计[J]. 火箭推进,2009.

[12] 杜钧,赵堂春.节流阀阀口结构与功能辨析[J]. 液压与气动,2010.

[13] 周福军. 节流阀应用分析[J]. 液压与气动,2010(07).

[14] 王海兰,王同建.节流阀在液压系统中的合理设置与作用分析[J]. 流体传动与控制,2004.

[15] 杜钧,赵堂春. 节流阀阀口结构与功能辨析[J]. 液压与气动,2010(02).

[16] 韩兵奇,韩正伟,何俊海. 液动节流阀的改进设计[J]. 流体传动与控制,2010.

[17] 李志红,陈继文. 基于节流阀的进口节流调速系统动态特性研究[J]. 广西工学院学报(自然科学版),2010.

[18] 王德玉,刘清友,何霞. 高压节流阀的失效与受力分析[J]. 天然气工业,2005.

[19] 张祥来,刘清友. 井控节流阀冲蚀机理及结构优化[J]. 天然气工业,2008.

[20] 张祥来. 固定节流阀特性研究[J]. 天然气工业,2007.

[21] 陈晋市,刘昕晖,元万荣,王同建,赵锋. 典型液压节流阀口的动态特性[J]. 西南交通大学学报,2012.

[22] 宋海林. 节流阀的结构特点与调节[J]. 通用机械,2003. 

[23] 宋义林. 管式双向节流阀[J]. 林业机械与木工设备,1985.

[24] Heng Du. Multi-axle Electro-hydraulic Control Steering System Based on Servo Solenoid Valve[A].  Information Engineering Research Institute, USA.Proceedings of 2012 3rd International Conference on Applied Mechanics and Mechanical Engineering(ICAMME 2012 Ⅲ)[C]. Information Engineering Research Institute, USA:,2012.

[25] HuiXian Han Department of Mechanical Engineering Hunan Mechanical & Electrical Polytechnic Changsha,Hunan Province,China XianLi Cao Intelligent Engineering Research Institute SANY heavy industry co,Ltd Changsha,Hunan Province,China. Modeling and Simulation of Multi-Way Hydraulic Valve Based on AMESim[A]. Intelligent Information Technology Application Research Association (IITA Association), Hong Kong、Shenzhen University, China.Proceedings of 2010 The 3rd International Conference on Power Electronics and Intelligent Transportation System(Volume 3)[C].Intelligent Information Technology Application Research Association (IITA Association), Hong Kong、Shenzhen University, China:,2010.

[26] R.Burton. Analysis of Hydraulic Load-sensing System and P-Q Valve in Test Press[A]. International Committee of Measurements and Instrumentation、National Natural Science Foundation of China、Chinese Society for Measurement、China Instrument Society [C]. International Committee of Measurements and Instrumentation、National Natural Science Foundation of China、Chinese Society for Measurement、China Instrument Society:,2004.

[27] 张涛，李军，柳贡慧，席岩，孙立升. 控压钻井自动节流管汇压力调节特性研究[J].石油钻探技术，2014，03：18-22

[28] 钟功祥，张天津，肖力彤，李蓓蓓，吴臣德. 采油（气）井口装置现状及发展趋势[J].机电产品开发与创新，2007,11:63-65

[29] 韩爽. 井控节流阀的结构优化及设计[D]. 大庆：东北石油大学机械科学与工程学院，2017:3-7

4、国内外现状和发展趋势与研究的主攻方向

  4.1、国内外现状

   4.1.1、国内研究现状

节流阀的主要特性取决于阀芯与阀座，按阀芯与阀座的结构分类，可分为针形、筒形、笼式结构、孔板式结构以及楔形结构。 节流阀的执行机构主要有手轮驱动、液缸、液压马达以及电动缸四种形式。

国内常规钻井节流管汇一般配备的都是筒形节流阀、楔形节流阀和针形节流阀：

（1）筒形节流阀，筒形阀芯和阀座内圈为硬质合金，且能颠倒使用，较大的阀体腔和筒形阀体结构，具有较大的流量，采用侧进正出的流向，其筒形阀板周围的导筒减少了节流时的振动，从而减少了噪声；阀位变送器能借助气压信号，将节流阀阀芯的实际开关位置输送到控制台上显示出来轮结构的省力机构。液动筒形节流阀的阀盖尾部是液缸及活塞，靠液压油推动活塞带动阀杆，再带动阀芯前后推进，使阀操作者通过控制台能远程控制节流阀的开关。操作手动筒形阀门时，顺时针旋转手轮，开启度变小并趋于关闭；逆时针旋转手轮，开启度变大，节流阀的开启可以从护罩上的刻度显示出来。

（2）楔形节流阀，包括阀体、阀盖、阀杆、阀瓣、阀座，阀盖固定连接在阀体上，阀座嵌镶于阀体腔内部，阀杆间隙配合在阀盖的孔中，其下部连接有阀瓣，阀瓣上设有楔形圆弧面，圆弧面的下部相交连接着一直面，且直面与出口孔轴线平行。当具有一定压力的流体冲向弧面时，流体沿弧面的流线方向运动，运动至直面时流体的方向发生改变，由于直面与出口孔的轴线平行，因此流体的运动方向直指出口孔，而不形成漩涡，能够避免流体对阀体、阀盖和阀芯的冲刷，同时还能减低出口孔端的压力。

（3）针形节流阀，针型节流阀又名针型阀，其外形和截止阀没有明显区别之处，只是在阀芯的形状上有所区别，<节流阀的阀芯呈现为椎状或抛物线状，工作时即通过阀芯来改变通道的截面积，以达到改变流量和压力的目的；针型节流阀有按照通道不同和启闭件形状不同的两种分类方法，前者可以分为直通式和角式两种，后者可以分为针形、沟形和窗形三种。节流阀是较为常见的流量控制阀，和单向阀配合可组成单向节流阀，或和溢流阀配合组成截留调速系统。针型节流阀一般适用于负载变化不大的场合，或对速度稳定性要求不高的场合，如应用于化工仪表中，这是因为节流阀没有补偿负载变化造成流速不稳定的功能。节流阀的使用环境应注意，流量调节范围大、流量压差变化小、内泄漏量小和调节力矩小。

在制造生产方面，国内主要有承德江钻石油机械有限责任公司和江苏咸中石油机械有限公司生产配套石油钻井管汇及阀门。承德江钻公司生产的JFK系列可调式节流阀，该阀为针式结构，既能用于节流，也能截止流量。系列产品公称直径从52mm到78mm，工作压力从35MPa到105MPa，该阀按API标准设计制造，具有耐腐蚀性能，使用安全可靠。当阀芯完全关闭后，调整显位套使零刻度线对准阀盖指示圆弧中心线，紧定螺钉锁死，该阀结构简单，使用方便，易于维护保养。江苏咸中主要是以生产井口装置及采油树、管汇及配套阀门等，该公司设计生产的节流阀分针形可调式、筒形可调式、孔板式及固定式多种，驱动方式有手动和液动，公称通经从21/16 "到41/16 "，能满足2000到20000PSI的工作压力要求，其阀针和阀芯采用硬质合金制造，具有耐磨损、耐冲刷、抗腐蚀的性能，可起到调节流量、压力和关闭的关闭的重要作用，在各大油田井控管汇中使用广泛。

在技术研究方面，国内的研究方向是复杂条件下超高压油气井压力控制工艺技术，各学者主要是进行压井设备与工具的研发和设计。其中包括来自燕山大学液压研究所的高殿荣，他主要研究的是流体传动与控制系统中应用较广泛的针形阀芯流场分布，高殿荣通过使用伽辽金数值分析有限元阀，对针形阀在阀门开启角度、阀芯的结构形式及阀座外形尺寸各不相同的情况下的内流场进行数值对比分析，最终通过计算结果对其内部流场进行可视化研究。

 西南石油学院的刘干、练章华、张祥来等人对节流阀进行了结构研究和流场数值模拟分析。使用CFD（计算机流体动力学）技术模拟节流阀内实际情况，从而研究节流阀内的湍流流动问题，包括节流阀各主要部件受压分布规律，流经阀体时流体速度矢量规律等问题。并对一些典型类型的节流阀阻力特性进行了分析总结，并对其结构进行了优化改进。

4.1.2、国外研究现状

国外研究和制造控压钻井用节流阀的厂家主要有 4 家，其产品特点如下：

（1）美国 Power Well Services 公司的 Power Choke SC 系列节流阀。阀芯为改进的筒形结构，其压力平 衡型结构可以使得节流阀控制变得更加平滑；气 动液压泵提供液压源驱动液压马达经过蜗轮蜗杆传动装置，对节流阀阀芯进行控制，在蜗轮蜗杆传动装置上还并联了手动装置； 为了满足节流阀的连续精确控制，液压马达的额定起停泵次数可以达到 1200~3 000 次 /h。 节流阀的压力等级为 35 MPa、70 MPa、105 MPa 和 140 MPa ；节流通径为 50.8 mm 和 76.2 mm 。

（2）美国 T3 能源服务有限公司的 HXE 系列节 流阀。专门为极端环境设计的，阀芯为改进筒形结 构，结构设计独特，可实现精细节流控制；阀芯表面 喷涂硬质合金，可旋转任意角度安装，延长使用寿 命；出口下游采用硬质合金套，比行业中其他节流 阀抗冲蚀能力强 3~4 倍；入口及出口设计为法兰短 节，只需更换短节就可实现由壬或法兰连接。 节流阀的压力等级与 Power Choke SC 系列相同， 同一阀体可安装 38.1 mm、50.8 mm 和 76.2 mm 阀芯。

（3）美国 M-I SWACO 公司的 Swaco SuperChoke 节流阀。阀芯阀座是 2 个重叠的硬质合金圆盘，圆 盘厚度 31.8 mm，圆盘上有半月形的通孔。前端圆盘 是固定的，通过旋转后端圆盘来增大或者减小节流 通径，当 2 个圆盘重合时，节流通径略小于 50.8 mm； 气动液压泵驱动液压油缸，液压油缸带动齿轮齿条 驱动节流阀的阀杆旋转。当气源供应不足时，可以 通过手动泵来提供液压源。当然，也可以通过液杠来手动转动阀杆。 节流阀的压力等级HTX 系列相同，节流通径 都是 50.8 mm。

（4）美国 M-I SWACO 公司的 Swaco AtuoChoke 节流阀。AtuoChoke 与 SuperChoke 是彻底不同的节 流阀。AtuoChoke 内部具有一个液压驱动的硬质合 金材料的滑阀，滑阀带动阀芯上下运动。液压源的 压力作用在滑阀的一端，与另一端的井口压力相平 衡。正常运行过程中利用气动液压泵驱动，手动泵 是备用泵。 节流阀的压力等级为 70 MPa；节流通径都是 76.2 mm 。

4.2、国内外发展趋势与研究主攻方向

随着时代的进步和计算机软件的不断更新，国内外在节流阀设计方面的发展趋势与主攻方向主要有以下几点：

（1） 使阀体内部受力均衡，避免受冲击破裂；

（2） 通过阀内流道结构的改进，使流场分布更为合理；

（3） 通过改进节流口构造，在现场操作过程中，压力与流量能够更好控制。

5、主要研究内容、需重点研究的关键问题及解决思路

  5.1、主要研究内容

采油（气）井口装置及管汇节流阀研究现状和发展趋势；

25MPa液压平衡式手动   全套毕业设计论文现成成品资料请咨询微信号：biyezuopin QQ：2922748026     返回首页 如转载请注明来源于www.biyezuopin.vip