远程控制台的减压阀动画制作毕业设计.docx
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远程控制台的减压阀动画制作毕业设计
远程控制台的减压阀动画制作
摘要
随着新时代高新技术的发展,三维技术的逐步成熟,人们将三维技术应用的越加广泛。
在油田的建设中,信息化油田,已经成为大势所趋,本文针对三维技术在减压调压阀的应用进行可行性研究,运用三维技术,将减压调压阀的仿真效果活灵活现的展示出来。
手动减压阀和气动调压阀虚拟仿真系统是井控培训中提高岗位员工井控素质的一个重要部分。
基于3DMAX开发软件的特点,使用者可以亲自操作系统,更直观、更深刻地掌握手动减压阀和气动调压阀操作的整个过程,通过交互操作使员工能够进行模拟演练,增强员工的实践素养。
三维技术的应用主要是运用三维技术建模,渲染,成图等技术对减压调压阀的虚拟操作进行展示。
通过详实的问题定义与需求分析并且进行了合理的设计,运用3DMAX开发软件制作三维建模、渲染、成图等。
运用Photoshop软件对模型材质进行优化以达到更加逼真的效果,运用FumeFx1.2对模型进行最后的合成及粒子效果演示,并获得了较为理想的效果。
通过本系统的应用,可以直观模拟作业过程,使岗位员工能够整体认识,不仅降低了传统教学可能产生操作事故的危险,也降低了实习费用,收到良好的教学效果。
关键词:
三维建模技术;减压阀;粒子
Abstract
Withtherapiddevelopmentofhigh-techera,3Dtechnologymatures,peoplewillbemoreextensiveapplicationof3Dtechnology.Theinformationintheoilfieldconstruction,oilfield,hasbecomerepresentthegeneraltrend,thethree-dimensionaltechnologyinreducingapplicationofvoltageregulatorvalveofthefeasibilitystudy,using3Dtechnology,vividsimulationeffectofvacuumadjustablepressurevalvedisplayed.
Manualvalveandpneumaticpressureregulatingvalvevirtualsimulationsystemisanimportantpartofcontrolofwellcontroltoimprovethequalityofstafftraininginthewell.Basedonthecharacteristicsof3DMAXsoftware,theusercanpersonallyoperatingsystem,moreintuitive,moredeeplyunderstandmanualvalveandpneumaticpressureregulatingvalveoperationinthewholeprocess,throughtheinteractionofenablingemployeestomakesimulationexercise,enhancetheirpracticeofliteracy.
Applicationof3Dtechnologyismainlytheuseof3Dmodeling,rendering,virtualoperationmaptechnologyonthevacuumpressureregulatingvalvetotheshow.Throughthedetailedanalysisoftheproblemdefinitionandtherequirementsandthereasonabledesign,using3DMAXdevelopmentsoftware3Dmodeling,rendering,drawingetc.ApplicationofPhotoshopsoftwaretooptimizethemodelmaterialtoachievemorerealisticeffects,theuseofFumeFx1.2demonstratesthesyntheticandparticleeffectstomodel,andobtainedtheidealeffect.
Throughtheapplicationofthesystem,canbedirectlysimulatedoperationprocess,sothatthestaffcanunderstandthewhole,notonlyreducestheriskoftraditionalteachingmayproduceoperationaccident,alsoreducedthecostofpractice,receivethegood.
Keywords:
3dmodelingtechnology;Pressurereducingvalve;Particle
第1章概述
1.1选题背景及意义
所谓三维技术就是利用计算机进行动画的设计与创作,产生真实的立体场景与动画。
而动画的基本原理是利用人得视觉暂留,当许多动作连续的单张图象以至少每秒12张得速度播放,我们就认为这些图象是连续的,活动的。
随着计算机的速度越来越快、图形处理、数据存储和网络功能的越来越强,电脑三维动画制作也从实验室走向应用。
一般说来,传统的手工动画制作要完成一分钟的动画制作,就得手工绘制720张以上的图片。
尽管其中也有制作技巧可以节省部分工作量,但是制作过程还是相当繁琐的,一般人根本无法参与这样的动画制作活动。
与传统的二维手工制作的动画相比,电脑第一次真正地使三维动画成为可能,极大地提高了工作效率,增强了动画制作效果。
利用电脑进行三维动画的创作不仅使动画制作摆脱了传统的手工劳动的繁琐,把人真正地解放出来,也使动画制作跨入一个全新的时代同时使每个人都有了充分展示自己的才华、进行创造性劳动的机会,因此三维技术收到了广泛的欢迎[1]。
随着我国信息化水平的提高,以三维技术为代表的信息技术已渗透到油田的信息化建设中去了。
三维技术在油田技术中的应用,是以计算机技术、多媒体技术和大规模存储技术为基础,运用三维技术实现各部件信息,达到清晰直观的现场演示的情况。
是油田信息化建设的一个重要组成部分。
主要运用,建模,渲染,成图,切图等技术,对减压调压阀的操作进行直观的演示,使油田技术能够更清晰、直观、逼真的显示给油田工人。
三维技术在油田技术减压调压阀的应用是油田信息化建设的一个重要方面,目前,世界上许多著名的大油田都实现了油田信息化的建设。
随着油田开采难度的增大,钻井开发过程中的各种作业工艺越来越复杂,安全生产问题日益突出,急需开发钻井仿真系统对钻井工程技术人员和现场工作人员进行安全操作技术培训。
钻井仿真系统包括硬件仿真控制台、模型计算和三维场景显示三个子系统,其中三维场景显示子系统能否逼真地再现钻井现场的实际场景,对整个培训的效果影响非常大。
目前国内很多其他油田城市也实现了油田技术的数字化。
三维技术将是继多媒体、计算机网络之后,最具有应用前景的一种技术。
它可应用于建模与仿真、科学计算可视化、设计与规划、教育与训练、医学、艺术与娱乐等方面。
三维技术是一项综合的技术,涉及计算机科学、电子学、心理学、计算机图形学、人机接口技术、传感技术及人工智能技术等。
这种技术的特点在于,运用计算机对现实世界进行仿真,创建与现实社会类似的环境,使用户在该环境完成与现实环境一样的体验,从而降低在现实环境中不可避免的高成本、高危险等诸多问题[2]。
1.2手动减压阀与气动调压阀
1.2.1减压阀概述
1.2.1.1减压阀简介
减压阀是通过调节,将进口压力减至某一需要的出口压力,并依靠介质本身的能量,使出口压力自动保持稳定的阀门。
从流体力学的观点看,减压阀是一个局部阻力可以变化的节流元件,即通过改变节流面积,使流速及流体的动能改变,造成不同的压力损失,从而达到减压的目的。
然后依靠控制与调节系统的调节,使阀后压力的波动与弹簧力相平衡,使阀后压力在一定的误差范围内保持恒定。
它可将阀前管路较高的液体压力减少至阀后管路所需的水平。
这里的传输介质主要是水。
减压阀广泛用于高层建筑、城市给水管网水压过高的区域、矿井及其他场合,以保证给水系统中各用水点获得适当的服务水压和流量。
鉴于水的漏失率和浪费程度几乎同给水系统的水压大小成正比,因此减压阀具有改善系统运行工况和潜在节水作用,据统计其节水效果约为30%。
减压阀的构造类型很多,以往常见的有薄膜式、内弹簧活塞式等。
减压阀的基本作用原理是靠阀内流道对水流的局部阻力降低水压。
JB/T2203-1999《减压阀结构长度》为主的通用类。
目前国内大多数减压阀生产厂家均按本标准设计生产,但本标准也不尽完美,规格不全。
气体减压阀最大公称通径为DN500,水用减压阀最大公称通径DN1000。
根据厂家所生产的减压阀规格及掌握的资料来看,各厂家连接尺寸也不尽统一,建议通用机械研究所对JB/T2203-1999《减压阀结构长度》进行修订。
建议设计院及用户按标准选用,减压阀生产厂家按标准设计制造。
1.2.1.2减压阀的基本性能
(1)调压范围:
它是指减压阀输出压力P2的可调范围,在此范围内要求达到规定的精度。
调压范围主要与调压弹簧的刚度有关。
(2)压力特性:
它是指流量g为定值时,因输入压力波动而引起输出压力波动的特性。
输出压力波动越小,减压阀的特性越好。
输出压力必须低于输入压力—定值才基本上不随输入压力变化而变化。
(3)流量特性:
它是指输入压力—定时,输出压力随输出流量g的变化而变化的持性。
当流量g发生变化时,输出压力的变化越小越好。
一般输出压力越低,它随输出流量的变化波动就越小[3]。
1.2.1.3减压阀的常见故障与排除方法
(1)出口压力几乎等于进口压力,不减压。
这一故障现象表现为:
减压阀进出口压力接近相等,而且出口压力不随调压手柄的旋转调节而变化。
产生原因和排除方法如下。
①因主阀芯上或阀体孔沉割槽棱边上有毛刺或者主阀芯与阀体孔之间的间隙里卡有污物,或者因主阀芯或阀孔形位公差超差,产生液压卡紧,将主阀芯卡死在最大开度(max)的位置上,由于开口大,油液不减压。
此时可根据上述情况分别采取去毛刺、清洗和修复阀孔和阀芯精度的方法予以排除。
②因主阀芯与阀孔配合过紧,或装配时拉毛阀孔或阀芯,将阀芯卡死在最大开度位置上,此时可选配合理的间隙。
J型减压阀配合间隙一般为0.007~0.015mm,配前可适当研磨阀孔,再配阀芯。
③主阀芯短阻尼孔或阀座孔堵塞,失去了自动调节机能,主阀弹簧力将主阀推往最大开度,变成直通无阻,进口压力等于出口压力。
可用φ1.0mm钢丝或用压缩空气吹通阻尼孔,并进行清洗再装配。
④对J型减压阀,带阻尼孔的阻尼件是压入主阀芯内的,使用中有可能因过盈量不够而冲出。
冲出后,使进油腔与出油腔压力相等(无阻尼),而阀芯上下受力面积相等,但出油腔有一弹簧,所以主阀芯总是处于最大开度的位置,使出口压力等于入口压力。
此时需重新加工外径稍大的阻尼件并重新压入主阀芯。
⑤JF型减压阀,出厂时泄油孑L是用油塞堵住的。
当此油塞未拧出而使用时,使主阀芯上腔(弹簧腔)困油,导致主阀芯处于最大开度而不减压。
J型管式阀与此相同。
J型板式阀如果设计安装板时未使L口连通油池也会出现此现象。
⑥对J型管式阀,拆修时很容易将阀盖装错方向(错90°或180°),使外泄油口堵死,无法排油,造成同上的困油现象,使主阀顶在最大开度而不减压。
修理时将阀盖装配方向装对即可。
⑦对JF型减压阀,顶盖方向装错时,会使输出油孔与泄油孔相通,造成不减压,也须注意。
(2)出口压力很低,即使拧紧调压手轮,压力也升不起来。
①减压阀进出油口接反了:
对板式阀为安装板设计有错,对管式阀是接管错误。
J型减压阀的进出油口跟Y型溢流阀的进出油口刚好相反。
用户使用时请注意阀上油口附近所打的钢印标记(Pl、P2、L等字样),或查阅液压元件产品目录,不可设计错和接错。
②进油口压力太低,经减压阀芯节流口后,从出油口输出的压力更低,此时应查明进油口压力低的原因(例如溢流阀故障)。
③减压阀下游回路负载太小,压力建立不起来,此时可考虑在减压阀下游串接节流阀来解决。
④先导阀(锥阀)与阀座配合面之间因污物滞留而接触不良,不密合;或先导锥阀有严重划伤,阀座配合孑L失圆,有缺口,造成先导阀芯与阀座孔不密合。
⑤拆修时,漏装锥阀或锥阀未安装在阀座孔内。
对此,可检查锥阀的装配情况或密合情况。
⑥主阀芯上长阻尼孔被污物堵塞,P2腔的油液不能经长阻尼孔e流入主阀弹簧腔,出油腔P2的反馈压力传递不到先导锥阀上,使导阀失去了对主阀出口压力的调节作用。
阻尼孔堵塞后,主阀P腔失去了油压P3的作用,使主阀变成一个弹簧力很弱(只有主阀平衡弹簧)的直动式滑阀,故在出油口压力很低时,便可克服平衡弹簧的作用力而使减压阀节流口关小ymin,这样进油口压力P1经ymin节流口大幅度降压至P2,使出油口压力上不来。
应使长阻尼孔通畅。
⑦先导阀弹簧(调压弹簧)错装成软弹簧,或者因弹簧疲劳产生永久变形或者折断等原因,造成P2压力调不高,只能调到某一低的定值,此值远低于减压阀的最大调节压力。
⑧调压手柄因螺纹拉伤或有效深度不够,不能拧到底而使得压力不能调到最大。
⑨阀盖与阀体之间的密封不良,严重漏油。
产生原因可能是O形圈漏装或损伤,压紧螺钉未拧紧以及阀盖加工时出现端面平面度误差,一般是四周凸,中间凹。
⑩主阀芯因污物、毛刺等卡死在小开度的位置上,使出口压力低。
可进行清洗与去毛刺。
(3)不稳压,压力振摆大,有时噪声大。
根据相关标准的规定,J型减压阀压力振摆为±0.lMPa,JF型为±0.3MPa,超过此标准为压力振摆大,不稳压。
①J型与JF型减压阀为先导式,先导阀与溢流阀通用,所以产生压力振摆大的原因和排除方法可参照溢流阀的有关部分进行。
②减压阀在超过额定流量下使用时,往往会出现主阀振荡现象,使减压阀不稳压,此时出油口压力出现“升压一降压一再升压一再降压”的循环,所以一定要选用适合型号规格的减压阀。
③泄油口L受的背压大,也会产生压力振摆大和不稳压的现象,泄油管宜单独回油。
④弹簧变形或刚度不好(热处理不好),导致压力波动大,可更换合格的弹簧。
(4)工作压力调定后出油口压力自行升高。
在某些减压控制回路中,减压阀的出口压力是用来控制电液换向阀或外控顺序阀等的控制油液压力大小的,当电液换向阀或外控顺序阀换向或工作后,减压阀出油口流量变为零,但压力还需保持原先调定的压力。
这种情况下,因阀出口流量为零,流经减压口的流量只有先导流量。
由于先导流量很少,一般在2L/min之内,因此主阀减压口基本上接近全关位置(开度极小),先导流量由三角槽或斜锥面处流出,如果主阀芯配合过松或磨损过大,则泄漏量增加。
按流量连续性定理,这部分泄漏量也必须从主阀芯阻尼孔流来,即流经阻尼孔的流量由先导流量和泄漏量两部分构成,而阻尼孔面积和主阀弹簧腔油液压力未变(弹簧腔油液压力由已调好的调压弹簧预压缩量确定),为使通过阻尼孔的流量增加,必然引起主阀下腔油液压力的升高。
因此,当减压阀出口压力调定后,如果出口流量为零时,出口压力会因主阀芯配合过松或磨损过大而升高[4]。
1.2.2手动减压阀与气动调压阀的功能
简单的说,井控所用的减压阀是用来将蓄能器的高压油压力降低为防喷器所需的合理油压。
当利用环形防喷器封井起下钻作业时,减压阀起调节油压的作用,保证顺利通过接头并维持关井所需液控油压稳定。
闸板防喷器所需液控油压应调定为10.5Mpa。
环形防喷器所需液控油压通常调节为10.5Mpa。
下面列举两个在井控工作中需要用到减压调压阀的实际例子。
(1)在气控液型控制系统中,当需要关井时(以关环形防喷器为例),先操作司钻台上气源总阀到开位,同时操作二位四通阀到关位,压缩空气连接通路达到远程台上的气缸的右侧,推活塞左移带动拉杆,使三位四通转阀手柄右转,处于关位,转阀便接通了通往环形防喷器关闭油腔的油路。
减压后的高压油,沿管排架的高压管线进入环形防喷器关闭油腔,推动密封胶芯上行实现封井。
这时活塞上油腔(开启油腔)的液压油通过管线,从阀流回油箱。
(2)当需要打开环形防喷器时,只需操作阀换向(手柄向左扳)使处于开位,压缩空气连接通路来到远程控制台上的气缸的左侧,是活塞右移,带动手柄左转,使液压油进入开启油腔,打开环形防喷器。
远程控制台各转阀,除了可在司钻台上气动遥控操作外,还可手动操作,以备司钻台无法操作时,在远程台上实现对井口控制。
蓄能器所存的高压油,在开关操作后,压力逐渐消耗降低。
当下降到压力继电器下限19MPa时,压力继电器便自动接通电机电源,电泵恢复工作;补充压力到21MPa,压力继电器自动断电,电泵停止工作,使蓄能器经常保持足够的高压液压油。
气控液控制系统的控制原理还可以简单地用流程图表明,如图1-1所示。
图1-1典型气控液控制原理流程图
1.2.3手动减压阀与气动调压阀工作原理
1.2.3.1手动减压阀的工作原理
减压阀有3个油口,进油口与蓄能器油路相连接,出油口与三位四通转阀P口相接,回油口与回油箱管路相接。
高压油从进油口流入称为一次油,减压后的压力油从出油口输出称为二次油。
顺时旋转手轮,压缩弹簧,迫使连杆与密封盒下移,进油口打开,一次油从进油口进入阀腔。
阀腔里的油压作用在密封盒与连杆上的合力等于油压作用在连杆横截面上的上举力。
上举力推动密封盒与连杆向上移动,压缩上部弹簧,直到密封盒将进油口关闭为止,此时油压上举力与弹簧下推力相平衡,阀腔中油压随即稳定。
减压阀出口输出的二次油其油压与弹簧力相对应。
防喷器开关动作用油时,随着二次油的消耗油压降低,弹簧将密封盒推下,减压阀进油口打开,一次油进入阀腔,阀腔内油压回升,密封盒又向上移动,进油口关闭,二次油压又趋于稳定。
在这期间回油口始终关闭。
1.2.3.2气动调压压阀的工作原理
现有的气手动减压阀有膜片式和气马达两种。
我研究的是膜片式。
它增加了一个橡胶膜片。
气手动减压阀的结构、工作原理和调压方式与手动减压阀基本相同。
气动调压时,首先在气压为零的情况下,手动调压至输出压力为所需设定压力,锁定锁紧把手,然后可以在远程控制台或司钻台上旋转调节旋钮,即可调整环形防喷器的控制压力。
当气源失效时,环形压力即恢复为手动设定的压力。
输入气压由远程控制台或司钻台上的气动调压阀,调控路线由远程控制台的分配阀(三位四通气转阀)确定。
分配阀扳向司控台时由司钻控制台上的气动调压阀调节;分配阀扳向远控台时则由远程控制台上的气动调压阀调节。
1.3减压调压阀的行业发展
中国阀门产业链众多,但非阀门强国。
总体上去看我国已经迈入了世界阀门大国的行列,但从产品质量来看我国离阀门强国仍有很长的一段差距。
行业的生产集中度低、高端产品相配套的阀门研发能力低、阀门行业制造技术水平低等现象仍然存在,进出口贸易逆差不断扩大。
来几年将是阀门行业的高速震荡期,这种高速震荡带来的直接后果是导致阀门橱柜品牌阵营中两极分化的趋势扩大。
预计今后几年真正能够在市场上存活的阀门企业绝对不有这么多。
但阀门行业的这种高速震荡将带来巨大的机会,震荡的结果将会使市场运作更加理性。
高端阀门的国产化之路异常“坎坷”。
基础件已经成为制约我国制造业向高端化发展的短板,十二五期间政府将继续加大对高端装备零部件的国产化力度。
此处我们选取《实施方案》里提及的几个重点发展行业具有代表性的阀门进行进口替代的可行性分析。
从分析我们可以看出各子行业阀门进口替代可行性差别很大,高端阀门亟待更多的政策引导及科研扶持。
阀门行业在国民经济发展中,作为准备制造业的一个重要环节,起到非常重要的作用。
由于我国国内阀门制造业水平与国际先进水平相比仍有一定差距,好多高参数、高温高压、高磅级的关键阀门原一直依赖进口,为了力促阀门国产化,在国务院下达的《关于加快振兴装备制造业的若干意见》后,国家有关部门根据国家作出的重大装备国产化的要求,先后作出了一系列重大部署,并由国家发改委牵头,中国机械工业联合会和中国通用机械工业协会一起,部署制订了相关领域重大装备的阀门国产化方案,并多次与有关部门协调,如今阀门国产化在国内阀门行业已形成共识。
积极采用国际标准进行产品设计;吸收国外优秀的设计结构;产品试验、性能检验严格按国际标准进行;吸收国外先进生产工艺经验重视新材料的研究及推广应用;弄清进口的高参数阀门产品的技术参数和工况条件等是加快国产化进程,推进阀门产品不断更新,全面实现阀门的国产化的唯一途径。
随着阀门行业重组步伐的加快,未来行业将是阀门产品质量安全和产品品牌之间的竞争,产品向高技术、高参数、耐强腐蚀、高寿命方向发展,只有通过不断的技术创新,开发新产品,进行技术改造,才能逐步提高产品技术水平,满足国内装置配套,全面实现阀门的国产化。
我国阀门制造行业在庞大的需求环境下,必将呈现出更好的发展前景[5]。
第2章系统分析
2.1减压调压阀虚拟开发的背景和意义
2.1.1减压调压阀的虚拟技术开发的背景
近年来随着计算机技术、高性能个人计算机、人机交互技术与设备以及计算机网络与通信等科学领域的突破与高速发展,虚拟现实技术也得到了突飞猛进的发展。
虚拟现实以其沉浸性、交互性、构想性的特点以及“低成本,高性能”的研究原则,已经由最初的航空航天领域扩展到了军事、科研、医学、教育文化、娱乐、产品制造、展览等各个不同的领域[6]。
井控工作是石油与天然气勘探开发过程中的重要环节,是安全生产工作中的重中之重,一直备受各界高度的关注,而确保防喷器正常工作的减压调压阀也是必不可少的。
近年来,随着油田勘探开发领域的不断延伸扩大,油田深井、超深井、水平井、战区调开井控逐年增多,新老区块都面临着地下压力情况日趋复杂,井控风险越来越大,井控安全愈加难以保证的情况,甚至出现了井喷失控等灾难性事故,而且“浅气层”危害的凸显也给井控工作带来了更多、更大的压力和挑战。
只有充分认清井控的严峻形势,更加扎实的做好井控工作,才能实现安全生产。
减压调压阀是防喷系统中的重要组成部分,实际上也是能够让防喷器正常工作的阀门组件。
是用来将蓄能器的高压油压力降低为防喷器所需的合理油压。
通常人们根据防喷器的密封元件的结构工作特点不同,把防喷器分为环形防喷器、闸板防喷器两大类。
防喷器在钻井井控中起着至关重要的作用。
液压控制系统配套使用下,当井内有钻具时,防喷器能封闭不同尺寸的环形空间;当井内无钻具时,防喷器能全封闭井口。
在进行取心、测井作业时发生井喷,又能封闭方钻杆、取心工具、电缆、钢丝绳等与井筒形成的环形空间。
在减压调压阀和缓冲储能器配合下,能通过18度无细扣对焊钻杆,进行强行起下钻作业。
减压调压阀采用三维建模技术、Photoshop制作、FumeFx1.2等多种技术相结合的方法,对钻井井控过程中手动减压阀和气动调压阀工作流程进行仿真。
2.1.2减压调压阀三维技术开发的意义
在钻石油井或地热井时,有时会出现井喷。
为了有效地防止井喷发生,必须具备安全可靠、操作方便的井喷控制设备和有经验的现场施工人员。
井喷控制设备包括井口设备、管汇、控制系统。
井口设备主要有环心防喷器和闸板防喷器。
而防喷器所需要的合理油压要通过减压调压阀的工作来实现。
三
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