不压井修井机撬装式液压控制系统研制

年 月 第 卷 第 期 机床与液压 收稿日期 作者简介 王洁 女 硕士 副教授 研究方向为流体传动及控制技术 不压井修井机撬装式液压控制系统研制 王洁 李治 沈阳工业大学机械工程学院 辽宁沈阳 摘要 在介绍不压井修井机撬装式液控系统技术要求基础上 叙述该设备的总体布置方式和技术方案 并分别给出液 控系统中液控泵站 控制阀组 阀组 阀组 的液压原理图 针对每个原理图 说明各执行元件的控制过程 讨论例如 液压缸互锁 比例变量泵的防爆实现方式等问题的解决方法 该设备投入使用后 运行良好 使用方便 能够较好地完成 修井任务 关键词 修井机液控系统 撬装式 液压缸互锁 防爆比例变量泵 中图分类号 文献标志码 文章编号 不压井修井机撬装式液压控制系统是将所有液 压 电器 操作手柄等部件安装在一个可移动的液控 房中的设备 该液控设备可由汽车运送到油田井口附 近完成修井作业 操作人员是在液控房中完成举升缸 的升降 防喷器的开关及其他一些辅助性的操作 工作 液控系统技术要求 设备的具体要求如下 设备空间要求 整个撬装式设备要放置在长 宽 高 的液控房中 液控房应具有撬 座 四壁 门窗 房盖等部分 设备控制对象要求 液控系统中需要控制两路举升缸 其工作压力为 液压缸规格为 举升缸的速度要满足 内完成井口油管的起 升及下降动作的要求 还需要控制 个防喷器 分别 是 个全封防喷器 个半封防喷器 个剪切防 喷器 个环形防喷器 个卡瓦防喷器 防喷器开 闭动作均由其内部的液压缸驱动 各防喷器驱动缸的 工作压力及开闭容积如表 所示 所有防喷器需要在 内完成开闭动作 表 各防喷器具体参数 控件名称工作压力开关容积 全封防喷器 半封防喷器 剪切防喷器 环形防喷器 卡瓦防喷器 除上述执行元件外 还要控制 个驱动冷却液回 路通断阀门开闭的液压缸 最后需要控制 个驱动四 立柱升降的液压缸 操作方式要求 液控系统中所有执行元件 举升缸 防喷器等 的运动均由人工操作手动换向阀完成 所有操作阀的 手柄统一放置在一个操作台架中 人员操作方向要求 操作台架放置在橇装式控制房的前部 操作人员 站在操作台架前 面向井台进行操作 应急回复操作要求 液控系统要具备应急回复功能 即当系统供电中 断时可以通过手动操作将系统中所有执行元件回复到 指定位置 温度适应性要求 液控系统工作在室外环境 必须考虑室外温度对 系统正常工作的影响 要保证低温时系统能正常启动 并工作 高温时要具备对油液的冷却功能 防爆要求 液控系统在钻井台附近工作 要具备防爆功能 信息显示功能要求 液控系统中各泵出口处均要设置压力表 以显示 泵的工作压力状态 各执行元件回路中也要设置压力 表和压力继电器 以显示各执行元件的工作状态 互锁功能要求 个卡瓦防喷器要具备位置 压力 互锁功能 即只有在一个卡瓦防喷器处于可靠关闭状态时另一个 卡瓦防喷器才允许被打开 液控系统总体布局和技术方案 液控系统主要由液控泵站 个控制阀组 液压 管道及辅件等组成 其中 个控制阀组的划分方式是 根据实际修井过程中人员对举升缸和各防喷器的使用 频率及操作习惯的不同来确定的 系统中所有与电器有关的液控元件均采用防爆元 件来满足系统防爆特性的要求 其中包括 防爆电 机 防爆电磁阀 防爆比例阀 防爆压力表 防爆液 位计 防爆温度传感器 防爆电磁水阀等 液控系统总体布局 所有液控元件安放在指定的液控房内 其总体布 置如图 所示 图 液控系统布置图 泵站放置在液控房后门一端 远离操作阀组 这 样在便于维修的同时也可减少噪声对操作者的影响 个泵电机组采用侧置安装方式 以便于泵的吸油 风冷却器在靠近液控房侧壁的位置上 在液控房侧壁 上开有对应的通风孔道以利于向外界散热 蓄能器数 量较多 高度较高 也放在靠近侧壁位置上 这样可 方便安装 同时便于人员在液控房内活动 个控制 阀组放置在液控房另一端 在前门开启的情况下操作 人员可完成相应的操控作业 液控泵站技术方案 液控泵站原理如图 所示 在修井机工作过程 中 举升缸工作时 系统需求的流量大 而当只有防 喷器工作时 系统需求流量小 即使在举升缸工作时 流量要求变化范围也很大 也就是说举升的油管较短 时要求高速提升 举升的油管较长时要求低速提升 针对这样的工况 液控泵站设有 个液压泵来完成供 油工作 图 液控泵站原理图 大泵用比例变量泵来实现对举升缸流量的调节 由于常规电控比例变量泵国内外均无防爆产品 因此 第 期王洁 等 不压井修井机撬装式液压控制系统研制 选择 公司的压力控制的比例变量泵 该泵可通过调节外控口压力来成比例地调节泵的排 量 配防爆比例减压阀的工作方式 为保证比例减压 阀的可靠工作 采用 个独立工作的控制泵为其供油 该泵与大泵以双联泵的方式由大电机驱动 小泵选用 的是 公司的柱塞泵 当系统中只有防 喷器工作时 单独启用该泵即可满足需求 而当举升 缸和防喷器共同工作时 采用大泵和小泵协同供油的 工作方式 来满足大流量 变流量的工况要求 上述 选用的泵也可以满足 温度下启动并工作的要求 液控系统中泵的进 出口管道均采用软管连接的 方式 电机底座下面也安置减震垫 最大限度的减少 液控房内的噪声 根据泵站使用时实际发热情况 选择风冷却器 和水冷却器 协同工作来降低 油箱的温度 冬季工作时单独使用风冷却器 夏季工 作时同时使用水冷却器和风冷却器 在油箱中放置温 度传感器以便检测及控制风冷及水冷却器的启停 经过核算 要达到断电时由蓄能器供油可使所有 执行元件复位要求 蓄能器总体容量应该大于 单个蓄能器体积过大 无法安装 因此采用 个 蓄能器 再配合蓄能器专用截止阀 即可满足系统的应急回复操作要求 控制阀组 技术方案 阀组 原理如图 所示 图 控制阀组 原理图 控制阀组 主要功能是控制全封闸板 全封闸 板 半封闸板 剪切闸板所对应的驱动缸的工作 每个回路中配有叠加式单向节流阀 用于控制各 个防喷器的运行速度 回路中配有叠加式液压锁 用 于锁死油缸的位置 每个回路中配有压力继电器 当 防喷器开关到位时 压力继电器会发讯息 电器系统 中的指示灯会显示出防喷器所处的开关状态 液压回 路中均配有减压阀 起到隔离液压回路 减少相互干 扰 限定最大工作压力的作用 所有元件采用叠加结 构 可以减少液控系统的体积及质量 并在一定程度 上减少泄漏的发生 控制阀组 技术方案 控制阀组 原理如图 所示 图 控制阀组 原理图 控制阀组 功能是控制举升缸 四立柱液压缸 个冷却液开关液压缸的工作 举升缸控制回路使用 是系统最高工作压力 所以该回路没有减压阀 压力 继电器 叠加式单向节流阀 减压阀及液压锁的功能 与控制阀组 一致 控制阀组 技术方案 控制阀组 原理如图 所示 图 控制阀组 原理图 下转第 页 机床与液压第 卷 额定转矩最高转速 最大转矩 时最高转速 精度设计与实现 双轴转台要求较高的精度 主要包括几何精度和 定位精度两个方面内容 数控转台要求有较高的回转精度 其回转精度主 要由转台轴承精度 转台零部件 转台轴承芯轴 轴承座精度等 加工精度以及装配精度决定 为使 转台具备较好的几何精度 采取以下相关技术措施 采用高精度转台轴承 决定转台回转精度的关键 指标为 成套轴承内圈径向跳动 成套轴 承外圈径向跳动 成套轴承内圈端面对滚道跳 动 和 成套轴承内圈端面对滚道跳动 该项目 中选用的 公司的 转台轴承上述指标都达 到 提高零部件加工精度 保证轴承芯轴和轴承座相 关形位精度和配合面的尺寸精度 为提高零件相对精 度 在必要时可以对相关零件采用手工研磨的方式提 高其精度 采用误差抵消法进行装配 在装配前分别对轴承 和零件形位精度进行检测 再在装配时使两者最大误 差位置相对 从而起到误差抵消的作用 装配过程 中 严格按转台轴承装配要求进行装配 特别是转台 联接螺钉 采用定力矩方式对角拧紧 精密数控转台不仅要求极高的几何精度 还要求 其具有较高的定位精度 转台定位精度主要取决于转 台伺服精度 在设计上 主要由转台系统轴系刚度 反馈元件精度等因素决定 此项目设计中 采用海德 汉 型高精度型绝对式角度编码器 系统精 度达 满足定位精度和重复定位精度要求 结论 分析了直驱式精密数控转台研制的关键技术并给 出了相应的解决方案 主要包括支承设计 任意角度 强力精密定位并锁紧 冷却设计 伺服设计和精度设 计与实现等 通过上述关键技术的集成 完成了直驱 式精密数控转台研制 并取得较好的应用效果 文中 对直驱式数控转台各种技术问题的解决方案对于其他 一些高精度回转工作台研制提供了有益参考 参考文献 孙岗存 杨勇 袁丽 郭鑫 闭式静压回转工作台的设计 研究 机械工程师 谢黎明 冯博 靳岚等 复合加工中心直驱转台主要热源 的分析与计算 机械制造 赵宏安 张然 董建军 等 直驱转台技术在立式车铣复 合加工中心上的应用 制造技术与机床 上接第 页 控制阀组 的功能是控制环形防喷器 环形防 喷器 卡瓦防喷器 卡瓦防喷器 所对应的驱动 缸的工作 压力继电器 叠加式单向节流阀 减压阀 及液压锁的功能与控制阀组 一致 为保证 个卡瓦防喷器的位置互锁 每个卡瓦防 喷器的前腔均放置一个板式连接液控单向阀 单向阀 的控制腔连接到另一个卡瓦防喷器的前腔 只有一个 卡瓦防喷器的油缸完全伸出并保持该腔的压力升高 后 才允许另一个卡瓦防喷器的油缸退回 结论 目前该设备正在油田中使用 运行状况良好 通 过该设备的设计 制造 使用 可以得出如下结论 所有液压系统及电控系统可以安放在指定 的撬装式液控房内 操作人员在液控房内操作 行走 较自如 液控系统运输 安装 调试 维修也较 方便 液控系统能够方便 直观 可靠地完成对 举升缸 防喷器等执行元件的控制工作 手动换向阀 的使用减少了液控系统的复杂程度 进而降低了故障 发生率 泵站采用双泵供油方式 满足井台电器供 给功率较低的要求 同时减少了能量的损失 采用防爆比例减压阀控制比例变量泵的技 术方案既满足了液压系统改变流量的要求 又达到了 电器系统对防爆特性的要求 是一个较理想的解决 方案 参考文