CN103277292A

CN103277292A - 一种高压流体混合泵精密控制装置及控制方法

Info

Publication number: CN103277292A
Application number: CN2013102363236A
Authority: CN
Inventors: 周明高; 冯永仁
Original assignee: China Oilfield Services Ltd; China National Offshore Oil Corp CNOOC
Current assignee: China Oilfield Services Ltd; China National Offshore Oil Corp CNOOC
Priority date: 2013-06-14
Filing date: 2013-06-14
Publication date: 2013-09-04
Anticipated expiration: 2033-06-14
Also published as: CN103277292B

Abstract

本发明提供一种高压流体混合泵精密控制装置及控制方法，该装置包括传动单元，其与混合泵的活塞连接，用于控制活塞随着传动单元一起做旋转运动抽吸流体；速度控制单元，其通过传动单元与活塞相连，用于通过控制传动单元的转速来控制活塞的转速；旋变传感器，用于感测传动单元的旋转角度，根据旋转角度计算出混合泵的抽吸量；制动单元，用于在混合泵的抽吸量达到预定量时，制动活塞。本发明所述的装置及方法采用机械方式实现对高压流体混合泵的精密控制，具有结构简单、紧凑、稳定可靠、控制精度高等优点。

Description

一种高压流体混合泵精密控制装置及控制方法

技术领域

本发明涉及一种高压流体混合泵精密控制装置及控制方法。

背景技术

在最短的时间内获得地层流体的精确值，为实现这一目标，精确控制抽吸流体的体积显得至关重要。目前对高压流体混合泵抽取量的控制大多通过位移传感器来实现，为配合位移传感器的使用必须设计一套复杂的液压控制回路，使得整个液压系统非常复杂；同时，受数据传输的延迟，流体体积控制精度亦受影响，很难达到高精度的要求。

例如，现有的泵抽控制为了获得精密的抽吸量控制，需要在泵抽油缸内安装位移传感器，同时需设计一套复杂的控制系统，在该控制系统中包括4个机械液压阀、各种液压元件及传感器；通过各种复杂的组合命令，对活塞缸进行控制，同时利用位移传感器计量活塞移动距离，达到控制抽吸量的目的。该方法具有多种弊端：1)结构非常复杂，需要各种组合命令才能完成，操作比较复杂；2)精度不高，在执行过程中需要下放大量的命令，操作人员通过传感器反馈的信息进行控制，受收据传输的延迟，造成精度不高，经过实际测量误差在10％左右；3)可靠性受影响，因液压系统很容易受外界的影响，因而外界的干扰，如液压油的清洁度不够都会影响系统的稳定运行，甚至导致系统的瘫痪。

另外，高压流体混合泵是在直径为60mm以内，高温(175℃以上)高压(20000PSI以上)的恶劣环境中工作，所抽取的流体为含有泥沙等杂质的泥浆，因而普通的注射泵在实现对流体的精密控制上要艰难得多。

发明内容

为了解决以上所述的技术缺陷，本发明提供一种高压流体混合泵精密控制装置及控制方法，控制装置及方法采用机械方式实现精密控制，将活塞的直线运动转化为旋转运动，利用旋变传感器精确测量旋转角度，进而获得活塞位移量，最终得到抽吸量。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种高压流体混合泵控制装置，应用于控制高压流体混合泵的抽吸量，其中，该装置包括：

传动单元，其与混合泵的活塞连接，用于控制活塞随着传动单元一起做旋转运动抽吸流体；

速度控制单元，其通过传动单元与活塞相连，用于通过控制传动单元的转速来控制活塞的转速；

旋变传感器，用于感测传动单元的旋转角度，根据旋转角度计算出混合泵的抽吸量；

制动单元，用于在混合泵的抽吸量达到预定量时，制动活塞。

优选地，传动单元包括配合连接的传动丝杠、轴承及连接轴；

传动丝杠通过连接轴与速度控制单元相连并且速度控制单元通过控制传动丝杠的转速来控制活塞的转速；

传动丝杠与活塞相连并且活塞随着传动丝杠一起做旋转运动抽吸流体。

优选地，速度控制单元包括增速器，用于通过提高传动单元的转速来提高活塞的转速。

优选地，制动单元包括电闸，通电时停止活塞的旋转运动。

优选地，旋变传感器的精度小于或等于0.05度。

一种抽吸量控制方法，适用于通过上述高压流体混合泵控制装置来控制高压流体混合泵的抽吸量，其中，该方法包括：

使用传动单元控制活塞随着传动单元一起做旋转运动抽吸流体；

使用速度控制单元控制传动单元的转速，从而控制活塞的转速；

使用旋变传感器感测传动单元的旋转角度，根据旋转角度计算出混合泵的抽吸量；

在混合泵的抽吸量达到预定量时，使用制动单元制动活塞。

优选地，使用传动单元控制活塞随着传动单元一起做旋转运动抽吸流体，包括：

使用传动丝杠控制活塞随着传动丝杠一起做旋转运动抽吸流体。

优选地，使用速度控制单元控制传动单元的转速，从而控制活塞的转速，包括：

使用增速器来提高传动丝杠的转速，从而提高活塞的转速。

优选地，在混合泵的抽吸量达到预定量时，使用制动单元制动活塞，包括：

在混合泵的抽吸量达到预定量时，通过给电闸通电来停止活塞的旋转运动。

优选地，旋变传感器的精度小于或等于0.05度。

与现有技术相比，本发明所述的装置采用机械方式实现精密控制，具有结构简单、紧凑、稳定可靠、控制精度高等优点。

附图说明

在此说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示例性的实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的限制；在附图中：

图1是依据本发明实施例的高压流体混合泵精密控制装置的结构示意图；

图2是与图1中的高压流体混合泵精密控制装置配合的活塞部分的结构示意图；

图3是依据本发明的控制方法的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的技术方案更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细阐述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的各种方式可以相互组合。

一种高压流体混合泵精密控制装置，可以包括：

在本申请的一个实施例中，传动单元可以包括配合连接的传动丝杠、轴承及连接轴，传动丝杠通过连接轴与速度控制单元相连并且速度控制单元通过控制传动丝杠的转速来控制活塞的转速，活塞的直线运动通过传动丝杠、轴承、旋转螺母转化为旋转运动，传动丝杠与活塞相连并且活塞随着传动丝杠一起做旋转运动抽吸流体。

可选择地，速度控制单元可以包括增速器，用于通过提高传动丝杠的转速来提高活塞的转速。增速器提高了转动速度，从而降低了传动扭矩。增速器可以与传动丝杠一起按照某种特定方式运动，例如旋转运动或者相对静止运动，如果在传动丝杠旋转运动时，增速器与传动丝杠相对静止运动，则旋变传感器感测增速器的旋转角度，得到传动丝杠的旋转角度，从而得到传动丝杠的旋转圈数，计算出活塞的位移量，并最终获得混合泵的抽吸量，旋变传感器的精度小于或等于0.05度。具体通过如下公式实现抽吸量的计算：

式中：V--抽吸量，

--旋转角度(弧度)，

n--增速比，

S--活塞的有效面积；

可选择地，制动单元可以包括电闸，电闸在通电时停止活塞的旋转运动，达到控制活塞运动的目的，通电时电闸产生磁力，将增速器的输出端死死抱住，活塞停止运动；断电时，磁力消失，活塞在压差的作用下沿直线运动。

具体实施时，当需要抽取地层流体时，混合泵的活塞作直线运动，通过传动丝杠将直线运动转化为旋转运动，控制活塞随着传动丝杠一起做旋转运动抽吸流体，可以使用增速器控制传动丝杠的转速，从而控制活塞的转速，使用旋变传感器感测传动丝杠的旋转角度，根据旋转角度计算出混合泵的抽吸量，在抽吸量达到预定量时，使用制动单元制动活塞，可以通过电闸进行制动控制，从而达到精确控制流体抽吸的目的。

在本发明实施例所述的流体控制装置中，流体控制装置完全采用机械控制方式，不受外界的影响，因而精度非常高，且结构简单、紧凑、稳定可靠。采用旋变传感器，提高了泵抽精度及抗恶劣环境能力，从控制技术上讲，为提高旋变传感器的精度，可以直接采用DSP技术和软件技术来实现。

以上所述实施例仅为本发明的较佳实施例，并非用于限定本发明的保护范围，本领域的技术人员可以刻意对本发明进行各种修改和变型而不偏离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些修改和变型在内。

Claims

1.一种高压流体混合泵控制装置，应用于控制高压流体混合泵的抽吸量，其中，所述装置包括：

传动单元，其与所述混合泵的活塞连接，用于控制所述活塞随着所述传动单元一起做旋转运动抽吸流体；

速度控制单元，其通过所述传动单元与所述活塞相连，用于通过控制所述传动单元的转速来控制所述活塞的转速；

旋变传感器，用于感测所述传动单元的旋转角度，根据所述旋转角度计算出所述混合泵的抽吸量；

制动单元，用于在所述混合泵的抽吸量达到预定量时，制动所述活塞。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，

所述传动单元包括配合连接的传动丝杠、轴承及连接轴；

所述传动丝杠通过所述连接轴与所述速度控制单元相连并且所述速度控制单元通过控制所述传动丝杠的转速来控制所述活塞的转速；

所述传动丝杠与所述活塞相连并且所述活塞随着所述传动丝杠一起做旋转运动抽吸流体。

3.根据权利要求2所述的装置，其中，

所述速度控制单元包括增速器，用于通过提高所述传动单元的转速来提高所述活塞的转速。

4.根据权利要求1或2或3所述的装置，其中，

所述制动单元包括电闸，通电时停止所述活塞的旋转运动。

5.根据权利要求1所述的装置，其中，

所述旋变传感器的精度小于或等于0.05度。

6.一种抽吸量控制方法，适用于通过如权利要求1至5中任一项所述的高压流体混合泵控制装置来控制高压流体混合泵的抽吸量，其中，所述方法包括：

使用传动单元控制活塞随着所述传动单元一起做旋转运动抽吸流体；

使用速度控制单元控制所述传动单元的转速，从而控制所述活塞的转速；

使用旋变传感器感测所述传动单元的旋转角度，根据所述旋转角度计算出所述混合泵的抽吸量；

在所述混合泵的抽吸量达到预定量时，使用制动单元制动所述活塞。

7.根据权利要求6所述的控制方法，其中，所述使用传动单元控制活塞随着所述传动单元一起做旋转运动抽吸流体，包括：

使用传动丝杠控制所述活塞随着所述传动丝杠一起做旋转运动抽吸流体。

8.根据权利要求6或7所述的控制方法，其中，所述使用速度控制单元控制所述传动单元的转速，从而控制所述活塞的转速，包括：

使用增速器来提高所述传动丝杠的转速，从而提高所述活塞的转速。

9.根据权利要求6所述的控制方法，其中，在所述混合泵的抽吸量达到预定量时，使用制动单元制动所述活塞，包括：

在所述混合泵的抽吸量达到预定量时，通过给电闸通电来停止所述活塞的旋转运动。

10.根据权利要求6所述的控制方法，其中，

所述旋变传感器的精度小于或等于0.05度。