CN106286428A - 一种半主动式升沉补偿装置液压控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种半主动式升沉补偿装置液压控制系统，用于游车大钩升沉补偿装置，该系统的补偿液压缸活塞杆通过动滑轮组与大钩相连，补偿液压缸无杆腔通过分流集流阀与辅助液压缸有杆腔连接，辅助液压缸无杆腔与气液蓄能器连接，气液蓄能器与高压气瓶管路上串联二位二通比例阀，并联工作气瓶和放气阀，辅助液压缸活塞杆与主动液压缸的活塞杆连接在一起，电液比例方向阀的A口和B口分别与主动液压缸的有杆腔和无杆腔连接，电液比例方向阀与液压泵的管路上串联有单向阀，并联电磁溢流阀，在回油管路上串联有背压阀，该液压系统兼具被动、主动两种补偿方式的优点，保证其既具有较高的补偿效率又具有较低的能耗。

Description

一种半主动式升沉补偿装置液压控制系统

技术领域

本发明涉及一种半主动式升沉补偿装置液压控制系统，属于海洋能源开采控制领域。

背景技术

浮船式式钻井平台是深海钻井的主要设备，具有移动灵活、适应水深大、自持能力强、载重储藏量大等优点。钻井平台在波浪的作用下产生的上下升沉运动将引起井架及大钩上悬吊着的整个钻杆周期性上下运动，使得钻头与井底之间的钻进压力变化，甚至当钻压减小到一定程度，会使钻头脱离井底，无法继续正常钻进，降低钻头和钻杆的寿命，产生安全生产隐患，造成巨大的经济损失。因此，必须对浮船式钻进平台的升沉运动采取适当的补偿措施。游车大钩补偿不需要专门的井架，结构简单，补偿方便等优点，在油气勘探开发中应用较广泛。但现有的被动、主动、半主动补偿装置分别存在精度低、耗能大、液压系统复杂等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种半主动式升沉补偿液压控制系统，用于游车大钩升沉补偿装置，解决现有补偿技术中耗能大，补偿精度低，液压系统复杂的问题。

本发明所采用的技术方案是，提供一种半主动式升沉补偿装置液压控制系统，包括油箱、电机、变量泵、电磁溢流阀、背压阀、单向阀、电液比例方向阀、补偿液压缸、大钩，钢丝绳，动滑轮，分流集流阀、辅助液压缸、主动液压缸、气液蓄能器、工作气瓶、放气阀、二位二通比例阀、高压气瓶，其中，补偿液压缸的活塞杆通过动滑轮组与大钩相连，补偿液压缸的无杆腔通过分流集流阀与辅助液压缸有杆腔连接，补偿液压缸有杆腔预装一定油液与空气相通，辅助液压缸无杆腔与气液蓄能器通过油管连接，气液蓄能器气囊口连接工作气瓶，气液蓄能器与高压气瓶管路上串联二位二通比例阀，二位二通比例阀处于常闭状态，气液蓄能器与二位二通比例阀管路上并联有放气阀，辅助液压缸的活塞杆与主动液压缸的活塞杆连接在一起，电液比例方向阀的A口与主动液压缸的有杆腔通过油管相连，电液比例方向阀的B口与主动液压缸的无杆腔通过油管相连，电液比例方向阀的P口与液压泵通过油管相连，在电液比例方向阀与液压泵的管路上串联有单向阀，在电液比例方向阀与液压泵的管路上并联有电磁溢流阀，电磁溢流阀的另一端接回油箱，液压泵由变频电机带动，电液比例方向阀的T口接回油箱，电液比例方向阀与油箱的管路上串联有背压阀。

本发明的有益效果是采用了辅助液压缸与囊式气液蓄能器串联的方式，取代了传统补偿装置上的活塞式气液蓄能器，解决了漏油、不能吸收脉动和压力冲击问题；分流集流阀的应用保证了两补偿液压缸的同步升降；变量泵能根据信号调节排量，起到节能作用；二位二通比例阀能根据系统负载的变化对气液蓄能器进行增压，保证在钻井过程中不同井深升沉补偿装置的正常工作。

附图说明

图1是依据本发明所提出的半主动式升沉补偿装置液压控制系统结构示意图。

图中，1-油箱，2-电机，3-变量泵，4-电磁溢流阀，5-背压阀，6-单向阀，7-电液比例方向阀，8-补偿液压缸，9-大钩，10-钢丝绳，11-动滑轮，12-分流集流阀，13-辅助液压缸，14-主动液压缸，15-气液蓄能器，16-工作气瓶，17-放气阀，18-二位二通比例阀，19-高压气瓶。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便更好的理解本发明。

如图1所示，本发明的结构包括油箱1、电机2、变量泵3、电磁溢流阀4、背压阀5、单向阀6、电液比例方向阀7、补偿液压缸8、大钩9，钢丝绳10，动滑轮11，分流集流阀12、辅助液压缸13、主动液压缸14、气液蓄能器15、工作气瓶16、放气阀17、二位二通比例阀18、高压气瓶19。其中，补偿液压缸8的活塞杆通过滑轮组与大钩相连，补偿液压缸8的无杆腔通过分流集流阀12与辅助液压缸13有杆腔连接，补偿液压缸8有杆腔预装一定油液与空气相通，辅助液压缸13无杆腔与气液蓄能器15通过油管连接，气液蓄能器15气囊口连接工作气瓶16，气液蓄能器15与高压气瓶19管路上串联二位二通比例阀18，二位二通比例阀18处于常闭状态，气液蓄能器15与二位二通比例阀18管路上并联有放气阀17，辅助液压缸13的活塞杆与主动液压缸14的活塞杆连接在一起，电液比例方向阀7的A口与主动液压缸14的有杆腔通过油管相连，电液比例方向阀7的B口与主动液压缸14的无杆腔通过油管相连，电液比例方向阀7的P口与变量泵3通过油管相连，在电液比例方向阀7与变量泵3的管路上串联有单向阀6，在电液比例方向阀7与变量泵3的管路上并联有电磁溢流阀4，电磁溢流阀4的另一端接回油箱1，变量泵3由电机2带动，电液比例方向阀7的T口接回油箱1，电液比例方向阀7与油箱1的管路上串联有背压阀5。

在上升补偿中，钻井船在海浪作用下上升，补偿液压缸8会随着作业船一起上升，大钩载荷增加，补偿液压缸8无杆油腔压力增大，与增大的大钩载荷相平衡，气液蓄能器15中气体被压缩，补偿液压缸8无杆腔的油液推动辅助液压缸13活塞，将油液压入气液蓄能器15中，补偿一部分升沉位移，同时位移信号转换给控制器，控制器根据一定的控制策略通过比例放大器输出电信号，在电信号的作用下，电液比例方向阀7工作，给主动液压缸14无杆腔供油，主动液压缸14活塞杆带着辅助液压缸13活塞杆往上运动，补偿液压缸8体积增大，压力减小，在大钩载荷作用下补偿液压缸8活塞相对缸筒向下运动，实现补偿。

在下沉补偿中，钻井船在海浪作用下下降，补偿液压缸8会随着作业船一起下降，大钩载荷减小，补偿液压缸8无杆腔压力减小，与减小的大钩载荷相平衡，气液蓄能器15中气体膨胀，将油压入辅助液压缸13无杆腔中，辅助液压缸13活塞下降，油液进入补偿液压缸8无杆腔，补偿一部分升沉位移，同时位移信号转换给控制器，控制器根据一定的控制策略通过比例放大器给电液比例方向阀7输出电信号，在电信号的作用下，电磁比例方向阀7工作，给主动液压缸14有杆腔供油，主动液压缸14活塞杆带着辅助液压缸13活塞杆往下运动，补偿液压缸8体积减小，压力增大，推动补偿液压缸8活塞相对缸筒向上运动，实现补偿。

当系统的负载发生变化时，会导致补偿液压缸8无杆腔的压力发生变化，压力信号通过控制器控制二位二通比例阀18对气液蓄能器进行增压，利用放气阀17进行减压，维持活塞杆的受力平衡。

本发明将被动、主动两种补偿方式的优点结合的同时简化了液压系统，并保证其既具有较高的补偿效率又具有较低的能耗，具有补偿能力较好，能量消耗和滞后性小，稳定性好，储气罐的体积较小，节约成本等优点。

Claims (1)

1.一种半主动式升沉补偿装置液压控制系统，包括补偿液压缸(8)、大钩(9)、钢丝绳(10)、动滑轮(11)，两个补偿液压缸(8)的活塞杆上部分别设有动滑轮(11)，两个动滑轮(11)有钢丝绳(10)缠绕，每个钢丝绳(10)的一端连接钻井平台上，一端连接大钩，被动补偿部分，压缩气液蓄能器(15)的气体或释放气液蓄能器(15)的气体来补偿波浪引起平台的垂直位移，主动补偿部分，由电液比例方向阀(7)控制主动液压缸(14)，其特征在于：补偿液压缸(8)的无杆腔通过分流集流阀(12)与辅助液压缸(13)的有杆腔连接，补偿液压缸(8)有杆腔内预装油液与空气相通，辅助液压缸(13)无杆腔与气液蓄能器(15)通过油管连接，气液蓄能器(15)的气囊口连接工作气瓶(16)，气液蓄能器(15)与高压气瓶(19)的管路上串联二位二通比例阀(18)，二位二通比例阀(18)处于常闭状态，气液蓄能器(15)与二位二通比例阀(18)的管路上并联有放气阀(17)，辅助液压缸(13)的活塞杆与主动液压缸(14)的活塞杆连接在一起，在电液比例方向阀(7)与变量泵(3)的管路上串联有单向阀(6)，在电液比例方向阀(7)与液压泵(3)的管路上并联有电磁溢流阀(4)，电磁溢流阀(4)的另一端接回油箱(1)，液压泵(3)由电机(2)带动，电液比例方向阀(7)的T口接回油箱(1)，电液比例方向阀(7)与油箱(1)的管路上串联有背压阀(5)。