CN112125194B - 海洋钻井补偿绞车的节能驱动系统 - Google Patents

海洋钻井补偿绞车的节能驱动系统 Download PDF

Info

Publication number
CN112125194B
CN112125194B CN202011009980.3A CN202011009980A CN112125194B CN 112125194 B CN112125194 B CN 112125194B CN 202011009980 A CN202011009980 A CN 202011009980A CN 112125194 B CN112125194 B CN 112125194B
Authority
CN
China
Prior art keywords
hydraulic
energy
valve
pressure
motor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202011009980.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112125194A (zh
Inventor
黄鲁蒙
高照
王培旺
张彦廷
邓晓光
沈蓉
赵玉明
葛政
赵鑫宇
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China University of Petroleum East China
Original Assignee
China University of Petroleum East China
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China University of Petroleum East China filed Critical China University of Petroleum East China
Priority to CN202011009980.3A priority Critical patent/CN112125194B/zh
Publication of CN112125194A publication Critical patent/CN112125194A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112125194B publication Critical patent/CN112125194B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66D—CAPSTANS; WINCHES; TACKLES, e.g. PULLEY BLOCKS; HOISTS
    • B66D1/00—Rope, cable, or chain winding mechanisms; Capstans
    • B66D1/28—Other constructional details
    • B66D1/40—Control devices
    • B66D1/48—Control devices automatic
    • B66D1/50—Control devices automatic for maintaining predetermined rope, cable, or chain tension, e.g. in ropes or cables for towing craft, in chains for anchors; Warping or mooring winch-cable tension control
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66D—CAPSTANS; WINCHES; TACKLES, e.g. PULLEY BLOCKS; HOISTS
    • B66D1/00—Rope, cable, or chain winding mechanisms; Capstans
    • B66D1/02—Driving gear
    • B66D1/08—Driving gear incorporating fluid motors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66D—CAPSTANS; WINCHES; TACKLES, e.g. PULLEY BLOCKS; HOISTS
    • B66D5/00—Braking or detent devices characterised by application to lifting or hoisting gear, e.g. for controlling the lowering of loads
    • B66D5/02—Crane, lift hoist, or winch brakes operating on drums, barrels, or ropes
    • B66D5/12—Crane, lift hoist, or winch brakes operating on drums, barrels, or ropes with axial effect
    • B66D5/14—Crane, lift hoist, or winch brakes operating on drums, barrels, or ropes with axial effect embodying discs
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66D—CAPSTANS; WINCHES; TACKLES, e.g. PULLEY BLOCKS; HOISTS
    • B66D5/00—Braking or detent devices characterised by application to lifting or hoisting gear, e.g. for controlling the lowering of loads
    • B66D5/02—Crane, lift hoist, or winch brakes operating on drums, barrels, or ropes
    • B66D5/24—Operating devices
    • B66D5/26—Operating devices pneumatic or hydraulic
    • B66D5/28—Operating devices pneumatic or hydraulic specially adapted for winding gear, e.g. in mining hoists
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B1/00—Installations or systems with accumulators; Supply reservoir or sump assemblies
    • F15B1/02—Installations or systems with accumulators
    • F15B1/024—Installations or systems with accumulators used as a supplementary power source, e.g. to store energy in idle periods to balance pump load
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B13/00—Details of servomotor systems ; Valves for servomotor systems
    • F15B13/02—Fluid distribution or supply devices characterised by their adaptation to the control of servomotors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B21/00—Common features of fluid actuator systems; Fluid-pressure actuator systems or details thereof, not covered by any other group of this subclass
    • F15B21/02—Servomotor systems with programme control derived from a store or timing device; Control devices therefor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B21/00—Common features of fluid actuator systems; Fluid-pressure actuator systems or details thereof, not covered by any other group of this subclass
    • F15B21/14—Energy-recuperation means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H33/00—Gearings based on repeated accumulation and delivery of energy
    • F16H33/02—Rotary transmissions with mechanical accumulators, e.g. weights, springs, intermittently-connected flywheels

Abstract

本发明涉及一种海洋钻井补偿绞车的节能驱动系统，具体是一种以液压能量回收及电液控制技术为特征的驱动装置。本发明采用多台定量液压马达和多台变量液压马达联合驱动绞车实现升沉补偿功能，通过对定量和变量液压马达之间的功率进行配置，使变量液压马达的斜盘不需要过零点就可以实现泵工况和马达工况的切换，实现良好节能效果的同时避免液压二次元件的大量使用，节省设备成本。利用飞轮和少量液压二次元件组成能量回收和储存系统，根据恒压网络的压力信号来实时调节液压二次元件斜盘倾角的大小和方向，维持恒压网络中压力稳定的同时实现液压能与飞轮动能之间的灵活转换和储存，最终实现了对绞车液压马达所回收液压能量的存储、转换和再利用。

Description

海洋钻井补偿绞车的节能驱动系统
技术领域
本发明涉及一种海洋钻井补偿绞车的节能驱动系统，具体是一种以液压能量回收及电液控制技术为特征的驱动装置。
背景技术
海洋浮式钻井平台及钻井设备在海浪的影响下不可避免地会产生周期性的升沉运动，导致井底钻压发生变化，增加钻井的成本和危险性，降低钻井效率。因此，浮式钻井平台必须配备升沉补偿系统，用来稳定井底钻压，提高钻井工作的效率和安全性。
绞车升沉补偿装置是近年来国外研发的高新技术产品。国外大型石油公司相继开发了采用交流变频电机驱动的主动补偿绞车，通过主动补偿电机直接控制绞车正反转来实现升沉补偿，具有传动简单，系统紧凑，补偿行程不受限制等优点。但是，绞车主动补偿系统是一套大惯性、大负载运动控制系统，绞车带动负载周期性的正反转会造成很大的能耗，并且变频电机存在着发热量大、防爆性能差等问题。因此，设计具有能量回收功能的液压主动补偿系统，对减少系统能耗、降低作业成本、增强我国海洋资源开采实力具有重要意义。
此外，液压二次调节系统采用恒压网络和容积控制方式，通过控制液压二次元件在泵工况与马达工况之间进行切换，从而实现对负载的重力势能和惯性动能的回收，并将其储存在高压工作气瓶中进行再利用。但是该系统存在两个问题：一方面液压二次元件依赖进口，价格昂贵；另一方面，高压工作气瓶储能方式的能量密度偏低、体积很大，占用了平台的大量工作空间，环保性和安全性也较差。飞轮储能是一种机械储能方式，因其能量密度高、工作寿命长和节能环保的特点，近年逐渐发展成熟起来，将液压二次元件与飞轮结合起来可以集合两者的优点，实现能量的高效回收、存储和利用。
发明内容
有鉴于此，本发明所要解决的技术问题是：提供一种海洋钻井补偿绞车的节能驱动系统，降低绞车主动补偿系统的能耗，提高能量利用率和钻井工作效率。
为实现上述目的，本发明的总体构思是：利用多台变量液压马达和多台定量液压马达带动补偿绞车完成升沉补偿功能；在补偿运动过程中，所有液压马达工作于由恒压变量泵和小型皮囊式蓄能器组成的液压恒压网络中，其中定量液压马达用于承担钻柱一部分静载荷，并对该部分重力势能进行周期性回收与释放；变量液压马达用于克服钻柱的其余静载荷和绞车惯性载荷，并且通过对定量和变量液压马达之间的功率配置，使变量液压马达克服钻柱部分静载荷所输出的扭矩始终大于克服绞车惯性所输出的扭矩，使变量液压马达的斜盘不需要过零点就可以实现泵工况和马达工况的切换，从而实现对绞车回转系统惯性动能和该部分钻柱重力势能的回收与释放。与此同时，利用飞轮和少量液压二次元件组成能量回收和储存系统，根据恒压网络的压力信号来实时调节液压二次元件斜盘倾角的大小和方向，在维持恒压网络中压力稳定的同时，实现液压能与飞轮动能之间的灵活转换和储存，最终实现了对绞车液压马达所回收液压能量的存储、转换和再利用。
本发明所述的海洋钻井补偿绞车节能驱动系统包括恒压变量泵、电机、油箱、压力传感器、电磁换向阀、电液伺服阀、控制液压缸、PLC、运动参考单元、旋转编码器、倾角传感器、液压二次元件、飞轮组、失电保护阀、定量液压马达、变量液压马达、补偿绞车、液压盘刹、二级齿轮减速器；其中，所述压力传感器包括第一压力传感器、第二压力传感器，所述电磁换向阀包括第一电磁换向阀，第二电磁换向阀、第三电磁换向阀，所述电液伺服阀包括第一电液伺服阀、第二电液伺服阀，所述控制液压缸包括第一控制液压缸、第二控制液压缸，所述倾角传感器包括第一倾角传感器、第二倾角传感器，所述液压二次元件包括第一液压二次元件、第二液压二次元件，所述失电保护阀包括第一失电保护阀、第二失电保护阀，所述恒压变量泵与电机机械连接，所述运动参考单元固定在钻井平台上，所述恒压变量泵的进油口连接油箱，恒压变量泵的出油口经过单向阀、滤油器后分为多个支路，一个支路经过减压阀后分别与第一电液伺服阀、第二电液伺服阀的P口连接，所述第一电液伺服阀的A口和B口分别与第一控制液压缸的左腔和右腔连接，所述第二电液伺服阀的A口和B口分别与第二控制液压缸的左腔和右腔连接，所述第一控制液压缸、第二控制液压缸的活塞杆分别与第一液压二次元件、第二液压二次元件机械连接，且在第一控制液压缸、第二控制液压缸的活塞杆上分别设置有第一倾角传感器、第二倾角传感器，所述第一倾角传感器、第二倾角传感器分别用于检测第一液压二次元件、第二液压二次元件的斜盘倾角信号。
所述第一电液伺服阀、第二电液伺服阀的T口均连接油箱；所述恒压变量泵的另一个支路经过第二电磁换向阀后分别与第一液压二次元件和第二液压二次元件连接，所述第一液压二次元件和第二液压二次元件经过第一失电保护阀后与定量液压马达连接；所述恒压变量泵的另一个支路经过第二失电保护阀后与变量液压马达连接；所述恒压变量泵的另一个支路经过第一电磁换向阀与小型皮囊式蓄能器连接；所述恒压变量泵的另一个支路经过第三电磁换向阀、单向减压阀与液压盘刹连接；所述定量液压马达和变量液压马达分别通过联轴器与二级齿轮减速器的输入轴机械连接，将动力传递给补偿绞车。
所述恒压变量泵两端并联有溢流阀，所述定量液压马达、变量液压马达的两端分别并联有单向溢流阀，且定量液压马达和变量液压马达的排油口分别经过单向节流阀连接油箱；所述恒压变量泵的出油口干路上设置有第一压力传感器；所述液压二次元件的出油口设置有第二压力传感器；所述第一液压二次元件和第二液压二次元件分别通过联轴与飞轮组机械连接；所述旋转编码器与二级齿轮减速器输入轴连接，用于检测补偿绞车补偿运动的角位移信号。
作为本发明的进一步改进，所述变量液压马达为普通单向变量马达，该马达克服钻柱部分静载荷的输出扭矩大于克服绞车惯性输出的扭矩，使所述变量液压马达的斜盘不需要过零点就可以实现泵工况和马达工况的切换。
作为本发明的进一步改进，所述飞轮组设置于防护壳内，包括飞轮片、增速器以及电磁离合器，所述增速器通过电磁离合器与飞轮片连接，由PLC发出指令控制电磁离合器的接合与断开，并根据不同的钻井工况切换工作的飞轮片个数。
作为本发明的进一步改进，所述增速器为锥齿轮增速器。
作为本发明的进一步改进，所述恒压变量泵经过第二电磁换向阀驱动第一液压二次元件和第二液压二次元件工作在马达工况，在开始工作前对飞轮组预充能。
作为本发明的进一步改进，所述小型皮囊式蓄能器与恒压变量泵的出油口干路连接，用于稳定系统压力，降低飞轮机械能与液压能转换时的能量波动。
作为本发明的进一步改进，所述小型皮囊式蓄能器经过第一电磁换向阀、第三电磁换向阀、单向减压阀与液压盘刹连接组成绞车刹车回路，并为绞车刹车回路的液压盘刹提供动力。
本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：
(1)本发明提出一种由飞轮组与液压二次元件组成的绞车能量回收和存储系统，通过控制液压二次元件可以灵活实现恒压网络的液压能与飞轮组动能之间的传输和转换，通过控制飞轮组可以灵活实现不同钻井工况下的系统能量存储和释放，该系统具有能量转换方法简单、能量存储密度高、工作寿命长和节能环保的优点，不需要大量的高压储能气瓶和复杂的电能回收系统，节省了平台占用空间和重量。
(2)本发明采用多台定量液压马达和多台变量液压马达联合驱动绞车实现升沉补偿功能，其中，通过对定量和变量液压马达之间的功率进行配置，使变量液压马达克服钻柱部分静载荷所输出的扭矩始终大于克服绞车惯性所输出的扭矩，使变量液压马达的斜盘不需要过零点就可以实现泵工况和马达工况的切换，也就是使用普通单向变量液压马达即可实现对绞车的驱动和能量回收功能，在实现良好节能效果的同时，避免了对液压二次元件的大量使用，节省了设备成本。
(3)本发明采用小型皮囊式蓄能器与液压恒压网络相连，可以抑制飞轮组动能与液压能转换过程中的能量波动、稳定绞车液压马达的工作压力，提高升沉补偿控制性能和能量回收效率；此外，还能够为绞车的液压盘式刹车提供动力和控制功能回路，节省了盘式刹车的专用液压回路，简化了平台结构。
附图说明
图1：本发明海洋钻井补偿绞车的节能驱动系统的原理图；
图2：本发明所提出的补偿绞车的结构原理图。
符号说明：
1、恒压变量泵；2、电机；3、单向阀；4、滤油器；5、溢流阀；6、油箱；7、减压阀；8.1、第一压力传感器；8.2、第二压力传感器；9.1、第一电磁换向阀；9.2、第二电磁换向阀；9.3、第三电磁换向阀；10、小型皮囊式蓄能器；11.1、第一电液伺服阀；11.2、第二电液伺服阀；12.1、第一控制液压缸；12.2、第二控制液压缸；13、PLC；14、运动参考单元；15、旋转编码器；16.1、第一倾角传感器；16.2、第二倾角传感器；17.1、第一液压二次元件；17.2、第二液压二次元件；18、联轴器；19、飞轮组；19.1、飞轮片；19.2、增速器；19.3、电磁离合器；20.1、第一失电保护阀；20.2、第二失电保护阀；21、单向溢流阀；22、单向节流阀；23、单向减压阀；24、定量液压马达；25、变量液压马达；26、补偿绞车；27、液压盘刹；28、二级齿轮减速器。
具体实施方式
下面结合附图和实例对本发明作进一步说明，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参考图1、图2所示，本发明的海洋钻井补偿绞车节能驱动系统包括恒压变量泵1、电机2、油箱6、压力传感器、电磁换向阀、电液伺服阀、控制液压缸、PLC13、运动参考单元14、旋转编码器15、倾角传感器、液压二次元件、飞轮组19、失电保护阀、定量液压马达24、变量液压马达25、补偿绞车26、液压盘刹27、二级齿轮减速器28；其中，压力传感器包括第一压力传感器8.1、第二压力传感器8.2，电磁换向阀包括第一电磁换向阀9.1，第二电磁换向阀9.2、第三电磁换向阀9.3，电液伺服阀包括第一电液伺服阀11.1、第二电液伺服阀11.2，控制液压缸包括第一控制液压缸12.1、第二控制液压缸12.2，倾角传感器包括第一倾角传感器16.1、第二倾角传感器16.2，液压二次元件包括第一液压二次元件17.1、第二液压二次元件17.2，失电保护阀包括第一失电保护阀20.1、第二失电保护阀20.2。
参考图1、图2所示，本发明的恒压变量泵1与电机2机械连接，运动参考单元14固定在钻井平台上，恒压变量泵1的进油口连接油箱6，恒压变量泵1的出油口经过单向阀3、滤油器4后分为多个支路，一个支路经过减压阀7后分别与第一电液伺服阀11.1、第二电液伺服阀11.2的P口连接，第一电液伺服阀11.1的A口和B口分别与第一控制液压缸12.1的左腔和右腔连接，第二电液伺服阀11.2的A口和B口分别与第二控制液压缸12.2的左腔和右腔连接，第一控制液压缸12.1、第二控制液压缸12.2的活塞杆分别与第一液压二次元件17.1、第二液压二次元件17.2机械连接，且在第一控制液压缸12.1、第二控制液压缸12.2的活塞杆上分别设置有第一倾角传感器16.1、第二倾角传感器16.2，第一倾角传感器16.1、第二倾角传感器16.2分别用于检测第一液压二次元件17.1、第二液压二次元件17.2的斜盘倾角信号；第一电液伺服阀11.1、第二电液伺服阀11.2的T口均连接油箱6。恒压变量泵1的另一个支路经过第二电磁换向阀9.2后分别与第一液压二次元件17.1和第二液压二次元件17.2连接，第一液压二次元件17.1和第二液压二次元件17.2经过第一失电保护阀20.1后与定量液压马达24连接。恒压变量泵1的另一个支路经过第二失电保护阀20.2后与变量液压马达25连接。恒压变量泵1的另一个支路经过第一电磁换向阀9.1与小型皮囊式蓄能器10连接。恒压变量泵1的另一个支路经过第三电磁换向阀9.3、单向减压阀23与液压盘刹27连接。本发明的定量液压马达24和变量液压马达25分别通过联轴器18与二级齿轮减速器28的输入轴机械连接，将动力传递给补偿绞车26；恒压变量泵1两端并联有溢流阀5，定量液压马达24、变量液压马达25的两端分别并联有单向溢流阀21，且定量液压马达24和变量液压马达25的排油口分别经过单向节流阀22连接油箱6；恒压变量泵1的出油口干路上设置有第一压力传感器8.1；液压二次元件的出油口设置有第二压力传感器8.2；第一液压二次元件17.1和第二液压二次元件17.2分别通过联轴18与飞轮组19机械连接；旋转编码器15与二级齿轮减速器28输入轴连接，用于检测补偿绞车26补偿运动的角位移信号。
在本发明实施例中，变量液压马达25为普通单向变量马达，该马达克服钻柱部分静载荷的输出扭矩大于克服绞车惯性输出的扭矩，使变量液压马达25的斜盘不需要过零点就可以实现泵工况和马达工况的切换。
在本发明实施例中，飞轮组19包括飞轮片19.1、增速器19.2以及电磁离合器19.3，其中，由PLC13发出指令控制电磁离合器19.3的接合与断开，并根据不同的钻井工况切换工作的飞轮片个数。其中，增速器19.2为锥齿轮增速器。
本发明实施例中，飞轮组19在开始工作前通过预充能回路由恒压变量泵1经过第二电磁换向阀9.2驱动第一液压二次元件17.1和第二液压二次元件17.2工作在马达工况进行预充能；在实际工作过程中，绞车加速时，飞轮组19作为负载拖动第一液压二次元件17.1和第二液压二次元件17.2工作在泵工况释放能量；绞车减速时，第一液压二次元件17.1和第二液压二次元件17.2工作在马达工况，将绞车回转系统惯性动能、提升和下放钻柱过程中的部分钻柱重力势能转换为飞轮组19的动能。
本发明实施例中，使用一个小型皮囊式蓄能器10连接在恒压变量泵1的出油口干路，用以稳定系统压力，降低飞轮机械能与液压能转换时的能量波动，并且经过第三电磁换向阀9.3和单向减压阀23为绞车刹车回路的液压盘刹27提供动力。
本发明的工作原理如下：
本发明的定量液压马达24和变量液压马达25工作于由恒压变量泵1和小型皮囊式蓄能器10组成的恒压网络中，通过调节变量液压马达25的排量即可实现对马达输出扭矩、转速的调节。当海洋浮式钻井平台随波浪作周期性升沉运动时，PLC13根据旋转编码器15检测的补偿绞车26补偿运动角位移信号、运动参考单元14检测的平台升沉运动信号，并根据制定好的控制方案来调节变量液压马达25的排量，从而驱动补偿绞车26正反向转动实现升沉补偿功能。在补偿过程中，定量液压马达24和变量液压马达25共同驱动补偿绞车26；其中，定量液压马达24用于承担钻柱一部分静载荷，在补偿绞车26提升和下放钻柱负载的过程中，定量液压马达24通过在泵工况和马达工况之间的切换来实现恒压网络中的液压能与钻柱部分重力势能之间的转换；变量液压马达25用于克服钻柱的其余静载荷和补偿绞车26的惯性载荷，在补偿绞车26加减速、提升下放钻柱两个复合运动过程中，通过在泵工况和马达工况之间的切换来实现恒压网络中的液压能与补偿绞车26回转系统惯性动能、钻柱部分重力势能之间的转换。
本发明在定量液压马达24和变量液压马达25对补偿绞车26负载能量进行回收和释放的过程中，利用液压二次元件和飞轮组19进行能量转换和存储。当补偿绞车26的液压马达整体处于能量回收状态时候，回收的补偿绞车26负载能量转换为液压能进入恒压网络，恒压网络的压力开始上升，然后PLC13根据压力传感器检测的压力信号、倾角传感器检测的液压二次元件的斜盘倾角信号，并根据制定好的控制方案来控制电液伺服阀动作，通过调节控制液压缸活塞杆的位置从而改变液压二次元件的斜盘倾角，使液压二次元件处于马达工况，在控制恒压网络压力保持稳定的同时，将液压能转换为机械能存储在飞轮组19当中。当补偿绞车26的液压马达整体处于能量释放状态时，恒压网络中的液压能需要驱动补偿绞车26做功，恒压网络的压力开始下降，然后PLC13根据压力传感器检测的压力信号、倾角传感器检测的液压二次元件的斜盘倾角信号，通过调节控制液压缸活塞杆的位置从而改变液压二次元件的斜盘倾角，使液压二次元件处于泵工况，在控制恒压网络压力保持稳定的同时，将飞轮组19中存储的机械转换为液压能，从而为恒压网络和液压马达补充能量，实现了对已回收能量的再利用。需要说明的是，上述液压二次元件包括第一液压二次元件17.1、第二液压二次元件17.2，液压马达包括定量液压马达24、变量液压马达25，压力传感器包括第一压力传感器8.1、第二压力传感器8.2，倾角传感器包括第一倾角传感器16.1、第二倾角传感器16.2，电磁换向阀包括第一电磁换向阀9.1，第二电磁换向阀9.2，电液伺服阀包括第一电液伺服阀11.1、第二电液伺服阀11.2，控制液压缸包括第一控制液压缸12.1、第二控制液压缸12.2。
本发明将飞轮储能技术与液压二次调节技术结合应用于海洋钻井补偿绞车，通过单向变量液压马达、定量液压马达、恒压变量泵、飞轮组与液压二次元件等组成的系统来驱动绞车，在完成升沉补偿功能的同时，实现了对钻机负载重力势能以及绞车回转系统惯性动能进行周期性的回收与再利用，有效降低补偿绞车的能耗，提高能量利用率和工作效率，降低了设备成本；采用飞轮组与液压二次元件组合来代替传统的液压蓄能器和高压工作气瓶，可以提高储能密度，减少钻井平台所受的载荷和占用空间、提高海洋工作环境下的安全性和环保性。
以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下做作出的等同变化和修改均应属于本发明保护的范围。

Claims (7)

1.海洋钻井补偿绞车的节能驱动系统，其特征在于：包括恒压变量泵、电机、油箱、压力传感器、电磁换向阀、电液伺服阀、控制液压缸、PLC、运动参考单元、旋转编码器、倾角传感器、液压二次元件、飞轮组、失电保护阀、定量液压马达、变量液压马达、补偿绞车、液压盘刹、二级齿轮减速器；其中，所述压力传感器包括第一压力传感器、第二压力传感器，所述电磁换向阀包括第一电磁换向阀，第二电磁换向阀、第三电磁换向阀，所述电液伺服阀包括第一电液伺服阀、第二电液伺服阀，所述控制液压缸包括第一控制液压缸、第二控制液压缸，所述倾角传感器包括第一倾角传感器、第二倾角传感器，所述液压二次元件包括第一液压二次元件、第二液压二次元件，所述失电保护阀包括第一失电保护阀、第二失电保护阀，所述恒压变量泵与电机机械连接，所述运动参考单元固定在钻井平台上，所述恒压变量泵的进油口连接油箱，恒压变量泵的出油口经过单向阀、滤油器后分为多个支路，一个支路经过减压阀后分别与第一电液伺服阀、第二电液伺服阀的P口连接，所述第一电液伺服阀的A口和B口分别与第一控制液压缸的左腔和右腔连接，所述第二电液伺服阀的A口和B口分别与第二控制液压缸的左腔和右腔连接，所述第一控制液压缸、第二控制液压缸的活塞杆分别与第一液压二次元件、第二液压二次元件机械连接，且在第一控制液压缸、第二控制液压缸的活塞杆上分别设置有第一倾角传感器、第二倾角传感器，所述第一倾角传感器、第二倾角传感器分别用于检测第一液压二次元件、第二液压二次元件的斜盘倾角信号；
所述第一电液伺服阀、第二电液伺服阀的T口均连接油箱；所述恒压变量泵的另一个支路经过第二电磁换向阀后分别与第一液压二次元件和第二液压二次元件连接，所述第一液压二次元件和第二液压二次元件经过第一失电保护阀后与定量液压马达连接；所述恒压变量泵的另一个支路经过第二失电保护阀后与变量液压马达连接；所述恒压变量泵的另一个支路经过第一电磁换向阀与小型皮囊式蓄能器连接；所述恒压变量泵的另一个支路经过第三电磁换向阀、单向减压阀与液压盘刹连接；所述定量液压马达和变量液压马达分别通过联轴器与二级齿轮减速器的输入轴机械连接，将动力传递给补偿绞车；
所述恒压变量泵两端并联有溢流阀，所述定量液压马达、变量液压马达的两端分别并联有单向溢流阀，且定量液压马达和变量液压马达的排油口分别经过单向节流阀连接油箱；所述恒压变量泵的出油口干路上设置有第一压力传感器；所述液压二次元件的出油口设置有第二压力传感器；所述第一液压二次元件和第二液压二次元件分别通过联轴与飞轮组机械连接；所述旋转编码器与二级齿轮减速器输入轴连接，用于检测补偿绞车补偿运动的角位移信号。
2.根据权利要求1所述的海洋钻井补偿绞车的节能驱动系统，其特征在于，所述变量液压马达为普通单向变量马达，该马达克服钻柱部分静载荷的输出扭矩大于克服绞车惯性输出的扭矩，使所述变量液压马达的斜盘不需要过零点就可以实现泵工况和马达工况的切换。
3.根据权利要求1或2所述的海洋钻井补偿绞车的节能驱动系统，其特征在于，所述飞轮组设置于防护壳内，包括飞轮片、增速器以及电磁离合器，所述增速器通过电磁离合器与飞轮片连接，由PLC发出指令控制电磁离合器的接合与断开，并根据不同的钻井工况切换工作的飞轮片个数。
4.根据权利要求3所述的海洋钻井补偿绞车的节能驱动系统，其特征在于，所述增速器为锥齿轮增速器。
5.根据权利要求1所述的海洋钻井补偿绞车的节能驱动系统，其特征在于，所述恒压变量泵经过第二电磁换向阀驱动第一液压二次元件和第二液压二次元件工作在马达工况，在开始工作前对飞轮组预充能。
6.根据权利要求1所述的海洋钻井补偿绞车的节能驱动系统，其特征在于，所述小型皮囊式蓄能器与恒压变量泵的出油口干路连接，用于稳定系统压力，降低飞轮机械能与液压能转换时的能量波动。
7.根据权利要求1所述的海洋钻井补偿绞车的节能驱动系统，其特征在于，所述小型皮囊式蓄能器经过第一电磁换向阀、第三电磁换向阀、单向减压阀与液压盘刹连接组成绞车刹车回路，并为绞车刹车回路的液压盘刹提供动力。
CN202011009980.3A 2020-09-23 2020-09-23 海洋钻井补偿绞车的节能驱动系统 Active CN112125194B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011009980.3A CN112125194B (zh) 2020-09-23 2020-09-23 海洋钻井补偿绞车的节能驱动系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011009980.3A CN112125194B (zh) 2020-09-23 2020-09-23 海洋钻井补偿绞车的节能驱动系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112125194A CN112125194A (zh) 2020-12-25
CN112125194B true CN112125194B (zh) 2022-02-01

Family

ID=73841238

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011009980.3A Active CN112125194B (zh) 2020-09-23 2020-09-23 海洋钻井补偿绞车的节能驱动系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112125194B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113184732B (zh) * 2020-12-31 2022-11-18 南通中远海运船务工程有限公司 基于流量控制的浮式钻井节能绞车型升沉补偿系统及方法
CN114427551B (zh) * 2022-03-14 2023-06-30 合肥工业大学 一种基于蓄能器的锚绞机液压系统能量回收系统

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010528913A (ja) * 2007-05-10 2010-08-26 イートン コーポレーション 圧力制限下で中立ドリフト補償と温度補償を含む油圧駆動システム
CN101943263A (zh) * 2007-05-10 2011-01-12 伊顿公司 具有中位漂移补偿和用于压力极限的温度补偿的液力传动系统
CN104627881A (zh) * 2015-03-04 2015-05-20 广东工业大学 超深浮式钻井多功能节能型升沉补偿绞车及其工作方法
CN105804675A (zh) * 2016-06-01 2016-07-27 中国石油大学(华东) 海洋钻井补偿绞车的液压驱动系统
CN108278232A (zh) * 2018-02-05 2018-07-13 浙江大学 一种基于液压变压器的液压缸式被动升沉补偿系统
CN110436344A (zh) * 2019-06-05 2019-11-12 天津大学青岛海洋技术研究院 一种节能型绞车式主动升沉补偿系统及方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010528913A (ja) * 2007-05-10 2010-08-26 イートン コーポレーション 圧力制限下で中立ドリフト補償と温度補償を含む油圧駆動システム
CN101943263A (zh) * 2007-05-10 2011-01-12 伊顿公司 具有中位漂移补偿和用于压力极限的温度补偿的液力传动系统
CN104627881A (zh) * 2015-03-04 2015-05-20 广东工业大学 超深浮式钻井多功能节能型升沉补偿绞车及其工作方法
CN105804675A (zh) * 2016-06-01 2016-07-27 中国石油大学(华东) 海洋钻井补偿绞车的液压驱动系统
CN108278232A (zh) * 2018-02-05 2018-07-13 浙江大学 一种基于液压变压器的液压缸式被动升沉补偿系统
CN110436344A (zh) * 2019-06-05 2019-11-12 天津大学青岛海洋技术研究院 一种节能型绞车式主动升沉补偿系统及方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN112125194A (zh) 2020-12-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN202789874U (zh) 一种双变量闭式泵控电液位置伺服系统
CN108978775B (zh) 一种基于飞轮的挖掘机用混联式机械混合动力系统
CN112125194B (zh) 海洋钻井补偿绞车的节能驱动系统
CN101408107B (zh) 采用分区控制的节能型盾构推进液压系统
CN102493517B (zh) 液压混合动力挖掘机回转系统及该回转系统的驱动和制动方法
CN201297307Y (zh) 一种混合动力工程机械蓄能器-液压马达能量回收系统
CN105804675A (zh) 海洋钻井补偿绞车的液压驱动系统
CN101408213A (zh) 混合动力工程机械蓄能器-液压马达能量回收系统
CN108755794B (zh) 基于液电复合驱动的液压挖掘机
CN108757610B (zh) 一种泵控式半主动升沉补偿系统及其工作方法
CN102912821A (zh) 一种液压挖掘节能系统
CN202787369U (zh) 一种液压挖掘节能系统
CN108894274B (zh) 一种挖掘机回转能量回收和再利用系统
CN109797797B (zh) 一种扭矩耦合式挖掘机动臂势能回收与再利用系统
CN202280672U (zh) 飞轮蓄能式液压换向系统
CN102287312A (zh) 液压式波浪能发电装置
CN108978774B (zh) 一种用于挖掘机的混联式混合动力系统
CN203833526U (zh) 一种旋挖钻机主卷扬下放能量回收再利用系统
CN108591144B (zh) 电机驱动双定量泵双蓄能器的分布式直驱挖掘机液压系统
CN114604791B (zh) 工程机械的卷扬机构动力回收系统及动力回收方法
CN107700576B (zh) 液压挖掘机动势能回收利用系统
CN102556875A (zh) 一种海洋勘查装置的波浪补偿系统
CN103758689A (zh) 利用液压能提供旋转机械动力的装置及做功方法
CN113790184B (zh) 液电耦合驱动多执行器系统及控制方法
CN108223499A (zh) 一种电机直驱式动臂能量回收系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant