CN200982160Y - 石油钻机井架和底座液压升降同步控制装置 - Google Patents

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一种石油钻机井架和底座液压同步控制装置，属于石油钻机液压同步控制装置的制造技术领域，本实用新型采用同步马达闭环控制的方式，设计了一种双向平衡调节液压油缸行进速度的石油钻机底座和井架液压升降装置，改变了目前采用起升大绳起升和下放井架和底座的方式，本实用新型包括双向平衡机构、同步闭环控制机构和负载敏感换向控制机构；具有实现各油缸液压油的流量相等、形成闭环控制的特点；设置的双向平衡机构可以控制井架或者底座下放速度和防止井架超过平衡位置倾倒，本实用新型还具有实现无级调速和容易控制的特点，可以降低井架底座的重量，缩短安装时间。

Description

石油钻机井架和底座液压升降同步控制装置
技术领域：一种石油钻机井架和底座液压同步控制装置，用于石油钻机井架和底座的起升和下放，属于石油钻机液压同步控制装置的制造技术领域。
背景技术：目前石油钻机常采用人字架穿起升大绳的方式来起升和下放井架和底座，经过国内外多年使用证明，采用这种起升方式具有安全可靠的特点；其缺点是：由于人字架的质量重，起升钢丝绳只有一根作用在井架上，因此井架起升时需要承受较大的拉力；由于在钻台面上设置有司钻房、人字架及井架，因此台面较为拥挤，不利于井架起升的操作；另外由于底座上的开口距离较大，因此在起升时的扭矩较大，可能造成底座稳定性较差。
发明内容：本实用新型是针对现有技术的上述缺点，采用同步马达闭环控制的方式，设计一种具有双向平衡阀，并可以实现自动调节液压油缸行进速度的石油钻机底座和井架液压升降装置。
本实用新型是这样实现的：本实用新型包括双向平衡机构、同步闭环控制机构和负载敏感换向控制机构；双向平衡阀机构由平衡阀、单向阀和溢流阀构成，底座液压油缸的无杆腔设置有平衡阀，井架液压油缸的无杆腔和有杆腔都设置有平衡阀，分别用于底座、井架的起升和下放；在底座液压油缸和井架液压油缸上均设置有位移传感器，位移传感器与PLC控制器连接；在每个底座液压油缸和井架液压油缸的有杆腔都安装有溢流阀，油口直接与液压缸有杆腔相通；同步闭环控制机构包括同步马达、溢流阀、单向节流阀和泄油换向阀，泄油换向阀可以是由电、液或者气控制的泄油换向阀；为了在起升过程中实现井架液压油缸起升位移同步，使各油缸的位移差自动维持在设定值内，在同步马达与平衡阀之间的管路上并联有单向节流阀和泄油换向阀，泄油换向阀的控制电路与PLC控制器连接，接受PLC控制器的指令，泄油换向阀的回油口与回油管连接；负载敏感换向控制机构的换向阀既可自动换向也可手动换向；第一片换向阀连接同步马达，控制井架或底座液压油缸的伸缩，第二和第三片换向阀单独控制底座或井架的液压油缸；起升井架时，油泵打出的液压油进入多路换向机构，操作多路换向机构中的第一片换向阀，压力油进入单向节流阀流向同步马达，通过同步马达将液压油平均分配成两路通往两个液压油缸的平衡阀；从平衡阀的单向阀进入两个井架液压油缸的无杆腔，同时压力油将无杆腔回路上的平衡阀开启，使有杆腔的回油路接通，活塞杆伸出，推动井架起升，在井架起升或下放的过程中，设置在井架液压油缸上的位移传感器将各液压油缸的位移信息传入到PLC控制器中进行位移差比较，所得的值再与设定的数值进行对比，一旦发现位移差超过设定数值的情况，PLC控制器将接通连接在位移较大一路泄油换向阀的控制电路，使位移较大的一路通过泄油换向阀泄油，减缓位移较大一路的速度，使位移较小的一路赶上位移的速度，当油缸的位移误差回到设定的值后，位移传感器将获得的信息传给PLC控制器，PLC控制器会自动切断被接通的泄油换向阀的电路，使其关闭不再泄油，以此反复形成闭环的井架起升位移控制；当井架起升到直立位置并超过90度的平衡位置时，起升井架油缸的负载会由正负载转为负负载，这时井架液压油缸的无杆腔的油压力急剧下降，这时设置在有杆腔上的平衡阀在弹簧的推动下关闭通道，使有杆腔形成回油路背压，这种背压就可以托住活塞杆不被井架拉出防止井架倾倒；井架起升到位后，打上井架销子固定井架，然后转换油路，使液压油通向底座液压油缸，用同样的控制方式起升底座到位并固定。
本实用新型的优点和有益效果是：采用同步马达可以使进入各油缸液压油的流量相等，位移传感器接入PLC控制系统可以将各缸的位移信息反馈到PLC控制系统，形成闭环控制；由于负载反馈式换向阀在压力差一定的情况下开口量与阀芯的位移成正比，因此控制阀芯位移的大小即可控制其油缸的速度，达到控制起放底座、井架的速度的目的；设置的双向平衡阀在井架起升到位并超过90度平衡位置时，或在下放井架、底座平衡液压油缸承受负负载时，控制下放速度和防止井架超过平衡位置倾倒造成损失；本实用新型具有实现无级调速和容易控制的特点，也会大幅降低井架底座的重量，缩短安装时间。
附图说明：
图1是本实用新型的控制回路示意图。
具体实施方式：下面结合附图以两个底座液压缸和两个井架液压缸为例给出本实用新型的实施例：本实用新型包括双向平衡机构9、同步闭环控制机构14和负载敏感换向控制机构16；双向平衡阀机构9由两个井架和两个底座无杆腔平衡阀6和24、两个井架有杆腔平衡阀10、单向阀11和12、溢流阀2和8、位移传感器25构成，两个井架无杆腔平衡阀6和两个底座无杆腔平衡阀24分别设置在两个井架液压油缸5、7和底座液压油缸1、3的无杆腔回路上，两个井架无杆腔平衡阀6和两个底座无杆腔平衡阀24分别用于底座和井架下放时平衡井架和底座的负载，在井架液压油缸有杆腔的回路上设置有井架有杆腔平衡阀10，用于井架起升时有杆腔中液压油的回流，在两个底座和两个井架液压油缸的有杆腔回路上设置有溢流阀2和8，在两个底座液压油缸和两个井架液压油缸上均设置有位移传感器25，位移传感器25与PLC控制器4连接；同步闭环控制机构14包括两联同步马达22、溢流阀23、单向节流阀11、12和两个泄油换向阀20和13，同步马达22与平衡阀6之间的管路上并联有单向节流阀11、12和泄油换向阀13和20，泄油换向阀13和20的控制电路与PLC控制器4连接，接受PLC控制器4的指令，泄油换向阀13和20的回油口与回油管19连接；负载敏感换向控制机构16包括第一片换向阀17和第二片、第三片换向阀15，既可自动换向也可手动换向，控制起、放换向和控制液压油缸的运行速度，第一片换向阀17的A、B口通过单向截流阀21与同步马达22相连；第二、第三片换向阀的A、B口通过单向节流阀12和12分别通向底座或井架液压油缸；起升井架时，油泵18打出的液压油进入负载敏感换向控制机构16，操作第一片换向阀17，使压力油通过单向节流阀21流向同步马达22，通过同步马达22将液压油平均分配成两路通往两个井架液压油缸的平衡阀6；从平衡阀6的单向阀进入两个井架液压油缸5和7的无杆腔，同时压力油将有杆腔回路上的平衡阀10打开，使有杆腔的回油通道接通，活塞杆伸出，推动井架起升；在井架起升或下放的过程中，设置在井架液压油缸上的位移传感器25将各路液压油缸的位移信息传入到PLC控制器4中进行位移差比较，所得的值再与设定的数值进行对比，一旦发现位移差超过设定数值的情况，PLC控制器4将接通连接在位移较大一路泄油换向阀13或20的控制电路，使泄油换向阀换向泄油，减缓位移较大一路的速度，使位移较小的一路赶上运行速度，当两个油缸的位移误差回到设定的值后，位移传感器25将获得的信息传给PLC控制器4，PLC控制器4会自动切断被接通的泄油换向阀13或20的控制电路，使其关闭不再泄油，以此反复形成闭环的井架起升位移控制；当井架起升到直立位置并超过90度的平衡位置时，井架起升油缸的负载会由正负载转为负负载，这时井架液压油缸的无杆腔的油压力急剧下降，这时设置在有杆腔上的平衡阀10在弹簧的推动下关闭有杆腔的油路通道，使有杆腔形成回油路背压，这种背压就可以托住活塞杆不被井架拉出，防止井架倾倒，井架起升到位后，打上井架销子固定井架，然后转换油路，使液压油通向底座液压油缸，同样的控制方式起升底座到位并固定；在起升井架过程中，如果连接在液压油缸有杆腔的两个平衡阀10阀芯意外卡死或堵塞，液压油缸5或者7有杆腔的液压油就不能回流，压力就会急剧上升，使液压油缸5或者7发生塑性变形，并因此造成事故，为了避免此事故，设置在液压油缸5和7有杆腔回路上的溢流阀8也同时升压，当压力达到设定的溢流压力时，溢流阀8打开卸压，并报警，防止缸筒胀大和发生事故；在PLC控制器4不能正常工作时，为了保证井架和底座的起升或下放可以继续，这时可以用手动操作第二片、第三片换向阀15，在人为的控制下继续调整两个井架液压油缸5和7或者两个底座液压油缸1和3的伸缩，完成井架和底座的起升或下放；设置的第一片换向阀17和第二片、第三片换向阀15在压力一定的情况下，其流量与阀芯的位移成正比，因此只要控制阀芯位移的大小就可以控制流量的大小，从而控制液压油缸的运行速度，最终达到控制起放底座、井架的速度、位移，使其运行更平稳。

Claims (4)

1、一种石油钻机井架和底座液压升降同步控制装置，包括双向平衡、同步闭环控制和负载敏感换向控制机构，其特征在于；
a、所述双向平衡阀机构由井架和底座无杆腔平衡阀、井架有杆腔平衡阀、单向阀、溢流阀、位移传感器构成，井架和底座无杆腔平衡阀分别设置在井架和底座液压油缸的无杆腔回路上，井架有杆腔平衡阀设置在井架液压油缸有杆腔的回路上，在底座液压油缸和井架液压油缸上设置有位移传感器；
b、所述同步闭环控制机构包括两联同步马达、溢流阀、单向节流阀和泄油换向阀，泄油换向阀的控制电路与PLC控制器连接，泄油换向阀的回油口与回油管连接；
c、所述负载敏感换向控制机构包括第一、第二和第三片换向阀，第一片换向阀的A、B口通过单向截流阀与同步马达相连，第二、第三片换向阀的A、B口通过单向节流阀分别通向底座或井架液压油缸。
2、根据权利要求1所述的石油钻机井架和底座液压升降同步控制装置，其特征在于：在底座和井架液压油缸的有杆腔回路上设置有溢流阀。
3、根据权利要求1所述的石油钻机井架和底座液压升降同步控制装置，其特征在于：所述位移传感器与PLC控制器连接。
4、根据权利要求1所述的石油钻机井架和底座液压升降同步控制装置，其特征在于：同步马达与平衡阀之间的管路上并联有单向节流阀和泄油换向阀。
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