RU2808325C1 - Hydraulic system with feedback and method of its use - Google Patents
Hydraulic system with feedback and method of its use Download PDFInfo
- Publication number
- RU2808325C1 RU2808325C1 RU2022132442A RU2022132442A RU2808325C1 RU 2808325 C1 RU2808325 C1 RU 2808325C1 RU 2022132442 A RU2022132442 A RU 2022132442A RU 2022132442 A RU2022132442 A RU 2022132442A RU 2808325 C1 RU2808325 C1 RU 2808325C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- feedback
- hydraulic system
- servo
- pressure
- supply device
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 35
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 91
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 42
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 claims abstract description 24
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 17
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 7
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims description 5
- 238000005086 pumping Methods 0.000 abstract description 29
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 abstract description 9
- 238000001914 filtration Methods 0.000 abstract description 7
- 239000011435 rock Substances 0.000 abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 12
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 11
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 10
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 5
- 230000009471 action Effects 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 4
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 4
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 3
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 3
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 3
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 3
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 3
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 2
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 description 2
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 2
- 230000004044 response Effects 0.000 description 2
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000001934 delay Effects 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 description 1
- 238000009472 formulation Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 230000007257 malfunction Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 238000005325 percolation Methods 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 1
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Abstract
Description
Область техникиField of technology
[0001] Заявленное изобретение может применяться в отрасли нефтегазодобывающей промышленности и инженерной геофизике и относится к области электротехники, а также к методам исследования текучих веществ, например смесей жидкости с газом, и фильтрационных свойств породы с целью извлечения нефти с помощью ее вытеснения различными текучими веществами. Настоящее изобретение относится в том числе к гидравлическим и насосным системам и системам с обратной связью, в том числе по нескольким величинам.[0001] The claimed invention can be used in the oil and gas industry and engineering geophysics and relates to the field of electrical engineering, as well as to methods for studying fluid substances, for example mixtures of liquid with gas, and the filtration properties of rocks in order to extract oil by displacing it with various fluid substances. The present invention relates to hydraulic and pumping systems and systems with feedback, including multiple quantities.
Уровень техникиState of the art
[0002] Гидравлическая система представляет собой совокупность элементов и механизмов, обеспечивающих воздействие на текучее вещество для различных целей. Такие системы находят применение во многих сферах человеческой деятельности, в числе которых промышленность, строительство, геофизика, сельское хозяйство и другие. Данная технология в геофизике обычно применяется при исследовании свойств образцов породы и различных текучих веществ.[0002] The hydraulic system is a collection of elements and mechanisms that provide action on a fluid substance for various purposes. Such systems are used in many areas of human activity, including industry, construction, geophysics, agriculture and others. This technology in geophysics is usually used to study the properties of rock samples and various fluid substances.
[0003] Обратная связь в технике используется для регулирования различных процессов на основе получаемых данных. В зависимости от их величины система автоматически корректирует свою работу, например, для сохранения заданного значения выбранного параметра. В качестве примера может послужить система круиз-контроля в автомобиле: система автоматически прибавляет газ при падении скорости относительно целевой и наоборот.[0003] Feedback in technology is used to regulate various processes based on received data. Depending on their value, the system automatically adjusts its operation, for example, to maintain the specified value of the selected parameter. An example is the cruise control system in a car: the system automatically increases the gas when the speed drops relative to the target and vice versa.
[0004] На данный момент для проведения оценки насыщенности текучими веществами, описания процессов вытеснения нефти и газа водой и распределения фронта движения текучего вещества используется система вида «насос плюс объем» для создания пластовых условий в экспериментах по исследованию образца керна или пропанта. Обычно насосная система в таких экспериментах может работать в режимах поддержания давления либо в режимах поддержания расхода. Из уровня техники, как будет представлено ниже, известно, что поддержание давления происходит с достаточно высокой точностью благодаря использованию принципа обратной связи и датчика давления. Поддержание же расхода зачастую реализуется методом усредненного подсчета шагов, т.е. использованием метода обратной связи с разомкнутым контуром. Как правило, в этом случае сервоконтроллер эмулирует работу шагового двигателя либо сам управляет шаговым двигателем: для вычисления предполагаемого положения вала двигателя, следовательно, и устройства обеспечения давления, используется метод подсчета таких шагов. Данный подход не позволяет точно рассчитать положение вала двигателя и соответственно механически связанного с ним устройства обеспечения давления, что приводит к низкой эффективности режима поддержания расхода в такой реализации с разомкнутым контуром. Известны несколько устройств и способов, основанных на методе обратной связи, позволяющих провести лабораторные исследования скважинного материала нефтегазовых месторождений, в том числе образцов керна пород и пластового текучего вещества.[0004] At the moment, to assess the saturation of fluid substances, describe the processes of displacement of oil and gas by water and distribute the front of movement of the fluid substance, a “pump plus volume” system is used to create reservoir conditions in experiments on studying a core or proppant sample. Typically, the pumping system in such experiments can operate in pressure maintenance modes or in flow maintenance modes. From the prior art, as will be presented below, it is known that pressure is maintained with sufficiently high accuracy due to the use of the feedback principle and a pressure sensor. Maintaining the flow rate is often achieved by the method of average counting of steps, i.e. using an open loop feedback method. As a rule, in this case, the servo controller emulates the operation of a stepper motor or controls the stepper motor itself: to calculate the expected position of the motor shaft, and therefore the pressure supply device, a method of counting such steps is used. This approach does not allow accurate calculation of the position of the motor shaft and, accordingly, the mechanically associated pressure supply device, which leads to low efficiency of the flow maintenance mode in such an open-loop implementation. There are several known devices and methods based on the feedback method that allow laboratory studies of borehole material from oil and gas fields, including rock core samples and formation fluid.
[0005] Известно решение (RU 2753092 С2; опубл. 11.08.2021; МПК: F04B 49/06, F04B 49/20, F04B 51/00, G05B 19/05), раскрывающее насосную систему, содержащую насос, соединенный с насосным валом и сконфигурированный так, чтобы, в ответ на приложенное к насосному валу усилие, перекачивать жидкость; двигатель, соединенный с насосным валом и сконфигурированный так, чтобы в ответ на сигналы управления регулируемого по частоте/скорости привода (VFD/VSD) обеспечить приложение усилия к насосному валу для привода насосного вала; подшипниковый узел, имеющий подшипник, в котором установлен насосный вал, и сконфигурированный для соединения насоса и двигателя; привод VFD/VSD, сконфигурированный для приема сигналов управления PLC и выдачи сигналов управления VFD/VSD для привода двигателя; интегрированную систему сбора данных, сконфигурированную так, чтобы реагировать на сигналы сбора данных PLC и выдавать сигналы интегрированной системы сбора данных, содержащие информацию об интегрированном наборе параметров насосной системы, относящихся к насосу, подшипниковому узлу, двигателю и приводу VFD/VSD в насосной системе; и объединенные программируемый логический контроллер (PLC), средство сбора данных и модем, сконфигурированные так, чтобы: обеспечивать передачу сигналов сбора данных PLC и прием интегрированных сигналов сбора данных, обеспечивать передачу сигналов модема сбора данных PLC, которые содержат эксплуатационные данные, включая интегрированные сигналы сбора данных, в Интернет и/или в облачное средство, чтобы обеспечить удаленный ручной контроль насосной системы, и обеспечивать передачу сигналов управления PLC для управления приводом VFD/VSD и эксплуатации насосной системы как управляемой системы с обратной связью.[0005] A known solution (RU 2753092 C2; publ. 08/11/2021; IPC: F04B 49/06, F04B 49/20, F04B 51/00, G05B 19/05), revealing a pumping system containing a pump connected to a pump shaft and configured to, in response to a force applied to the pump shaft, pump liquid; a motor coupled to the pump shaft and configured to, in response to variable frequency/speed drive (VFD/VSD) control signals, cause a force to be applied to the pump shaft to drive the pump shaft; a bearing assembly having a bearing in which the pump shaft is mounted and configured to connect the pump and the motor; a VFD/VSD drive configured to receive PLC control signals and output VFD/VSD control signals to drive the motor; an integrated data acquisition system configured to respond to PLC data acquisition signals and provide integrated data acquisition system signals containing information about an integrated set of pumping system parameters related to the pump, bearing assembly, motor, and VFD/VSD drive in the pumping system; and an integrated programmable logic controller (PLC), data acquisition means, and modem configured to: transmit PLC data acquisition signals and receive integrated data acquisition signals, transmit PLC data acquisition modem signals that contain operational data, including integrated acquisition signals data, Internet and/or cloud facility to provide remote manual control of the pumping system, and provide PLC control signals to control the VFD/VSD drive and operate the pumping system as a closed-loop controlled system.
[0006] К недостаткам указанной насосной системы относится отсутствие обратной связи по положению вала, которая приводит к размыканию контура обратной связи по координате вала. В результате система не может работать в режиме постоянного расхода с достаточной точностью. Кроме того, в описании не раскрыта возможность использования нескольких насосов в составе одной системы, что ограничивает функционал предлагаемого решения.[0006] The disadvantages of this pumping system include the lack of feedback on the position of the shaft, which leads to the opening of the feedback loop on the shaft coordinate. As a result, the system cannot operate in constant flow mode with sufficient accuracy. In addition, the description does not disclose the possibility of using several pumps as part of one system, which limits the functionality of the proposed solution.
[0007] Известно другое близкое к заявляемому решение (RU 2776144 С1; опубл. 14.07.2022; МПК: Е21В 41/00, F04B 49/06, Е21В 43/26), в котором раскрыта система (2800) автоматического управления скоростью нагнетания насоса при гидравлическом разрыве пласта, содержащая: один или более процессоров (2810); память (2820), доступную по меньшей мере одному из одного или более процессоров; интерфейс (2830) данных, получающий данные в реальном времени для отдельных насосов в парке насосов в ходе операции гидроразрыва пласта; интерфейс (2840) управления, передающий сигналы управления для управления каждым из отдельных насосов в парке насосов в ходе операции гидроразрыва пласта; компонент (2870) производительности, функционально связанный с по меньшей мере одним из одного или более процессоров, который оценивает производительность насоса в реальном времени для каждого из отдельных насосов в парке насосов, применяя по меньшей мере часть данных в реальном времени, причем оцененная производительность насосов в реальном времени для парка насосов, рассчитанная с применением оценок, меньше максимальной предварительно определенной производительности насосов для парка насосов из-за ухудшения работы по меньшей мере одного из отдельных насосов; и компонент (2880) управления, функционально связанный с по меньшей мере одним из одного или более процессоров, который для целевой скорости нагнетания насоса для парка насосов в ходе операции гидроразрыва пласта генерирует по меньшей мере одну из настроек дроссельной заслонки двигателя и передачи трансмиссии для каждого из отдельных насосов, применяя оцененную производительность насоса в реальном времени для каждого из отдельных насосов, при этом указанные настройки являются передаваемыми через интерфейс управления в виде одного или более сигналов управления[0007] Another solution close to the claimed one is known (RU 2776144 C1; publ. 07/14/2022; IPC: E21B 41/00, F04B 49/06, E21B 43/26), in which a system (2800) for automatically controlling the pump discharge speed is disclosed for hydraulic fracturing, containing: one or more processors (2810); memory (2820) accessible to at least one of one or more processors; a data interface (2830) receiving real-time data for individual pumps in a pump fleet during a hydraulic fracturing operation; a control interface (2840) transmitting control signals to control each of the individual pumps in the pump park during a hydraulic fracturing operation; a performance component (2870) operably coupled to at least one of one or more processors that estimates real-time pump performance for each of the individual pumps in a pump fleet using at least a portion of the real-time data, wherein the estimated pump performance at in real time for the pump fleet, calculated using estimates, is less than the maximum predetermined pump capacity for the pump fleet due to deterioration of at least one of the individual pumps; and a control component (2880) operably coupled to at least one of one or more processors that, for a target pump discharge rate for a fleet of pumps during a hydraulic fracturing operation, generates at least one of engine throttle and transmission gear settings for each of individual pumps, applying estimated real-time pump performance to each of the individual pumps, said settings being communicated through the control interface in the form of one or more control signals
[0008] Из патента также известен способ (2892) гидроразрыва пласта с автоматическим управлением скоростью нагнетания насоса, включающий в себя этапы, на которых осуществляют: получение данных в реальном времени для отдельных насосов в парке насосов в ходе операции гидроразрыва пласта (2893); оценку производительности насоса в реальном времени для каждого из отдельных насосов в парке насосов, применяя по меньшей мере часть данных в реальном времени, причем оцененная производительность насоса в реальном времени для парка насосов, рассчитанная с применением оценок, меньше максимальной определенной производительности насосов для парка насосов из-за ухудшения работы по меньшей мере одного из отдельных насосов (2894); генерирование для целевой скорости нагнетания насоса для парка насосов в ходе операции гидроразрыва пласта по меньшей мере одной из настроек дроссельной заслонки двигателя и передачи трансмиссии для каждого из отдельных насосов, применяя оцененную производительность насоса в реальном времени для каждого из отдельных насосов (2895); и передачу настроек через интерфейс управления в виде одного или более сигналов управления, которые управляют каждым из отдельных насосов в парке насосов в ходе операции гидроразрыва пласта (2896).[0008] Also known from the patent is a method (2892) of hydraulic fracturing with automatic control of pump discharge speed, which includes the steps of: obtaining real-time data for individual pumps in a pump park during a hydraulic fracturing operation (2893); estimating real-time pump performance for each of the individual pumps in the pump fleet using at least a portion of the real-time data, wherein the estimated real-time pump performance for the pump fleet, calculated using the estimates, is less than the maximum determined pump performance for the pump fleet of - for deterioration in the performance of at least one of the individual pumps (2894); generating, for a target pump discharge rate for a fleet of pumps during a fracking operation, at least one of the engine throttle and transmission gear settings for each of the individual pumps, applying the estimated pump performance in real time for each of the individual pumps (2895); and transmitting the settings through the control interface in the form of one or more control signals that control each of the individual pumps in the pump park during the hydraulic fracturing operation (2896).
[0009] В число недостатков данного изобретения и способа также входит отсутствие обратной связи по положению вала, которая приводит к размыканию контура обратной связи по координате вала. В результате система не может работать в режиме постоянного расхода с достаточной точностью.[0009] Disadvantages of this invention and method also include the lack of shaft position feedback, which opens the shaft position feedback loop. As a result, the system cannot operate in constant flow mode with sufficient accuracy.
[0010] Другое изобретение (CN 106896043 В; опубл. 08.11.2019; МПК: G01N 15/0826, G01N 3/12) раскрывает устройство для оценки трещинного течения, включающее в том числе держатель, устройство обеспечения нагрузки, устройство подачи жидкости и раствора кислоты, систему измерения перколяционной способности, устройства получения и анализа данных.[0010] Another invention (CN 106896043 B; published 11/08/2019; IPC: G01N 15/0826, G01N 3/12) discloses a device for assessing fracture flow, including a holder, a load support device, a liquid and solution supply device acids, percolation capacity measurement system, data acquisition and analysis devices.
[0011] Недостатки данного изобретения также состоят в том, что отсутствует обратная связь по положению вала устройства обеспечения давления, которая приводит к размыканию контура обратной связи по координате вала устройства, что не позволяет точно регулировать расход текучих веществ.[0011] Disadvantages of this invention also lie in the fact that there is no feedback on the position of the shaft of the pressure providing device, which leads to the opening of the feedback loop on the coordinate of the shaft of the device, which does not allow precise control of the flow of fluids.
[0012] Известно также другое решение (RU 2743741 С1; опубл. 25.02.2021; МПК: F04B 49/06, F15B 19/00), в котором описано устройство для управления насосной станцией, содержащее насосную станцию, насос, который подключен к электродвигателю, а также снабжен всасывающим патрубком, соединенным с гидравлическим баком, внутри которого установлены датчик температуры и датчик уровня жидкости, в напорной магистрали установлены напорный фильтр и обратный клапан, а также датчик давления, манометр, клапан давления, а также сливная магистраль, отличающийся тем, что напорная магистраль подключена к стендам-потребителям и в ней последовательно установлены напорный фильтр и обратный клапан, кроме того, к ней подключен параллельно клапан давления, датчик давления и контрольный манометр, в сливной магистрали установлены сливной фильтр и маслоохладитель, датчик давления связан сигнальной линией с регулятором, который, в свою очередь, связан управляющей линией с клапаном давления, в гидравлической линии, связывающей напорную и сливную магистрали, последовательно установлены клапан давления и расходомер, при этом расходомер связан сигнальной линией с регулятором, который, в свою очередь, связан управляющей линией с частотным преобразователем.[0012] Another solution is also known (RU 2743741 C1; publ. 02.25.2021; IPC: F04B 49/06, F15B 19/00), which describes a device for controlling a pumping station, containing a pumping station, a pump that is connected to an electric motor , and is also equipped with a suction pipe connected to a hydraulic tank, inside of which a temperature sensor and a liquid level sensor are installed, a pressure filter and a check valve are installed in the pressure line, as well as a pressure sensor, a pressure gauge, a pressure valve, as well as a drain line, characterized in that that the pressure line is connected to the consumer stands and a pressure filter and a check valve are installed in series in it, in addition, a pressure valve, a pressure sensor and a control pressure gauge are connected in parallel to it, a drain filter and an oil cooler are installed in the drain line, the pressure sensor is connected by a signal line to the regulator, which, in turn, is connected by a control line to the pressure valve; in the hydraulic line connecting the pressure and drain lines, a pressure valve and a flow meter are installed in series, while the flow meter is connected by a signal line to the regulator, which, in turn, is connected by a control line with frequency converter.
[0013] Недостатки данного изобретения также состоят в том, что отсутствует обратная связь по положению вала устройства обеспечения давления, которая приводит к размыканию контура обратной связи по координате вала устройства, что не позволяет точно регулировать расход жидкости. Хотя устройство и содержит расходомер, но обратная связь регулируется только по скорости вращения электромотора, что не обеспечивает требуемую точность при задании расхода жидкости.[0013] The disadvantages of this invention also lie in the fact that there is no feedback on the position of the shaft of the pressure providing device, which leads to the opening of the feedback loop on the coordinate of the shaft of the device, which does not allow precise control of the fluid flow. Although the device contains a flow meter, the feedback is regulated only by the rotation speed of the electric motor, which does not provide the required accuracy when setting fluid flow.
[0014] Недостатком всех упомянутых решений является недостаточная эффективность поддержания постоянного расхода текучего вещества, связанная с размыканием контура обратной связи по положению вала устройства обеспечения давления. Это приводит к серьезным ограничениям по предельным значениям величины расхода текучих веществ и к возможным ошибкам в расчете этой величины и их накоплениям, снижая тем самым функциональность оборудования.[0014] The disadvantage of all the mentioned solutions is the insufficient efficiency of maintaining a constant flow of fluid, associated with the opening of the feedback loop on the position of the shaft of the pressure supply device. This leads to serious restrictions on the limit values of the flow rate of fluid substances and to possible errors in the calculation of this value and their accumulation, thereby reducing the functionality of the equipment.
Сущность изобретенияThe essence of the invention
[0015] Задачей настоящего изобретения является создание гидравлической системы с обратной связью по нескольким параметрам (положение вала устройства обеспечения давления, скорости вращения электромотора сервопривода и ток в обмотках электромотора), обладающей повышенной точностью поддержания постоянного расхода текучего вещества или давления и способной переключаться между этими режимами.[0015] The objective of the present invention is to create a hydraulic system with feedback on several parameters (the position of the shaft of the pressure supply device, the rotation speed of the servo motor and the current in the windings of the electric motor), which has increased accuracy in maintaining a constant flow rate of fluid or pressure and is capable of switching between these modes .
[0016] Данная задача решается за счет достижения заявляемым изобретением технического результата, заключающегося в повышении эффективности работы гидравлической системы, в том числе за счет высокой точности регулирования давления и расхода и возможности переключения режимов прокачки текучего вещества. Переключение режимов и точность регулирования обеспечиваются за счет наличия сервопривода и его компонентов, позволяющих корректировать работу устройства обеспечения давления и обеспечивающих функционирование обратной связи в системе по положению вала устройства обеспечения давления и скорости вращения электромотора сервопривода. Кроме того, повышенная эффективность достигается за счет блока управления, служащего для передачи команд сервоприводу и автоматизации технологического процесса прокачки текучего вещества, в том числе и для нескольких насосов посредством маршрутизатора.[0016] This problem is solved by achieving the technical result of the claimed invention, which consists in increasing the efficiency of the hydraulic system, including due to high accuracy of pressure and flow control and the ability to switch modes of pumping a fluid substance. Mode switching and control accuracy are ensured by the presence of a servo drive and its components, which allow the operation of the pressure supply device to be adjusted and provide feedback in the system based on the position of the pressure supply device shaft and the rotation speed of the servo drive electric motor. In addition, increased efficiency is achieved due to the control unit, which serves to transmit commands to the servo drive and automate the technological process of pumping fluid, including for several pumps via a router.
[0017] Гидравлическая система с обратной связью содержит по крайней мере один сервопривод, содержащий по крайней мере один электромотор и приводящий в действие по крайней мере одно устройство обеспечения давления, соединенное с линиями подачи и отвода текучих веществ, регулируемыми по крайней мере двумя клапанами и сообщенные с по крайней мере одной рабочей камерой, и сервопривод содержит по крайней мере два датчика обратной связи, по крайней мере один сервоконтроллер и блок управления, причем система выполнена с обратной связью по положению вала устройства обеспечения давления и скорости вращения электромотора сервопривода.[0017] The closed-loop hydraulic system comprises at least one servo drive comprising at least one electric motor and driving at least one pressure supply device connected to fluid supply and discharge lines controlled by at least two valves and communicated with at least one working chamber, and the servo drive contains at least two feedback sensors, at least one servo controller and a control unit, wherein the system is configured with feedback on the position of the shaft of the pressure supply device and the rotation speed of the servo drive electric motor.
[0018] Сервопривод является основным рабочим элементом гидравлической системы. Он представляет собой механизм, обычно имеющий в своем составе электродвигатель или электромотор, по крайней мере один датчик обратной связи (по координате, скорости, моменту вращения и другие), сервоконтроллер и другие устройства. Он служит для установки и поддержания рабочих органов, следовательно, параметров системы во время ее эксплуатации в зависимости от сигнала, поданного по системе обратной связи. Датчики обратной связи, а также сервоконтроллер обеспечивают работу обратной связи в сервоприводе и напрямую влияют на достижение технического результата, заключающегося в повышении эффективности работы гидравлической системы, в том числе за счет высокой точности регулирования давления и расхода и возможности переключения режимов прокачки текучего вещества. В представленной реализации обратная связь организована по положению вала устройства обеспечения давления и скорости вращения электромотора сервопривода, что обеспечивает высокую точность регулирования давления и расхода текучего вещества. В частном выполнении системы для организации обратной связи по положению вала используется по крайней мере один датчик положения, а для организации обратной связи по скорости вращения вала электромотора по крайней мере один датчик угла поворота в сервоприводе. Датчик положения вместе с датчиком угла поворота требуется для формирования точки отсчета вала устройства обеспечения давления и для подсчета его текущего положения, т.е. для организации обратной связи по положению вала (или координате), а датчик угла поворота для обратной связи по скорости вращения электромотора (или скорости).[0018] The servo drive is the main operating element of the hydraulic system. It is a mechanism that usually includes an electric motor or electric motor, at least one feedback sensor (coordinate, speed, torque, and others), a servo controller and other devices. It serves to install and maintain the working parts, and therefore the parameters of the system during its operation, depending on the signal sent through the feedback system. Feedback sensors, as well as a servo controller, provide feedback in the servo drive and directly affect the achievement of the technical result, which is to increase the efficiency of the hydraulic system, including due to high accuracy of pressure and flow control and the ability to switch modes of pumping fluid. In the presented implementation, the feedback is organized according to the position of the shaft of the pressure supply device and the rotation speed of the servo drive electric motor, which ensures high accuracy in regulating the pressure and flow of the fluid. In a particular implementation of the system, at least one position sensor is used to organize feedback on the shaft position, and at least one rotation angle sensor in the servo drive is used to organize feedback on the rotation speed of the electric motor shaft. A position sensor together with a rotation angle sensor is required to form a reference point for the shaft of the pressure supply device and to calculate its current position, i.e. to organize feedback on the position of the shaft (or coordinate), and a rotation angle sensor to provide feedback on the rotation speed of the electric motor (or speed).
[0019] Устройство обеспечения давления осуществляет нагнетание давления на текучие вещества и способствует их прокачке по линиям подачи и отвода и по рабочей камере системы за счет соединения с сервоприводом, передающим на устройство механическое движение устройства. Тем самым устройство напрямую участвует в обеспечении давления и задании расхода текучего вещества в системе. Устройство обеспечения давления приводится в движение электромотором и соединенный с ним комплексом, необходимым для управления режимами работы электромотора. В него может входить подшипниковый узел, преобразующий вращательное движение электромотора в линейное движение устройства обеспечения давления, устройство передачи, регулирующее скорость линейного движения устройства, и другие вспомогательные элементы. В частности, электромотор приводит в действие устройство обеспечения давления посредством шарико-винтовой пары и по крайней мере одного редуктора. Упомянутая конструкция позволяет осуществлять задание и регулировку значений расхода текучего вещества и подаваемого давления в системе за счет контроля хода движения устройства обеспечения давления, что повышает эффективность ее работы. В предпочтительной реализации оно выполнено в виде плунжера, что позволяет гидравлической системе функционировать при больших рабочих давлениях, повышая тем самым эффективность ее работы.[0019] The pressure supply device applies pressure to fluid substances and facilitates their pumping through the supply and discharge lines and through the working chamber of the system by connecting to a servo drive that transmits the mechanical movement of the device to the device. Thus, the device is directly involved in providing pressure and setting the flow rate of the fluid in the system. The pressure supply device is driven by an electric motor and connected to it by a complex necessary to control the operating modes of the electric motor. It may include a bearing assembly that converts the rotational movement of the electric motor into the linear movement of the pressure supply device, a transmission device that regulates the speed of the linear movement of the device, and other auxiliary elements. In particular, the electric motor drives the pressure supply device via a ball screw and at least one gearbox. This design makes it possible to set and adjust the flow rate of the fluid and the supplied pressure in the system by controlling the movement of the pressure supply device, which increases the efficiency of its operation. In a preferred embodiment, it is designed as a plunger, which allows the hydraulic system to operate at high operating pressures, thereby increasing its efficiency.
[0020] Линии подачи и отвода текучих веществ служат для циркуляции текучего вещества в гидравлической системе, обеспечивая тем самым их прокачку. Они сообщены с по крайней мере двумя клапанами, выдерживающими высокое давление и распределяющими текучее вещество в системе, что также способствует обеспечению различных режимов прокачки и повышению тем самым ее эффективности. Упомянутые линии также соединены с рабочей камерой, которая может быть использована для проведения различных экспериментов, в том числе по изучению текучих веществ, фильтрационных экспериментов и другое. В одном из вариантов системы рабочая камера выполнена в виде кернодержателя. Такая техническая реализация позволяет качественно проводить фильтрационные эксперименты с пористыми образцами, осуществляя надежное и плотное соединение линий подачи с исследуемым материалом, что приводит к повышению достоверности получаемых данных, и обеспечивает широкий диапазон возможных расходов текучего вещества и нагнетаемого давления. Плотное соединение кернодержателя с линиями подачи и его способность выдерживать высокие давления текучих веществ позволяют повысить эффективность системы за счет уменьшения вероятности возможных поломок.[0020] Fluid supply and discharge lines serve to circulate fluid in the hydraulic system, thereby ensuring their pumping. They are connected to at least two valves that withstand high pressure and distribute the fluid in the system, which also helps to provide different pumping modes and thereby increase its efficiency. The mentioned lines are also connected to a working chamber, which can be used to conduct various experiments, including the study of fluid substances, filtration experiments, and more. In one version of the system, the working chamber is made in the form of a core holder. This technical implementation allows high-quality filtration experiments with porous samples, providing a reliable and tight connection of the supply lines with the material under study, which leads to increased reliability of the data obtained, and provides a wide range of possible flow rates of the fluid substance and the injected pressure. The tight connection of the core holder to the supply lines and its ability to withstand high fluid pressures improve the efficiency of the system by reducing the likelihood of possible breakdowns.
[0021] Блок управления гидравлической системой служит для управления режимами работы гидравлической системы, в том числе сервоконтроллерами. Сигналы от сервоконтроллеров, полученные от датчиков, поступают в режиме реального времени в блок управления, который осуществляет измерение реальных значений скорости вращения электромотора, и, соответственно, скорости линейного движения устройства обеспечения давления, а значит и фактического расхода прокачиваемого в системе текучего вещества. На базе полученных данных блок управления корректирует работу электромотора. В одном из предпочтительных вариантов выполнения системы она дополнительно содержит панель оператора, соединенную с блоком управления. Панель позволяет вручную задавать требуемые значения расхода и давления системы, а также отдавать системе команду на изменение режима прокачки текучего вещества, что также повышает эффективность ее работы.[0021] The hydraulic system control unit is used to control the operating modes of the hydraulic system, including servo controllers. Signals from servo controllers received from sensors are received in real time to the control unit, which measures the actual values of the rotation speed of the electric motor, and, accordingly, the speed of the linear movement of the pressure supply device, and therefore the actual flow rate of the fluid pumped in the system. Based on the received data, the control unit adjusts the operation of the electric motor. In one of the preferred embodiments of the system, it further comprises an operator panel connected to a control unit. The panel allows you to manually set the required flow and pressure values of the system, as well as give the system a command to change the pumping mode of the fluid, which also increases its operating efficiency.
[0022] Гидравлическая система в некоторых своих выполнениях может содержать дополнительные элементы, расширяющие ее функционал. В частности, система может иметь разделительную емкость. Она может представлять собой герметичную камеру с поршнем, который под действием давящей гидравлической жидкости выталкивает из камеры текучее вещество, двигающееся по линиям подачи и отвода. Возможность использования в качестве рабочих текучих веществ газов, смесей газов и жидкости и жидкостей в том числе агрессивных, таких как кислоты, расширяет диапазон возможных исследуемых веществ, что увеличивает эффективность работы системы за счет вариативности исследуемых материалов.[0022] The hydraulic system in some of its implementations may contain additional elements that expand its functionality. In particular, the system may have a separating tank. It can be a sealed chamber with a piston, which, under the action of pressing hydraulic fluid, pushes a fluid substance out of the chamber, moving along the supply and discharge lines. The possibility of using gases, mixtures of gases and liquids, and liquids, including aggressive ones such as acids, as working fluid substances, expands the range of possible substances under study, which increases the efficiency of the system due to the variability of the materials being studied.
[0023] В другой технической реализации система дополнительно имеет датчик давления. Он служит для точного определения давления текучего вещества в системе, что повышает эффективность ее работы за счет корректного определения одно из ключевых параметров системы. Кроме того, датчик давления в совокупности с обратной связью по моменту вращения электромотора сервопривода позволяет реализовать режим течения текучего вещества при постоянном давлении. Обратная связь такого вида расширяет функциональность и эффективность системы за счет возможности использования различных режимов прокачки при проведении экспериментов.[0023] In another technical implementation, the system additionally has a pressure sensor. It serves to accurately determine the pressure of the fluid in the system, which increases the efficiency of its operation due to the correct determination of one of the key parameters of the system. In addition, the pressure sensor, in combination with feedback on the torque of the servo motor, makes it possible to implement the flow mode of a fluid substance at constant pressure. Feedback of this type expands the functionality and efficiency of the system due to the possibility of using various pumping modes when conducting experiments.
[0024] Еще одно частное воплощение системы содержит по крайней мере один блок приема и передачи данных. Это устройство позволяет распределять управляющие команды от блока управления сразу по нескольким сервоприводам, обеспечивая тем самым возможность одновременной эксплуатации нескольких устройств обеспечения давления и сервоприводов в составе одной системы. Такое решение повышает эффективность работы гидравлической системы посредством увеличения суммарной мощности гидравлического оборудования. Дополнительно для повышения скорости передачи данных и возможности доступа к ним через внешнюю сеть блок может быть снабжен подключением к сети Ethernet. Такое решение также улучшает функциональность и эффективность системы, поскольку реализуется возможность удаленного доступа к оборудованию с возможность отслеживания его работы с последующей диагностикой и предотвращением неисправностей.[0024] Another particular embodiment of the system includes at least one data receiving and transmitting unit. This device allows you to distribute control commands from the control unit to several servos at once, thereby providing the ability to simultaneously operate several pressure devices and servos as part of one system. This solution increases the efficiency of the hydraulic system by increasing the total power of the hydraulic equipment. Additionally, to increase the speed of data transfer and the ability to access it via an external network, the unit can be equipped with a connection to an Ethernet network. This solution also improves the functionality and efficiency of the system, since it provides the possibility of remote access to equipment with the ability to monitor its operation with subsequent diagnosis and prevention of faults.
[0025] Способ использования гидравлической системы с обратной связью состоит из последовательных этапов, на которых сначала осуществляют определение положения вала по крайней мере одного устройства обеспечения давления с помощью по крайней мере одного датчика положения. Это позволяет более точно настроить и сформировать обратную связь по координате, что исключает ошибки и аварийные ситуации, вызванные сбоем в определении положения. Таким образом повышается эффективность работы гидравлической системы за счет обеспечения ее надежной работы.[0025] A method of using a closed-loop hydraulic system consists of sequential steps of first determining the position of a shaft of at least one pressure providing device using at least one position sensor. This allows you to more accurately configure and generate coordinate feedback, which eliminates errors and emergency situations caused by a failure in position determination. This improves the efficiency of the hydraulic system by ensuring reliable operation.
[0026] Далее запускают по крайней мере один сервопривод гидравлической системы.[0026] Next, at least one servo drive of the hydraulic system is started.
[0027] Затем осуществляют передачу сигнала от по крайней мере одного датчика угла поворота, входящего в систему сервопривода, к по крайней мере одному сервоконтроллеру.[0027] A signal is then transmitted from the at least one rotation angle sensor included in the servo drive system to the at least one servo controller.
[0028] После чего производят передачу сигнала от сервоконтроллера к блоку управления в режиме реального времени.[0028] Then the signal is transmitted from the servo controller to the control unit in real time.
[0029] Далее измеряют скорость вращения электромотора сервопривода и положение вала по крайней мере одного устройства обеспечения давления.[0029] Next, the rotation speed of the servo motor and the shaft position of the at least one pressure providing device are measured.
[0030] Потом обеспечивают изменение рабочего объема устройства обеспечения давления.[0030] Then the working volume of the pressure providing device is changed.
[0031] Затем производят передвижение текучих веществ по линиям подачи и отвода текучих веществ.[0031] The fluids are then moved through the fluid supply and discharge lines.
[0032] После этого регулируют поток текучих веществ в по крайней мере одной рабочей камере.[0032] The flow of fluids in at least one working chamber is then regulated.
[0033] Далее поддерживают измеренные величины на заданном уровне.[0033] Next, the measured values are maintained at a given level.
[0034] Также в одном из вариантов способа для запуска и ручного управления работой гидравлической системы используют панель оператора. Кроме того, в одном из вариантов способа для управления несколькими сервоконтроллерами используют блок приема и передачи данных. В одном из выполнений он последовательно опрашивает сервоконтроллеры по IP-адресу и передает данные от устройств к блоку управления в режиме реального времени. Для повышения функционала системы могут дополнительно измерять показания датчика давления, и измерять ток в обмотках электромотора сервопривода, и к тому же поддерживать измеренную величину тока и давления на заданном уровне, организуя тем самым обратную связь по давлению. Еще одна реализация способа предполагает регулирование потока текучих веществ в по крайней мере одной рабочей камере с помощью по крайней мере двух клапанов. Все перечисленные признаки повышают эффективность работы гидравлической системы. Их преимущества были описаны выше и будут более подробно раскрыты ниже в тексте.[0034] Also, in one embodiment of the method, an operator panel is used to start and manually control the operation of the hydraulic system. In addition, in one variant of the method, a data receiving and transmitting unit is used to control several servo controllers. In one implementation, it sequentially polls servo controllers by IP address and transmits data from the devices to the control unit in real time. To increase the functionality of the system, they can additionally measure the readings of the pressure sensor, and measure the current in the windings of the servo motor, and also maintain the measured value of current and pressure at a given level, thereby organizing pressure feedback. Another implementation of the method involves regulating the flow of fluids in at least one working chamber using at least two valves. All of these features increase the efficiency of the hydraulic system. Their advantages have been described above and will be discussed in more detail below in the text.
Описание чертежейDescription of drawings
[0035] Объект притязаний по настоящей заявке описан по пунктам и четко заявлен в формуле изобретения. Упомянутые выше задачи, признаки и преимущества изобретения очевидны из нижеследующего подробного описания, в сочетании с прилагаемыми чертежами, на которых показано:[0035] The subject matter of this application is described point by point and clearly stated in the claims. The above-mentioned objects, features and advantages of the invention will become apparent from the following detailed description, taken in conjunction with the accompanying drawings, in which:
[0036] На Фиг. 1 показана структурная схема гидравлической системы с обратной связью.[0036] In FIG. Figure 1 shows a block diagram of a hydraulic system with feedback.
[0037] На Фиг. 2 показана блок-схема, изображающая способ использования гидравлической системы с обратной связью.[0037] In FIG. 2 is a block diagram showing a method of using a closed-loop hydraulic system.
[0038] Указанные чертежи поясняются следующими позициями: Сервопривод - 1; Электромотор - 2; Датчик положения - 3; Сервоконтроллер - 4; Датчик угла поворота - 5; Шарико-винтовая пара 6; Редуктор 7; Устройство обеспечения давления 8; Линии подачи и отвода текучих веществ - 9; Клапаны - 10; Рабочая камера- 11; Блок управления - 12; Панель оператора - 13; Датчик давления - 14.[0038] These drawings are illustrated by the following positions: Servo drive - 1; Electric motor - 2; Position sensor - 3; Servo controller - 4; Rotation angle sensor - 5; Ball screw 6; Gearbox 7; Pressure supply device 8; Lines for supply and removal of fluid substances - 9; Valves - 10; Working chamber - 11; Control unit - 12; Operator panel - 13; Pressure sensor - 14.
Подробное описание изобретенияDetailed Description of the Invention
[0039] В приведенном ниже подробном описании реализации изобретения приведены многочисленные детали реализации, призванные обеспечить отчетливое понимание настоящего изобретения. Однако, квалифицированному в предметной области специалисту, очевидно, каким образом можно использовать настоящее изобретение, как с данными деталями реализации, так и без них. В других случаях хорошо известные методы, процедуры и компоненты не описаны подробно, чтобы не затруднять излишне понимание особенностей настоящего изобретения.[0039] The following detailed description of the invention sets forth numerous implementation details designed to provide a clear understanding of the present invention. However, it will be apparent to one skilled in the art how the present invention can be used with or without these implementation details. In other cases, well-known methods, procedures and components are not described in detail so as not to unduly obscure the features of the present invention.
[0040] Кроме того, из приведенного изложения ясно, что изобретение не ограничивается приведенной реализацией. Многочисленные возможные модификации, изменения, вариации и замены, сохраняющие суть и форму настоящего изобретения, очевидны для квалифицированных в предметной области специалистов.[0040] In addition, from the above discussion it is clear that the invention is not limited to the above implementation. Numerous possible modifications, alterations, variations and substitutions, while retaining the spirit and form of the present invention, will be apparent to those skilled in the art.
[0041] На Фиг. 1 показана структурная схема одного из вариантов выполнения гидравлической системы с обратной связью. Гидравлическая система с обратной связью содержит по крайней мере один сервопривод 1, содержащий по крайней мере один электромотор 2 и приводящий в действие по крайней мере одно устройство обеспечения давления 8, соединенное с линиями подачи и отвода текучих веществ 9, регулируемыми по крайней мере двумя клапанами 10 и сообщенные с по крайней мере одной рабочей камерой 11, и сервопривод содержит по крайней мере два датчика обратной связи 3 и 5, по крайней мере один сервоконтроллер 4 и блок управления 12, причем система выполнена с обратной связью по положению вала устройства обеспечения давления 8 и скорости вращения электромотора 2 сервопривода 1.[0041] In FIG. 1 shows a block diagram of one of the embodiments of a hydraulic system with feedback. The hydraulic feedback system contains at least one servo drive 1, containing at least one electric motor 2 and driving at least one pressure supply device 8 connected to fluid supply and discharge lines 9, regulated by at least two valves 10 and communicated with at least one working chamber 11, and the servo drive contains at least two feedback sensors 3 and 5, at least one servo controller 4 and a control unit 12, and the system is configured with feedback on the position of the shaft of the pressure providing device 8 and rotation speed of electric motor 2 servo drive 1.
[0042] Сервопривод 1 является основным рабочим элементом гидравлической системы. Он представляет собой механизм, обычно имеющий в своем составе электродвигатель или электромотор, по крайней мере один датчик обратной связи (по координате, скорости, моменту вращения и другие), и другие вспомогательные устройства. Он служит для установки и поддержания рабочих органов, следовательно, параметров системы во время ее эксплуатации в зависимости от сигнала, поданного по системе обратной связи. Датчики обратной связи, а также сервоконтроллер 4 обеспечивают работу обратной связи в сервоприводе 1 и напрямую влияют на достижение технического результата, заключающегося в повышении эффективности работы гидравлической системы, в том числе за счет высокой точности регулирования давления и расхода и возможности переключения режимов прокачки текучего вещества. Более конкретно результат достигается за счет того, что сервоконтроллер 4 программируется на выполнение определенной задачи и осуществляет подачу сигнала с определенными характеристиками на электромотор 2. Сигнал с рабочего элемента датчиков в виде последовательности импульсов или фактического значения через цифровой интерфейс попадает в сервоконтроллер 4, и далее направляется в блок управления 12. Далее полученный блоком 12 сигнал сравнивается с импульсами, полученными датчиками и сервоконтроллером 4, и, в зависимости от программы, корректируется. Эта корректировка обладает высокой точностью в виду использования электрических сигналов, имеющих четко заданные характеристики и полученных без потерь, в основном вызываемых низкой частотой детектирования импульсов, что и обеспечивает точность регулирования давления и расхода самой системы. В представленном решении обратная связь организована по положению вала устройства обеспечения давления 8 и скорости вращения электромотора 2 сервопривода 1, что обеспечивает высокую точность регулирования давления и расхода текучего вещества. Она обусловлена в том числе возможностью приема сигнала от датчиков обратной связи, способных воспринимать быструю частоту вращения электромотора 2, с высокой скоростью без потери информации. Обратная связь по положению вала устройства 8 и скорости вращения электромотора 2 позволяет контролировать с большой точностью расход рабочих текучих веществ в системе за счет точной настройки вращения электромотора 2 и линейного движения устройства обеспечения давления 8, позволяющих прокачивать задаваемые порции текучего вещества при определенном давлении. Известно множество воплощений обратной связи в сервоприводах, включающее использование различных видов датчиков и их расположение. Специалисту из уровня техники очевидны технические реализации возможных вариантов.[0042] The servo drive 1 is the main operating element of the hydraulic system. It is a mechanism that usually includes an electric motor or electric motor, at least one feedback sensor (coordinate, speed, torque, etc.), and other auxiliary devices. It serves to install and maintain the working parts, and therefore the parameters of the system during its operation, depending on the signal sent through the feedback system. Feedback sensors, as well as servo controller 4, provide feedback in servo drive 1 and directly affect the achievement of the technical result, which is to increase the efficiency of the hydraulic system, including due to high accuracy of pressure and flow control and the ability to switch modes of pumping fluid. More specifically, the result is achieved due to the fact that the servo controller 4 is programmed to perform a specific task and supplies a signal with certain characteristics to the electric motor 2. The signal from the working element of the sensors in the form of a sequence of pulses or an actual value enters the servo controller 4 through a digital interface, and is then sent to control unit 12. Next, the signal received by unit 12 is compared with the pulses received by the sensors and servo controller 4, and, depending on the program, is adjusted. This adjustment is highly accurate due to the use of electrical signals that have clearly defined characteristics and are obtained without losses, mainly caused by the low pulse detection frequency, which ensures the accuracy of pressure and flow control of the system itself. In the presented solution, feedback is organized according to the position of the shaft of the pressure supply device 8 and the rotation speed of the electric motor 2 of the servo drive 1, which ensures high precision in regulating the pressure and flow of the fluid. It is due, among other things, to the possibility of receiving a signal from feedback sensors capable of perceiving the fast rotation speed of the electric motor 2 at high speed without loss of information. Feedback on the position of the shaft of the device 8 and the rotation speed of the electric motor 2 makes it possible to control with great accuracy the flow of working fluids in the system due to the precise adjustment of the rotation of the electric motor 2 and the linear movement of the pressure supply device 8, allowing specified portions of the fluid to be pumped at a certain pressure. There are many known embodiments of feedback in servos, including the use of different types of sensors and their arrangement. The technical implementation of possible options is obvious to a person skilled in the art.
[0043] Частное, но не единственное выполнение сервопривода 1 содержит по крайней мере один электромотор 2, а управляющие сигналы на сервопривод 1 подаются от сервоконтроллера 4. Для организации обратной связи по положению вала в это частном выполнении используется по крайней мере один датчик положения 3, а для организации обратной связи по скорости вращения вала электромотора 2 по крайней мере один датчик угла поворота 5 в сервоприводе 1. Датчик положения 3 вместе с датчиком угла поворота 5 требуется для формирования точки отсчета вала устройства обеспечения давления 8 и для подсчета его текущего положения, т.е. для организации обратной связи по положению вала (или координате), а датчик угла поворота 5 для обратной связи по скорости вращения электромотора 2 (или скорости). Датчик положения 3 размещается таким образом, чтобы осуществить установку, детектирование и возможную корректировку начальной точки отсчета положения вала, а также изменение его положения в ходе работы устройства 8, например, как показано на Фиг. 1. Он может быть выполнен в виде оптического или механического концевика или иначе. Датчик угла поворота 5 размещается на электромоторе 2 и позволяет таким образом получать корректные данные о текущем положении вала с учетом его начального положения посредством, например, измерения тока электромотора и вычисления скорости вращения электромотора. Он также может быть выполнен в виде оптического энкодера, способного произвести до 2 миллионов импульсов за один оборот вала, или магнитного энкодера или иначе.[0043] A particular, but not the only, embodiment of the servo drive 1 contains at least one electric motor 2, and control signals to the servo drive 1 are supplied from the servo controller 4. To provide feedback on the position of the shaft in this particular embodiment, at least one position sensor 3 is used, and to organize feedback on the speed of rotation of the electric motor shaft 2, at least one rotation angle sensor 5 in servo drive 1. Position sensor 3 together with rotation angle sensor 5 is required to form the reference point of the shaft of the pressure supply device 8 and to calculate its current position, t .e. to organize feedback on the position of the shaft (or coordinate), and the rotation angle sensor 5 for feedback on the rotation speed of the electric motor 2 (or speed). The position sensor 3 is placed in such a way as to install, detect and possibly adjust the initial reference point of the shaft position, as well as change its position during operation of the device 8, for example, as shown in FIG. 1. It can be made in the form of an optical or mechanical limit switch or otherwise. The rotation angle sensor 5 is placed on the electric motor 2 and thus makes it possible to obtain correct data about the current position of the shaft, taking into account its initial position, by, for example, measuring the electric motor current and calculating the rotation speed of the electric motor. It can also be designed as an optical encoder capable of producing up to 2 million pulses per revolution of the shaft, or a magnetic encoder or otherwise.
[0044] Устройство обеспечения давления 8 осуществляет нагнетание давления на текучие вещества и способствует их прокачке по линиям подачи и отвода 9 и по рабочей камере 11 системы за счет соединения с сервоприводом 1. Тем самым устройство 8 напрямую участвует в обеспечении давления и задании расхода текучего вещества в системе. Устройство обеспечения давления 8 приводится в действие сервоприводом 1, а именно электромотором 2 и соединенным с ним комплексом, необходимым для обеспечения работы устройства обеспечения давления 8 за счет возможности управления режимами работы электромотора 2. В него может входить подшипниковый узел, преобразующий вращательное движение электромотора 2 в линейное движение устройства обеспечения давления 8, устройство передачи, регулирующее скорость линейного движения устройства 8, и другие вспомогательные элементы, очевидные для специалиста.[0044] The pressure supply device 8 pumps pressure onto fluid substances and facilitates their pumping through the supply and discharge lines 9 and through the working chamber 11 of the system by connecting to the servo drive 1. Thus, the device 8 is directly involved in providing pressure and setting the flow rate of the fluid substance in system. The pressure supply device 8 is driven by a servo drive 1, namely an electric motor 2 and a complex connected to it, necessary to ensure the operation of the pressure supply device 8 due to the ability to control the operating modes of the electric motor 2. It may include a bearing assembly that converts the rotational movement of the electric motor 2 into the linear movement of the pressure providing device 8, a transmission device that regulates the speed of the linear movement of the device 8, and other auxiliary elements obvious to a person skilled in the art.
[0045] В частности, комплекс электромотора 2 может содержать шарико-винтовую пару 6 и по крайней мере один редуктор 7, соединенные с электромотором 2 и являющимися частными воплощениями подшипникового узла и устройства передачи соответственно. Устройство передачи осуществляет передачу вращения от электромотора 2 к валу, соединенному с устройством 8, но с изменением его частоты. Принцип действия такого механизма основан на законе сохранения энергии и широко известен. Устройство передачи может быть выполнено в виде редуктора 7, изготовленного в виде червячного, планетарного или иного редуктора. Подшипниковый узел, выполненный в виде шарико-винтовой пары 6, преобразует редуцированное вращательное движение электромотора 2 в линейное движение устройства 8 за счет плотного контакта шариков, расположенных внутри гайки, регулирующей ход устройства 8, с вращающимся под действием электромотора 2 винтом. Подшипниковый узел может быть выполнен и иначе, что очевидно для специалиста. Упомянутая конструкция из редуктора 7, шарико-винтовой пары 6 и электромотора 2 позволяет осуществлять задание и регулировку значений расхода текучего вещества и подаваемого давления в системе, что повышает эффективность работы гидравлической системы, за счет передачи определенной частоты вращения, трансформируемой в линейное перемещение и изменение рабочего объема устройства 8. Устройство обеспечения давления 8 может быть выполнено в виде плунжера, насоса или иначе. В предпочтительной реализации оно выполнено в виде плунжера 8, что позволяет гидравлической системе функционировать при больших рабочих давлениях, повышая тем самым эффективность ее работы за счет расширения диапазона рабочих величин.[0045] In particular, the electric motor complex 2 may contain a ball screw 6 and at least one gearbox 7 connected to the electric motor 2 and being particular embodiments of the bearing assembly and transmission device, respectively. The transmission device transmits rotation from the electric motor 2 to the shaft connected to the device 8, but with a change in its frequency. The principle of operation of such a mechanism is based on the law of conservation of energy and is widely known. The transmission device can be made in the form of a gearbox 7, made in the form of a worm, planetary or other gearbox. The bearing assembly, made in the form of a ball screw 6, converts the reduced rotational motion of the electric motor 2 into the linear motion of the device 8 due to the tight contact of the balls located inside the nut that regulates the stroke of the device 8 with the screw rotating under the action of the electric motor 2. The bearing assembly can be designed differently, which is obvious to a specialist. The mentioned design consisting of a gearbox 7, a ball screw 6 and an electric motor 2 allows setting and adjusting the flow rate of the fluid and the supplied pressure in the system, which increases the efficiency of the hydraulic system by transmitting a certain rotation speed, transformed into linear movement and changing the working volume of the device 8. The pressure supply device 8 can be made in the form of a plunger, pump, or otherwise. In the preferred implementation, it is made in the form of a plunger 8, which allows the hydraulic system to operate at high operating pressures, thereby increasing its operating efficiency by expanding the range of operating values.
[0046] Линии подачи и отвода текучих веществ 9 служат для циркуляции текучего вещества в гидравлической системе, обеспечивая тем самым их прокачку. В качестве текучих веществ могут выступать газы, смеси газов и жидкости и жидкости. Линии 9 сообщены с по крайней мере двумя клапанами 10, выдерживающими высокое давление и распределяющими текучее вещество в системе, что также способствует обеспечению различных режимов прокачки и повышению тем самым ее эффективности. Например, клапаны 10 могут быть установлены таким образом, что один из них закрыт, а другой прокачивает текучее вещество в камеру 11, а затем наоборот или другими способами, обеспечивающими движение жидкости. Упомянутые линии 9 также соединены с рабочей камерой 11, которая может быть использована для проведения различных экспериментов, в том числе по изучению текучих веществ, фильтрационных экспериментов и другое. Рабочая камера 11 в общем случае представляет собой замкнутый объем, сообщенный с линиями 9, способный выдержать высокие давления и температуры. Она может представлять собой ячейку PVT, ячейку рекомбинации или другие емкости. Камера 11 может быть теплоизолирована, обладать нагревательными или охлаждающими элементами и иметь другие свойства, расширяющие функционал системы и повышающие ее эффективность работы. Линии 9 также могут быть соединены с другими элементами, влияющими на течение веществ в системе, например, с нагревателями, резервуарами, дополнительными насосами и другими механизмами.[0046] Fluid supply and discharge lines 9 serve to circulate fluid in the hydraulic system, thereby ensuring their pumping. Fluid substances can be gases, mixtures of gases and liquids. Lines 9 communicate with at least two valves 10 that can withstand high pressure and distribute the fluid in the system, which also helps to provide different pumping modes and thereby increase its efficiency. For example, valves 10 may be arranged such that one is closed and the other pumps fluid into chamber 11 and then vice versa, or by other means to promote fluid movement. The mentioned lines 9 are also connected to the working chamber 11, which can be used to conduct various experiments, including the study of fluid substances, filtration experiments, and more. The working chamber 11 in the general case is a closed volume communicated with lines 9, capable of withstanding high pressures and temperatures. It may be a PVT cell, a recombination cell, or other containers. Chamber 11 can be thermally insulated, have heating or cooling elements, and have other properties that expand the functionality of the system and increase its operating efficiency. Lines 9 can also be connected to other elements that affect the flow of substances in the system, for example, with heaters, reservoirs, additional pumps and other mechanisms.
[0047] В одном из вариантов системы рабочая камера 11 выполнена в виде кернодержателя 11. Такая техническая реализация позволяет качественно проводить фильтрационные эксперименты с пористыми образцами, осуществляя надежное и плотное соединение линий подачи 9 с исследуемым материалом, что приводит к повышению достоверности получаемых данных, и обеспечивает широкий диапазон возможных расходов текучего вещества и нагнетаемого давления. Плотное соединение кернодержателя 11 с линиями подачи 9 и его способность выдерживать высокие давления текучих веществ позволяют повысить эффективность системы за счет уменьшения вероятности возможных поломок.[0047] In one version of the system, the working chamber 11 is made in the form of a core holder 11. This technical implementation allows for high-quality filtration experiments with porous samples, providing a reliable and tight connection of the supply lines 9 with the material under study, which leads to increased reliability of the data obtained, and provides a wide range of possible flow rates of fluid and discharge pressure. The tight connection of the core holder 11 with the supply lines 9 and its ability to withstand high pressures of fluid substances makes it possible to increase the efficiency of the system by reducing the likelihood of possible breakdowns.
[0048] Блок управления гидравлической системой 12 служит для управления режимами работы гидравлической системы, в том числе несколькими сервоконтроллерами 4. Сигналы от сервоконтроллеров 4, полученные от датчиков, поступают в режиме реального времени в блок управления 12, который осуществляет сравнение сигналов от сервоконтроллеров 4 и датчиков по описанному выше механизму, измерение реальных значений скорости вращения электромотора 2, и, соответственно, скорости линейного движения устройства обеспечения давления 8, а значит и фактического расхода прокачиваемого в системе текучего вещества. На базе полученных данных блок управления 12 корректирует работу электромотора 2. Эта корректировка обладает высокой точностью в виду использования электрических сигналов, имеющих четко заданные характеристики и полученных без потерь, в основном вызываемых низкой частотой детектирования импульсов, что и обеспечивает точность регулирования давления и расхода самой системы. Блок управления 12 может быть выполнен различными способами, очевидными для специалиста, например, в виде программируемого логического контроллера или иначе. В одном из предпочтительных вариантов выполнения системы она дополнительно содержит панель оператора 13, соединенную с блоком управления, как показано на Фиг. 1. Панель 13 позволяет вручную задавать требуемые значения расхода и давления системы, а также отдавать системе команду на изменение режима прокачки текучего вещества, что также повышает эффективность ее работы за счет сокращения времени и простоты подачи управляющих сигналов. Панель 13 может быть сенсорной и иметь область вывода информации о системе, содержащую сведения о неисправностях и поломках, значения расхода и давления текучего вещества в различных единицах измерения, частоту вращения электромотора 2 в каждом из нескольких сервоприводов 1 и другое.[0048] The hydraulic system control unit 12 is used to control the operating modes of the hydraulic system, including several servo controllers 4. Signals from the servo controllers 4 received from the sensors are received in real time to the control unit 12, which compares the signals from the servo controllers 4 and sensors according to the mechanism described above, measuring the actual values of the rotation speed of the electric motor 2, and, accordingly, the speed of the linear movement of the pressure supply device 8, and therefore the actual flow rate of the fluid pumped in the system. Based on the received data, the control unit 12 adjusts the operation of the electric motor 2. This adjustment is highly accurate due to the use of electrical signals that have clearly defined characteristics and are obtained without losses, mainly caused by the low frequency of pulse detection, which ensures the accuracy of regulation of the pressure and flow of the system itself . The control unit 12 can be implemented in various ways obvious to a person skilled in the art, for example, in the form of a programmable logic controller or otherwise. In one preferred embodiment of the system, it further includes an operator panel 13 connected to a control unit, as shown in FIG. 1. Panel 13 allows you to manually set the required values of flow and pressure of the system, as well as give the system a command to change the mode of pumping the fluid, which also increases the efficiency of its operation by reducing time and simplifying the supply of control signals. Panel 13 can be touch-sensitive and have an area for displaying information about the system, containing information about malfunctions and breakdowns, values of flow rate and pressure of the fluid in various units of measurement, the rotational speed of the electric motor 2 in each of several servo drives 1, and more.
[0049] Гидравлическая система в некоторых своих выполнениях может содержать дополнительные элементы, расширяющие ее функционал. В частности, система может иметь разделительную емкость. Она может представлять собой герметичную камеру с поршнем, который под действием давящей гидравлической жидкости выталкивает из камеры текучее вещество, двигающееся по линиям подачи и отвода 9. Возможность использования в качестве рабочих текучих веществ газов, смесей газов и жидкости, жидкостей и кислот расширяет диапазон возможных исследуемых веществ, что увеличивает эффективность работы системы за счет вариативности исследуемых материалов.[0049] The hydraulic system in some of its implementations may contain additional elements that expand its functionality. In particular, the system may have a separating tank. It can be a sealed chamber with a piston, which, under the action of pressure hydraulic fluid, pushes out of the chamber a fluid substance moving along the supply and outlet lines 9. The possibility of using gases, mixtures of gases and liquids, liquids and acids as working fluid substances expands the range of possible studied substances, which increases the efficiency of the system due to the variability of the materials being studied.
[0050] В другой технической реализации система дополнительно имеет датчик давления 14. Он служит для точного определения давления текучего вещества в системе, что повышает эффективность ее работы за счет корректного определения одно из ключевых параметров системы с возможностью более точной настройки ее работы. Кроме того, датчик давления 14 в совокупности с обратной связью по моменту вращения электромотора 2 сервопривода 1 позволяет реализовать режим течения вещества при постоянном давлении. В одном из вариантов датчик 14 может быть помещен на устройство обеспечения давления 8. При создании устройством 8 давления в камере 11, устройство 8 может израсходовать свой текущий запас рабочей жидкости и произвести ее набор из буферной емкости, при этом выходной клапан 10 закрывается и открывается второй клапан 10 для заполнения устройства обеспечения давления 8 гидравлической жидкостью. Этот процесс сопровождается сбросом давления устройства 8, что фиксируется датчиком давления 14 и блоком управления 12, обработавшим сигналы от датчика. Далее перед открытием клапана 10 на камеру устройство 8 набирает исходное давление, исходя из показаний датчика 14, открывает выходной клапан 10 и продолжает качать гидравлическую жидкость в устройство обеспечения давления 8. Обратная связь по давлению расширяет функциональность и эффективность системы за счет возможности использования различных режимов прокачки при проведении экспериментов.[0050] In another technical implementation, the system additionally has a pressure sensor 14. It serves to accurately determine the pressure of the fluid in the system, which increases the efficiency of its operation due to the correct determination of one of the key parameters of the system with the possibility of more precise adjustment of its operation. In addition, the pressure sensor 14, together with feedback on the torque of the electric motor 2 of the servo drive 1, makes it possible to implement a flow mode of the substance at constant pressure. In one embodiment, the sensor 14 can be placed on the pressure supply device 8. When the device 8 creates pressure in the chamber 11, the device 8 can use up its current supply of working fluid and collect it from the buffer tank, while the output valve 10 closes and the second one opens valve 10 for filling the pressure supply device 8 with hydraulic fluid. This process is accompanied by a release of pressure from device 8, which is detected by pressure sensor 14 and control unit 12, which processed the signals from the sensor. Next, before opening valve 10 to the chamber, device 8 gains initial pressure, based on the readings of sensor 14, opens output valve 10 and continues to pump hydraulic fluid into pressure supply device 8. Pressure feedback expands the functionality and efficiency of the system due to the possibility of using various pumping modes when conducting experiments.
[0051] Еще одно частное воплощение системы содержит по крайней мере один блок приема и передачи данных (не показан). Это устройство позволяет распределять управляющие команды от блока управления 12 сразу по нескольким сервоприводам 1, обеспечивая тем самым возможность одновременной эксплуатации нескольких устройств обеспечения давления 8 и сервоприводов 1 в составе одной системы. Такое решение повышает эффективность работы гидравлической системы посредством увеличения суммарной мощности гидравлического оборудования и параллельного ведения процессов прокачки текучих веществ. Распределение управляющих команд может происходить различными способами, в том числе с помощью проводной и беспроводной передачи, и очевидно для специалиста. Блок приема и передачи данных может быть выполнен в виде маршрутизатора или в другом виде, известном из уровня техники. Дополнительно для повышения скорости передачи данных и возможности доступа к ним через внешнюю сеть блок приема и передачи данных может быть снабжен подключением к сети Ethernet. Такое решение также улучшает функциональность и эффективность системы, поскольку реализуется возможность удаленного доступа к оборудованию с возможность отслеживания его работы с последующей диагностикой и предотвращением неисправностей.[0051] Another particular embodiment of the system includes at least one data receiving and transmitting unit (not shown). This device allows you to distribute control commands from the control unit 12 across several servos 1 at once, thereby ensuring the possibility of simultaneous operation of several pressure devices 8 and servos 1 as part of one system. This solution increases the efficiency of the hydraulic system by increasing the total power of hydraulic equipment and paralleling the processes of pumping fluids. The distribution of control commands can occur in various ways, including through wired and wireless transmission, and is obvious to a specialist. The data reception and transmission unit can be made in the form of a router or in another form known from the prior art. Additionally, to increase the speed of data transfer and the ability to access it via an external network, the data reception and transmission unit can be equipped with a connection to an Ethernet network. This solution also improves the functionality and efficiency of the system, since it provides the possibility of remote access to equipment with the ability to monitor its operation with subsequent diagnosis and prevention of faults.
[0052] На Фиг. 2 показана блок-схема, изображающая один из способов использования гидравлической системы с обратной связью. Согласно нему, сначала осуществляют определение положения вала по крайней мере одного устройства обеспечения давления 8 с помощью по крайней мере одного датчика положения 3. Это позволяет более точно настроить и сформировать обратную связь по координате, что исключает ошибки и аварийные ситуации, вызванные сбоем в определении положения. Таким образом повышается эффективность работы гидравлической системы за счет обеспечения ее надежной работы. Датчик положения 3 размещается таким образом, чтобы осуществить установку, детектирование и возможную корректировку начальной точки отсчета положения вала, а также изменение его положения в ходе работы устройства 8. Он может быть выполнен в виде оптического или механического концевика или иначе.[0052] In FIG. Figure 2 is a block diagram depicting one method of using a closed-loop hydraulic system. According to it, the position of the shaft of at least one pressure supply device 8 is first determined using at least one position sensor 3. This allows for more precise adjustment and generation of coordinate feedback, which eliminates errors and emergency situations caused by failure to determine the position . This improves the efficiency of the hydraulic system by ensuring reliable operation. The position sensor 3 is placed in such a way as to install, detect and possibly adjust the initial reference point of the shaft position, as well as change its position during operation of the device 8. It can be made in the form of an optical or mechanical limit switch or otherwise.
[0053] Далее запускают по крайней мере один сервопривод 1 гидравлической системы. Сервопривод 1 может быть выполнен в том числе в виде, раскрытом выше или иначе. Выполнение сервопривода 1 в виде, представленном ранее, повышает эффективность работы системы за счет возможности точной настройки вращения электромотора 2 и линейного движения устройства обеспечения давления 8, позволяющих прокачивать задаваемые порции текучего вещества при определенном давлении. Также в одном из вариантов способа для запуска и ручного управления работой гидравлической системы используют панель оператора 13, что упрощает и ускоряет запуск и работу системы, тем самым повышая эффективность ее эксплуатации.[0053] Next, at least one servo drive 1 of the hydraulic system is started. The servo drive 1 can be configured in the form described above or otherwise. Making the servo drive 1 in the form presented earlier increases the efficiency of the system due to the ability to fine-tune the rotation of the electric motor 2 and the linear movement of the pressure supply device 8, allowing the pumping of specified portions of a fluid substance at a certain pressure. Also, in one of the method variants, an operator panel 13 is used to start and manually control the operation of the hydraulic system, which simplifies and speeds up the startup and operation of the system, thereby increasing the efficiency of its operation.
[0054] Затем осуществляют передачу сигнала от по крайней мере одного датчика угла поворота 5, входящего в систему сервопривода 1, к по крайней мере одному сервоконтроллеру 4. Передача необходима для обеспечения обратной связи по координате и скорости, т.е. по положению вала устройства 8 и скорости вращения электромотора 2, что в том числе и обеспечивает повышенную точность регулирования режимов подачи жидкости.[0054] Then a signal is transmitted from at least one rotation angle sensor 5 included in the servo drive system 1 to at least one servo controller 4. The transmission is necessary to provide feedback on the coordinate and speed, i.e. according to the position of the shaft of the device 8 and the rotation speed of the electric motor 2, which also ensures increased accuracy in regulating the liquid supply modes.
[0055] После чего производят передачу сигнала от сервоконтроллера 4 к блоку управления 12 в режиме реального времени. Сигналы от сервоконтроллера 4, полученные от датчиков, поступают в режиме реального времени в блок управления 12, который осуществляет сравнение сигналов от сервоконтроллера 4 и датчиков по описанному выше механизму, измерение реальных значений скорости вращения электромотора 2, и, соответственно, скорости линейного движения устройства обеспечения давления 8, а значит и фактического расхода прокачиваемого в системе текучего вещества. В одном из вариантов способа для управления несколькими сервоконтроллерами 4 используют блок приема и передачи данных (не показан). Это позволяет распределять управляющие команды от блока управления 12 сразу по нескольким сервоприводам 1, обеспечивая тем самым возможность одновременной эксплуатации нескольких устройств обеспечения давления 8 и сервоприводов 1 в составе одной системы. Распределение управляющих команд может происходить различными способами, в том числе с помощью проводной и беспроводной передачи, и очевидно для специалиста. Для повышения скорости передачи данных и возможности доступа к ним через внешнюю сеть блок приема и передачи данных может быть снабжен подключением к сети Ethernet, преимущество которого раскрыто выше. В частной реализации способа блок приема и передачи данных последовательно опрашивает сервоконтроллеры 4 по IP-адресу и передает данные от сервоконтроллеров 4 к блоку управления 12 в режиме реального времени. Это позволяет осуществлять быстрый обмен данных без задержек, что повышает эффективность работы системы за счет высокой скорости передачи информации о ее состоянии.[0055] Then the signal is transmitted from the servo controller 4 to the control unit 12 in real time. Signals from the servo controller 4 received from the sensors are received in real time to the control unit 12, which compares the signals from the servo controller 4 and the sensors according to the mechanism described above, measuring the actual values of the rotation speed of the electric motor 2, and, accordingly, the speed of the linear movement of the support device pressure 8, and therefore the actual flow rate of the fluid pumped in the system. In one variant of the method, a data receiving and transmitting unit (not shown) is used to control several servo controllers 4. This allows control commands from the control unit 12 to be distributed across several servos 1 at once, thereby ensuring the possibility of simultaneous operation of several pressure devices 8 and servos 1 as part of one system. The distribution of control commands can occur in various ways, including through wired and wireless transmission, and is obvious to a specialist. To increase the speed of data transfer and the ability to access it via an external network, the data reception and transmission unit can be equipped with a connection to an Ethernet network, the advantage of which is disclosed above. In a private implementation of the method, the data receiving and transmitting unit sequentially polls the servo controllers 4 by IP address and transmits data from the servo controllers 4 to the control unit 12 in real time. This allows for fast data exchange without delays, which increases the efficiency of the system due to the high speed of transfer of information about its status.
[0056] Далее измеряют скорость вращения электромотора 2 сервопривода 1 и положение вала по крайней мере одного устройства обеспечения давления 8. Измерение осуществляется в блоке управления 12 по описанному выше принципу. Результаты вычисления напрямую влияют на последующее состояние системы за счет принципа обратной связи. Для повышения функционала системы могут дополнительно измерять ток в обмотках электромотора 2 сервопривода 1 и показания датчика давления 14. Это позволяет получать дополнительную информацию о гидравлической системе, таким образом способствуя повышению эффективности работы системе за счет контроля показаний приборов. Измерение тока может осуществляться в том числе за счет резистивных шунтов, датчиков Холла или иначе, а различные виды датчиков давления 14 известны из уровня техники. Дополнительно могут поддерживать измеренную величину тока и давления на заданном уровне, организуя тем самым обратную связь по давлению. Принцип работы обратной связи по давлению, улучшающий функционал и эффективность системы, раскрыт выше.[0056] Next, the rotation speed of the electric motor 2 of the servo drive 1 and the position of the shaft of at least one pressure supply device 8 are measured. The measurement is carried out in the control unit 12 according to the principle described above. The results of the calculation directly affect the subsequent state of the system due to the feedback principle. To increase the functionality of the system, they can additionally measure the current in the windings of the electric motor 2 of the servo drive 1 and the readings of the pressure sensor 14. This makes it possible to obtain additional information about the hydraulic system, thus helping to increase the efficiency of the system by monitoring instrument readings. Current measurement can be carried out, including through resistive shunts, Hall sensors, or otherwise, and various types of pressure sensors 14 are known from the prior art. Additionally, they can maintain the measured current and pressure at a given level, thereby organizing pressure feedback. The principle of operation of pressure feedback, which improves the functionality and efficiency of the system, is disclosed above.
[0057] Потом обеспечивают изменение рабочего объема устройства обеспечения давления 8. Изменение объема осуществляется за счет корректировки частоты вращения электромотора 2, которая за счет, например, шарико-винтовой пары 6, преобразуется в линейное движение устройства 8. Например, для повышения расхода текучего вещества в гидравлической системе рабочий объем уменьшается и прокачивает дополнительное вещество в рабочую камеру 11. Предпочтительным является использование плунжера 8 в качестве устройства 8 ввиду возможности выдерживать большее рабочее давление, повышая тем самым эффективность системы за счет расширения ее функциональных возможностей.[0057] Then the working volume of the pressure supply device 8 is changed. The change in volume is carried out by adjusting the rotation speed of the electric motor 2, which, due to, for example, a ball screw 6, is converted into the linear movement of the device 8. For example, to increase the flow rate of the fluid substance in a hydraulic system, the working volume decreases and pumps additional substance into the working chamber 11. It is preferable to use a plunger 8 as a device 8 due to the ability to withstand higher operating pressure, thereby increasing the efficiency of the system by expanding its functionality.
[0058] После этого регулируют поток текучих веществ в по крайней мере одной рабочей камере 11. Регулировка осуществляется в том числе за счет изменения рабочего объема устройства 8, а также возможно использование двух клапанов 10, осуществляющих открытие и закрытие какого-либо направления линии подачи и отвода жидкостей 9 или иначе. Преимущество использования клапанов 10 было раскрыто выше.[0058] After this, the flow of fluid substances in at least one working chamber 11 is regulated. The adjustment is carried out, among other things, by changing the working volume of the device 8, and it is also possible to use two valves 10 that open and close any direction of the supply line and liquid drainage 9 or otherwise. The advantage of using valves 10 has been disclosed above.
[0059] Далее поддерживают измеренные величины на заданном уровне. В зависимости от постановки задачи и технической реализации гидравлической системы возможно поддержание величин, например, давления текучего вещества, его расхода и прочих характеристик. Поддержание осуществляется за счет использования принципа обратной связи, раскрытого выше и обладающего высокой точностью и эффективностью.[0059] Next, the measured values are maintained at a given level. Depending on the formulation of the problem and the technical implementation of the hydraulic system, it is possible to maintain values, for example, the pressure of a fluid substance, its flow rate and other characteristics. Maintenance is carried out through the use of the feedback principle disclosed above and has high accuracy and efficiency.
[0060] В представленной наилучшей реализации гидравлическая система с обратной связью работает следующим образом. В случае использования нескольких сервоприводов 1 перед их запуском осуществляют определение положения вала плунжера 8 с помощью датчика положения 3. Затем через панель оператора 13 осуществляют запуск сервоприводов 1 и выбирают режим прокачки текучего вещества, например, при постоянном расходе. Электромотор 2 в составе сервопривода 1 начинает свое вращение, которое детектируется датчиком угла поворота 5. Вращение электромотора 2 приводит к движению редуктора 7 и шарико-винтовой пары 6, передающие механическое движение к плунжеру 8. В то же время считанный сигнал в виде последовательности импульсов передается на сервоконтроллер 4, откуда информация поступает на блок управления 12 в режиме реального времени. В блоке управления 12 происходит сравнение сигналов от сервоконтроллеров 4 и датчиков 5, в результате которого подается команда на выравнивание расхода. Блок приема и передачи данных последовательно опрашивает сервоконтроллеры 4 и передает данные от устройств к блоку управления 12 в режиме реального времени. Блок управления 12 принимает сигнал и корректирует частоту вращения электромотора 2. В результате плунжер 8 начинает нагнетать текучее вещество в системе таким образом, что его расход остается постоянным. Жидкость двигается по линиям подачи и отвода текучих веществ 9, при этом задействуются клапаны 10 для регулирования ее потока, в разделительную емкость, откуда она поступает в кернодержатель 11. В кернодержателе 11 происходит исследование, например, фильтрационных свойств породы. В режиме постоянного давления обратная связь осуществляется с использованием датчика давления 14 и измерением тока в обмотках электромотора 2. При создании плунжером 8 давления в кернодержателе 11, плунжер 8 может израсходовать свой текущий запас рабочей жидкости и произвести ее набор из буферной емкости, при этом выходной клапан 10 закрывается и открывается второй клапан 10 для заполнения плунжера 8 гидравлической жидкостью. Этот процесс сопровождается сбросом давления плунжера 8, что фиксируется датчиком давления 14 и блоком управления 12, обработавшим сигналы от датчика. Далее перед открытием клапана 10 на камеру плунжер 8 набирает исходное давление, исходя из показаний датчика 14, открывает выходной клапан 10 и продолжает качать гидравлическую жидкость в плунжер 8. В случае необходимости по команде оператора через панель оператора 13 режимы течения веществ могут быть изменены.[0060] In the best-case implementation shown, the closed-loop hydraulic system operates as follows. In the case of using several servos 1, before starting them, the position of the plunger shaft 8 is determined using a position sensor 3. Then, through the operator panel 13, the servos 1 are started and the pumping mode of the fluid substance is selected, for example, at a constant flow rate. The electric motor 2 as part of the servo drive 1 begins its rotation, which is detected by the rotation angle sensor 5. The rotation of the electric motor 2 leads to the movement of the gearbox 7 and the ball screw 6, transmitting mechanical movement to the plunger 8. At the same time, the read signal is transmitted in the form of a sequence of pulses to servo controller 4, from where information is sent to control unit 12 in real time. In control unit 12, signals from servo controllers 4 and sensors 5 are compared, as a result of which a command is issued to equalize the flow. The data reception and transmission unit sequentially polls the servo controllers 4 and transmits data from the devices to the control unit 12 in real time. The control unit 12 receives the signal and adjusts the rotation speed of the electric motor 2. As a result, the plunger 8 begins to pump fluid into the system in such a way that its flow remains constant. The liquid moves along the supply and discharge lines of fluid substances 9, while valves 10 are activated to regulate its flow, into the separation tank, from where it enters the core holder 11. In the core holder 11, for example, the filtration properties of the rock are studied. In the constant pressure mode, feedback is carried out using a pressure sensor 14 and measuring the current in the windings of the electric motor 2. When the plunger 8 creates pressure in the core holder 11, the plunger 8 can use up its current supply of working fluid and collect it from the buffer tank, while the output valve 10 closes and the second valve 10 opens to fill the plunger 8 with hydraulic fluid. This process is accompanied by a release of pressure from the plunger 8, which is recorded by the pressure sensor 14 and the control unit 12, which processed the signals from the sensor. Next, before opening the valve 10 to the chamber, the plunger 8 gains initial pressure, based on the readings of the sensor 14, opens the outlet valve 10 and continues to pump hydraulic fluid into the plunger 8. If necessary, at the operator’s command through the operator panel 13, the flow modes of substances can be changed.
[0061] Таким образом, упомянутые элементы напрямую влияют на технический результат, заключающийся в повышении эффективности работы гидравлической системы, в том числе за счет высокой точности регулирования давления и расхода и возможности переключения режимов прокачки текучего вещества.[0061] Thus, the mentioned elements directly affect the technical result, which consists in increasing the efficiency of the hydraulic system, including due to the high accuracy of pressure and flow control and the ability to switch modes of pumping a fluid substance.
[0062] В настоящих материалах заявки представлено предпочтительное раскрытие осуществления заявленного технического решения, которое не должно использоваться как ограничивающее иные, частные воплощения его реализации, которые не выходят за рамки запрашиваемого объема правовой охраны и являются очевидными для специалистов соответствующей области техники.[0062] These application materials provide a preferred disclosure of the implementation of the claimed technical solution, which should not be used as limiting other, private embodiments of its implementation, which do not go beyond the scope of the requested scope of legal protection and are obvious to specialists in the relevant field of technology.
Claims (27)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2808325C1 true RU2808325C1 (en) | 2023-11-28 |
Family
ID=
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20090251024A1 (en) * | 2006-12-21 | 2009-10-08 | Jussi Huppunen | Electric motor |
| RU2436948C1 (en) * | 2010-03-29 | 2011-12-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тюменский государственный нефтегазовый университет" | Device for analysis of physical properties of propping materials for hydraulic fracturing |
| RU2442021C2 (en) * | 2006-12-27 | 2012-02-10 | Шлюмбергер Текнолоджи Б.В. | Hidraulic pump system for the downhole tool (variations), control methods for the indicated pump and operation methods of the pump's system for the downhole tool |
| RU2718999C2 (en) * | 2014-07-23 | 2020-04-15 | Шлюмбергер Текнолоджи Б.В. | Cepstral analysis of health of oil-field pumping equipment |
| RU204972U1 (en) * | 2021-03-01 | 2021-06-21 | Закрытое акционерное общество "Завод электротехнического оборудования" (ЗАО "ЗЭТО") | ELECTRIC DRIVE |
| RU205576U1 (en) * | 2020-09-15 | 2021-07-21 | Акционерное общество "Томский электротехнический завод" | Variable AC drive |
| RU2776140C1 (en) * | 2018-11-05 | 2022-07-14 | Шлюмбергер Текнолоджи Б.В. | Controlling fracturing operations |
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20090251024A1 (en) * | 2006-12-21 | 2009-10-08 | Jussi Huppunen | Electric motor |
| RU2442021C2 (en) * | 2006-12-27 | 2012-02-10 | Шлюмбергер Текнолоджи Б.В. | Hidraulic pump system for the downhole tool (variations), control methods for the indicated pump and operation methods of the pump's system for the downhole tool |
| RU2436948C1 (en) * | 2010-03-29 | 2011-12-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тюменский государственный нефтегазовый университет" | Device for analysis of physical properties of propping materials for hydraulic fracturing |
| RU2718999C2 (en) * | 2014-07-23 | 2020-04-15 | Шлюмбергер Текнолоджи Б.В. | Cepstral analysis of health of oil-field pumping equipment |
| RU2776140C1 (en) * | 2018-11-05 | 2022-07-14 | Шлюмбергер Текнолоджи Б.В. | Controlling fracturing operations |
| RU205576U1 (en) * | 2020-09-15 | 2021-07-21 | Акционерное общество "Томский электротехнический завод" | Variable AC drive |
| RU204972U1 (en) * | 2021-03-01 | 2021-06-21 | Закрытое акционерное общество "Завод электротехнического оборудования" (ЗАО "ЗЭТО") | ELECTRIC DRIVE |
| RU2780145C1 (en) * | 2021-12-10 | 2022-09-19 | Роман Рамилевич Латыпов | Laboratory plunger pump |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4215567A (en) | Method and apparatus for testing a production stream | |
| CN106285572B (en) | Control device and its control method are taken out between a kind of pumping unit intelligence | |
| NO347267B1 (en) | Procedure for injecting a chemical in the liquid phase into a well | |
| US4854164A (en) | Rod pump optimization system | |
| CN201828400U (en) | Electromagnetic valve and valve body performance detection device for automatic transmission | |
| CN112377487A (en) | Hydraulic comprehensive test platform | |
| US4181009A (en) | Apparatus for counting particle contamination in a liquid | |
| MX2007008965A (en) | Pump control for formation testing. | |
| CA2633204A1 (en) | Method of calculating pump flow rates and an automated pump control system | |
| US20040040368A1 (en) | Apparatus and method for quantity meter testing | |
| US6155790A (en) | Method and equipment for controlling a pipe network | |
| CN109855705A (en) | A kind of the oil flowmeter calibrating installation and calibration method of real-time dynamic compensation temperature variation | |
| RU2808325C1 (en) | Hydraulic system with feedback and method of its use | |
| WO2019209928A1 (en) | Apparatus and method for fluid flow measurement | |
| CN108730266A (en) | Discharge measuring device and method in a kind of hydraulic cylinder | |
| CN102519669A (en) | Pressure fluctuation calibrating device of pressure or differential pressure sensor and calibrating method thereof | |
| CN103775436A (en) | Modularly-parallel, multi-machine and energy-saving reliability testing device for hydraulic pumps and hydraulic motors | |
| US10830673B2 (en) | Servo-electric controlled auto sampler system | |
| CN103344373A (en) | Method for carrying out pressure fluctuation calibration on pressure sensor | |
| RU78516U1 (en) | AUTOMATIC CONTROL SYSTEM FOR THE SUBMISSION OF LIQUID CHEMICAL REAGENTS TO THE PRODUCT PIPELINE | |
| CN202453145U (en) | Pressure oscillation demarcating device of pressure or differential pressure sensor | |
| CN109254212B (en) | High-temperature high-pressure experimental device and experimental method for electronic element or assembly of logging instrument | |
| KR20060101430A (en) | Automatic pumping test apparatus | |
| CN108612707B (en) | Ejector pump testing method | |
| JPS5828649A (en) | Method and device for determining viscosity of sample fluid to viscosity of reference fluid |