新型泥漿泵液壓系統(tǒng)

泥漿泵的能源端大多采取的是傳統(tǒng)的機(jī)械式曲柄連桿機(jī)構(gòu)，招致泥漿泵排出泥漿的剎時(shí)流量和壓力按正弦曲線動(dòng)搖，脈動(dòng)量大，因此無(wú)法滿意當(dāng)今龐雜環(huán)境下作業(yè)的請(qǐng)求【1， 2】。海內(nèi)外學(xué)者對(duì)泥漿泵的鉆研發(fā)明，在設(shè)計(jì)歷程中，如何保障泥漿泵的流量穩(wěn)固、無(wú)脈動(dòng)是亟待處理的難題。液壓泥漿泵以其任務(wù)性能好、構(gòu)造緊湊、體積小等一系列特征逐步替代傳統(tǒng)的機(jī)械式泥漿泵漿泵任務(wù)性能的請(qǐng)求，提出了一套液壓式泥漿泵的處理計(jì)劃，并運(yùn)用系統(tǒng)協(xié)同仿真軟件amesim樹(shù)立液壓系統(tǒng)的仿真模型，對(duì)其靜態(tài)特征進(jìn)行仿真剖析。通過(guò)剖析泥漿泵液壓系統(tǒng)的任務(wù)狀況，肯定最佳匹配參數(shù)。仿真后果與試驗(yàn)剖析后果基礎(chǔ)吻合。

 

第一、液壓驅(qū)動(dòng)泥漿泵長(zhǎng)處

在石油鉆探中，泥漿泵是鉆機(jī)循環(huán)系統(tǒng)的心臟，其任務(wù)性能和任務(wù)牢靠性間接影響鉆井的質(zhì)量和速度。目前，在石油鉆機(jī)上普遍采取的是機(jī)械驅(qū)動(dòng)式泥漿泵，即柴油機(jī)或電動(dòng)機(jī)通過(guò)機(jī)械加速，再通過(guò)曲軸連桿機(jī)構(gòu)帶動(dòng)活塞進(jìn)行往復(fù)靜止，完成吸液和排液。因?yàn)榍B桿機(jī)構(gòu)自身的構(gòu)造特征和靜止情勢(shì)抉擇了活塞的靜止速度近似于正弦曲線變更，液壓泵單缸的剎時(shí)流量也是按正弦曲線動(dòng)搖的。這樣會(huì)使得泥漿泵排量不穩(wěn)固，癥結(jié)原件受力和沖擊較大，對(duì)泥漿泵任務(wù)性能和壽命影響很大。

采取液壓情勢(shì)驅(qū)動(dòng)泥漿泵，可有效地處理上述問(wèn)題。它具備以下特征：

 

第二、液壓泥漿泵是運(yùn)用液壓缸間接驅(qū)動(dòng)泵缸活塞的方法。因?yàn)椴扇∫簤焊组g接驅(qū)動(dòng)泥漿泵泵缸活塞，簡(jiǎn)化了加速安裝及機(jī)械能源安裝自身帶來(lái)的振動(dòng)和沖擊，因此新型液壓泥漿泵在減振性能優(yōu)于機(jī)械式泥漿泵。

 

第三、因?yàn)槟茉炊瞬扇∫簤候?qū)動(dòng)，帶動(dòng)左端液壓缸直動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)右端泵缸做往復(fù)靜止。因?yàn)橐簤喝蝿?wù)介質(zhì)是平均活動(dòng)，故不會(huì)涌現(xiàn)大的流量脈動(dòng)和壓力脈動(dòng)，排出泥漿平均活動(dòng)，壓力穩(wěn)固，可極大減小泥漿對(duì)泵體磨損，進(jìn)步了任務(wù)元件的任務(wù)壽命。

第四、采取液壓驅(qū)動(dòng)情勢(shì)，能夠滿意特別場(chǎng)所下對(duì)大功率泥漿泵的能源需求，并能在較大的規(guī)模內(nèi)完成無(wú)級(jí)調(diào)速，可實(shí)用于多種不同排量場(chǎng)所。

因此，液壓驅(qū)動(dòng)泥漿泵具備構(gòu)造簡(jiǎn)樸，減振性能優(yōu)勝，輸入泥漿壓力、流量對(duì)比穩(wěn)固，適應(yīng)性強(qiáng)等特征。液壓驅(qū)動(dòng)泥漿泵的癥結(jié)問(wèn)題就是設(shè)計(jì)一套合理、牢靠的液壓掌握系統(tǒng)。

 

第五、活塞地位確實(shí)定

為保障液壓泥漿泵遵照肯定的法則任務(wù)，按以下方法安裝3個(gè)液壓缸活塞的初始地位：第1只活塞在液壓缸最左端；第2只裝在液壓缸兩頭，與第1只活塞距離l÷2（l是液壓缸的行程，假設(shè)液壓缸左端為無(wú)桿端）；第3只裝在液壓缸最右端，與第2個(gè)活塞距離l÷2。調(diào)理缸速比為2（a活塞÷a活塞桿），缸速比為返回時(shí)的速度是推動(dòng)時(shí)速度的比例。a活塞÷a活塞桿=2，則啟動(dòng)系統(tǒng)經(jīng)過(guò)一段時(shí)光后，當(dāng)?shù)?只活塞推動(dòng)到液壓缸兩頭時(shí)，第2只活塞則推動(dòng)到液壓缸最右端，而第3只活塞恰恰從液壓缸最右端疾速返回至最左端。這樣就能夠保障液壓泥漿泵在任何時(shí)刻都只要兩個(gè)活塞推動(dòng)而另一個(gè)活塞回程。從而保障液壓泥漿泵排出流量和壓力對(duì)比穩(wěn)固的泥漿液。

 

第六、換向機(jī)構(gòu)任務(wù)原理

圖1中，換向機(jī)構(gòu)的任務(wù)原理是：當(dāng)左電磁閥通電時(shí)電液換向閥24處于左位機(jī)能任務(wù)，液壓油進(jìn)入第1液壓缸10的無(wú)桿腔，推動(dòng)第1液壓缸中的活塞9向右靜止，第1液壓缸左端為低壓腔，右端為低壓回油腔。因?yàn)榈?液壓缸的活塞和第1泵缸12的活塞13通過(guò)活塞桿11連在一起，此時(shí)第1泵缸活塞推動(dòng)泥漿關(guān)上單向閥14，處于排液狀況。依據(jù)盤(pán)算，當(dāng)電磁閥左位任務(wù)時(shí)光終止時(shí)，右位電磁鐵會(huì)主動(dòng)通電，此時(shí)電液換向閥處于右位機(jī)能任務(wù)，液壓油進(jìn)入第1液壓缸的有桿腔，推動(dòng)第1液壓缸中的活塞向左靜止，第1液壓缸右端為低壓腔，左端為低壓回油腔。因?yàn)榈?液壓缸的活塞和第1泵缸的活塞通過(guò)連桿連在一起，此時(shí)第1泵缸活塞推動(dòng)泥漿關(guān)上單向閥15，處于吸液狀況。當(dāng)?shù)?電磁閥右位任務(wù)時(shí)光終止時(shí)，左位電磁鐵會(huì)主動(dòng)通電，于是反復(fù)以上舉措。液壓泵一直地供油，則液壓缸一直地主動(dòng)往復(fù)靜止。左右位任務(wù)時(shí)光v=q ÷a， t=l÷v，q為流量，a為截面積，l為液壓缸活塞形程，v為速度。

 

第七、壓力均衡式液力端

壓力均衡式液力端是由液缸的排出歧管上用一條低壓管路將流經(jīng)單向閥14的低壓排出液引至泵缸12的有桿腔，并在有桿腔液缸與活塞桿之間增添密封安裝，這種構(gòu)造因?yàn)槭挂焊椎挠袟U腔與低壓排出管路相通，因此不管是排出歷程，還是吸入歷程，低壓液體一直作用在有桿腔的活塞斷面上。這樣大大改良了活塞的受力狀況，進(jìn)步其任務(wù)壽命。第2、第3液壓缸和泵缸任務(wù)原理類(lèi)似，只是詳細(xì)任務(wù)地位不同，互相制約。

 

第八、液壓系統(tǒng)任務(wù)原理

液壓缸任務(wù)時(shí)，電動(dòng)機(jī)21帶動(dòng)定量泵3任務(wù)，當(dāng)須要液壓缸任務(wù)時(shí)，因?yàn)橄葘?dǎo)溢流閥20的遠(yuǎn)控口與二位二通手動(dòng)換向閥19（滾珠定位式）連通，手動(dòng)閥19處于封閉狀況，液壓油關(guān)上單向閥4，流經(jīng)調(diào)速閥5和分流閥6，經(jīng)次序閥7、電液換向閥24進(jìn)入液壓缸的無(wú)桿腔，此時(shí)，能夠通過(guò)進(jìn)油調(diào)速回路調(diào)速閥5調(diào)速，3個(gè)次序閥7保障了3個(gè)缸的流量雷同。壓力表8用于實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行狀況。回油時(shí)，經(jīng)過(guò)電液換向閥24、精濾器23與油箱連通，當(dāng)精濾器發(fā)作狀況不能任務(wù)時(shí)，單向閥22將關(guān)上，繼承任務(wù)。缸的泥漿泵不任務(wù)時(shí)，手動(dòng)閥處于常通狀況，先導(dǎo)溢流閥遠(yuǎn)控口接油箱1，將液壓油整個(gè)卸荷。3個(gè)缸的流量恒定有次序閥7和分流閥6來(lái)獨(dú)特保障，調(diào)速閥5用于調(diào)速。液壓泵3由大功率三相交換電動(dòng)機(jī)21供給能源。

 

第九、泵頭系統(tǒng)

液壓泥漿泵的泵頭系統(tǒng)與機(jī)械式泥漿泵的泵頭系統(tǒng)在構(gòu)造上區(qū)別不大，都由泵頭、泵缸、活塞、活塞桿、缸蓋及壓力表等形成。機(jī)械式泥漿泵還包含排出空氣包，因?yàn)橐簤耗酀{泵排出泥漿流量及壓力穩(wěn)固，因此能夠省去。

 

第十、 液壓系統(tǒng)仿真模型的樹(shù)立

在amesim環(huán)境下，樹(shù)立如圖2所示的液壓系統(tǒng)仿真建模圖。仿真模型的樹(shù)立是遵照樣機(jī)液壓系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行的，但因?yàn)檐浖Ｐ蛶?kù)的限制，有些局部無(wú)法完整遵如實(shí)踐樣機(jī)的元件照搬。對(duì)其作了局部交換，但都遵照不轉(zhuǎn)變系統(tǒng)特征的準(zhǔn)則。

 

設(shè)定的液壓系統(tǒng)參數(shù)如下：三位四通伺服閥各通路流量為7 l÷min，額外電流為40 ma，固有頻率為80hz，阻尼比為0·8；泵排量為100 ml÷r，轉(zhuǎn)速為1000 r÷min；位移傳感器增益為10；發(fā)起機(jī)轉(zhuǎn)速為1500 r÷min；活塞直徑為30mm，活塞桿直徑為15mm，液壓缸行程為lm，活塞桿初始位移分手為0、0·5 m、1m，質(zhì)量為100 kg，庫(kù)侖摩擦力為100 n，靜摩擦力100n，內(nèi)走漏系數(shù)為0·01 l÷（min·bar）；設(shè)置地位傳感器增益為10，設(shè)置比例環(huán)節(jié)增益分手為300、10、100。其余元件都采取系統(tǒng)的默許參數(shù)。最后設(shè)定仿真時(shí)光即可運(yùn)行。