测井车新型发电机液压传动系统原理和性能.pdf

2 0 1 0年 第 3 9 卷 第 1 1 期 第 7 2页 石 油 矿 场 机 械 OI L F I EL D E QUI P MENT 文 章 编 号 1 0 01 - 3 4 82 2 01 0 1 1 - 0 07 2 03 测井车新型发 电机液压传动系统原理和性 能 王来智 ， 李 国明。 ， 姚伟锋 ， 陈志刚 1 ． 宝鸡石油机械有限责任公 司， 陕西 宝鸡 7 2 1 0 0 2 ； 2 ． 中国石 油长城钻探工程有限公司， 北京 1 0 0 1 0 1 摘 要 测 井车新 型发 电机 液压传 动 系统采 用开式恒 流 负载敏 感节 流调速控 制 回路 ， 实现 液压 系统 自 反馈 控制 ， 使 系统在 外载变化 时保持发 电机 频率和 电压 稳 定。该 系统适 应 比较 宽 的动 力输 入 转速 范围 ； 对 负载 变化 自我调 节适应 快 。在 液压 泵和马 达之 间采 用吸 油阀 ， 提 高 了 系统补 充油的 能力 。 关键 词 测 井车 ； 发 电机 ； 液压传 动 ； 控 制 中图分 类号 TE 9 2 7 ． 4 文献标 识码 B Pr i n c i p l e a n d Ca p a b i l i t y o f Ne w Hy d r a u l i c Dr i v i n g Ge n e r a t o r S y s t e m o f Lo g g i n g Tr u c k W ANG La i z hi ， LI Gu o mi n g ， YAO W e i f e n g ， CH ENG Zhi g a ng 1 ． Ba o j i Oi l f i e l d Ma c h i n e r y C o ．， Li d ． ， Ba o j i 7 2 1 0 0 2 ， C h i n a； 2 ． Gr e a t wa l l Dr i l l i n g Co mp a n g， Be i j i n g 1 0 0 1 0 1 ， Ch i n a Ab s t r a c t Ne w hy dr a ul i c t r a ns mi s s i o n s y s t e m o f ge n e r a t o r f o r l og g i ng t r uc k， wh i c h a d o pt s o pe ni n g c o n s t a n t c u r r e n t l o a d s e n s i t i v e c h o k i n g s p e e d a d j u s t i n g c o n t r o l l o o p ． Th e s y s t e m g e n e r a t o r f r e q ue n c y a nd v o l t a g e c o ns t a nt l y i n v a r i a b l e e xt e r na l l o a d r e l y i ng o n a d a pt i v e f e e d b a c k c on t r o l f u l f i l l e d we r e k e p t b y l o a d s e n s i t i v e c o n t r o 1 ． Va r i a b l e p o we r i n p u t s p e e d a d j u s t i n g c a p a c i t y a n d q u i c k a b i l i t y t o l o a d s e l f a d j u s t i n g wa s a p p l i e d ． S y s t e m o i l s u p p l e me n t a b i l i t y b y o i l s u c t i o n v a l v e b e t we e n h y dr a u l i c pu mp a n d mo t o r we r e i m p r o v e d ． Ke y wo r ds l o g gi n g t r u c k； g e ne r a t o r； h y dr a u l i c t r a ns mi s s i o n； c o nt r o l 测井绞车对电源电压和频率的稳定性要求 比较 高， 通常采用 自配发电机， 液压马达驱动。动力取至 汽车发动机 ， 传动路线 如图 1 。传统 的液压系统采 用开式截流调速 回路口 ] ， 由于输入转速和负载的变 化 ， 使流 量 的稳定 性达 不到测 井绞车 的要求 ， 从而不 能提供合格的测井 电能。为了适应野外工作环境 ， 提高流量的稳定性及 电源电压 和频率 的稳定性 ， 设 计 了一种新型发电机液压传动系统。该系统采用液 压 负载敏 感控制 回路 ， 在 转速 和负载 变化时 ， 能使发 电机输 出符 合测井 要求 的电能 。 汽车发动机 一 汽车变速箱 取力器 -液压泵 液压马达 图 1 动力传动路线 1 传统发 电机液压传动系统 的缺点 传 统发 电机液压 传动 系统采用 开式节 流调速 回 路， 原理如图 2 。该系统采用定量泵， 无 自动微调流 量 功能 ， 只能在 发 电机 负 载变 化不 剧 烈 情况 下 保 持 电压 和频 率 的相 对 稳 定 。 同 样是 采 用 定 量 泵 的原 因， 只能在发动机输出转速相对稳定情况下保持电 压 和频率 的相对稳 定 。 2 工作原理 新型发电机液压传动系统采用开式恒流负载敏 感节 流调速 控 制 回路 ] ， 原 理 如 图 3 。由节 流 调 速 阀控制液压油的流量， 以控制液压马达的转速 ； 液压 柱塞 马达 的回油 口通 过油 箱 中的吸油 阀与负载 敏感 收稿 日期 2 0 1 0 0 5 2 0 作者简介 王来智 1 9 7 3 一 ， 男 ， 陕西长安人 ， 工程师 ， 1 9 9 7年毕业 于西安石油学院机械设计 及制造专业 ， 现从 事石油机械产 品设计工作 ， E ma i l w l z z y l 1 6 3 ． c o rn 。 第 3 9 卷第 1 1 期 王来智 ， 等 测井车新型发电机液压传动 系统原理和性能 液压 柱塞油 泵吸 油 口相 连 ， 保证 系统 中的 大部 分 液 压油 闭式循 环 ； 负 载敏感 液压柱 塞油泵 ， 泄漏 在油 泵 壳体中的液压油 ， 通过液压柱塞马达壳体， 与液压柱 塞马达泄漏在马达壳体 中的液压油 ， 共 同通过散热 器 回到油箱 ； 负 载敏感 液压 柱塞 油泵 ， 吸 油产 生 的负 压通过吸油阀 ， 从 油箱 中吸入需 要补 充凉 的液压 油 ； 负载敏感液压柱 塞泵 上 的两个 控制 阀不 断 自动 微 调 着液压泵的输出排量口 ] ， 保证系统中通过液压马达流 量的稳定， 从而保证发电机输 出电压和频率的稳定 ； 液压系统开关控制阀控制系统的开始和结束工作。 1 一液压柱塞定 量油泵 ； 2 一节流调速阀 ； 3 一溢流 阀； 4油箱及 附件 ； 5 一液压柱塞马达 ； 6 一过滤器 ； 7 一散热器 图 2 传统 发电机液压传动系统原理 l 2 3 4 5 6 7 8 1 一负载敏感液压柱塞油泵 ； 2 一节流调速 阀； 3液压 系统开关控制 阀； 4 一吸油阀 ； 5 一油箱及附件 ； 6 液压柱塞马达 ； 7 一过滤器 ； 8 一散热器 图 3 新 型 发 电机 液 压 传 动 系 统 原 理 a 当发 电机 负 载剧 烈 变化 时 ， 使 经 过 马达 的 液 压油流 量产生 变化 ． 系统 通 过 负 载敏 感泵 上 的反 馈 阀 ， 控制 变量油 缸调整 油泵 斜盘角 度 ， 始 终保持 液 压马达通过流量的稳定性， 从而保证 了发 电机输出 电压 和频率 的稳定 ， 不会 因为发 电机 负 载剧 烈 变 化 引起电压和频率的巨大波动。 b 当发动机转速在一定范围内变化时， 系统 通过负载敏感泵上的反馈阀控制变量油缸调整油泵 斜 盘角 度 。 ] ， 始 终 保 持 液压 马达 通 过 流 量 的稳 定 性 ， 保证 发 电机输 出 电压 和频率 的稳定 。 3 测试结果 以 3 0 k W 液 压发 电机 系统 为对 象 ， 测试 新 型液 压 系统 的特性参 数 。 3 ． 1负载与流 量特 性 负载 与流量 特性 曲线 如 图 4 ， 可 以 看 出在 1 5 0 0 r ／ mi n ， t 油一 5 0℃， 压 力 变 化 为 2 0 ～ 2 8 MP a 的工况下 ， △ Q ⋯ 一1 ． 8 L ／ mi n ， 而 泵输 出 的理 论 流 量 为 Q一6 5 1 5 0 0 9 7 ． 5 L ／ mi n ， △Q ⋯ ／ O1 ． 8 ／ 9 7 ． 5 - ． 0 ． 0 1 8 。所以本系统的流量稳定性高 ， 马达的 输出转速稳定性非常好 ， 对负载变化不敏感 ， 保证了 发 电机输 出频率 和 电压 的稳定 。 f ．量 吕 ● 图 4载荷变化时的流量特性 曲线 3 ． 2转 速与流量 特性 转速 与流量 特性 曲线 如 图 5 ， 可 以看 出 ， t 油一5 0 ℃状 态下 ， 调定节 流 调速 阀后 ， 改 变发 动 机转 速 使 泵转速 在 1 1 0 0 ～1 8 0 0 r ／ mi n变化 测 得泵 输 出流 量最大 变化△ Q 一1 ． 3 L ／ mi n ， 而泵输 出的理 论流 量 Q⋯ 一7 1 1 1 0 07 8 ． 1 L ／ rai n， △Q ／ Q一1 ． 3 ／ 7 8 ． 1 ≈ 0 ． 0 1 7 。证 明该系 统在转速 变化 时 ， 流量 的稳 定 性高 ， 马达 能输 出稳定转 速 ， 使 发 电机输 出的电压 和频率 稳定 。 3 ． 3动 态响应 特性 流量 控制 的 动态 响 应 曲 线 如 图 6 ， 液 压 系 统 从 “ 准备状态” 达到“ 工作状态” 的调整时间为 t 。 ； 液压 系统从“ 工作状态” 达到“ 准备状态” 的调整时间 t 。 液压 系统在 工作 状 态 2 5 MP a ， 1 0 0 排 量输 出到 准 备状态 1 ． 2 MP a ， 5 排量 输 出变化 ， t s a 一6 0 ms ； t s r 一3 0 ms ， 证 明该 系统 的响应 时间短 ， 系统稳定 快 ， 在 ∞ ∞ 舳 加 ∞ ∞ ∞ 如 加 m o 石 油 矿 场 机 械 2 0 1 0年 l 1 月 发电机载荷发生剧烈变化时能使电压和电流的波动 量在允许范围内， 避免造成测井仪器损坏。 f ．量 吕 ● 倒 醒 翌 咖 蜷 图 5 变转速状 态下的静态特性曲线 ． | 工作状态 ＼ ． ． | l } ． 4 0 8 0 l 2 O l 6 O 2 0 b 2 4 0 2 { I 一 一 l 速 泵一1 1 0 0 1 8 0 0 r ／ n 1 i n ； 泵 | n 一1 1 0 0 r ／ r a i n ， ， 1 8 0 0 r ／ rai n 。系统压力 P 2 5 MV a ， 泵效率 取 一 0 ． 9 5 。根据液压马达每分钟流量确定泵的排量 q 泵 m g 马 马／ 叩 泵／ 7 2 泵 m i L 2 ]一 4 0 ．5 1 8 O 0 ／ 0 ． 9 5 ／ 1 1 0 0 6 9 ． 7 mL／ r 。 口 泵 i 一口 马 马 ／ 7 泵 ／ 泵 4 0 ． 5 1 8 0 0 ／ 0 ． 9 5 ／ 1 8 0 0 4 2 ． 6 mL ／ r 。 所 以， 选 定 负 载 敏 感 液 压 柱 塞 泵 型 号 为 RE XROTH A1 0 VO7 1 DRG3 1 ／ R， q 一 7 1 mL／ r ， q i 一3 mL ／ r , 最高连续输入转速 一2 2 0 0 r ／ mi n ； 最高工作压力 3 1 ． 5 MP a 。 5 发 电机频 率调节 第 1步 测量负载敏感液压柱塞油泵输入轴转 速， 确保引擎转速处于液压泵所需的工作转速范 围 之 内 要求泵转 速为 1 1 0 0 1 8 0 0 r ／ mi n 。 第 2步 打开液压系统散热器的散热风机， 使液 压系统油温保持在 4 0 6 0℃， 保持液压油黏度相对 稳定 。 第 3步 调节节流调速阀， 使发电机输出频率达 到 6 0 6 2 Hz 。 第 4步 给发电机加载 ， 调节负载敏感液压柱塞 油泵上的负载敏感 阀调节螺钉 ， 使发 电机输出频率 稳定 在 6 O Hz 。 6 结语 通 过“ 测 井 车 新 型 发 电机 液 压 传 动 系 统 ” 的研 制， 掌握了“ 开式恒流负载敏感节流调速控制 回路” 在液压发电机系统中的应用 。并且通过本系统的研 制， 掌握 了测井车液压发电机制造的核心技术； 改变 了测井车液压发电机长期依赖进 口的状况 ， 降低了 国内测井车的制造成本 。本系统的研制成功对国内 车载小功率发电机的研制具有促进作用。这一发电 机液压传动系统 自使用 以来工作可靠 、 稳定 ， 已得到 用户 的肯定 ， 市场 前景 广阔 。 参考文献 [ 1 ] 路甬祥． 液压气动技术手册[ K ] ． 北京 机械工业出版 社 ， 2 0 0 2 ． [ 2 3 王春行． 液压伺服控 制系统 [ M] ． 北京 机 械工业 出版 社 ， 1 9 8 1 ． 1 3 ] 马永刚， 赵小奎， 郭海涛， 等． 钻机用集成液压源的研制 口] ． 石油矿场机械 ， 2 0 0 6 ， 3 5 5 8 4 8 5 ． [ 4 ] 章发明 ， 陈廷霞 ， 王东 ， 等． 固井水泥车用液压泵及液 压马达试验系统方案[ J ] ． 石油矿场机 械， 2 0 0 9 ， 3 8 5 7 6 ． 7 8 ．