测井车用两种配置液压系统Mooring控制的对比分析.pdf

2 0 1 3年 1 月 第4 1 卷 第 2期 机床与液压 MACHI NE T00L HYDRAUL I C S J a n ． 2 0 1 3 Vo 1 ． 41 No ． 2 D O I 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 1 3 8 8 1 ． 2 0 1 3 ． 0 2 ． 0 4 1 测井车用两种配置液压系统 M o o r i n g 控制的对比分析 胜伟 ，丁友林，熊丽君 ，李海涛，任科 二机 集团南阳华 关石油设备有 限公 司，河南南阳 4 7 3 0 0 6 摘要通过对测井车传动系统中所用到的两种配置的液压系统的对 比，分析两种配置中的 Mo o ti n g控制系统响应时间 不一样 的原因 。 关键词测井车；测井绞车 ；Mo o ti n g 控制；响应时间 中图分类号T P 2 7 1 ． 3 1 文献标识码B 文章编号1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 3 21 1 9 3 测井车为油田的一种专用设备，该种设备上传动 系统 目前主要采用 R E X R O T H系统和 S A U E RD A N - F O S S D A I K I N 以下 简称 S A U E R 系统 两种 配 置 的液压传动系统 ，而液压传动系统中的 Mo o ti n g 控制 系统随着油田随钻及水平井等测试工作的增多，使其 得到了广泛的应用 ，但在实际使用过程 中发现两种配 置的 M o o ti n g 控制系统响应时间差别较大，下面分析 引起差别的主要原因。 1 两种配置 Mo o ti n g控制原理图 R E X R O T H系统及 S A U E R系统的 M o o ti n g控制原 理分 别如图 1 、2所示 。 图 1 R E X R O T H系统原理图 2 Mo o ti n g 控制的实现过程 两种配置的液压传动原理一样 ，其工作过程为 由变量油泵 1与定 变量马达 2组成闭式 回路 ， 定 变量马达 2通过减速器 或减速器 链条 驱动绞车旋转达到释放或回收电缆的目的。通过油泵 控制手柄 3偏转不同方向及角度对变量油泵 1 的伺服 阀 1 ． 2油路进行控制 S A U E R系统为油泵控制手柄 3 对先导阀 1 ． 3控制，然后先导阀 1 ． 3对伺服阀 1 ． 2进 行控制 ，从而达到对变量油泵 1 斜盘方向及角度 的 控制，最终控制定 变量马达 2的旋转方向及速 度。 1 一 RE XROTHA4 VG系 列 电 控 油 泵 1 ． 1 一 伺服 缸 1 ． 2 一 伺服 阀 2 --RE XR OT HA2 F M／ A6 VM系 列 马达 ] 3 一电 控 手 柄 I l 4 一背压 阀 J 5 一 远 程 调 压 阀 』 l M o o ti n g 控制 中，油泵控制手柄 3始终位于使绞 车回收电缆的位置，通过远程调压阀5 R e m o t e V a ti ． a b l e P r e s s u r e L i m i t e r R V P L 设定 电缆上满足工作 要求的预张力 ，当有足够大的外力向外拉电缆时，马 达变成油泵 ，使马达高压侧的压力进一步升高到足以 将远程调压阀5打开而使高压油进入变量油泵 1的伺 服缸 1 ． 1 的低压侧 高压油过来后变成高压侧 ，推 动伺服缸 1 ． 1内的活塞运动，带动油泵斜盘越过中位 变为相反的方向，绞车释放电缆；由于变量泵 1的伺 服缸1 ． 1 一般不能承受较高的压力， 通过背压阀4 来 设定进入伺服缸 1 ． 1的压力油的压力 R E X R O T H系 收稿 日期2 0 1 1 1 1 2 3 作者简介胜伟 1 9 7 7 一 ，男，学 士，工程师 ，主要从事油 田测试设备 的开 发设计 及制造 工作。Em a i l n y d y l 1 2 6 ． t o m。 1 2 0 机床与液压 第 4 1卷 图2 S A U E R系统原理图 统 中背压阀设 定压力 为 5 M P a ，S A U E R系统 中背压阀 设定压力为 2 M P a 。当向外拉电缆的力降到一定值 时，远程调压阀5关闭，变量油泵 1的伺服缸 1 ． 1的 原低压侧压力降低 ，变量油泵 1 的伺服阀 1 ． 1 油路正 常工作，绞车回收电缆。 实际操作中，按相关要求对设备进行例行检查 确保在各方面正常的前提下 ，具备随钻条件后，将 油泵控制手柄 3置于 “ 停止”位置 ，远程调压阀 5 调节装置逆时针旋转到完全打开的位置 ，启动原动 机。减速器有挡位的使其位于最高挡位置 只有当 高挡满足不了上提要求时 ，可用较低的挡位 ，然 后先将远程调压阀 5调节装置顺时针旋转到最小设 定压力 滚筒空转起动压力 ，再将油泵控制手柄 3偏转较小的角度使绞车向回收电缆方 向旋转 油 泵控制手柄 3偏转 角度 根据实 际工况 、负 载等因 素 ，保证绞车在实际工作 中上提、下放运转正常 ， 再慢慢将远程调压阀 5调节装置顺时针旋转 ，直至 计量装置面板上的张力值达到工作值 ，若 只靠远程 调压阀 5使计量装置面板上 的张力值达不 到工作 值 ，可增加控制手柄 3偏转角度，直到计量装置面 板上的张力值达到工作值 ，在此种状态下 ，当钻杆 钻进时，绞车将 向释放 电缆方向旋转与钻杆保持同 步下放电缆 ，当起钻时，绞车将 向回收电缆方向旋 转与钻杆保持同步 回收电缆，而在钻杆钻进 、起钻 及停钻过程中，电缆始终处于绷紧状态。当钻进及 起钻过程 中绞 车与钻杆不 同步时，不操作其他装 置，只操作远程调压阀 5调节装置逆时针旋转 ，直 到在钻杆 的带动下，绞 车能向释放 电缆 的方 向旋 转 ，反之操作远程调压 阀 5调节装置顺时针旋转 ， 1 s Au E R9 0 系列 电控 油泵 1 ． 1 ～ 伺服 缸 1 ． 2 -- 伺服 阀 1 ． 3先 导 阀 1 ． 4 ～ 单 向 阀 2 S AU E R 9 0 ／ 5 1 系列 马达 3电控手 柄 4 背 压 阀 5 远 程调 压 阀 直到在马达的带动下 ，绞车能向回收电缆的方向旋 转 ，该过程就称为 “ M o o r i n g控制”或 “ 恒张力控 制 C o n s t a n t T e n s i o n C o n t r o 1 ” 。注意 在调整远程 调压阀 5调节装置过程中，随时观察计量装置面板 上的张力值不能超过所使用电缆的破断拉力。 3 两种系统的不同之处 远程调压 阀不被打开时 ，油泵 、马达正 常工作过 程没有什么特殊性，下面主要分析油泵、马达处于非 正常工作时 即马达变成油泵两种系统的不 同之 处 。 1 从马达来看 测井车液压传动系统中常用配置为R E X R O T H 系统 为 A 4 V G系列 9 0排 量 的油泵 配 A 2 F M 或 A 6 V M 系列的 8 0排量的马达 ，而 S A U E R系统为 9 0系列 1 0 0 排量的油泵配9 0系列 1 0 0排量的马达。在负载、减 速装置及绞车等外部配置相同的情况下，M o o r i n g控 制系统中，马达变泵时，马达高压侧的压力等于负载 除以传动比及马达的扭矩常数 S A U E R 9 0系列 1 0 0 排量的马达的扭矩常数为 1 5 ． 9 N m ／ M P a ，R E X R O T H A 2 F M或 A 6 V M 系列 8 0排量 的马达 的扭 矩常数为 l 2 ． 7 N m ／ MP a ，则可知 R E X R O T H马达产生的压力 高于 S A U E R马达产生的压力，R E X R O T H系统远程 调压阀则先被打开，也就是说 R E X R O T H系统马达高 压侧的压力油可先经过远程调压阀后进入油泵伺服缸 的低压侧 ，先推动油泵伺服缸活塞反向运动，使油泵 斜盘将先换向，故 R E X R O T H系统比 S A U E R系统响 应 时间短 。 2 从伺服阀来看 第 2期 胜伟 等测井车用两种配置液压系统 M o o r i n g 控制的对比分析 1 2 1 远程调压阀过来的控制油进入伺服缸后 ，将伺服 缸活塞反推，伺服缸活塞通过斜盘反馈杆带动伺服阀 阀芯运动。在 Mo o r i n g 控制系统中，电控手柄一般偏 转角度较小 ，则 电控手柄输 出 电流较 小，伺 服 阀 R E X R O T H 系统 或先导 阀 S A U E R系统 上 的 电 磁阀产生的力较小，从图 1中可看出 R E X R O T H伺服 阀阀芯反向运动需克服电磁阀产生的磁力，该力相对 较小 ，从图2中可看出 S A U E R伺服阀阀芯反向运动 需克 服伺服压 力油产生 的力 ，该 力相对较 大，故 R E X R O T H伺服阀阀芯 比 S A U E R伺服阀阀芯更易被 推动，从 而导致 R E X R O T H系 统 中伺服 控制 油 比 S A U E R系统中伺服控制油易被换向，使油泵斜盘换 向更容易，故 R E X R O T H系统 比 S A U E R系统响应时 间短 。 3 从远程调压阀过来的控制油进伺服缸的油 路来看 从 图 1中可 看 出 R E X R O T H 系统 中远 程 调 压 阀 过来的控制油 超过 5 M P a时背压阀打开溢流 ，对 伺服缸起保护作用直接全部进伺服缸 ，压力损失 小 ，流量大，对伺服缸活塞作用效果显著。从 图 2 中可看 出 S A U E R系 统 中远 程 调 压 阀过 来 的 控 制 油 超过 2 M P a 补油压力时背压阀打开溢流，对伺服 缸起保护作用与油泵内伺服控制油汇合在一起后 分三路流 向一部分 压力油经过伺服 阀 回油泵壳 体 ，一部分压力油经过油泵内的单向阀 图 2中单 向阀 1 ． 4 流向补油泵 的出油 口，只有部分而非全 部进入油泵伺服缸，因此远程调压阀过来的控制油 压力损失大 、流量相对较小，对伺服缸活塞作用效 果不太显著 ，相 比较而言，R E X R O T H系统 中伺服 缸活塞 比 S A U E R系统 中伺服缸活塞易被推动，使 油泵斜盘换向更容易，故 R E X R O T H系统 比 S A U E R 系统 响应 时 间短 。 4 结束语 由于S A U E R系统的配置及油泵结构方面的原因， 使得 S A U E R系统的 M o o r i n g 控制系统比 R E X R O T H系 统的 M o o r i n g 控制系统响应慢，属正常现象。文中只 是定性分析 了主要 的原 因 ，由于对两种油泵 内的伺服 油路孔径 、长短 、走 向，节流孔的大小以及伺服缸活 塞的直径的大小等缺少相关的数据，故没有进行定量 的分析。 参考文献 【 1 】博世力士乐 中国 有限公司． R E X R O T H轴向柱塞变量 泵 A 4 V G系列 3 R C 9 2 0 0 3 ／ 0 5 ． 0 6 f M] ． 2 0 0 6 ． 【 2 】博世力士乐 中国 有限公司． R E X R O T H轴向柱塞定量 马达 A 2 F M系列6 R C 9 1 0 0 1 ／ 1 0 ． 0 6 [ M] ． 2 0 0 6 ． 【 3 】博世力士乐 中国 有限公司． R E X R O T H轴向柱塞变量 马达 A 6 V M系列 6 R C 9 1 6 0 4 ／ 0 5 ． 0 6 [ M] ． 2 0 0 6 ． 【 4 】萨澳行走液压 上海 有限公司． S A U E R＆D A N F O S S＆ D A I K I N 9 0系列轴向柱塞泵[ M] ． 2 0 0 6 ． 【 5 】萨澳行走液压 上海 有限公司． S A U E RD A N F O S S＆ D A I K I N 9 0系列轴向柱塞马达[ M] ． 2 0 0 6 ． 【 6 】 成大先． 机械设计手册 [ M] ． 北京 化学工业出版社， 2 0 09． 上接第 1 1 8页 最大劲敌。据统计，造成液压系统无法正常工作的因 素中，污染占到的比例高达 3 ／ 4 。因此，为了确保液 压系统工作的可靠性和稳定性 ，必须对污染问题进行 严格的控制 。 污染物的形式多种多样 ，来源也各不相同，需从 液压系统的外部和内部两方面着手分析，以求找出合 理的对策。为了防止污染物侵入液压系统，必需采取 相应的保护措施，如油桶存油时，尽量保证其温度 适宜 ，密封完好 ，以防变质；油箱需通过滤清器才能 与大气相通 ；系统的元件 、管路也应减少振动，保持 密封；消除空气、水、颗粒等各类杂质进入系统的可 能性。然而这些举措并不能消除污染 ，因为污染还可 以在系统的内部生成 ，如 制造和装配有可能残留杂 质；元件磨损 、锈蚀也会产生固体颗粒 ；油液、橡 胶 、钢铁有可能因反应而产生化学物质；溶解于油液 的水也会使油液乳化，元件腐蚀，烧伤液压泵；溶解 于油液中的空气以及吸油产生的气体也会损害系统。 故而液压系统投入使用时需要清洗，使用过程中，油 液需要过滤净化。此外，综合运用加热器和冷却器 ， 可以保证液压系统一直处于适宜的温度环境中工作， 避免了因油液变质而产生的元件损害、系统工作不稳 定等问题 。 以上对策虽不能完全解决液压系统的污染问题， 但借此可以在系统的污染耐受度和污染度之间找出合 理的平衡点 ，从而保障液压系统的工作可靠性和元件 的使用寿命。 3 总结 综合分析了液压系统的冲击、噪声、泄漏和污染 等常见问题，并给出了相应的解决方法，为延长液压 元件的寿命，提高液压系统的可靠性提供了一些参考。 参考文献 【 1 】陈奎生． 液压与气压传动[ M] ． 武汉 武汉理工大学出版 社 ， 2 0 0 1 ． 【 2 】湛从昌， 傅连东， 陈新元． 液压可靠性及故障诊断[ M ] ． 北京 冶金工业出版社， 2 0 0 9 ．