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流量和壓力按正弦曲線動搖，脈動量大，因此無法滿意當(dāng)今龐雜環(huán)境下作業(yè)的請求【1， 2】。海內(nèi)外學(xué)者對泥漿泵的鉆研發(fā)明，在設(shè)計(jì)歷程中，如何保障泥漿泵的流量穩(wěn)固、無脈動是亟待處理的難題。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樹立液壓系統(tǒng)的仿真模型，對其靜態(tài)特征進(jìn)行仿真剖析。通過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)動泥漿泵長處

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)動式泥漿泵，即柴油機(jī)或電動機(jī)通過機(jī)械加速，再通過曲軸連桿機(jī)構(gòu)帶動活塞進(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，液壓泵單缸的剎時流量也是按正弦曲線動搖的。這樣會使得泥漿泵排量不穩(wěn)固，癥結(jié)原件受力和沖擊較大，對泥漿泵任務(wù)性能和壽命影響很大。

采取液壓情勢驅(qū)動泥漿泵，可有效地處理上述問題。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)動泵缸活塞的方法。因?yàn)椴扇∫簤焊组g接驅(qū)動泥漿泵泵缸活塞，簡化了加速安裝及機(jī)械能源安裝自身帶來的振動和沖擊，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，帶動左端液壓缸直動，進(jìn)而帶動右端泵缸做往復(fù)靜止。因?yàn)橐簤喝蝿?wù)介質(zhì)是平均活動，故不會涌現(xiàn)大的流量脈動和壓力脈動，排出泥漿平均活動，壓力穩(wěn)固，可極大減小泥漿對泵體磨損，進(jìn)步了任務(wù)元件的任務(wù)壽命。

第四、采取液壓驅(qū)動情勢，能夠滿意特別場所下對大功率泥漿泵的能源需求，并能在較大的規(guī)模內(nèi)完成無級調(diào)速，可實(shí)用于多種不同排量場所。

因此，液壓驅(qū)動泥漿泵具備構(gòu)造簡樸，減振性能優(yōu)勝，輸入泥漿壓力、流量對比穩(wěn)固，適應(yīng)性強(qiáng)等特征。液壓驅(qū)動泥漿泵的癥結(jié)問題就是設(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)液壓缸左端為無桿端）；第3只裝在液壓缸最右端，與第2個活塞距離l÷2。調(diào)理缸速比為2（a活塞÷a活塞桿），缸速比為返回時的速度是推動時速度的比例。a活塞÷a活塞桿=2，則啟動系統(tǒng)經(jīng)過一段時光后，當(dāng)?shù)?只活塞推動到液壓缸兩頭時，第2只活塞則推動到液壓缸最右端，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刻都只要兩個活塞推動而另一個活塞回程。從而保障液壓泥漿泵排出流量和壓力對比穩(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的無桿腔，推動第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通過活塞桿11連在一起，此時第1泵缸活塞推動泥漿關(guān)上單向閥14，處于排液狀況。依據(jù)盤算，當(dāng)電磁閥左位任務(wù)時光終止時，右位電磁鐵會主動通電，此時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泵缸的活塞通過連桿連在一起，此時第1泵缸活塞推動泥漿關(guān)上單向閥15，處于吸液狀況。當(dāng)?shù)?電磁閥右位任務(wù)時光終止時，左位電磁鐵會主動通電，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往復(fù)靜止。左右位任務(wù)時光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，電動機(jī)21帶動定量泵3任務(wù)，當(dāng)須要液壓缸任務(wù)時，因?yàn)橄葘?dǎo)溢流閥20的遠(yuǎn)控口與二位二通手動換向閥19（滾珠定位式）連通，手動閥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)入液壓缸的無桿腔，此時，能夠通過進(jìn)油調(diào)速回路調(diào)速閥5調(diào)速，3個次序閥7保障了3個缸的流量雷同。壓力表8用于實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行狀況?；赜蜁r，經(jīng)過電液換向閥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，單向閥22將關(guān)上，繼承任務(wù)。缸的泥漿泵不任務(wù)時，手動閥處于常通狀況，先導(dǎo)溢流閥遠(yuǎn)控口接油箱1，將液壓油整個卸荷。3個缸的流量恒定有次序閥7和分流閥6來獨(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)仿真模型的樹立

在amesim環(huán)境下，樹立如圖2所示的液壓系統(tǒng)仿真建模圖。仿真模型的樹立是遵照樣機(jī)液壓系統(tǒng)來進(jìn)行的，但因?yàn)檐浖Ｐ蛶斓南拗?，有些局部無法完整遵如實(shí)踐樣機(jī)的元件照搬。對其作了局部交換，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)定仿真時光即可運(yùn)行。