超深浮式鉆井多功能節(jié)能型升沉補償絞車的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及海洋工程設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種超深浮式鉆井多功能節(jié)能型升沉補償絞車。
【背景技術(shù)】
[0002]已探明海洋石油儲量達(dá)1357X 108 t，占地球全部儲量的75%以上。其中有30%分布在深水區(qū)和超深水區(qū)，且隨著深水勘探技術(shù)的進(jìn)步，這一比例只會越來越高?？碧胶烷_采深水區(qū)和超深水區(qū)的石油只能采用浮式作業(yè)平臺，超深浮式鉆井需要大功率的鉆井絞車和大功率、長行程的升沉補償系統(tǒng)，鉆井絞車和升沉補償系統(tǒng)性能的好壞直接影響著海洋石油開發(fā)的效率和進(jìn)度。
[0003]絞車是石油鉆機(jī)上最重要、最關(guān)鍵的設(shè)備，是鉆機(jī)的核心。主要鉆井功能幾乎都依賴于絞車，如提放鉆具(鉆柱、防噴器)、鉆進(jìn)過程中鉆頭進(jìn)給、鉆壓控制等。大功率鉆機(jī)絞車是超深鉆井作業(yè)的必需裝置之一。
[0004]但目前超深鉆井常用的絞車和升沉補償系統(tǒng)為兩套獨立的系統(tǒng)，且都存在體積和質(zhì)量大、功率消耗高的缺點。
[0005]按執(zhí)行機(jī)構(gòu)的不同，升沉補償系統(tǒng)可分為液壓缸型和絞車型。液壓缸型應(yīng)用比較普遍，但應(yīng)用于超深鉆井時，存在補償行程不夠、體積大、重心高等缺點。而絞車型升沉補償系統(tǒng)通過控制絞車旋轉(zhuǎn)的速度和方向來實現(xiàn)升沉補償功能，是近年來才提出來的一種新型升沉補償系統(tǒng)。但是目前常見的幾種補償絞車以電動的居多，液壓驅(qū)動的比較少。電動補償絞車能量回收不方便，剎車系統(tǒng)功耗大，制動能不易回收。液壓補償絞車都以閥控為主，有些沒考慮能量回收，有些僅采用蓄能器來回收部分能量。
[0006]新型液壓變壓器和蓄能器結(jié)合，可以高效回收液壓系統(tǒng)的壓力能。但到目前為止，新型液壓變壓器還存在變壓范圍小、發(fā)熱大、噪音大等缺點，流量小，功率低，其性能遠(yuǎn)沒有達(dá)到工程實際應(yīng)用的要求。由雙變量馬達(dá)組成的傳統(tǒng)型液壓變壓器變壓范圍大、能量回收效率高，應(yīng)用于大功率場合時，其體積大的缺點也就不存在了。采用伺服電機(jī)直接驅(qū)動變量泵作為泵源、以變量馬達(dá)作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的直驅(qū)容積控制液壓系統(tǒng)無節(jié)流和溢流損耗，用在超大功率場合時其節(jié)能效果更明顯。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種能夠同時具有鉆井絞車和升沉補償系統(tǒng)功能的超深浮式鉆井多功能節(jié)能型升沉補償絞車。
[0008]為了實現(xiàn)以上目的，本實用新型采用的技術(shù)方案是:一種超深浮式鉆井多功能節(jié)能型升沉補償絞車，包括滾筒、用于驅(qū)動滾筒轉(zhuǎn)動的若干滾筒液壓馬達(dá)、用于降低滾筒液壓馬達(dá)輸出轉(zhuǎn)速的減速機(jī)構(gòu)和油箱，各所述滾筒液壓馬達(dá)的T 口連接油箱，其特征在于:還包括有至少兩個直驅(qū)泵源機(jī)構(gòu)、單向閥、泵源換向閥、至少兩個液壓變壓器、蓄能器組、蓄能器組安全閥、剎車換向閥和液控剎車機(jī)構(gòu)；其中，每一所述直驅(qū)泵源機(jī)構(gòu)包括直驅(qū)泵源變量泵和用于驅(qū)動直驅(qū)泵源變量泵的直驅(qū)泵源伺服電機(jī)，所述直驅(qū)泵源變量泵的進(jìn)油口連接油箱；每一所述液壓變壓器包括輸出軸相連的初級馬達(dá)和次級馬達(dá)，各液壓變壓器的初級馬達(dá)的T 口和次級馬達(dá)的T 口相連并連接油箱；所述單向閥的A 口與各直驅(qū)泵源機(jī)構(gòu)的直驅(qū)泵源變量泵的出油口相連，其B 口與泵源換向閥的P 口和剎車換向閥的B 口相連；所述泵源換向閥的A 口與泵源安全閥、各滾筒液壓馬達(dá)的P 口和各液壓變壓器的初級馬達(dá)的P 口相連，其B 口與各液壓變壓器的次級馬達(dá)的P 口、蓄能器組、蓄能器組安全閥和剎車換向閥的A 口相連；所述剎車換向閥的P 口與液控剎車機(jī)構(gòu)相連。
[0009]進(jìn)一步，還包括有安裝于所述滾筒死繩端的死繩拉力傳感器、與平臺固定連接的平臺速度測量單元、滾筒轉(zhuǎn)速傳感器、與所述蓄能器組相連的蓄能器壓力傳感器、與若干所述滾筒液壓馬達(dá)P 口相連的馬達(dá)壓力傳感器和控制器。
[0010]進(jìn)一步，所述控制器包括主控制器、直驅(qū)泵源控制器和液壓變壓器控制器，其中，所述主控制器可輸入死繩拉力傳感器、平臺速度測量單元、滾筒轉(zhuǎn)速傳感器的感應(yīng)信號和目標(biāo)控制值，并且，對直驅(qū)泵源控制器輸出直驅(qū)泵源的期望流量，對液壓變壓器控制器輸出液壓變壓器的期望流量，對泵源換向閥和剎車換向閥輸出控制信號，對若干滾筒液壓馬達(dá)輸出期望排量；所述液壓變壓器控制器可輸入蓄能器壓力傳感器和馬達(dá)壓力傳感器的感應(yīng)信號及液壓變壓器期望流量，并且，輸出各初級馬達(dá)和各次級馬達(dá)的期望排量；所述直驅(qū)泵源控制器可輸入直驅(qū)泵源機(jī)構(gòu)期望排量，并且，輸出各直驅(qū)泵源變量泵的期望排量和各直驅(qū)泵源伺服電機(jī)的控制信號。
[0011]進(jìn)一步，各所述滾筒液壓馬達(dá)的排量不等，各所述直驅(qū)泵源機(jī)構(gòu)中的直驅(qū)泵源變量泵的排量不等，各初級馬達(dá)的排量不等，各次級馬達(dá)的排量不等。
[0012]本實用新型的有益效果是:本實用新型的絞車在進(jìn)行上升補償和下放作業(yè)時，滾筒自然轉(zhuǎn)動帶動滾筒液壓馬達(dá)的輸出軸轉(zhuǎn)動，使其工作于泵工況，配合液壓變壓器變換壓力，使壓力油流入蓄能器組，能量以壓力能的形式儲存于蓄能器組內(nèi)；當(dāng)絞車在進(jìn)行下降補償和提升作業(yè)時，蓄能器能釋放內(nèi)部的壓力油，并通過液壓變壓器變換壓力使壓力油流入滾筒液壓馬達(dá)中，驅(qū)動其輸出軸轉(zhuǎn)動，從而釋放蓄能器內(nèi)的能量。其過程能有效節(jié)約系統(tǒng)的能量。同時，由絞車來實現(xiàn)主動升沉補償，省去了專門的升沉補償系統(tǒng)，且補償行程不受限制。用于浮式鉆井作業(yè)時，既可實現(xiàn)鉆井作業(yè)時鉆柱的升沉補償，又可實現(xiàn)起下鉆水下鉆具時的升沉補償。
【附圖說明】
[0013]圖1為實施例一的原理圖。
[0014]圖2為實施例一控制器的原理框圖。
[0015]圖3為實施例二的原理圖。
[0016]其中，I為滾筒，2為油箱，3為滾筒液壓馬達(dá)，4為直驅(qū)泵源機(jī)構(gòu)，41為直驅(qū)泵源變量泵，42為直驅(qū)泵源伺服電機(jī)，5為液壓變壓器，51為初級馬達(dá)，52為次級馬達(dá)，6為蓄能器組，7為液控剎車機(jī)構(gòu)，8為單向閥，9為泵源換向閥，10為剎車換向閥，11為泵源安全閥，12為蓄能器組安全閥，13為死繩拉力傳感器，14為平臺速度測量單元，15為滾筒轉(zhuǎn)速傳感器，16為馬達(dá)壓力傳感器，17為蓄能器壓力傳感器，18為控制器，181為主控制器，182為液壓變壓器控制器，183為直驅(qū)泵源控制器。
【具體實施方式】
[0017]現(xiàn)結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型要求保護(hù)的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0018]實施例一
[0019]如圖1所示，本實施例的絞車包括有滾筒1、兩個滾筒液壓馬達(dá)3、減速機(jī)構(gòu)、兩個直驅(qū)泵源機(jī)構(gòu)4、兩個液壓變壓器5、蓄能器組6、液控剎車機(jī)構(gòu)7、泵源安全閥11、蓄能器組安全閥12、單向閥8、泵源換向閥9、剎車換向閥10和油箱2。
[0020]其中，滾筒I上卷繞有鋼絲繩，鋼絲繩的一端掛上懸掛物，另一端則是與平臺固定連接的死繩端，滾筒I以不同轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)動實現(xiàn)對懸掛物的升降。在本實施例中，在滾筒I的一側(cè)上設(shè)置有內(nèi)齒輪，兩個滾筒液壓馬達(dá)3的輸出軸連接減速機(jī)構(gòu)的輸入端，減速機(jī)構(gòu)的輸出齒輪與滾筒I的內(nèi)齒輪嚙合從而驅(qū)動滾筒I轉(zhuǎn)動。
[0021 ] 兩個滾筒液壓馬達(dá)3的T 口與油箱2通過輸油管道相連，當(dāng)兩個滾筒液壓馬達(dá)3工作于泵工況時，兩個滾筒液壓馬達(dá)3的輸出軸受外力驅(qū)使轉(zhuǎn)動，可從油箱2中抽取液壓油；當(dāng)兩個滾筒液壓馬達(dá)3工作于馬達(dá)工況時，液壓油會經(jīng)兩個滾筒液壓馬達(dá)3的T 口回流至油箱2中，并帶動兩個滾筒液壓馬達(dá)3的輸出軸轉(zhuǎn)動。
[0022]每個直驅(qū)泵源機(jī)構(gòu)4包括一個直驅(qū)泵源變量泵41和一個直驅(qū)泵源伺服電機(jī)42，直驅(qū)泵源變量泵41的進(jìn)油口與油箱2通過輸油管道相連，其通過直驅(qū)泵源伺服電機(jī)42驅(qū)動可從油箱2中抽取液壓油。在本實施例中，兩個直驅(qū)泵源機(jī)構(gòu)4的直驅(qū)泵源變量泵41的排量不等。
[0023]每個液壓變壓器5包括一個初級馬達(dá)51和一個次級馬達(dá)52，初級馬達(dá)51的輸出軸與次級馬達(dá)52的輸出軸相連。初級馬達(dá)51與次級馬達(dá)52均為液壓馬達(dá)，同樣能工作于泵工況和馬達(dá)工況，由于初級馬達(dá)51的輸出軸與次級馬達(dá)52的輸出軸相連，因此初級馬達(dá)51的工況與次級馬達(dá)52的工況相反，即初級馬達(dá)51在馬達(dá)工況時可帶動次級馬達(dá)52的輸出軸轉(zhuǎn)動使次級馬達(dá)52處于泵工況，反之亦然。在本實施例中，兩個液壓變壓器5中的初級馬達(dá)51的T 口以及次級馬達(dá)52的T 口均通過輸油管道互相連接，并且還連接至油箱2中，可從油箱2中抽取液壓油或?qū)⒁簤河突亓髦劣拖?中；兩個液壓變壓器5中的初級馬達(dá)51的P 口通過輸油管道互相連接，兩個液壓變壓器5中的次級馬達(dá)52的P 口通過輸油管道互相連接。并且，在本實施例中，兩個液壓變壓器5的初級馬達(dá)51的排量不等，兩者的次級馬達(dá)52的排量也不等。
[0024]在本實施例中，蓄能器組6由至少兩個并聯(lián)的蓄能器構(gòu)成，蓄能器可將能量以高壓壓力油形式儲蓄于其中，蓄能器組6中并聯(lián)的蓄能器越多，其可存蓄的能量越高。
[0025]液控剎車機(jī)構(gòu)7由液壓油驅(qū)動，通過對其輸入液壓油使其實現(xiàn)對滾筒I的剎車功能。泵源安全閥11的T 口以及蓄能器安全閥的T 口均通過輸油管道與油箱2相連，當(dāng)其P口側(cè)的壓力高于其閥值時可讓壓力油通過其T 口回流至油箱2中。
[0026]單向閥8的A 口通過輸油管道與兩個直驅(qū)泵源變量泵41的出油口相連；其8 口通過輸油管道與泵源換向閥9的P 口及剎車換向閥10的B 口相連。
[0027]泵源換向閥9的A 口通過輸油管道與泵源安全閥11的P 口、兩個滾筒液壓馬達(dá)3的P 口以及兩個初級馬達(dá)51的P 口相連；其B 口通過輸油管道與兩個次級馬達(dá)52的P 口、蓄能器組6、蓄能器安全閥的P 口以及剎車換向閥10的A 口相連；其P 口通過輸油管道與單向閥8的B 口以及剎車換向閥10的B 口相連。
[0028]剎車換向閥10的A 口通過輸油管道與兩個次級馬達(dá)52的P 口、蓄能器組6、蓄能器安全閥的P 口以及泵源換向閥9的B 口相連；其B 口通過輸油管道與泵源換向閥9的P口及單向閥8的B 口相連；其P 口通過輸油管道與液控剎車機(jī)構(gòu)7相連。
[0029]同時，還包括一套控制該絞車的控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)包括有安裝于滾筒I死繩端的死繩拉力傳感器13、與平臺固定連接的平臺速度測量單元14、滾筒轉(zhuǎn)速傳感器15、與蓄能器組6相連的蓄能器壓力傳感器17、與兩個滾筒液壓馬達(dá)3的P 口相連的馬