负载敏感控制在石油钻机液压系统上的应用

　　随着技术的发展，石油钻机控制系统逐渐趋向于自动化与智能化，安全、节能环保也成为时代的主题。为跟进石油钻机自动化的发展趋势，负载敏感变量泵加电控比例多路阀组成的负载敏感控制系统在石油钻机液压系统上的应用也在逐步推广。与石油钻机液压系统常用的定量柱塞泵加手动多路换向阀或者定量柱塞泵加电液换向阀的组合相比，负载敏感控制系统在节能降耗、高温环境适应性、管路布置简洁性、可控性方面优势明显。

　　1 石油钻机常规液压系统的特点

　　石油钻机液压系统除了为设备安装提供支持外，钻井作业过程中还要为猫头油缸、液压旋转猫头、液压大钳等井口工具提供动力。这些井口工具的使用具有的显著特点是：机具间歇式工作、工作时间短，待机时间长，因此要求液压站在待机时能耗要低、发热量要小、带载荷工作时又能提供足够的功率。目前常见的液压系统主要有以下两种：

　　1.1 定量柱塞泵加手动多路换向阀控制系统　　

　　在该液压系统中，油泵采用定量柱塞泵，控制阀采用手动多路换向阀。在系统不工作时，油泵空载待机，泵出的液压油经过手动多路阀流回油箱；当手动多路换向阀中某一片阀动作时，阀组中位泄油通道被切断，液压油流向阀片输出口，从而驱动井口工具工作，原理图如下：

　　由于采用定量泵，因此待机状态下的能耗取决于待机压力，而待机压力则主要由油液流经单向阀、高压过滤器、手动多路阀时产生的压力损失及管路沿程阻尼决定，该压力一般都低于0.8MPa，故该系统具有待机压力低、能耗小且结构简单、故障率低等优点；缺点是手动多路换向阀不能实现远程控制，也不能实现自动化操作，且阀组必须安装在司钻控制房内，使得司钻控制房内管线很多，拆接管线和维修不是很方便。

　　1.2 定量柱塞泵加电液换向阀控制系统

　　为了克服手动多路换向阀不能实现自动化操作等缺点，现大多采用定量柱塞泵加电液换向阀方式，其系统原理图如下图2所示：　

　　在该系统中电液换向阀（件3）以串联方式就近布置在执行元件附件，不需要进司钻房，操作则由司钻房内的电控开关来控制。相对于手动多路换向阀系统其管路变得简洁易维护。但同时又出现另外的问题，为了保证电液换向阀具有足够的先导控制压力，必须在阀组最后出口处添加预压阀，以华德液压生产电液换向阀为例，预压阀开启0.45MPa，随着流量的增加压力损失也会加大，因此相对手动多路阀来说，其待机压力损失较高，待机能耗也要高一些。就电液换向阀本身来说，由于电磁铁为开关控制，故执行元件工作速度不可调，不便于微小调整动作操作。