液压控制带压作业试验台研制

　　1 引言

　　带压作业设备和系统的研究开发是一种投资大,而且安全性要求很高的活动。为了可靠、经济地开发带压作业装备与技术,建立带压作业性能试验系统是必要的。国内外带压作用技术发展状况已经表明,液压驱动和控制的带压作业技术和设备是未来该领域研究和应用的主要发展方向[1]。因此,需要研制液压控制的带压作用试验系统,为带压作业技术和装备的进一步研究奠定必要的实验基础。

　　2 带压作业试验系统组成

　　液压控制带压作业试验系统组成如图1所示,主要包括:液压起升装置,井口防喷密封装置(上、下闸板防喷器),管柱接箍探测装置(上、下接箍探测器),压力平衡装置(平衡短节、平衡阀、卸荷阀),高压流体循环系统,液压动力系统,实验台基础装置(井口四通、盲板法兰),PLC控制系统等。

　　3 试验台液压原理

　　图2所示为带压作业试验台的液压原理图,整个系统由2个流体介质子系统组成。一个是从高压水泵经平衡阀进入密封腔,再经卸压阀进入储水箱的高压井液模拟循环系统;另一个是液压系统。液压系统由液压泵站和5个执行单元组成。1、2单元表示电磁先导液压控制的高压水循环系统的开关控制阀。1为卸压平衡控制元件,作用是将密封腔内的高压流体通过缓冲作用降低为大气压力,使上闸板防喷器的密封胶芯上、下端所受流体作用力相平衡,从而保证上闸板防喷器密封胶芯平稳打开。2为高压平衡控制元件,作用是将模拟井中的高压流体通过缓冲作用引入密封腔,使下闸板防喷器的密封胶芯上、下端所受流体作用力相平衡,从而保证下闸板防喷器密封胶芯平稳打开。这两个控制阀都是通过电磁先导控制、液压驱动主阀芯的开关来实现对高压水的通断和缓冲控制。

　　3、4单元表示电液换向阀控制的液压缸驱动的闸板防喷器柔性密封装置。3为上闸板防喷器柔性密封控制单元,主要作用是控制上防喷器密封胶芯关闭时与密封管柱之间组成柔性密封副,打开时能够保证管柱接箍通过,不损伤密封胶芯。4为下闸板防喷器柔性密封控制单元,主要作用是控制下防喷器密封胶芯的打开和关闭;并与上防喷器密封胶芯相互配合,实现倒换开、关,在保证管柱密封的条件下,使管柱接箍顺利通过。

　　5单元表示电液换向阀控制的起升液压缸装置。两个长冲程液压缸活塞杆刚性连接为一体,保证上行和下行时能够同步。上升油路中安装一个液控单向阀,主要作用是实现液压缸下行时的平衡,防止下行失控。

　　4 试验台控制流程

　　研制带压作业试验台的主要目的是对带压起升和下放油管柱的设备和装置的功能原理和操作控制进行试验研究,不必要完全按照作业现场的工况进行完整作业流程的试验。因此设计出发点是保证系统的安全性,满足试验的功能性,达到操作的方便性。因此试验台模拟带压作业工艺流程时即可以实现手动控制,也可以实现自动控制[2]。PLC中的控制电路是由软件编程实现,因此具有在线修改能力,而且功能易于扩展,是一种柔性的控制系统。根据带压作业试验台液压控制系统的工作特点,采用PLC作为控制器最为合适。本试验台采用德国某公司的S7-200型PLC作为液压控制系统的控制器。