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附錄 1：外文翻譯
液壓回收修井機研究及起重機仿真
摘要：本文研究了一種先進的節(jié)能型石油機械，即液壓回收裝置。這臺鉆機的設(shè)備功率僅為普通鉆機的 1/3，而且該鉆機還可以回收利用管道中釋放的潛在能量。本文介紹了該鉆機的特殊工作原理。并且進行了節(jié)能分析。分析表明，當(dāng)把重達(dá) 260 克的管弦降低時，這個鉆機所能恢復(fù)的能量是 240×106J。建立提升管弦的數(shù)學(xué)模型，并進行了仿真分析。通過仿真，得出了一些結(jié)論:（1）管道越輕，管道的吊裝時間越短;（2）節(jié)流閥路徑的面積越小，管道吊裝時間越長;（3）空氣容器體積越小，管道吊裝時間越短。實際的測量結(jié)果表明，仿真結(jié)果是正確的。
關(guān)鍵詞：節(jié)能，修井設(shè)備，能量回收，起重，仿真
1 介紹
通常用于石油開采的普通鉆井平臺有一種不合理的巨大能源浪費。如下所示:（1） 從油井中提升管道的工作是一個連續(xù)的循環(huán)過程。重達(dá)數(shù)十噸的管狀管被吊到地上，一根接一根。在一個循環(huán)中，從井中抬起管道的時間只有大約四分之一的時間，而在這里， 電動機在一個高功率下工作。把管道從管道中移走的時間是 3/4，在這里電動機工作在低功率下。普通鉆機的大功率電機大多在低功率下工作，因此不經(jīng)濟。（2）從油井中移到地面的管道將大量潛在的能量儲存起來，當(dāng)管道被放低到井里時，沉積的勢能就會釋放出來。普通鉆機只是通過制動來浪費這種能量，這種能量是無法恢復(fù)的。
因此，開發(fā)了一種液壓回收修井機。該鉆機具有由電動機和大蓄能器驅(qū)動的液壓泵。當(dāng)提升管弦時，蓄電池在輔助時間（拆卸和定位單管的時間）內(nèi)儲存電機能量，并在提升時釋放它，以幫助電機提升管道。因此，這種鉆機的配備能力只有平常的三分之一。例如，當(dāng)額定吊鉤負(fù)載為 300k N 時，該裝置的配備功率為 45kW，普通的功率為 150kW。該鉆機可以恢復(fù)降低時由油管道釋放的潛在能量。
2 工作理論：簡介
2.1 液壓系統(tǒng)理論介紹。液壓回收修井機液壓系統(tǒng)如圖 1 所示。液壓油源由泵 1 和蓄能器組成。特別建造的大型蓄電池由空氣容器 5 和儲油缸 4 組成。空氣容器的容積是
1.68 m3。儲油缸的容積是 0.19m3。復(fù)合氣缸 11 具有 q1，q2，q3-三室。液壓方向閥 6,7,8 分別控制 q1，q3，q2 與高壓油（泵和蓄能器）或低壓油（油箱）相連。當(dāng) q1 和 q2 腔室與高壓油相連接時，由柱塞 12 上的油壓產(chǎn)生的力就向上，當(dāng) q3 室連接高壓油時，柱塞 12 上的油壓產(chǎn)生的力向下。連接高低壓油，不同的三室組合模式，決定不同的力等級，以滿足提升和降低不同負(fù)荷的需要（見表 1）。節(jié)流閥 9,10 控制升降速度并用作制動器。
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2.2 .復(fù)合缸提升部件的介紹。如圖 2 所示，復(fù)合氣缸的柱塞 3 的頂部連接到行駛支
架 4。四個移動塊 5 安裝在支撐件中，并且兩個頂塊 2 安裝在復(fù)合氣缸體中。兩個鋼鏈中的每一個在兩個移動塊和一個頂塊中卷繞。鋼鏈的一端與鉤連接，另一端固定在基座上。當(dāng)柱塞被驅(qū)動時，行駛塊及其支撐件同步上升，帶有管道的鉤子以柱塞的四倍速度上升。當(dāng)柱塞再次被驅(qū)動時，鉤子和管道以柱塞的四倍速度下降。
2.3 進一步介紹。表 1 中計算吊鉤起重載荷的方程式為
F=p(A1+A2-A3)/4
式中：F 是吊鉤起重載荷，p 是油壓，A1 是 q1 室的面積，A2 是 q2 室的面積，A3 是 q3 室的面積。
對于同一個力的級別，如果復(fù)合氣缸的一個腔室與高壓油相連，其面積計算如公式
1，否則不按公式 1 計算，也就是說，使其面積為 0，以力級 2 為例，q2 室與低壓油相連，然后在計算吊鉤負(fù)荷時，根據(jù)公式 1 計算，A2 為 0。在提升操作中，如果所選的力等級大于管道的重量，則管道可以從井中升起。例如，當(dāng)管道的重量是 210 k N 時，如果選擇了 6 級，管道可以被提升。在下降操作中，如果所選的力等級小于管道重量，則可以將管道降至井底。例如，當(dāng)管道重量為 210k N 時，如果選擇強度等級 5，則可以降低管道，同時柱塞 12 被迫縮回。因此，一些高壓油被壓入蓄能器以節(jié)省，實現(xiàn)了管道勢能的恢復(fù)。
3 能量回收分析
如前所述，在降低操作中，如果所選的力等級小于管道的重量，管道可以下降，一些高壓油被壓入蓄能器以節(jié)省，實現(xiàn)管道勢能的恢復(fù)?；厥盏哪芰咳绫?2 所示，其中
A1 是 q1 室的面積，A2 是 q2 室的面積，A3 是 q3 室的面積，s 是單根管道的長度。表
2 中的值是在 A1 = 603.1cm2，A2=490.9cm2，A3=289.8cm2，s=9.6m 的條件下降低單管的回收能量，這個值就是在降低單個管道時壓入蓄能器中的油的體積。如表 2 所示，當(dāng)管道重量 G3 小于等于 38KN 時，0 級力被用在降低管道，因為這里復(fù)合缸的每個腔室都不與蓄能器連接，所以能量不能在 0 等級下恢復(fù)。隨著管道重量的增加，當(dāng) G3 大于
38KN 時，根據(jù)管道重量，可以選擇等級 1 到等級 5 力級較低的管道。此時，一些高壓油將被壓入蓄能器。與此同時，發(fā)動機可以關(guān)閉，恢復(fù)的能量可以用于輔助工作。在發(fā)動機關(guān)閉時管道下降期間，由于管道勢能變成蓄能器的液壓能量，因此不能發(fā)生“打滑”，也就是說，這時蓄能器作為制動器。另外也可以在下降速度高的情況下使用節(jié)流閥?，F(xiàn)場操作顯示節(jié)流閥在下降管道時很少使用。以 2 級力為例子介紹降低單根管道的計算。在 2 級力下降的管道重量范圍為 66~110KN，所以在 2 級力下降的管道的總重量為 44kN。單根油管的重量 126×9.6=1209.6KN，所以在 2 級力可以下降管道數(shù)量為 36。當(dāng)降低重量為 260 k N 的管道時，蓄能器中回收的油的總體積為
V=23×0.0483+36×0.0752+23×0.1187+41×0.1447+60×0.193=24（m3）
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在蓄能器中回收的總能量為(油壓 p 為 10MPa)
E=vP=10×106×24=240×106 （J）
240×106 J 的能量相當(dāng)于 100 k W 的柴油發(fā)動機運行約 40 分鐘的能量。
4 起重機的數(shù)學(xué)模型
液壓能量回收修井機具有不同的數(shù)學(xué)模型，用于在不同的力等級下提升管道。但推理過程是類似的。以下以 5 級力為例子計算，計算過程中不考慮通過各個管道和閥門的
壓力損失。如圖 3 所示，當(dāng)以 5 級力提升管道時，q1,q2,q3 室都與泵和蓄能器連接。來自泵和蓄能器的油以及由 q3 室擠壓的油進入 q1，q2 室，使柱塞上升以提升管道。
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附錄 2：外文原文
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