液壓驅(qū)動(dòng)金屬打包機(jī)設(shè)計(jì)-帶液壓系統(tǒng)
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附錄 1:外文翻譯
液壓回收修井機(jī)研究及起重機(jī)仿真
摘要:本文研究了一種先進(jìn)的節(jié)能型石油機(jī)械,即液壓回收裝置。這臺(tái)鉆機(jī)的設(shè)備功率僅為普通鉆機(jī)的 1/3,而且該鉆機(jī)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(jī)的特殊工作原理。并且進(jìn)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(shí),這個(gè)鉆機(jī)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(jìn)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(shí)間越短;(2)節(jié)流閥路徑的面積越小,管道吊裝時(shí)間越長;(3)空氣容器體積越小,管道吊裝時(shí)間越短。實(shí)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(tái)有一種不合理的巨大能源浪費(fèi)。如下所示:(1) 從油井中提升管道的工作是一個(gè)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(gè)循環(huán)中,從井中抬起管道的時(shí)間只有大約四分之一的時(shí)間,而在這里, 電動(dòng)機(jī)在一個(gè)高功率下工作。把管道從管道中移走的時(shí)間是 3/4,在這里電動(dòng)機(jī)工作在低功率下。普通鉆機(jī)的大功率電機(jī)大多在低功率下工作,因此不經(jīng)濟(jì)。(2)從油井中移到地面的管道將大量潛在的能量儲(chǔ)存起來,當(dāng)管道被放低到井里時(shí),沉積的勢能就會(huì)釋放出來。普通鉆機(jī)只是通過制動(dòng)來浪費(fèi)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(jī)。該鉆機(jī)具有由電動(dòng)機(jī)和大蓄能器驅(qū)動(dòng)的液壓泵。當(dāng)提升管弦時(shí),蓄電池在輔助時(shí)間(拆卸和定位單管的時(shí)間)內(nèi)儲(chǔ)存電機(jī)能量,并在提升時(shí)釋放它,以幫助電機(jī)提升管道。因此,這種鉆機(jī)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(shí),該裝置的配備功率為 45kW,普通的功率為 150kW。該鉆機(jī)可以恢復(fù)降低時(shí)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(jī)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(chǔ)油缸 4 組成??諝馊萜鞯娜莘e是
1.68 m3。儲(chǔ)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(shí),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(shí),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(jí),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(dòng)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(gè)移動(dòng)塊 5 安裝在支撐件中,并且兩個(gè)頂塊 2 安裝在復(fù)合氣缸體中。兩個(gè)鋼鏈中的每一個(gè)在兩個(gè)移動(dòng)塊和一個(gè)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(dòng)時(shí),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(dòng)時(shí),鉤子和管道以柱塞的四倍速度下降。
2.3 進(jìn)一步介紹。表 1 中計(jì)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(duì)于同一個(gè)力的級(jí)別,如果復(fù)合氣缸的一個(gè)腔室與高壓油相連,其面積計(jì)算如公式
1,否則不按公式 1 計(jì)算,也就是說,使其面積為 0,以力級(jí) 2 為例,q2 室與低壓油相連,然后在計(jì)算吊鉤負(fù)荷時(shí),根據(jù)公式 1 計(jì)算,A2 為 0。在提升操作中,如果所選的力等級(jí)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(shí),如果選擇了 6 級(jí),管道可以被提升。在下降操作中,如果所選的力等級(jí)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(shí),如果選擇強(qiáng)度等級(jí) 5,則可以降低管道,同時(shí)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(shí)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(jí)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(shí)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(gè)值就是在降低單個(gè)管道時(shí)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(shí),0 級(jí)力被用在降低管道,因?yàn)檫@里復(fù)合缸的每個(gè)腔室都不與蓄能器連接,所以能量不能在 0 等級(jí)下恢復(fù)。隨著管道重量的增加,當(dāng) G3 大于
38KN 時(shí),根據(jù)管道重量,可以選擇等級(jí) 1 到等級(jí) 5 力級(jí)較低的管道。此時(shí),一些高壓油將被壓入蓄能器。與此同時(shí),發(fā)動(dòng)機(jī)可以關(guān)閉,恢復(fù)的能量可以用于輔助工作。在發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉時(shí)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(shí)蓄能器作為制動(dòng)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(shí)很少使用。以 2 級(jí)力為例子介紹降低單根管道的計(jì)算。在 2 級(jí)力下降的管道重量范圍為 66~110KN,所以在 2 級(jí)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(jí)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(shí),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(dòng)機(jī)運(yùn)行約 40 分鐘的能量。
4 起重機(jī)的數(shù)學(xué)模型
液壓能量回收修井機(jī)具有不同的數(shù)學(xué)模型,用于在不同的力等級(jí)下提升管道。但推理過程是類似的。以下以 5 級(jí)力為例子計(jì)算,計(jì)算過程中不考慮通過各個(gè)管道和閥門的
壓力損失。如圖 3 所示,當(dāng)以 5 級(jí)力提升管道時(shí),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(jìn)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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