測井車用兩種配置液壓系統(tǒng)Mooring控制的對比分析

勝偉，丁友林，熊麗君，李海濤，任科

(二機集團南陽華美石油設(shè)備有限公司，河南南陽473006)

測井車為油田的一種專用設(shè)備，該種設(shè)備上傳動系統(tǒng)目前主要采用REXROTH系統(tǒng)和SAUER ＆ DANFOSS ＆ DAIKIN (以下簡稱SAUER)系統(tǒng)兩種配置的液壓傳動系統(tǒng)，而液壓傳動系統(tǒng)中的Mooring控制系統(tǒng)隨著油田隨鉆及水平井等測試工作的增多，使其得到了廣泛的應(yīng)用，但在實際使用過程中發(fā)現(xiàn)兩種配置的Mooring控制系統(tǒng)響應(yīng)時間差別較大，下面分析引起差別的主要原因。

1 兩種配置Mooring控制原理圖

REXROTH系統(tǒng)及SAUER系統(tǒng)的Mooring控制原理分別如圖1、2所示。

圖1 REXROTH系統(tǒng)原理圖

2 Mooring控制的實現(xiàn)過程

兩種配置的液壓傳動原理一樣，其工作過程為:由變量油泵1與定(變)量馬達2組成閉式回路，定(變)量馬達2通過減速器(或減速器+鏈條)驅(qū)動絞車旋轉(zhuǎn)達到釋放或回收電纜的目的。通過油泵控制手柄3偏轉(zhuǎn)不同方向及角度對變量油泵1的伺服閥1.2 油路進行控制(SAUER系統(tǒng)為油泵控制手柄3對先導(dǎo)閥1.3控制，然后先導(dǎo)閥1.3 對伺服閥1.2 進行控制)，從而達到對變量油泵1 斜盤方向及角度的控制，最終控制定(變)量馬達2的旋轉(zhuǎn)方向及速度。

Mooring控制中，油泵控制手柄3 始終位于使絞車回收電纜的位置，通過遠程調(diào)壓閥5 (Remote Variable Pressure Limiter (RVPL))設(shè)定電纜上滿足工作要求的預(yù)張力，當有足夠大的外力向外拉電纜時，馬達變成油泵，使馬達高壓側(cè)的壓力進一步升高到足以將遠程調(diào)壓閥5 打開而使高壓油進入變量油泵1的伺服缸1.1的低壓側(cè)(高壓油過來后變成高壓側(cè))，推動伺服缸1.1 內(nèi)的活塞運動，帶動油泵斜盤越過中位變?yōu)橄喾吹姆较?，絞車釋放電纜;由于變量泵1的伺服缸1.1 一般不能承受較高的壓力，通過背壓閥4 來設(shè)定進入伺服缸1.1的壓力油的壓力(REXROTH 系統(tǒng)中背壓閥設(shè)定壓力為5 MPa，SAUER系統(tǒng)中背壓閥設(shè)定壓力為2 MPa)。當向外拉電纜的力降到一定值時，遠程調(diào)壓閥5 關(guān)閉，變量油泵1的伺服缸1.1的原低壓側(cè)壓力降低，變量油泵1的伺服閥1.1 油路正常工作，絞車回收電纜。

圖2 SAUER系統(tǒng)原理圖

實際操作中，按相關(guān)要求對設(shè)備進行例行檢查確保在各方面正常的前提下，具備隨鉆條件后，將油泵控制手柄3 置于“停止”位置，遠程調(diào)壓閥5調(diào)節(jié)裝置逆時針旋轉(zhuǎn)到完全打開的位置，啟動原動機。減速器有擋位的使其位于最高擋位置(只有當高擋滿足不了上提要求時，可用較低的擋位)，然后先將遠程調(diào)壓閥5 調(diào)節(jié)裝置順時針旋轉(zhuǎn)到最小設(shè)定壓力(滾筒空轉(zhuǎn)起動壓力)，再將油泵控制手柄3偏轉(zhuǎn)較小的角度使絞車向回收電纜方向旋轉(zhuǎn) (油泵控制手柄3偏轉(zhuǎn)角度根據(jù)實際工況、負載等因素，保證絞車在實際工作中上提、下放運轉(zhuǎn)正常)，再慢慢將遠程調(diào)壓閥5 調(diào)節(jié)裝置順時針旋轉(zhuǎn)，直至計量裝置面板上的張力值達到工作值，若只靠遠程調(diào)壓閥5 使計量裝置面板上的張力值達不到工作值，可增加控制手柄3偏轉(zhuǎn)角度，直到計量裝置面板上的張力值達到工作值，在此種狀態(tài)下，當鉆桿鉆進時，絞車將向釋放電纜方向旋轉(zhuǎn)與鉆桿保持同步下放電纜，當起鉆時，絞車將向回收電纜方向旋轉(zhuǎn)與鉆桿保持同步回收電纜，而在鉆桿鉆進、起鉆及停鉆過程中，電纜始終處于繃緊狀態(tài)。當鉆進及起鉆過程中絞車與鉆桿不同步時，不操作其他裝置，只操作遠程調(diào)壓閥5 調(diào)節(jié)裝置逆時針旋轉(zhuǎn)，直到在鉆桿的帶動下，絞車能向釋放電纜的方向旋轉(zhuǎn)，反之操作遠程調(diào)壓閥5 調(diào)節(jié)裝置順時針旋轉(zhuǎn)，直到在馬達的帶動下，絞車能向回收電纜的方向旋轉(zhuǎn)，該過程就稱為“Mooring控制”或“恒張力控制(Constant Tension Control)”。注意:在調(diào)整遠程調(diào)壓閥5 調(diào)節(jié)裝置過程中，隨時觀察計量裝置面板上的張力值不能超過所使用電纜的破斷拉力。

3 兩種系統(tǒng)的不同之處

遠程調(diào)壓閥不被打開時，油泵、馬達正常工作過程沒有什么特殊性，下面主要分析油泵、馬達處于非正常工作時(即馬達變成油泵)兩種系統(tǒng)的不同之處。

(1)從馬達來看

測井車液壓傳動系統(tǒng)中常用配置為:REXROTH系統(tǒng)為A4VG系列90排量的油泵配A2FM或A6VM系列的80排量的馬達，而SAUER系統(tǒng)為90系列100排量的油泵配90系列100排量的馬達。在負載、減速裝置及絞車等外部配置相同的情況下，Mooring控制系統(tǒng)中，馬達變泵時，馬達高壓側(cè)的壓力等于負載除以傳動比及馬達的扭矩常數(shù) (SAUER90系列100排量的馬達的扭矩常數(shù)為15.9 N·m/MPa，REXROTH A2FM或A6VM系列80排量的馬達的扭矩常數(shù)為12.7 N·m/MPa)，則可知REXROTH 馬達產(chǎn)生的壓力高于SAUER 馬達產(chǎn)生的壓力，REXROTH系統(tǒng)遠程調(diào)壓閥則先被打開，也就是說REXROTH系統(tǒng)馬達高壓側(cè)的壓力油可先經(jīng)過遠程調(diào)壓閥后進入油泵伺服缸的低壓側(cè)，先推動油泵伺服缸活塞反向運動，使油泵斜盤將先換向，故REXROTH系統(tǒng)比SAUER系統(tǒng)響應(yīng)時間短。

(2)從伺服閥來看

遠程調(diào)壓閥過來的控制油進入伺服缸后，將伺服缸活塞反推，伺服缸活塞通過斜盤反饋桿帶動伺服閥閥芯運動。在Mooring控制系統(tǒng)中，電控手柄一般偏轉(zhuǎn)角度較小，則電控手柄輸出電流較小，伺服閥(REXROTH系統(tǒng))或先導(dǎo)閥(SAUER系統(tǒng))上的電磁閥產(chǎn)生的力較小，從圖1中可看出REXROTH伺服閥閥芯反向運動需克服電磁閥產(chǎn)生的磁力，該力相對較小，從圖2中可看出SAUER伺服閥閥芯反向運動需克服伺服壓力油產(chǎn)生的力，該力相對較大，故REXROTH伺服閥閥芯比SAUER伺服閥閥芯更易被推動，從而導(dǎo)致REXROTH系統(tǒng)中伺服控制油比SAUER系統(tǒng)中伺服控制油易被換向，使油泵斜盤換向更容易，故REXROTH系統(tǒng)比SAUER系統(tǒng)響應(yīng)時間短。

(3)從遠程調(diào)壓閥過來的控制油進伺服缸的油路來看

從圖1中可看出REXROTH系統(tǒng)中遠程調(diào)壓閥過來的控制油(超過5 MPa時背壓閥打開溢流，對伺服缸起保護作用)直接全部進伺服缸，壓力損失小，流量大，對伺服缸活塞作用效果顯著。從圖2中可看出SAUER系統(tǒng)中遠程調(diào)壓閥過來的控制油(超過2 MPa+補油壓力時背壓閥打開溢流，對伺服缸起保護作用)與油泵內(nèi)伺服控制油匯合在一起后分三路流向:一部分壓力油經(jīng)過伺服閥回油泵殼體，一部分壓力油經(jīng)過油泵內(nèi)的單向閥(圖2中單向閥1.4)流向補油泵的出油口，只有部分而非全部進入油泵伺服缸，因此遠程調(diào)壓閥過來的控制油壓力損失大、流量相對較小，對伺服缸活塞作用效果不太顯著，相比較而言，REXROTH系統(tǒng)中伺服缸活塞比SAUER系統(tǒng)中伺服缸活塞易被推動，使油泵斜盤換向更容易，故REXROTH系統(tǒng)比SAUER系統(tǒng)響應(yīng)時間短。

4 結(jié)束語

由于SAUER系統(tǒng)的配置及油泵結(jié)構(gòu)方面的原因，使得SAUER系統(tǒng)的Mooring控制系統(tǒng)比REXROTH系統(tǒng)的Mooring控制系統(tǒng)響應(yīng)慢，屬正常現(xiàn)象。文中只是定性分析了主要的原因，由于對兩種油泵內(nèi)的伺服油路孔徑、長短、走向，節(jié)流孔的大小以及伺服缸活塞的直徑的大小等缺少相關(guān)的數(shù)據(jù)，故沒有進行定量的分析。

【1】博世力士樂(中國)有限公司.REXROTH軸向柱塞變量泵A4VG系列3 RC 92 003/05.06[M].2006.

【2】博世力士樂(中國)有限公司.REXROTH軸向柱塞定量馬達A2FM系列6 RC 91 001/10.06[M].2006.

【3】博世力士樂(中國)有限公司.REXROTH軸向柱塞變量馬達A6VM系列6 RC 91 604/05.06[M].2006.

【4】薩澳行走液壓(上海)有限公司.SAUER ＆ DANFOSS ＆DAIKIN 90系列軸向柱塞泵[M].2006.

【5】薩澳行走液壓(上海)有限公司.SAUER ＆ DANFOSS ＆DAIKIN 90系列軸向柱塞馬達[M].2006.

【6】成大先.機械設(shè)計手冊[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2009.