液压蓄能（精选4篇）
液压蓄能 篇1
伴随着我国石油工业的大发展, 钻机也在不断的更新换代, 钻井能力不断加强, 功率不断提高, 传动逐渐先进。钻机的机械化和自动化的程度不断提高。目前, 我国石油钻机的种类和质量基本满足了本国在不同地区, 不同井深, 不同油层的钻井需要。近年来, 我国加快了石油钻机研制开发的速度, 相继开发了1000—7000m七大系列新型的石油钻机。直流电传动、交流变频电传动、机械传动、液力传动等多种驱动方式得到了广泛的应用;气动推盘式辅助刹车、自升式底座、伸缩式井架等技术日臻成熟, 石油钻机验证开发整体水平得到了长足的进步, 已经基本上能够满足本国对旧钻机进行更新换代的要求。
一、我国和国外石油钻机相比存在的差距
尽管我国石油钻机经过近几年的发展, 在型号、种类、技术等方面取得了长足的进步, 但是和国外石油钻机的整体水平相比还存在较大的差距, 其主要的表现如下:第一, 特色石油钻机的品种较少, 规格不全, 适应能力较差, 产品结构不尽合理, 不能完全满足各种不同钻井工艺的需要。有些品种钻机不得不依靠进口。某些零部件、基础件更是缺乏选择的余地。第二, 在用钻机普遍老化, 更新换代的速度较慢, 这严重制约着我国新型钻机的发展。机械化、智能化进程滞后, 影响钻井速度和井身质量的进一步提高。第三, 目前所使用的先进钻机少, 而且中型钻机模块化程度较低, 钻机搬家占用的车次和时间较多。对于已经在用的石油钻机, 有的主机和国外差距不大, 但总体方案尚不能满足具体地区和钻井工艺要求。第四, 各部件之间的合理配置还需要进一步的优化。第五, 特色钻机研制工作基本停留在仿造和跟踪阶段, 创新比例较小。中国石油集团长城钻探工程公司正在研制液压蓄能钻机, 采用我国自己的设计理念, 研制成功后我国将拥有独立知识产权。
二、液压蓄能钻机的相关设计和技术
1、液压蓄能钻机的设计原则
液压蓄能钻机主要采取的是液压驱动释放, 充分发挥液压传动的优势。在能量的利用方面, 回收蓄存管柱下放时释放的部分势能, 达到节能和降低整机配置功率的目的。设计上采取优化设计理论和模块化设计, 使得结构紧凑, 具有良好的工艺性和运移性。
液压蓄能钻机总体方式以及基本的参数完全符合《钻机型式与基本参数》的规定, 钻机的配套部件应该符合API规范和国家标准以及行业标准的相关规定;钻进的性能要充分的满足现代钻井工艺的需要, 能最大限度的完成全部技术功能, 具有较高的生产率和经济指标, 做到了安全节能;液压蓄能钻机主要采用模块化设计, 具有较高的结构工艺性、系列化、通用化、标准化水平;此外要保证钻机的自动化水平高, 操作省时、省力;充分的发挥社会化、市场化优势, 实现配套设备要素的优化, 选择性能价格比和可靠性高的国产和引进设备。
2、液压蓄能钻机的技术指标
液压蓄能钻机的基本参数要符合GB/T 23505-2009《石油钻机和修井机》的规定, 并且要符合API规范和国家标准以及行业标准的相关规定。其主要的参数:型号:ZJ30/1700Y型液压蓄能钻机, 液压驱动为3000m钻机;起重能力:在正常情况下为1200k N, 遇卡的情况下可上拨至1700k N。起升的速度:1200k N钩载时可以达到1m/s, 其他工况可以采用手动控制;钻台高度:一般情况下为5米。起升导向架的高度:分为上下两层高度, 每层的高度都是13.5m, 总高度为27米;液压系统工作压力为16MPa;柴油发电机组公路车以及台数:2台, 功率各位1000k W, 型号为CAT 3512DITA。
三、蓄能节能原理
钻机的蓄能装置主要包括了高压蓄能缸和与之相连的高压氮气包、充气装置、液位检测、显示与控制装置等, 实际上是一个可以控制油流进出的超大型的液压蓄能器。一口井有数千米的钻杆, 若在起钻时, 要消耗能量。但是从能量平衡的角度出发, 这些能量并没有消失, 只是转移。绝大多数是以位能的形式储存到井眼的钻柱中。再放下来时, 这些能量又会释放掉。以前在下钻时只能依靠辅助刹车的发热来消耗, 而没有把能量储存起来, 同时柴油机依旧在不同运转, 消耗了更多的燃油, 造成能量浪费。蓄能系统的主要作用就是将下放钻杆时的能量储存起来, 同时将液压动力系统输出的压力油通过组合油缸后也将其大部分储存到蓄能系统中, 而不是经阀组的压力损失回到油箱, 另外能将动力空载运行时的能量也储存到蓄能系统中, 蓄能系统中储存的压力油可以通过操作控制系统, 再进入组合油缸用于起升钻杆或其他辅助系统用。
四、液压蓄能系统的设计
根据蓄能的原理, 进行蓄能系统的设计时, 应按照钻井工况的要求进行。按照事故档全行程9.5m需压力油约2280升, 考虑到同时油泵也在供油, 并且实际行程要小于9.5m, 因此, 蓄液缸的油容积小于2000升。蓄液缸内径可用500mm、长10米, 其容积为1963升, 蓄液缸的总高度为11米。蓄液缸中间设有浮动活塞一个, 以隔开油和气。蓄液缸液位的检测和控制:蓄液缸缸底设有超声波液位计一个, 超声波在油内传播, 遇到浮动活塞后, 反射回来, 即可测出液位的高低, 供显示和控制用, 并反馈给控制系统, 判断是否供油。蓄液缸的油位信号—调节控制器—液压泵的电动卸荷阀—液位组成一个闭环控制, 以保证蓄液缸内油面始终不少于一定值。蓄液缸可考虑布置在导向架内的一侧, 在蓄液缸上方布置高位油箱。蓄能系统中氮气包的容积一般为蓄液缸的8倍到10倍, 因此氮气包的容积应为15到20立方米。
五、总结
液压蓄能钻机采取全新的设计思想, 具有我国独立知识产权。他能充分发挥液压传动的优势, 合理的蓄能, 用能, 达到节能和降低整机的配置功率目的。
工程机械液压蓄能器的合理选用 篇2
1. 选型原则
(1)适应功能需求
蓄能器若用于吸收冲击和消除脉动,选用气囊式和隔膜式蓄能器效果较好。而活塞式蓄能器反应灵敏性差,不宜用于吸收冲击和消除脉动。
(2)适应介质特点
活塞式蓄能器对油液的清洁度要求较高,若不能充分保证油液清洁,最好选择气囊式蓄能器和隔膜式蓄能器。以水为介质的系统,应选择气囊式蓄能器或隔膜式蓄能器,因为水易携带较多杂质,润滑性差,且会腐蚀活塞镀层。
(3)适于应用场合
气囊式蓄能器的失效是瞬间失效,活塞式蓄能器的失效是逐渐失效,所以应根据不同的应用场合来选择不同形式的蓄能器。工程机械的转向和制动系统宜配装活塞式蓄能器,而不宜选用气囊式蓄能器,这是因为气囊式蓄能器若瞬间失效会造成严重事故。
(4)响应时间适宜
要求响应时间<25 ms的应用场合,应选用气囊式或隔膜式蓄能器。要求响应时间≥25 ms的场合,选用气囊式、隔膜式或活塞式蓄能器均可。
(5)循环频率适宜
循环频率高的系统宜选用气囊式或隔膜式蓄能器,而不宜选择活塞式蓄能器,这是因过高的循环频率会导致活塞运动不稳、活塞密封损坏。
(6)充气压力适宜
应该根据蓄能在液压系统中的不同作用,选择充气压力适宜的蓄能器。当蓄能器用作吸收系统产生的脉动时,充气压力一般取工作压力平均值的60%;当其用于吸收系统产生的压力冲击时,充气压力应不小于正常工作压力;当其用于辅助动力源时,充气压力一般按最低工作压力的80%～90%选取,且应超过最高工作压力25%。
2. 安装
安装前应对蓄能器进行如下检查:产品是否与选择的相同,充气阀是否牢固,以及进油阀进、出口是否堵好等。
蓄能器应安装在检查、维修方便的地方,并远离热源。用于保压回路的蓄能器,应尽量安装在执行元件附近。用于吸收压力脉动、缓和液压冲击的蓄能器,应安装在冲击源或脉动源附近。
囊式蓄能器一般应垂直安装,且油口向下,以保证气囊的正常收缩。若采用倾斜或卧式方式安装,会加快皮囊损坏,降低蓄能器功能。对于隔膜式蓄能器无特殊安装要求,可油口向下垂直安装,也可倾斜或卧式安装。
囊式蓄能器气囊安装步骤如下:首先,往蓄能器壳体内注入少量液压油,并将油液在壳体内壁和气囊外壁涂抹均匀,再将气囊内气体排净。其次,将辅助拉杆旋入气囊的充气阀座,再一起经壳体下端开口装入壳体,在壳体上端拉出拉杆。最后,卸下拉杆,装上螺母,将气囊固定在壳体上。
蓄能器与管路之间应安装截止阀,以供充气和检修时使用。蓄能器与液压泵之间应安装单向阀,以防止液压泵停止工作时,蓄能器内压力油经泵流回油箱。蓄能器安装好后,充气式蓄能器中应使用惰性气体(一般为氮气),其充气允许工作压力可根据蓄能器结构形式而定。
3. 维护
在使用过程中,必须定期对蓄能器气囊进行气密性检查。新使用的蓄能器第一周、第一个月应分别检查一次,然后半年检查一次。对于作应急动力源的蓄能器,为了确保安全,应经常检查和维护。在长期停止使用后,应关闭蓄能器与系统管路间的截止阀,以保持蓄能器油压在充气压力以上。
液压蓄能 篇3
随着陆地上能源的逐渐减少,越来越多的国家把目光聚集到海洋能的开发上。由于波浪能具有可再生性,在海洋中无处不在,无处不有,而且受时间限制相对较小,能流密度较大,可通过较小的装置提供可观的廉价能量,又可以为边远海域的国防、海洋开发等活动提供能量,因此,世界各海洋大国均十分重视波浪能的开发和利用的研究[1]。
由于波浪具有随机性,而且能量时大时小,使得波浪发电系统的电力输出很不稳定。为了实现电能的稳定输出,目前的波浪发电系统大多通过蓄电池进行能量的蓄存转化。然而由于蓄电池寿命短而且极易造成环境污染,这就决定了该种方式难以在海上进行推广应用。为此我们在国家海洋局海洋可再生能源专项资金支持下,成功研制了一套液压蓄能波浪发电系统,可实现电力平稳的输出。
1 波浪发电系统能量的传递与蓄存
1.1 能量传递方式
图1是液压蓄能波浪发电系统的原理图和实物图。其中能量传递的具体过程为:首先是波浪能转化成浮筒运动的机械能,然后浮筒的机械能通过液压油缸转换成液压能,产生的液压能会被蓄存在蓄能器中,蓄能器中的能量再释放转化成电机的机械能,最后由机械能转化成电能。具体传递方式如下:
1.2 液压系统各部分的能量传递过程
液压系统各部分的能量传递过程见图2。
如图2所示,液压系统各部分能量传递过程如下:a)上端接头:把整套液压系统固定在平台上,下端部分也有一个类似的接头,这个接头与浮筒连接在一起。这样液压系统在波浪运动的作用下就会产生液压能;b)液压管A、B连接油箱的接头:液压管通过这两个接头与油箱连接,是液压腔内液压油与油箱内液压油进行交换的必由之路;c)中部液压泵:主要由液压腔和活塞构成,将浮筒机械能转换成液压能的关键部分;d)下部液压杆:在机械能转成液压能过程中实现力的传递;e)一般的液压系统在浮筒的一个浮动周期只能产生一次的液压。而我们的液压系统的油路为上下双通道,也就是说活塞向单一方向运动过程中,既能对液压油产生压力又能对液压油产生吸力。这样浮筒的一个浮动周期可以产生2次液压,从而增加了能量传递次数提高了发电量。
1.3 能量的蓄存
蓄能器的作用是将液压能蓄存起来,尤其是将波浪的波峰和波谷的能量蓄存起来,然后再稳定的释放出能量。蓄能器内装N2,最大压力可达到10 MPa。一般情况下,用一个蓄能器可以实现能量的蓄存和释放,但是基于安全和备用的考虑一般采用两个蓄能器,让他们交替工作。这样,可以避免其承受压力过大,从而提高发电系统的安全性和可持续性。图3是蓄能器的实物图:
2 液压蓄能波浪发电系统电力输出的实验检测与结果分析
2.1 实验条件
实验的实验条件如下:a)实验场地:浙江海洋学院水动力实验室;b)实验波况:造波机造波,模拟量设置为:幅值7 V,频率0.3 Hz。用采波仪进行实际波况数据的采集;c)实验主要仪器:LPB1-2声学测波仪、PM系列智能电参数测量仪,电压14 V,功率25 W的白炽灯负载。
2.2 实验步骤
a)用造波机造波,并用声学测波仪进行实际波况数据的采集。采集程序界面见图4和波浪数据曲线见图5。
由采集程序界面图4和波浪数据曲线图5可以看出,波况为:最大波高为3.5 m,周期为3.5 s,平均波高为0.3 m,平均水深为2.9 m,测量波数为120个;波形为正弦波而且比较稳定;
b)采集此波况下,发电平台上负载的电压、电流、功率以及功率因数数据,如图6所示:
发电平台上的负载为两个电压14 V,功率为25 W的灯泡,负载A的测量由功率计完成,负载B的测量由电流表和电压表组合来完成。为避免误差产生,把两个负载接在三相电的同两相,而且在实验条件基本不变的基础上,同时采集两个负载的电压、电流、功率数据;对实验数据进行整理及分析。具体如下。
2.3 实验数据的整理及分析
为了便于观察输出电能的稳定性,首先对各个负载的数据进行分析,然后再进行对比分析。
2.3.1 负载A实验数据的采集及分析
负载A数据变化曲线见表1。
表1给出了多次采集到的负载A的电压、电流、功率、功率因数值,以及曲线图。对上图分析可得:a)电压:一般会保持在9.3 V~10.0 V之间;电流:会保持在0.684 A~0.7 A之间;功率:保持6.3 W~7.0 W之间;功率因数:基本保持为1,虽然电信号存在一定波动,但是始终保持在一定范围内,作为照明用电是完全可以的;b)不但电信号基本稳定而且液压也基本保持在1.952 MPa,这说明液压能的平稳转化与电能的稳定输出是密不可分的,而且可能存在某种线性关系;c)功率因数为1,说明白炽灯为纯电阻,这与理论上是相符合的。
2.3.2 负载B实验数据的采集及分析
负载B的实验数据以及变化曲线见表2。
表2给出了负载B的电压、电流、功率、功率因数值以及数值的变化曲线。对其分析得:负载B电压保持在:8.3 V~9.3 V之间;电流保持在0.67 A~0.69 A之间;功率保持在:5.7 Hz~6.3 Hz之间;功率因数:基本保持为1。负载B的电信号也保持在一个相对稳定的范围为,保证了负载B相对稳定的工作。
2.3.3 负载A与负载B实验数据的对比分析
负载A与负载B实验数据的对比分析见表3。
表3给出了负载A与负载B实验数据的比较,可知:a)在实验条件基本相同情况下,两个负载的平均电流基本一样,平均电压、功率存在差异,即:这可能是由于负载B与负载A电阻存在差异造成;b)两个负载的电信号都稳定在一定的范围内保证了其能稳定的工作。
3 结语
通过对波浪发电系统,能量传递与蓄存过程的研究,以及对其电力输出实验数据的分析,可以得出以下结论:a)液压蓄能发电系统具有可实施性;在适当的波浪工况下,发电系统可以实现电力的稳定输出,具有很高的价值。可以为边防战士提供基本的生活保证,更好维护好祖国资源和祖国南海安全;b)液压蓄能发电系统即使没有采用稳压设备也能实现电力的稳定输出,提高了发电率;c)液压蓄能发电系统没有采用蓄电池进行能量的过渡,提高了系统的可持续性和环保性;d)把液压传动技术和蓄能器的蓄能技术结合起来应用于波浪发电这一创新,为今后波浪发电系统的研究提供了重要的参考价值。
摘要：对于波浪发电系统而言,一个难以避免的难题就是如何把不稳定的波浪能转换成稳定输出的电能,提出了一套液压蓄能发电系统,该系统将液压传动和蓄能器蓄能巧妙地结合起来,实现电力的稳定输出。也通过实验对其稳定输出电力的能力进行了论证。
关键词：波浪发电,液压蓄能,稳定输出,实验论证
参考文献
液压蓄能 篇4
1 交流变频拖动系统设计原理
异步机 (以三相鼠笼式电机为代表) 因具有多方面优点而被广泛应用。在分析三相交流异步电机转速n时, 其计算公式为:
在上述公式中, fs代表电机交流电输入频率;s代表电机转差率;P代表电机极对数;ns代表电机同步转速。
由该公式可知, 异步电机主要受两方面因素的影响, 一类是电机旋转磁场同步转速ns在恒定条件下所显示的电机转差率s;另一类是电机同步转速ns。
2 蓄能器变频驱动节能控制系统设计分析
2.1液压动力系统设计
2.1.1主回路液压泵计算
本文根据液压电梯轿箱额定速度V1与液压缸柱塞面积A1, 计算液压系统运行过程中所需要的额定流量Q的实际数值, 其基本计算公式为Q=0.5V1*A1。
根据电机、马达额定转速最小值与主回路泵容积效率NP, 计算主回路液压泵/马达排量q的计算公式, 其计算公式为:
2.1.2蓄能器回路补油电机计算
根据液压系统运作原理, 不考虑蓄能器回路补油装置泵要素, 选择当前市场的普通元件, 以满足基本流量运行要求。导致蓄能器回路补油的主要原因是:
(1) 柱塞泵/马达可逆元件出现内泄漏情况, 液压电梯多个行程工作程序循环出现故障, 蓄能器中的油液体积减少, 且经过长期运行后, 蓄能器的压力降低。
(2) 由于单向阀的内泄漏情况无法避免, 因此蓄能器的压力也会长期处在下降的状态中。
由上文分析可发现, 内泄漏属于一个缓慢的过程, 因此本文忽略蓄能器压力变化情况, 设其长期处于一个等温环境, 则其计算公式为
在该公式中, t代表恒温背景下的温度值;s代表气体膨胀指数, 在正常条件下, s取1.2。
2.1.3电梯运行速度的曲线分析
电梯速度控制是电梯系统研究中的重要组成部分, 设计人员需要根据人体的生理需要, 控制电梯下降、上升速度, 满足人体在乘坐电梯过程中的舒适感需求。在传统研究中, 抛物线-直线法是一种常见的研究方法, 能有效体现人体乘坐舒适度、电梯运行成本等因素。
现阶段, 液压电梯对速度的要求度较低, 对速度曲线的精度要求不明显, 基本上不需要区分多种运行速度的曲线分布方式。瑞士柏林格公司根据液压电梯的这一特点, 采用两种不同表达方式的曲线方式, 从理论上分析了检修工况对液压电梯的影响, 为开展多方面电梯系统研制提供理论素材。在电梯速度数字微处理控制的大背景下, 设计人员更应该从平层精度、电梯运行效率等几方面分析系统设计的可行性, 也能收到较好的系统设计效果。
2.1.4集成阀块设计
(1) 主回路安全阀设计:采用限制液压泵在标准工况下的最大允许压力的方式。在正常系统中, 由于变频器过载保护能力强, 当某些数据超过系统压力值后, 变频器会自动切断保护电源并保护电机。因此本文认为, 在该系统中不设置安全阀的想法是可行的。但在该系统中, 由于提供动力的路径主要有两条, 分别为电动机与蓄能器回路, 这一现象会导致主回路液压泵出口端压力由于某种故障而急剧上升, 综上所述, 在不考虑设计成本的背景下, 应该在主回路中设置安全阀。
(2) 液控单向阀设计:夜空单向阀是液压电梯变频系统中的就核心元件, 是系统平稳运行的关键。其中, 在主回路液控系统单向阀中, 设置两个液控单向阀。单向阀1作为夜空单向阀的先导级, 控制单向阀2, 形成了由两个单向阀相互作用的先导结构。在这个系统中, 通过合理配置B型半桥中液阻, 可实现对开关性能的控制;在标准情况下, 主阀与先导阀均为锥阀结构, 保证系统密封性好, 从而避免电梯沉降特性大于标准值。
(3) 防吸空单向阀设计:变频液压电梯驱动系统的下行停靠层站时刻, 为保证电梯运行舒适感, 在设置开关过程中, 一般会采取“延时开关”的方法, 即延迟一段短暂时间之后再才关闭电机, 此时的电机可能出现零转动或反转动的现象, 此时若无设置防吸空单向阀, 会导致液压泵缺少吸油通道, 出现吸空的现象, 导致液压泵损坏, 可能引发一系列的安全问题。由此可见, 设置防吸空单向阀是有必要的。
2.1.5变频器控制柜设计
(1) 电源滤波保护设计:从电网进线端出发, 经电源电流接触器, 连接两重保护器件。在设计中, 电源滤波保护由两方面组成, 分别为电流熔断器与一组压敏电阻, 采用三角形接法连接;然后串联一三项开关频率滤波电感, 并在主线路设置一个以三角形接法连接的电容开关 (电容开关与主线路保持并联状态) ;在主线路与阻容滤波回路器间设置一空气开关, 以获得热保作用, 当通过电容电阻的电流过大时, 开关能自动弹开。
(2) 驱动器互联与控制部分设计:对两台变频器进行互联, 并与控制电路接线实现系统共享, 当外界的机械能带动电机转动的时候, 电动机发电, 由变频器把此电能逆变成直流电, 通过直流BUS由变频器, 转成交流电回馈给电网, 因此驱动器必须要加强对电流的控制。但在实际操作中, 从变频器一侧引出的电机引线必须为铠装电缆或屏蔽线, 降低线路高频辐射现象对系统周围人体的影响。
3 结束语
本文简单分析蓄能器的液压电梯变频节能控制系统的设计情况, 并通过系统运行设想, 对液压系统的可行性进行分析。对设计人员而言, 在设计控制系统的过程中, 必须要将人性化设计作为设计的重点, 通过提高电梯舒适度, 加深人们对电梯设计的认可程度, 进一步凸显电梯设计的实用性价值。
摘要：本文简单介绍了交流变频拖动系统, 结合相关资料, 对蓄能器液压电梯变频节能控制系统的设计方式进行简单分析。旨在提升液压电梯整体技术水平, 实现液压电梯系统的现代化研究。
关键词：液压电梯,节能控制系统
参考文献
[1]张友根.注塑机液压系统应用技术的科学发展原则的研究及自主创新[J].液压气动与密封, 2014 (04) :1-5.
[2]杨明松, 涂婷婷, 张勤超等.采用开式油路的阀控-变频节能液压电梯研究[J].液压气动与密封, 2011 (06) :54-56.