專利名稱：石油鉆井泥漿泵自動(dòng)控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及石油鉆井泥漿泵機(jī)電一體無級(jí)變量控制。
專利85203981石油鉆井泥漿泵，為我們提供了一種在連續(xù)工作中可以無級(jí)改變其排量的先進(jìn)裝置，正因?yàn)檫@種裝置的特點(diǎn)，才使得采用微電子技術(shù)實(shí)現(xiàn)其自動(dòng)控制成為可能。


圖1是該專利泥漿泵結(jié)構(gòu)示意圖，為了比較清楚表明該裝置的特點(diǎn)有必要進(jìn)行再一次的闡述。圖中(0)為泥漿泵機(jī)體；(1)為泥漿泵主軸，與原動(dòng)機(jī)輸出軸聯(lián)接；(2)為推拉盤，其由兩個(gè)平行的油缸帶動(dòng)；(3)是撥盤，其與主軸(1)花鍵連接，當(dāng)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)它也跟著轉(zhuǎn)動(dòng)，撥盤由推拉盤帶動(dòng)可以沿主軸的軸向移動(dòng)一段距離；(4)為滾動(dòng)軸承；(5)為搖盤，由撥盤帶動(dòng)可以旋轉(zhuǎn)；(6)為推力向心球面滾子軸承；(7)為擺盤，其由中心球面(8)來支撐，擺盤以中心為支點(diǎn)，其上任意一點(diǎn)都可以左右擺動(dòng)，但擺盤不能轉(zhuǎn)動(dòng)角度；(9)為活塞桿，其一頭用球鉸與擺盤連接，另一頭用球鉸與活塞(10)連接；(11)為缸體，相同缸體可有7個(gè)。不難看出該泵的排量可由兩個(gè)平行油缸推動(dòng)搖盤轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度實(shí)現(xiàn)變量，也可以通過改變原動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)。在石油鉆井這個(gè)特定的工況下，地表下地質(zhì)情況的復(fù)雜性和不同深度的壓力變化，都需要對(duì)泥漿泵的輸出壓力、排量、潤滑、溫度等參數(shù)實(shí)行監(jiān)控。
本實(shí)用新型的目的是設(shè)計(jì)一套微機(jī)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)泥漿泵系統(tǒng)的壓力，排量(主軸轉(zhuǎn)速和搖盤角度也是與壓力相關(guān)的參量)以及系統(tǒng)的溫度和潤滑監(jiān)控。
泥漿泵的輸出壓力等于其高壓腔的工作阻力，泥漿泵的輸出壓力與其排量密切相關(guān)，排量增大其輸出壓力也相應(yīng)增大，反之排量為零其輸出壓力也將趨近于零，因此可以通過對(duì)聯(lián)接在推拉盤上的兩個(gè)平行油缸活塞的位移方向和距離來控制搖盤的偏轉(zhuǎn)角度實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出壓力的控制，若兩個(gè)平行油缸的活塞到了極限位置，仍然不滿足工況的輸出壓力還可以通過原動(dòng)機(jī)(柴油機(jī))的輸出轉(zhuǎn)速做適量調(diào)節(jié)控制來滿足工況對(duì)輸出壓力的要求。
圖2是控制兩個(gè)平行油缸一液壓傳動(dòng)系統(tǒng)簡圖，平行油缸與泥漿泵中的推拉盤聯(lián)接，它的位移方向和距離可以改變搖盤的傾角，從而達(dá)到控制泥漿泵排量的目的。圖面說明201－電動(dòng)機(jī)，202－油泵，203－濾油器，204－單向閥，205－壓力表，206－管接頭，207－溢流閥，208－二位三通電磁閥，209－二位三通電磁閥，210－三位四通電磁閥，211－二位四通電液閥，212－二位四通電液閥，213－順序閥，214－平行油缸。
一、增壓動(dòng)作程序電磁閥209的3D得電，右位工作。
液力作用下211左位工作。
210的1D得電左位工作。
油缸活塞右移。
壓力增到限定值，211、210、209恢復(fù)圖2所示位置。
二、減壓操作程序電磁閥210的2D得電，右位工作。
211的4D得電，左位工作。
油缸活塞左移。
壓力減到限定值，210、211恢復(fù)圖(2)所示位置。
三、過壓保護(hù)電液閥212的5D得電，電液控制雙作用左位工作。
電液閥211的4D得電、電液控制雙作用，左位工作。
平行油缸214快速卸荷。
圖3是原動(dòng)機(jī)(柴油機(jī))的油門機(jī)械控制機(jī)構(gòu)，圖面說明 301－直流雙向電機(jī)，302－聯(lián)軸節(jié)，303－變速器，304－齒輪齒條付，305－限位開關(guān)，306－油門拉桿。來自微機(jī)的電控信號(hào)使雙向電機(jī)可以順、逆方向轉(zhuǎn)動(dòng)從而驅(qū)動(dòng)齒條直線位移，控制油門拉桿改變原動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速，限位開關(guān)限制油門拉桿的極限位置。
圖4是泥漿泵壓力控制框圖圖5是泥漿泵轉(zhuǎn)速控制框圖圖6是微機(jī)控制系統(tǒng)硬件配置圖。
現(xiàn)在參考附圖對(duì)本實(shí)用新型中泥漿泵的壓力，轉(zhuǎn)速主要控制程序進(jìn)行詳細(xì)說明。
泥漿泵輸出高壓腔中的壓力傳感器將工作壓力信號(hào)通過隔離變送器進(jìn)入微機(jī)模擬量輸入模塊C中，數(shù)顯表顯示出壓力P值，當(dāng)P≥250bai時(shí)報(bào)警，如果此時(shí)三位四通電磁閥210處于右位工作，壓力繼續(xù)升高則故障繼電器410動(dòng)作泥漿泵停止工作。當(dāng)P＜250ba時(shí)進(jìn)入自動(dòng)控制404步驟，應(yīng)用撥碼開關(guān)將壓力設(shè)置值P0輸入開關(guān)量輸入模塊E中，CPU模塊B對(duì)壓力輸入值和壓力設(shè)置值進(jìn)行比較處理，當(dāng)P＞(P0＋△P)時(shí)，進(jìn)入407步驟判斷，若此時(shí)三位四通電磁閥210已經(jīng)處于右位工作無法降壓則報(bào)警，同時(shí)驅(qū)動(dòng)延時(shí)繼電器T0對(duì)轉(zhuǎn)速控制程序中轉(zhuǎn)速設(shè)置值n0進(jìn)行修改實(shí)現(xiàn)泥漿泵減速降壓。反之則三位四通電磁閥210的2D得電使其右位工作，平行油缸活塞向左移動(dòng)降低排量減壓。當(dāng)P≤(P0＋△P)時(shí)，進(jìn)入410步驟判斷，若此時(shí)三位四通電磁閥210已經(jīng)處于左位工作無法升壓則報(bào)警同時(shí)驅(qū)動(dòng)延時(shí)繼電器T1對(duì)轉(zhuǎn)速控制程序中轉(zhuǎn)速設(shè)置值n0進(jìn)行修改實(shí)現(xiàn)泥漿泵增速升壓，反之則三位四通電磁閥210的1D得電，使其左位工作，平行油缸活塞向右移動(dòng)增大排量升壓。
安置在泥漿泵主軸的轉(zhuǎn)速傳感器將信號(hào)通過隔離變送器送入微機(jī)模擬量輸入模塊C中，數(shù)顯表顯示出轉(zhuǎn)速n值，當(dāng)n≥120r／min時(shí)報(bào)警，如果此時(shí)限位開關(guān)305的水觸發(fā)，原動(dòng)柴油機(jī)油門達(dá)到最小極限無法減速則故障繼電器513動(dòng)作，泥漿泵停止工作。當(dāng)n＜120r／min時(shí)，進(jìn)入自動(dòng)控制504步驟，輸入速度設(shè)置值n0，若壓力控制程序中出現(xiàn)繼電器T0或T1的動(dòng)作信號(hào)，則進(jìn)入507步驟對(duì)速度設(shè)置值n0進(jìn)行修改，使更改后的速度設(shè)置值n0＝n0＋A或n0＝n0－A，CPU模塊B對(duì)轉(zhuǎn)速輸入值和轉(zhuǎn)速設(shè)置值進(jìn)行比較處理，當(dāng)n＞(n0＋△n)時(shí)，進(jìn)入509步驟判斷，若此時(shí)限位開關(guān)305的2K觸發(fā)無法使柴油機(jī)減速則報(bào)警，反之進(jìn)入510步驟使雙向直流電機(jī)301轉(zhuǎn)動(dòng)，減小柴油機(jī)油門進(jìn)油量實(shí)現(xiàn)減速。當(dāng)n≤(n0＋△n)時(shí)，進(jìn)入518步驟判斷，若此時(shí)限位開關(guān)305的1K觸發(fā)無法使柴油機(jī)增速則報(bào)警，反之進(jìn)入519步驟使雙向直流電機(jī)301反方向轉(zhuǎn)動(dòng)增大柴油機(jī)油門進(jìn)油量實(shí)現(xiàn)增速。
同樣的方法對(duì)泥漿泵重要摩擦部件進(jìn)行溫度自動(dòng)監(jiān)控，微機(jī)控制系統(tǒng)硬件由電源模塊A、中央微處理器CPU模塊B、模擬量輸入模塊C、模擬量輸出模塊D、開關(guān)量輸入模塊E、F，開關(guān)量輸出模塊G等七部分，外圍設(shè)備包括隔離變送器，溫度變送器，撥碼開關(guān)和數(shù)顯表等。
應(yīng)用微電子技術(shù)對(duì)石油鉆井泥漿泵進(jìn)行自動(dòng)控制，極大地提高了該機(jī)的工作效率和可靠性，滿足了各種復(fù)雜工況下的工作性能要求，獲得比較滿意的工作效果。
權(quán)利要求1.一種石油鉆井泥漿泵自動(dòng)控制裝置，其特征在于由下列部件組成用于檢測主軸轉(zhuǎn)速的主軸轉(zhuǎn)速傳感器裝置，用于檢測泥漿泵輸出高壓腔壓力值的傳感器裝置，用于對(duì)泥漿泵排量實(shí)施變量控制的液壓裝置；用于對(duì)原動(dòng)機(jī)油門進(jìn)行控制實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速自控的機(jī)械裝置；用于對(duì)壓力、轉(zhuǎn)速、溫度輸入信號(hào)與設(shè)置值比較處理的微機(jī)控制裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石油鉆井泥漿泵自動(dòng)控制裝置，其特征在于其中對(duì)泥漿泵排量實(shí)施變量控制的液壓裝置包括下面主要部分聯(lián)接在泥漿泵推拉盤上的平行油缸214，它的活塞桿位移方向和大小控制搖盤的傾角實(shí)現(xiàn)無級(jí)變量；控制平行油缸運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的三位四通電磁閥210以及與其相應(yīng)動(dòng)作的二位四通電液閥211；當(dāng)超過極限壓力時(shí)控制平行油缸快速卸荷的順序閥213和二位四通電液閥212；包括電機(jī)油泵、濾油器、單向閥、溢流閥在內(nèi)的供油部分和控制供油泵換向的二位三通電磁閥208。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石油鉆井泥漿泵自動(dòng)控制裝置，其特征在于對(duì)原動(dòng)機(jī)油門進(jìn)行控制的機(jī)械裝置包括接受微機(jī)控制指令的直流雙向電機(jī)、由雙向電機(jī)驅(qū)動(dòng)依次串接的變速器303、齒輪齒條付304、控制齒條位移極限的限位開關(guān)305以及與齒條連接的原動(dòng)機(jī)油門拉桿。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石油鉆井泥漿泵自動(dòng)控制裝置，其特征在于其中微機(jī)控制裝置包括硬件電源模塊A、中央微處理器CPU模塊B、模擬量輸入模塊C、模擬量輸出模塊D，開關(guān)量輸入模塊E、F，開關(guān)量輸出模塊G，外圍設(shè)備包括隔離變送器、溫度變送器、撥碼開關(guān)和數(shù)顯表。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、4所述的石油鉆井泥漿泵自動(dòng)控制裝置，其特征在于其中微機(jī)控制裝置對(duì)下列狀況可以判斷并發(fā)出指令，輸入壓力P與壓力設(shè)置值P0比較；輸入轉(zhuǎn)速n與轉(zhuǎn)速設(shè)置值n0比較；當(dāng)壓力P＞(P0＋△P)或P≤(P0＋△P)時(shí)，對(duì)三位四通電磁閥210工作位置(狀態(tài))進(jìn)行判斷并發(fā)出指令，當(dāng)轉(zhuǎn)速n＞(n0＋△n)或n≤(n0＋△n)時(shí)對(duì)限位開關(guān)305的觸發(fā)狀態(tài)進(jìn)行判斷并發(fā)出指令。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、4、5所述的石油鉆井泥漿泵自動(dòng)控制裝置，其特征在于其中的微機(jī)控制裝置在實(shí)施排量控制時(shí)應(yīng)用壓力與轉(zhuǎn)速聯(lián)控，當(dāng)平行油缸已經(jīng)處于極限位置仍不滿足壓力要求，則對(duì)轉(zhuǎn)速設(shè)置初始值n0進(jìn)行修改。
專利摘要本實(shí)用新型涉及石油鉆井泥漿泵的機(jī)電一體化自動(dòng)控制，由于鉆井過程中工況的復(fù)雜性，需要經(jīng)常改變泥漿泵的輸出壓力(排量)，專利85203981石油鉆井泥漿泵提供了一種在工作過程中實(shí)現(xiàn)無級(jí)變量的先進(jìn)設(shè)備，本設(shè)計(jì)應(yīng)用微機(jī)系統(tǒng)對(duì)壓力、轉(zhuǎn)速、溫度等參數(shù)實(shí)施自動(dòng)監(jiān)控，不僅提高了該泵的工作效率，而且提高了設(shè)備工作的可靠性，獲得滿意的工作效果。
文檔編號(hào)E21B44/00GK2134484SQ92232238
公開日1993年5月26日 申請(qǐng)日期1992年9月2日 優(yōu)先權(quán)日1992年9月2日
發(fā)明者陳連義 申請(qǐng)人:陳連義