HCW-90型平台钻具输运装置起升机构系统效率分析.pdf
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1、第 69 卷增刊 1Vol.69Supp.12023 年6 月Jun.,2023地质论评GEOLOGICALREVIEW578HCW-90 型平台钻具输运装置起升机构系统效率分析一钟蔚岭1),王清岩1,2),李昊轩1)1)吉林大学建设工程学院,长春,130026;2)吉林大学-四川宏华石油设备有限公司产学研用合作基地,四川广汉,618300注:本文为国家深部探测技术与实验研究专项资助项目“深部大陆科学钻探装备研制”(编号:SinoProb-09-05)的成果。收稿日期:2023-04-10;改回日期:2023-04-30;责任编辑:刘志强。Doi:10.16509/j.georeview.20
2、23.s1.253作者简介:钟蔚岭,男,1998 年生。博士,地质工程专业;Email:。通讯作者:王清岩,男,1970 年生,教授,主要从事先进钻探设备与机具、基础工程施工设备与机具、流体传动及控制技术方面的科研与教学工作;Email:。关键词:关键词:钻具输运装置;猫道;起升机构;负载敏感;联合仿真;效率平台钻具输运装置是钻井装备的重要组成部分,用于在地面与钻台面之间来回输运钻具。国内大多数井场是通过钢丝绳与绞车相互配合,并通过人力辅助完成钻具输运工作。液压猫道是一种自动化的平台钻具输运装置,是钻井自动化机具的重要组成部分,用于代替钢丝绳、绞车工具与人力,适用于多种型号规格的钻具,可以降低
3、工人劳动强度,提高钻井作业的安全性。而这类钻井机具一般能耗较大、能量利用率较低,这使得工程成本高昂,并且容易导致设备发热量过大,甚至影响设备的使用寿命,增加设备的故障率。1HCW-90 型液压猫道起升机构原理HCW-90 型平台钻具输运装置(或称 HCW-90型液压猫道)如图 1 所示,由钻具翻转机构、钻具弹跳机构、猫道起升机构等组成。其中猫道起升机构包括坡道总成、提升滑车、提升滑道、变幅撑杆、图 1 HCW-90 型液压猫道表 1 HCW-90 型液压猫道性能参数(据 Sun Youhong et al.,2016)性能指标参数值猫道适用钻具管长12 m猫道适用钻具直径610 mm猫道最大起
4、升重量5000 kg猫道适用钻台面高度12.5 m猫道工作周期120180 s猫道系统功率55 kW猫道采用的控制模式电液比例控制变幅油缸、平动滑车以及钻具推送机构。HCW-90型液压猫道的性能参数如表 1 所示。钻具经过猫道的翻板机构作用进入到钻具滑道的 V 型槽内,并最终稳定(盛洁等,2021)。提升滑道通过翻转臂将钻具滑道抬升一定角度,以减小提升滑车的提升力,同时给撑杆油缸提供顶出角度(张春鹏,2014)。之后,提升滑车通过链传动机构驱动,沿着坡道向上爬升,变幅油缸协同配合提升滑车,完成钻具滑道的起升动作。钻具推送滑车通过链传动机构驱动,推动钻具沿 V 型槽移动。在实际工程中,为减小钻具
5、输运的工作周期,猫道起升过程与钻具推送过程一般同时进行。2HCW-90 型平台钻具输运装置起升机构液压控制系统设计HCW-90 型平台钻具输运装置为全液压驱动,并采用负载敏感以及电液比例控制技术。起升机构包括钻具推送机构的液压执行部件之间的承载压力与输入流量存在差异较大,当采用单负载敏感泵地质论评 2023 年 69 卷 增刊 1579作为系统动力源时,提升滑车链轮马达所在回路存在较大的能量损失。本文设计采用双负载敏感泵的液压系统,将起升机构的液压系统分为由翻转油缸、变幅油缸组成的高压小流量系统,与提升滑车链的轮马达、推送滑车的链轮马达组成的低压大流量系统。其中,提升滑车与变幅油缸相对其他执行
6、部件,承受了较大的工作载荷,为了防止猫道的起升机构在负载自重作用下高速下落,在提升滑车链轮马达的回路与变幅油缸的回路上分别设置了双向平衡阀(谭志松,2016),使猫道在复位过程中平稳下落,但这将带来一定能量损失,造成系统效率降低。3HCW-90 型液压猫道起升机构建模笔者等文通过 RecurDyn 与 AMESim 联合仿真手段模拟 HCW-90 型液压猫道的猫道起升过程,并计算液压系统的输入功、输出功、系统效率。首先在 RecurDyn 环境下建立猫道起升机构的多体动力学模型,并设置所需约束,添加相关接触,并设置一定的阻尼与摩擦。分别在提升滑车的翻转油缸轴向、提升滑车沿坡道方向、变幅油缸轴向
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