摘要:傳統(tǒng)雙金屬溫度計控制系統(tǒng)在寒溫帶或者極地地區(qū)使用,因氣溫較低,壓縮氣源中水汽可能會凝結(jié)成冰。一旦出現(xiàn)此類情況,將影響系統(tǒng)使用,進(jìn)而危及到鉆采安全。因此開發(fā)針對在寒溫帶或者極地地區(qū)的控制系統(tǒng)將十分必要。本文shou先介紹了一種低溫液控型控制系統(tǒng)的基本組成和控制原理,然后重點介紹了系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計及校核,#后描述了系統(tǒng)的功能特征。
寒帶地區(qū)冬季比較寒冷,雙金屬溫度計控制系統(tǒng)因氣溫過低會產(chǎn)生很多問題。氣路上的控制閥件,在低溫環(huán)境下開啟閉合會遲鈍或者失靈。所以,設(shè)計一種適用于低溫環(huán)境下的雙金屬溫度計控制系統(tǒng)對設(shè)備現(xiàn)場生產(chǎn)進(jìn)度、安全防范具有重要意義。
1?系統(tǒng)組成和控制原理
低溫液控型雙金屬溫度計控制系統(tǒng)由液控主站和遠(yuǎn)端控制臺組成。系統(tǒng)的工作原理(見圖1)是儲存在蓄能器組中的壓力油通過蓄能器高壓球閥、再經(jīng)減壓溢流閥減壓后,進(jìn)入集成閥組,到各三位四通換向閥進(jìn)油口。只需拉動相應(yīng)的手動三位四通換向閥手柄,便可迅速實現(xiàn)“開”、“關(guān)”設(shè)備的動作,當(dāng)蓄能器壓力降低到預(yù)設(shè)值時,電機重新啟動,為蓄能器沖液,直到壓力在此到達(dá)系統(tǒng)控制壓力。
1.1? 液控主站
液控主站是制備、儲存與控制壓力油流向的液壓裝置。液控主站包括電機泵組、手動泵、油箱、過濾器、壓力表、集成控制閥組和蓄能器組等。
1.2? 遠(yuǎn)端控制臺
遠(yuǎn)端控制臺放置在操作臺上,方便現(xiàn)場人員操作,以使在#短時間內(nèi)控制設(shè)備的開關(guān)動作。遠(yuǎn)端控制臺與液控主站用電源線及通訊線連接,觸摸屏通電后顯示液控主站上各種壓力。遠(yuǎn)端控制臺包括集成控
制閥組、壓力表等。
2? 總體方案設(shè)計
低溫
雙金屬溫度計控制系統(tǒng)采用液控液的形式,控制部分采用集成式模塊化設(shè)計,油箱內(nèi)部增加了S型蒸汽加熱管線。液控主站配有電動油泵和手動油泵兩套好立的動力源。其液控主站和遠(yuǎn)端控制臺之間使用液壓軟管
和電纜連接。
2.1? 使用條件
(1)系統(tǒng)額定壓力:21MPa;(2)設(shè)備的溫度等級:極地-40~50℃。
3? 計算與校核
3.1? 選擇要求的預(yù)存壓力
P0=1.0/(1.5/ P2-0.5/ P1)
P1————蓄能器完全充滿時的#大壓力(覺對壓力)P1= 21 MPa
P2————大于所操縱執(zhí)行元件tuijian的#小壓力(覺對壓力)P2= 8.4 MPa
P0=1/(1.5/8.4-0.5/21) =6.46 MPa
所以預(yù)充壓力P0取7MPa
3.2? 蓄能器容積的計算
3.2.1 按容積計算公式如下:
FVR=BV×min(VEv,VEp)
式中:FVR———— 功能液量要求FVR=133.2L
BV ———— 蓄能器容積(氮氣和壓力液)
VE ———— 容積率,可用流體的體積與蓄能器中氣體體積的比值
VEv ———— 在容積極限情況下的VE
VEp ———— 在壓力極限情況下的VE
有關(guān)VEv,VEp的計算方法
VEv=(1.0-P0/P1)/1.5=(1-7/21)/1.5=0.445
VEp=(P0/P2-P0/P1)/1.0=(7/8.4-7/21)/1=0.5
所以有效容積率取VEv=0.445
BV=FVR/VEv=133.2/0.445=299.3(L)
3.2.2 所要求的蓄能器數(shù)量
單只瓶的容積取11GAL(41.6L)
所需瓶數(shù)=299.3/41.6=7.2個
圓整到8個,因此,至少配8個40L蓄能器,蓄能器 的容積=41.6×8=332.8L
3.2.3 蓄能器#低可用液量要求
根據(jù)波義耳(Boyle)定律(等溫條件下)得:
P1·V1=P2·V2 V1—蓄能器初始容積
V2—蓄能器#終氣體體積
把數(shù)據(jù)代入上式得:
7×332.8=21×V2
V2=110.9(L)
3.3? 泵流量的計算
系統(tǒng)泵組的總排量應(yīng)能在15min內(nèi)使整個蓄能器系統(tǒng)從預(yù)充壓力升至控制系統(tǒng)的額定壓力,蓄能器
壓力由預(yù)充壓力7MPa升至21MPa所需液量為332.8-110.9=221.9L
泵組的流量
泵的輸出流量Q≥Kq=14.8×1.3=19.24L/min(K為系統(tǒng)泄漏系數(shù),取1.3)
按照系統(tǒng)的壓力和流量要求,在產(chǎn)品樣本中選取相應(yīng)的柱塞泵V=28ml/r
電機轉(zhuǎn)速選用1450r/min,系統(tǒng)流量q=0.028×1450=40.6L/min=0.68L/s
3.4? 電機功率的計算
選用標(biāo)準(zhǔn)電機功率P=18.5kW
3.5? 油箱容積的計算
控制液箱的容積應(yīng)至少等于蓄能器儲存液量兩倍,即:油箱容積V≥221.9×2=443.8
3.6? 油箱熱功率的計算
環(huán)溫度-40℃,正常液壓油啟動溫度10℃,液壓油比熱容2.1,密度0.91,箱熱量Q=cm△T=2.1×0.91×443.8×50=42405.09kJ,若加熱時間為2h功率P= tQ=11.78kW
4? 結(jié)論
(1)低溫液控型雙金屬溫度計控制系統(tǒng)采用集成式控制模塊的形式,除了手動換向閥外,其余閥件均采用插裝閥,整個閥組集成度高,結(jié)構(gòu)緊湊,體積;而且減少了管路數(shù)量,也相應(yīng)的減少了泄漏點。
(2)采用多重保溫措施,油箱內(nèi)部集成蒸氣管線,外部管路配電伴熱帶,保證系統(tǒng)極寒情況下也能
正常運行。
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