新型泥浆泵液压系统

泥浆泵的能源端大多采取的是传统的机械式曲柄连杆机构，招致泥浆泵排出泥浆的刹时流量和压力按正弦曲线动摇，脉动量大，因此无法满意当今庞杂环境下作业的请求【1， 2】。海内外学者对泥浆泵的钻研发明，在设计历程中，如何保障泥浆泵的流量稳固、无脉动是亟待处理的难题。液压泥浆泵以其任务性能好、构造紧凑、体积小等一系列特征逐步替代传统的机械式泥浆泵浆泵任务性能的请求，提出了一套液压式泥浆泵的处理计划，并运用系统协同仿真软件amesim树立液压系统的仿真模型，对其静态特征进行仿真剖析。通过剖析泥浆泵液压系统的任务状况，肯定最佳匹配参数。仿真后果与试验剖析后果基础吻合。

 

第一、液压驱动泥浆泵长处

在石油钻探中，泥浆泵是钻机循环系统的心脏，其任务性能和任务牢靠性间接影响钻井的质量和速度。目前，在石油钻机上普遍采取的是机械驱动式泥浆泵，即柴油机或电动机通过机械加速，再通过曲轴连杆机构带动活塞进行往复静止，完成吸液和排液。因为曲柄连杆机构自身的构造特征和静止情势抉择了活塞的静止速度近似于正弦曲线变更，液压泵单缸的刹时流量也是按正弦曲线动摇的。这样会使得泥浆泵排量不稳固，症结原件受力和冲击较大，对泥浆泵任务性能和寿命影响很大。

采取液压情势驱动泥浆泵，可有效地处理上述问题。它具备以下特征：

 

第二、液压泥浆泵是运用液压缸间接驱动泵缸活塞的方法。因为采取液压缸间接驱动泥浆泵泵缸活塞，简化了加速安装及机械能源安装自身带来的振动和冲击，因此新型液压泥浆泵在减振性能优于机械式泥浆泵。

 

第三、因为能源端采取液压驱动，带动左端液压缸直动，进而带动右端泵缸做往复静止。因为液压任务介质是平均活动，故不会涌现大的流量脉动和压力脉动，排出泥浆平均活动，压力稳固，可极大减小泥浆对泵体磨损，进步了任务元件的任务寿命。

第四、采取液压驱动情势，能够满意特别场所下对大功率泥浆泵的能源需求，并能在较大的规模内完成无级调速，可实用于多种不同排量场所。

因此，液压驱动泥浆泵具备构造简朴，减振性能优胜，输入泥浆压力、流量对比稳固，适应性强等特征。液压驱动泥浆泵的症结问题就是设计一套合理、牢靠的液压掌握系统。

 

第五、活塞地位确实定

为保障液压泥浆泵遵照肯定的法则任务，按以下方法安装3个液压缸活塞的初始地位：第1只活塞在液压缸最左端；第2只装在液压缸两头，与第1只活塞距离l÷2（l是液压缸的行程，假设液压缸左端为无杆端）；第3只装在液压缸最右端，与第2个活塞距离l÷2。调理缸速比为2（a活塞÷a活塞杆），缸速比为返回时的速度是推动时速度的比例。a活塞÷a活塞杆=2，则启动系统经过一段时光后，当第1只活塞推动到液压缸两头时，第2只活塞则推动到液压缸最右端，而第3只活塞恰恰从液压缸最右端疾速返回至最左端。这样就能够保障液压泥浆泵在任何时刻都只要两个活塞推动而另一个活塞回程。从而保障液压泥浆泵排出流量和压力对比稳固的泥浆液。

 

第六、换向机构任务原理

图1中，换向机构的任务原理是：当左电磁阀通电时电液换向阀24处于左位机能任务，液压油进入第1液压缸10的无杆腔，推动第1液压缸中的活塞9向右静止，第1液压缸左端为低压腔，右端为低压回油腔。因为第1液压缸的活塞和第1泵缸12的活塞13通过活塞杆11连在一起，此时第1泵缸活塞推动泥浆关上单向阀14，处于排液状况。依据盘算，当电磁阀左位任务时光终止时，右位电磁铁会主动通电，此时电液换向阀处于右位机能任务，液压油进入第1液压缸的有杆腔，推动第1液压缸中的活塞向左静止，第1液压缸右端为低压腔，左端为低压回油腔。因为第1液压缸的活塞和第1泵缸的活塞通过连杆连在一起，此时第1泵缸活塞推动泥浆关上单向阀15，处于吸液状况。当第1电磁阀右位任务时光终止时，左位电磁铁会主动通电，于是反复以上举措。液压泵一直地供油，则液压缸一直地主动往复静止。左右位任务时光v=q ÷a， t=l÷v，q为流量，a为截面积，l为液压缸活塞形程，v为速度。

 

第七、压力均衡式液力端

压力均衡式液力端是由液缸的排出歧管上用一条低压管路将流经单向阀14的低压排出液引至泵缸12的有杆腔，并在有杆腔液缸与活塞杆之间增添密封安装，这种构造因为使液缸的有杆腔与低压排出管路相通，因此不管是排出历程，还是吸入历程，低压液体一直作用在有杆腔的活塞断面上。这样大大改良了活塞的受力状况，进步其任务寿命。第2、第3液压缸和泵缸任务原理类似，只是详细任务地位不同，互相制约。

 

第八、液压系统任务原理

液压缸任务时，电动机21带动定量泵3任务，当须要液压缸任务时，因为先导溢流阀20的远控口与二位二通手动换向阀19（滚珠定位式）连通，手动阀19处于封闭状况，液压油关上单向阀4，流经调速阀5和分流阀6，经次序阀7、电液换向阀24进入液压缸的无杆腔，此时，能够通过进油调速回路调速阀5调速，3个次序阀7保障了3个缸的流量雷同。压力表8用于实时监控系统运行状况。回油时，经过电液换向阀24、精滤器23与油箱连通，当精滤器发作状况不能任务时，单向阀22将关上，继承任务。缸的泥浆泵不任务时，手动阀处于常通状况，先导溢流阀远控口接油箱1，将液压油整个卸荷。3个缸的流量恒定有次序阀7和分流阀6来独特保障，调速阀5用于调速。液压泵3由大功率三相交换电动机21供给能源。

 

第九、泵头系统

液压泥浆泵的泵头系统与机械式泥浆泵的泵头系统在构造上区别不大，都由泵头、泵缸、活塞、活塞杆、缸盖及压力表等形成。机械式泥浆泵还包含排出空气包，因为液压泥浆泵排出泥浆流量及压力稳固，因此能够省去。

 

第十、 液压系统仿真模型的树立

在amesim环境下，树立如图2所示的液压系统仿真建模图。仿真模型的树立是遵照样机液压系统来进行的，但因为软件模型库的限制，有些局部无法完整遵如实践样机的元件照搬。对其作了局部交换，但都遵照不转变系统特征的准则。

 

设定的液压系统参数如下：三位四通伺服阀各通路流量为7 l÷min，额外电流为40 ma，固有频率为80hz，阻尼比为0·8；泵排量为100 ml÷r，转速为1000 r÷min；位移传感器增益为10；发起机转速为1500 r÷min；活塞直径为30mm，活塞杆直径为15mm，液压缸行程为lm，活塞杆初始位移分手为0、0·5 m、1m，质量为100 kg，库仑摩擦力为100 n，静摩擦力100n，内走漏系数为0·01 l÷（min·bar）；设置地位传感器增益为10，设置比例环节增益分手为300、10、100。其余元件都采取系统的默许参数。最后设定仿真时光即可运行。