双井液压抽油机智能化技术改进

2022-09-11葛利俊

设备管理与维修 2022年11期

关键词：单向阀油量换向阀

葛利俊

（中国石油集团渤海石油装备制造有限公司采油装备公司，天津 300280）

0 引言

近年来，随着双井液压抽油机现场应用的增加，双井液压缸工作不协调的问题日渐增多，介绍一种经过实践验证的技术改造路线，有助于该设备的性能提升。

1 问题原因和解决办法

经过现场跟踪分析，掌握了双井液压缸工作不协调的发生原因。现有的双井液压抽油机由主回路和两台主机组成，长期工作中，有杆腔油量由于内外部的泄漏或调试工作失误等原因，容易出现有杆腔油量不足或过多的问题，进而影响到双井的协调工作，只能依靠人工干预来解决。经过实践验证，在现有结构基础上增加一条辅助回路用于有杆腔油量调节，可以成功解决此问题，并使设备的智能化程度进一步提升（图1）。

图1 液压原理

2 结构和原理

辅助回路是配合主回路工作的，功能是调节两台主机已经连通的有杆腔中的油量。

2.1 结构

辅助回路由阀块、阀组及配套管路组成，只需要通过一条管线连接到主回路即可完成改造，因此改造难度并不大。辅助回路的主要功能件有齿轮泵、溢流阀、电磁换向阀、液控单向阀、单向节流阀等，由于工作性质较特殊，开机频率低、流量不大，但工作压力相对较高，因此选用经济实用的小通径阀组和管路。齿轮泵的电机电缆和电磁换向阀的电磁铁YV1、YV2 的线路，需要接入控制系统中，改造难度不大。

2.2 工作原理

辅助回路在有杆腔油量适中时是不启动的，电机和电磁铁均不工作，如图2 所示。当控制系统程序判断有杆腔油量需要调节时，才会启动辅助回路。需要启动辅助回路时，首先是启动电机，辅助回路进入工作状态，此时电磁铁YV1和YV2 均不得电，电磁换向阀处于中位，油液通过溢流阀回到油箱。

图2 油量调节示意

（1）补油。需要补油时，电磁铁YV2 得电，电磁换向阀处于右位，高压油液直接顶开液控单向阀和单向节流阀进入两台主机的有杆腔，达到补充油量的目的。此时需要主回路处于工作状态，不能是待机状态，也就是说需要液控换向阀处于左位或右位，两台主机的任一无杆腔与油箱连通，才能正常补油或卸油。同时溢流阀的设定也要注意，应设置为略大于有杆腔额定工作压力为宜，如果太小，可能在实际应用中打不开液控单向阀，无法达到补油或卸油的目的。

（2）卸油。需要卸油时，电磁铁YV1 得电，电磁换向阀处于左位，高压油液进入液控单向阀控制接口，打开液控单向阀，但高压油液不进入两台主机的有杆腔中。有杆腔中的油液受负载影响，本身就有一定的压力，因此油液通过单向节流阀、液控单向阀和电磁换向阀卸到油箱中，卸油速度可以通过单向节流阀的旋钮进行调节，最终达到减少油量的目的。

3 油量调节的理论分析和控制流程

为了说明控制系统程序如何确定辅助回路的动作，设液压缸行程为H，也就是主机液压缸的极限行程。如图3 所示，位置变送器1 和2 采集的活塞实时位置设为h，人工设定的上止点位置设为hs，下止点位置设为hx，已知两台主机液压缸的有杆腔直接连通，因此有hx1-hs1＝hx2-hs2，这一关系是双井液压抽油机的特征。因此又有hx1-h1＝h2-hs2，即主机1 活塞距离下止点的距离，应该和主机2 活塞距离上止点的距离相同。

图3 行程计算示意

由于双井为同步工作，为避免行程控制的混乱，以两台主机中的一台为控制主机，通常选定为主机1，控制系统以主机1 的液压缸活塞位置变送器1 信号，即活塞位置h1为液压缸的换向控制信号。改进前，实际运行中有杆腔油量需要人工进行手动调节以满足应用，调定后不再调整；两台主机有杆腔的压力和容量均较大，在运行一段时间后很难避免轻微泄漏，特别是内漏的出现，都容易造成计算式不成立，导致两台主机行程控制出现误差造成不协调，因此还需要人工干预。

改进后的前期试验中还发现，辅助回路在进行有杆腔油量调节时，实现精确调节仍有一定难度，具体表现为辅助回路会频繁启停，加快设备磨损，影响寿命。为解决这一问题，引入行程误差的概念，设为W，这一数值需要通过井场试验来摸索确定，既要保证双井行程的有效控制，又要避免辅助回路的频繁启停。

目前，成熟的油量控制流程如图4 所示，控制系统程序实时计算两台主机的行程误差：当（hx1-h1）-（h2-hs2）≥0 时，说明有杆腔油量过多，但暂不启动卸油程序；当（hx1-h1）-（h2-hs2）≥W 时，说明油量过多已经严重影响到主机2 的行程控制，启动卸油程序开始卸油；当（hx1-h1）-（h2-hs2）≤0时，辅助回路停止工作。同理，当（hx1-h1）-（h2-hs2）≤0 时，说明有杆腔油量过少，但暂不启动补油程序；当（hx1-h1）-（h2-hs2）≤-W 时，说明油量过少已经严重影响到主机2 的行程控制，启动补油程序开始补油；当（hx1-h1）-（h2-hs2）≥0 时，辅助回路停止工作。