開關(guān)型閘板防噴器密封控制技術(shù)研究

哈明達(dá) 王長(zhǎng)進(jìn) 李銀朋

摘 要：根據(jù)開關(guān)型閘板防噴器開環(huán)控制密封技術(shù)的不足，提出將帶有反饋信號(hào)的閉環(huán)控制技術(shù)應(yīng)用于開關(guān)型閘板防噴器密封控制。將開關(guān)型閘板防噴器的主要密封部件密封膠芯視為彈性彈性負(fù)載，結(jié)合電液比例閥控缸系統(tǒng)傳遞函數(shù)及開關(guān)型閘板防噴器控制組件參數(shù)，得出開關(guān)型閘板防噴器閉環(huán)控制系統(tǒng)傳遞函數(shù)。應(yīng)用matlab軟件對(duì)開關(guān)型閘板防噴器閉環(huán)控制系統(tǒng)傳遞函數(shù)進(jìn)行系統(tǒng)仿真，判斷開關(guān)型閘板防噴器閉環(huán)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：閉環(huán)控制；電液比例；閘板防噴器

1 概述

現(xiàn)階段油田施工現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的開關(guān)柔型閘板防噴器密的封控制方法一般是用定量泵和開關(guān)閥組共同配合工作，其控制方式屬于開環(huán)控制。由于帶壓作業(yè)過程中油水井內(nèi)部壓力是隨著作業(yè)進(jìn)行無規(guī)則變化的，要想使開關(guān)型閘板防噴器達(dá)到可靠的密封效果，這種開環(huán)的控制方法只能靠強(qiáng)制密封實(shí)現(xiàn)，也就是說開關(guān)型閘板防噴器的主要密封部件密封膠芯是在強(qiáng)制密封驅(qū)動(dòng)壓力下工作，這樣大大減少了密封膠芯的使用壽命[1]。因此提出了采用帶有反饋信號(hào)的閉環(huán)控制方法對(duì)開關(guān)型閘板防噴器密封操作進(jìn)行控制。

2 開關(guān)型閘板防噴器閉環(huán)控制系統(tǒng)組成

開關(guān)型閘板防噴器閉環(huán)控制系統(tǒng)是采用電液比例溢流閥和定量液壓泵共同完成對(duì)密封膠芯的控制，以來完成帶壓作業(yè)操作過程中的密封井壓功能。開關(guān)型閘板防噴器閉環(huán)控制系統(tǒng)主要由電液比例溢流閥、液壓驅(qū)動(dòng)油缸、井口壓力傳感器和信號(hào)放大器等組成，形成閉環(huán)密封控制系統(tǒng)。反饋信號(hào)是井口壓力傳感器即時(shí)測(cè)得的是油水井井壓。

3 開關(guān)型閘板防噴器閉環(huán)控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型

根據(jù)開關(guān)型閘板防噴器主要密封部件密封膠芯的工作狀態(tài)，可將其視為彈性負(fù)載，即可得到電液比例溢流閥閥控液壓缸的傳遞函數(shù)方框圖，經(jīng)簡(jiǎn)化后可得開關(guān)型閘板防噴器閉環(huán)控制系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)[2][3]。

4 開關(guān)型閘板防噴器閉環(huán)控制系統(tǒng)仿真分析

4.1 開關(guān)型閘板防噴器閉環(huán)控制系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定

根據(jù)開關(guān)型閘板防噴器的工作狀態(tài)，取驅(qū)動(dòng)液壓缸工作壓力為8.5MPa，驅(qū)動(dòng)液壓缸內(nèi)徑D=150mm，活塞桿直徑d=80mm。經(jīng)過計(jì)算，得到開關(guān)型閘板防噴器開啟時(shí)活塞的上拉力為107kN，閘板關(guān)閉時(shí)活塞上的推力為150kN。閘板關(guān)閉過程中，閘板前部及背部都受工作壓力作用，其受壓面積差值為活塞桿截面面積，在此面積上受閘板腔工作壓力的作用阻礙前進(jìn)，根據(jù)計(jì)算此作用力為70kN。

本次設(shè)計(jì)中，選用榆次油研液壓有限公司的EBG-06-H-50型電磁比例溢流閥。根據(jù)有關(guān)的技術(shù)參數(shù)及比例閥的幅相頻率特性以及有關(guān)文獻(xiàn)可以估定以下參數(shù)：

電液比例溢流閥剛度系數(shù)：

電液比例溢流閥主閥的轉(zhuǎn)折頻率：

電液比例溢流閥的固有頻率：

電液比例溢流閥的系統(tǒng)阻尼：

電液比例溢流閥的放大系數(shù)：Ki=3.125×106Pa/V。

閘板防噴器密封膠芯彈性系數(shù)： ；

4.2 開關(guān)型閘板防噴器閉環(huán)控制系統(tǒng)仿真分析

將開關(guān)型閘板防噴器閉環(huán)控制系統(tǒng)參數(shù)帶入開關(guān)型閘板防噴器閉環(huán)控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，可以得到相開關(guān)型閘板防噴器閉環(huán)控制系統(tǒng)仿真模型。如圖2所示。應(yīng)用MATLAB仿真軟件進(jìn)行仿真，結(jié)果為，超調(diào)量為44%、上升時(shí)間0.14s、調(diào)整時(shí)間為1.05s。根據(jù)仿真數(shù)據(jù)結(jié)果可知，該系統(tǒng)穩(wěn)定，滿足設(shè)計(jì)要求。如圖3所示。

5 結(jié)束語

開關(guān)型閘板防噴器閉環(huán)控制系統(tǒng)避免了以往開環(huán)控制系統(tǒng)的強(qiáng)制密封的缺陷，可以根據(jù)井壓變化隨時(shí)調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)液壓缸工作壓力，極大的減小了密封主要部件的摩擦、磨損情況，延長(zhǎng)密封膠芯的使用壽命。目前不足之處在于，油水井井壓與密封驅(qū)動(dòng)壓力關(guān)系是靠試驗(yàn)測(cè)得數(shù)據(jù)形成數(shù)據(jù)庫(kù)，該數(shù)據(jù)庫(kù)還需通過改變?cè)囼?yàn)條件、試驗(yàn)設(shè)施等方法進(jìn)一步完善。

參考文獻(xiàn)

[1]賈光政，哈明達(dá).帶壓作業(yè)可控柔性密封初探[J].石油機(jī)械，2008，3（36）：71-73.

[2]許益民.電液比例控制系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2005，10.

[3]路甫樣，胡大紡，郁凱元.應(yīng)用新原理的電液比例溢流閥機(jī)型開發(fā)[J].浙江大學(xué)學(xué)報(bào)，1985，19（6）：32-43.

作者簡(jiǎn)介：哈明達(dá)（1979-），男，回族，河北河間市，東北石油大學(xué)秦皇島分校，實(shí)驗(yàn)師，碩士，流體機(jī)械及工程。