基于二次調(diào)節(jié)技術(shù)的抽油機(jī)光桿密封試驗(yàn)臺設(shè)計(jì)研究

高翔，趙明敏，朱紅波，李凡，周永新，呂俊鋒

（1.克拉瑪依職業(yè)技術(shù)學(xué)院；2.克拉瑪依勝利高原機(jī)械有限公司，新疆 克拉瑪依 834000）

抽油機(jī)光桿密封模擬試驗(yàn)臺可完成對光桿密封裝置即盤根盒的密封性能檢測及使用壽命檢測，從而完成對光桿密封器的評價(jià)。目前，市面上的光桿密封器很多，各種各樣，有單盤根盒的、雙盤根盒的，有塔形盤根盒、雙塔形盤根盒，也出現(xiàn)了一些新型的光桿密封裝置，如防噴型高壓型的、雙向壓縮型的、調(diào)偏防噴型的、隨動(dòng)對中型的等等，但這些盤根盒并未在油田上廣泛應(yīng)用，分析原因有兩點(diǎn)：（1）這些新型盤根盒的性能和使用壽命相比于傳統(tǒng)盤根盒并沒有多大優(yōu)勢；（2）這些盤根盒的性能和使用壽命沒有經(jīng)過檢驗(yàn)，油田不會(huì)輕易使用。本文設(shè)計(jì)的基于二次調(diào)節(jié)技術(shù)的抽油機(jī)光桿密封試驗(yàn)臺，不但能夠完成盤根盒密封性能檢測及使用壽命檢測，以完成對光桿密封器的評價(jià)，而且與傳統(tǒng)試驗(yàn)臺相比，采用了二次調(diào)節(jié)技術(shù)，可對光桿負(fù)載的重力勢能進(jìn)行回收，極大提升了試驗(yàn)臺的效率。

1 基于二次調(diào)節(jié)技術(shù)的抽油機(jī)光桿密封試驗(yàn)臺結(jié)構(gòu)和工作原理

1.1 試驗(yàn)臺的結(jié)構(gòu)與工作原理

二次調(diào)節(jié)技術(shù)是近年來新興的一種節(jié)能技術(shù)，因其在節(jié)能方面具有極大優(yōu)勢，引起了工程技術(shù)人員的廣泛關(guān)注。在二次調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，二次元件能夠無損耗地從恒壓網(wǎng)絡(luò)取得能量，因而極大地提升了系統(tǒng)效率。

基于二次調(diào)節(jié)技術(shù)的抽油機(jī)光桿密封試驗(yàn)臺結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由基于二次調(diào)節(jié)技術(shù)的液壓系統(tǒng)部分和壓力、負(fù)載模擬部分組成。液壓系統(tǒng)部分能夠?qū)崿F(xiàn)液壓缸帶動(dòng)光桿在規(guī)定的行程范圍內(nèi)作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，主要由電動(dòng)機(jī)、液壓泵1、溢流閥2、單向閥3、二位二通電磁換向閥4、蓄能器5、二次元件6和7、單桿活塞缸8，行程開關(guān)9、10以及油箱、過濾器、冷卻器等組成。二次元件通過自身的閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)排量正反兩個(gè)方向調(diào)節(jié)，即可實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)。并且既能工作在泵工況也能工作在馬達(dá)工況。壓力、負(fù)載模擬部分可實(shí)現(xiàn)對光桿負(fù)載和試驗(yàn)盤根盒所受壓力的模擬，主要由試驗(yàn)盤根盒12、儲(chǔ)油罐13、壓力表15和重物塊G等組成。

圖1 基于二次調(diào)節(jié)技術(shù)抽油機(jī)光桿密封試驗(yàn)臺工作原理圖

基于二次調(diào)節(jié)技術(shù)的抽油機(jī)光桿密封試驗(yàn)臺工作時(shí)，液壓泵1和蓄能器5一起向二次元件6供油，帶動(dòng)其轉(zhuǎn)動(dòng)，使其工作在馬達(dá)工況。二次元件6和7用聯(lián)軸器進(jìn)行剛性連接，因而二次元件7在6的驅(qū)動(dòng)下工作在泵工況，向液壓缸8下腔供油，克服負(fù)載G推動(dòng)其上行，從而帶動(dòng)光桿11上行，模擬抽油機(jī)上沖程。液壓缸8上行速度即光桿11上行速度由二次元件7的排量改變來控制。

液壓缸8帶動(dòng)光桿11及其負(fù)載G上行至觸點(diǎn)觸碰到行程開關(guān)9時(shí)，發(fā)出電信號，控制二位二通電磁換向閥4的電磁鐵得電。此時(shí)，二位二通電磁換向閥4上位工作，液壓泵1卸荷。液壓缸8在光桿11及其負(fù)載的重力作用下下行，開始模擬抽油機(jī)下沖程過程。此時(shí)，液壓缸8下腔排出的壓力油帶動(dòng)二次元件7反向轉(zhuǎn)動(dòng)，使其工作在馬達(dá)工況。二次元件7驅(qū)動(dòng)二次元件6工作在泵工況，向蓄能器5充液，實(shí)現(xiàn)能量的回收儲(chǔ)存。液壓缸8下行速度及光桿11下行速度可以通過控制二次元件7的排量和改變光桿11的負(fù)載G進(jìn)行綜合控制。當(dāng)液壓缸向下運(yùn)動(dòng)至觸點(diǎn)觸碰到行程開關(guān)10時(shí)，發(fā)出電信號，控制二位二通電磁換向閥4的電磁鐵失電。此時(shí)，二位二通電磁換向閥4工作在下位，液壓泵1和蓄能器5一起向二次元件6供油，使其工作在馬達(dá)工況，開始上沖程過程，即完成一次沖程，如此反復(fù)，即可實(shí)現(xiàn)光桿往復(fù)運(yùn)動(dòng)。

1.2 關(guān)鍵技術(shù)

（1）二次元件驅(qū)動(dòng)液壓缸帶動(dòng)光桿向上運(yùn)動(dòng)模擬上沖程，改變二次元件的排量即可控制上沖程運(yùn)動(dòng)速度，控制方便，可實(shí)現(xiàn)速度的無極調(diào)節(jié)。

（2）依靠液壓缸、光桿及光桿所受負(fù)載自重拖動(dòng)光桿向下運(yùn)動(dòng)，模擬下沖程，控制二次元件的排量和改變光桿的負(fù)載可對光桿下行速度進(jìn)行綜合控制，可實(shí)現(xiàn)無極調(diào)速。

（3）下沖程過程液壓泵處在卸荷工況，系統(tǒng)效率高。

（4）下沖程時(shí)，液壓缸、光桿及光桿所受負(fù)載的重力勢能轉(zhuǎn)化為油液的液壓能由二次元件輸出，最終進(jìn)入蓄能器儲(chǔ)存起來以供上沖程使用，實(shí)現(xiàn)了能量的回收利用。

2 結(jié)語

本文設(shè)計(jì)的基于二次調(diào)節(jié)技術(shù)的抽油機(jī)光桿密封模擬試驗(yàn)臺通過控制二次元件的排量實(shí)現(xiàn)了光桿運(yùn)動(dòng)速度的無級調(diào)節(jié)。下沖程過程中，液壓泵處在卸荷工況，避免了系統(tǒng)功率浪費(fèi)。通過二次元件和蓄能器的配合使用，將下沖程時(shí)液壓缸、光桿及光桿所受負(fù)載的重力勢能轉(zhuǎn)化為油液的壓力能儲(chǔ)存起來供給上沖程時(shí)使用，實(shí)現(xiàn)了重力勢能的回收利用，極大提升了系統(tǒng)的效率。與傳統(tǒng)抽油機(jī)光桿密封模擬試驗(yàn)臺相比，基于二次調(diào)節(jié)技術(shù)的抽油機(jī)光桿密封模擬試驗(yàn)臺在能量回收利用、系統(tǒng)效率方面體現(xiàn)出較大優(yōu)勢，具有一定價(jià)值，同時(shí)，也將給后續(xù)設(shè)計(jì)的試驗(yàn)臺提供一定的參考。