[發(fā)明專利]海洋鉆井補償絞車的節(jié)能驅(qū)動系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011009980.3
• 申請日: 2020-09-23
• 公開（公告）號: CN112125194B
• 公開（公告）日: 2022-02-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 黃魯蒙;高照;王培旺;張彥廷;鄧曉光;沈蓉;趙玉明;葛政;趙鑫宇
• 申請（專利權(quán)）人: 中國石油大學(xué)（華東）
• 主分類號: B66D1/50
• 分類號: B66D1/50;B66D1/08;B66D5/28;B66D5/14;F15B21/14;F15B21/02;F15B13/02;F15B1/02;F16H33/02
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本發(fā)明涉及一種海洋鉆井補償絞車的節(jié)能驅(qū)動系統(tǒng)，具體是一種以液壓能量回收及電液控制技術(shù)為特征的驅(qū)動裝置。本發(fā)明采用多臺定量液壓馬達和多臺變量液壓馬達聯(lián)合驅(qū)動絞車實現(xiàn)升沉補償功能，通過對定量和變量液壓馬達之間的功率進行配置，使變量液壓馬達的斜盤不需要過零點就可以實現(xiàn)泵工況和馬達工況的切換，實現(xiàn)良好節(jié)能效果的同時避免液壓二次元件的大量使用，節(jié)省設(shè)備成本。利用飛輪和少量液壓二次元件組成能量回收和儲存系統(tǒng)，根據(jù)恒壓網(wǎng)絡(luò)的壓力信號來實時調(diào)節(jié)液壓二次元件斜盤傾角的大小和方向，維持恒壓網(wǎng)絡(luò)中壓力穩(wěn)定的同時實現(xiàn)液壓能與飛輪動能之間的靈活轉(zhuǎn)換和儲存，最終實現(xiàn)了對絞車液壓馬達所回收液壓能量的存儲、轉(zhuǎn)換和再利用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種海洋鉆井補償絞車的節(jié)能驅(qū)動系統(tǒng)，具體是一種以液壓能量回收及電液控制技術(shù)為特征的驅(qū)動裝置。

背景技術(shù)

海洋浮式鉆井平臺及鉆井設(shè)備在海浪的影響下不可避免地會產(chǎn)生周期性的升沉運動，導(dǎo)致井底鉆壓發(fā)生變化，增加鉆井的成本和危險性，降低鉆井效率。因此，浮式鉆井平臺必須配備升沉補償系統(tǒng)，用來穩(wěn)定井底鉆壓，提高鉆井工作的效率和安全性。

絞車升沉補償裝置是近年來國外研發(fā)的高新技術(shù)產(chǎn)品。國外大型石油公司相繼開發(fā)了采用交流變頻電機驅(qū)動的主動補償絞車，通過主動補償電機直接控制絞車正反轉(zhuǎn)來實現(xiàn)升沉補償，具有傳動簡單，系統(tǒng)緊湊，補償行程不受限制等優(yōu)點。但是，絞車主動補償系統(tǒng)是一套大慣性、大負載運動控制系統(tǒng)，絞車帶動負載周期性的正反轉(zhuǎn)會造成很大的能耗，并且變頻電機存在著發(fā)熱量大、防爆性能差等問題。因此，設(shè)計具有能量回收功能的液壓主動補償系統(tǒng)，對減少系統(tǒng)能耗、降低作業(yè)成本、增強我國海洋資源開采實力具有重要意義。

此外，液壓二次調(diào)節(jié)系統(tǒng)采用恒壓網(wǎng)絡(luò)和容積控制方式，通過控制液壓二次元件在泵工況與馬達工況之間進行切換，從而實現(xiàn)對負載的重力勢能和慣性動能的回收，并將其儲存在高壓工作氣瓶中進行再利用。但是該系統(tǒng)存在兩個問題：一方面液壓二次元件依賴進口，價格昂貴；另一方面，高壓工作氣瓶儲能方式的能量密度偏低、體積很大，占用了平臺的大量工作空間，環(huán)保性和安全性也較差。飛輪儲能是一種機械儲能方式，因其能量密度高、工作壽命長和節(jié)能環(huán)保的特點，近年逐漸發(fā)展成熟起來，將液壓二次元件與飛輪結(jié)合起來可以集合兩者的優(yōu)點，實現(xiàn)能量的高效回收、存儲和利用。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：提供一種海洋鉆井補償絞車的節(jié)能驅(qū)動系統(tǒng)，降低絞車主動補償系統(tǒng)的能耗，提高能量利用率和鉆井工作效率。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的總體構(gòu)思是：利用多臺變量液壓馬達和多臺定量液壓馬達帶動補償絞車完成升沉補償功能；在補償運動過程中，所有液壓馬達工作于由恒壓變量泵和小型皮囊式蓄能器組成的液壓恒壓網(wǎng)絡(luò)中，其中定量液壓馬達用于承擔(dān)鉆柱一部分靜載荷，并對該部分重力勢能進行周期性回收與釋放；變量液壓馬達用于克服鉆柱的其余靜載荷和絞車慣性載荷，并且通過對定量和變量液壓馬達之間的功率配置，使變量液壓馬達克服鉆柱部分靜載荷所輸出的扭矩始終大于克服絞車慣性所輸出的扭矩，使變量液壓馬達的斜盤不需要過零點就可以實現(xiàn)泵工況和馬達工況的切換，從而實現(xiàn)對絞車回轉(zhuǎn)系統(tǒng)慣性動能和該部分鉆柱重力勢能的回收與釋放。與此同時，利用飛輪和少量液壓二次元件組成能量回收和儲存系統(tǒng)，根據(jù)恒壓網(wǎng)絡(luò)的壓力信號來實時調(diào)節(jié)液壓二次元件斜盤傾角的大小和方向，在維持恒壓網(wǎng)絡(luò)中壓力穩(wěn)定的同時，實現(xiàn)液壓能與飛輪動能之間的靈活轉(zhuǎn)換和儲存，最終實現(xiàn)了對絞車液壓馬達所回收液壓能量的存儲、轉(zhuǎn)換和再利用。