專利名稱：石油鉆井泥漿泵自動控制裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及石油鉆井泥漿泵機電一體無級變量控制。
專利85203981石油鉆井泥漿泵，為我們提供了一種在連續工作中可以無級改變其排量的先進裝置，正因為這種裝置的特點，才使得采用微電子技術實現其自動控制成為可能。
圖1是該專利泥漿泵結構示意圖，為了比較清楚表明該裝置的特點有必要進行再一次的闡述。圖中(0)為泥漿泵機體；(1)為泥漿泵主軸，與原動機輸出軸聯接；(2)為推拉盤，其由兩個平行的油缸帶動；(3)是撥盤，其與主軸(1)花鍵連接，當主軸轉動時它也跟著轉動，撥盤由推拉盤帶動可以沿主軸的軸向移動一段距離；(4)為滾動軸承；(5)為搖盤，由撥盤帶動可以旋轉；(6)為推力向心球面滾子軸承；(7)為擺盤，其由中心球面(8)來支撐，擺盤以中心為支點，其上任意一點都可以左右擺動，但擺盤不能轉動角度；(9)為活塞桿，其一頭用球鉸與擺盤連接，另一頭用球鉸與活塞(10)連接；(11)為缸體，相同缸體可有7個。不難看出該泵的排量可由兩個平行油缸推動搖盤轉動一定角度實現變量，也可以通過改變原動機的輸出轉速來實現。在石油鉆井這個特定的工況下，地表下地質情況的復雜性和不同深度的壓力變化，都需要對泥漿泵的輸出壓力、排量、潤滑、溫度等參數實行監控。
本實用新型的目的是設計一套微機控制系統，實現對泥漿泵系統的壓力，排量(主軸轉速和搖盤角度也是與壓力相關的參量)以及系統的溫度和潤滑監控。
泥漿泵的輸出壓力等于其高壓腔的工作阻力，泥漿泵的輸出壓力與其排量密切相關，排量增大其輸出壓力也相應增大，反之排量為零其輸出壓力也將趨近于零，因此可以通過對聯接在推拉盤上的兩個平行油缸活塞的位移方向和距離來控制搖盤的偏轉角度實現對輸出壓力的控制，若兩個平行油缸的活塞到了極限位置，仍然不滿足工況的輸出壓力還可以通過原動機(柴油機)的輸出轉速做適量調節控制來滿足工況對輸出壓力的要求。
圖2是控制兩個平行油缸一液壓傳動系統簡圖，平行油缸與泥漿泵中的推拉盤聯接，它的位移方向和距離可以改變搖盤的傾角，從而達到控制泥漿泵排量的目的。圖面說明201－電動機，202－油泵，203－濾油器，204－單向閥，205－壓力表，206－管接頭，207－溢流閥，208－二位三通電磁閥，209－二位三通電磁閥，210－三位四通電磁閥，211－二位四通電液閥，212－二位四通電液閥，213－順序閥，214－平行油缸。
一、增壓動作程序電磁閥209的3D得電，右位工作。
液力作用下211左位工作。
210的1D得電左位工作。
油缸活塞右移。
壓力增到限定值，211、210、209恢復圖2所示位置。
二、減壓操作程序電磁閥210的2D得電，右位工作。
211的4D得電，左位工作。
油缸活塞左移。
壓力減到限定值，210、211恢復圖(2)所示位置。
三、過壓保護電液閥212的5D得電，電液控制雙作用左位工作。
電液閥211的4D得電、電液控制雙作用，左位工作。
平行油缸214快速卸荷。
圖3是原動機(柴油機)的油門機械控制機構，圖面說明 301－直流雙向電機，302－聯軸節，303－變速器，304－齒輪齒條付，305－限位開關，306－油門拉桿。來自微機的電控信號使雙向電機可以順、逆方向轉動從而驅動齒條直線位移，控制油門拉桿改變原動機的輸出轉速，限位開關限制油門拉桿的極限位置。
圖4是泥漿泵壓力控制框圖圖5是泥漿泵轉速控制框圖圖6是微機控制系統硬件配置圖。
現在參考附圖對本實用新型中泥漿泵的壓力，轉速主要控制程序進行詳細說明。
泥漿泵輸出高壓腔中的壓力傳感器將工作壓力信號通過隔離變送器進入微機模擬量輸入模塊C中，數顯表顯示出壓力P值，當P≥250bai時報警，如果此時三位四通電磁閥210處于右位工作，壓力繼續升高則故障繼電器410動作泥漿泵停止工作。當P＜250ba時進入自動控制404步驟，應用撥碼開關將壓力設置值P0輸入開關量輸入模塊E中，CPU模塊B對壓力輸入值和壓力設置值進行比較處理，當P＞(P0＋△P)時，進入407步驟判斷，若此時三位四通電磁閥210已經處于右位工作無法降壓則報警，同時驅動延時繼電器T0對轉速控制程序中轉速設置值n0進行修改實現泥漿泵減速降壓。反之則三位四通電磁閥210的2D得電使其右位工作，平行油缸活塞向左移動降低排量減壓。當P≤(P0＋△P)時，進入410步驟判斷，若此時三位四通電磁閥210已經處于左位工作無法升壓則報警同時驅動延時繼電器T1對轉速控制程序中轉速設置值n0進行修改實現泥漿泵增速升壓，反之則三位四通電磁閥210的1D得電，使其左位工作，平行油缸活塞向右移動增大排量升壓。
安置在泥漿泵主軸的轉速傳感器將信號通過隔離變送器送入微機模擬量輸入模塊C中，數顯表顯示出轉速n值，當n≥120r／min時報警，如果此時限位開關305的水觸發，原動柴油機油門達到最小極限無法減速則故障繼電器513動作，泥漿泵停止工作。當n＜120r／min時，進入自動控制504步驟，輸入速度設置值n0，若壓力控制程序中出現繼電器T0或T1的動作信號，則進入507步驟對速度設置值n0進行修改，使更改后的速度設置值n0＝n0＋A或n0＝n0－A，CPU模塊B對轉速輸入值和轉速設置值進行比較處理，當n＞(n0＋△n)時，進入509步驟判斷，若此時限位開關305的2K觸發無法使柴油機減速則報警，反之進入510步驟使雙向直流電機301轉動，減小柴油機油門進油量實現減速。當n≤(n0＋△n)時，進入518步驟判斷，若此時限位開關305的1K觸發無法使柴油機增速則報警，反之進入519步驟使雙向直流電機301反方向轉動增大柴油機油門進油量實現增速。
同樣的方法對泥漿泵重要摩擦部件進行溫度自動監控，微機控制系統硬件由電源模塊A、中央微處理器CPU模塊B、模擬量輸入模塊C、模擬量輸出模塊D、開關量輸入模塊E、F，開關量輸出模塊G等七部分，外圍設備包括隔離變送器，溫度變送器，撥碼開關和數顯表等。
應用微電子技術對石油鉆井泥漿泵進行自動控制，極大地提高了該機的工作效率和可靠性，滿足了各種復雜工況下的工作性能要求，獲得比較滿意的工作效果。
權利要求1.一種石油鉆井泥漿泵自動控制裝置，其特征在于由下列部件組成用于檢測主軸轉速的主軸轉速傳感器裝置，用于檢測泥漿泵輸出高壓腔壓力值的傳感器裝置，用于對泥漿泵排量實施變量控制的液壓裝置；用于對原動機油門進行控制實現轉速自控的機械裝置；用于對壓力、轉速、溫度輸入信號與設置值比較處理的微機控制裝置。
2.根據權利要求1所述的石油鉆井泥漿泵自動控制裝置，其特征在于其中對泥漿泵排量實施變量控制的液壓裝置包括下面主要部分聯接在泥漿泵推拉盤上的平行油缸214，它的活塞桿位移方向和大小控制搖盤的傾角實現無級變量；控制平行油缸運動狀態的三位四通電磁閥210以及與其相應動作的二位四通電液閥211；當超過極限壓力時控制平行油缸快速卸荷的順序閥213和二位四通電液閥212；包括電機油泵、濾油器、單向閥、溢流閥在內的供油部分和控制供油泵換向的二位三通電磁閥208。
3.根據權利要求1所述的石油鉆井泥漿泵自動控制裝置，其特征在于對原動機油門進行控制的機械裝置包括接受微機控制指令的直流雙向電機、由雙向電機驅動依次串接的變速器303、齒輪齒條付304、控制齒條位移極限的限位開關305以及與齒條連接的原動機油門拉桿。
4.根據權利要求1所述的石油鉆井泥漿泵自動控制裝置，其特征在于其中微機控制裝置包括硬件電源模塊A、中央微處理器CPU模塊B、模擬量輸入模塊C、模擬量輸出模塊D，開關量輸入模塊E、F，開關量輸出模塊G，外圍設備包括隔離變送器、溫度變送器、撥碼開關和數顯表。
5.根據權利要求1、4所述的石油鉆井泥漿泵自動控制裝置，其特征在于其中微機控制裝置對下列狀況可以判斷并發出指令，輸入壓力P與壓力設置值P0比較；輸入轉速n與轉速設置值n0比較；當壓力P＞(P0＋△P)或P≤(P0＋△P)時，對三位四通電磁閥210工作位置(狀態)進行判斷并發出指令，當轉速n＞(n0＋△n)或n≤(n0＋△n)時對限位開關305的觸發狀態進行判斷并發出指令。
6.根據權利要求1、4、5所述的石油鉆井泥漿泵自動控制裝置，其特征在于其中的微機控制裝置在實施排量控制時應用壓力與轉速聯控，當平行油缸已經處于極限位置仍不滿足壓力要求，則對轉速設置初始值n0進行修改。
專利摘要本實用新型涉及石油鉆井泥漿泵的機電一體化自動控制，由于鉆井過程中工況的復雜性，需要經常改變泥漿泵的輸出壓力(排量)，專利85203981石油鉆井泥漿泵提供了一種在工作過程中實現無級變量的先進設備，本設計應用微機系統對壓力、轉速、溫度等參數實施自動監控，不僅提高了該泵的工作效率，而且提高了設備工作的可靠性，獲得滿意的工作效果。
文檔編號E21B44/00GK2134484SQ92232238
公開日1993年5月26日 申請日期1992年9月2日 優先權日1992年9月2日
發明者陳連義 申請人:陳連義