自升式海洋石油平台液压升高和降低系统分析

  液压马达 E1 等组成 .该平台整套液压升高和降低系统由 3 套单独的系统并联而成 ,其同使用 1 个油箱 , 台 2 补油泵等提供液压油源设备 . 每套桩腿升降液压系统可分为主油路系统 , 控制 油路系统和增压系统 .每套系统按模块划分可大致分为 主泵变量模块 A , 先导泵模块 B , 泵加载/ 卸荷阀组模 块 C, 操控阀组模块 D , 液压马达变速模块 E , / 调 刹车

  [3 ] 周宝花 . 移动工作台液压系统的改进 [J ] . 液压与气动 ,

  达驱动齿轮减速箱 ,然后传递给与齿条啮合的小齿轮 , 从而带动平台的升降 .齿轮齿条式升降系统由动力驱 动系统 , 动力传递系统 ( 最重要的包含齿轮齿条及相应的减 速机构) 和平台升降控制管理系统等 3 大部分组成 .

  操控阀组模块 D : 主要由安全阀 D5 , 平衡阀 D3 , D4 , 电液换向阀 D2 和卸荷阀 D1 等组成 , 电液换向阀 D2 为液压马达获得两种不同的转向 , 平衡阀 D3 , D4 回路用以提高系统运行时的平稳性 , 卸荷阀 D1 使主 油路呈卸载状态 ,安全阀 D5 在电液换向阀 D2 阀芯在 中位时 ,与液压马达 E6 接成制动回路 . 液压马达变速模块 E : 通过液控换向阀 E8 的动 作 ,使双速液压马达 E6 实现变速 . 刹车/ 调速阀组模块 F : 主要功用为电磁换向阀

  马达的变速 . 2. 1 主油路系统 主油路液压系统工作流程为 : 先启动补油泵 H1 或备用泵 H2 ,为主泵和控制泵提供足够的供油压力 ; 进行升降操作前启动先导模块 B 中的先导泵 B1 使系 统建立起控制压力 , 主泵在接受控制信号后可进行变 量操作 ,以控制平台和桩腿的升降速度 .加载/ 卸荷模 块 C 根据控制信号可使任一主泵站投入工作或三泵 并联输出 ,并调节主泵输出压力 .操控阀模块中的比 例电液换向阀 D2 阀芯处于中位时 ,液压马达 E1 通过 安全阀 D5 接成制动回路 .当换向阀 D2 阀芯处在左 或右位时 ,从而使液压马达 E1 获得两种不同的转向 . 2. 2 控制油路系统 补油泵 H1 或备用泵 H2 向先导泵模块 B 中的先 导泵 B1 提供很多压力的供油 ,然后再启动控制泵 B1 , 建立系统的控制压力 .溢流阀 B2 用于设定控制泵的 压力 ,换向阀 F2 动作 , 使液压马达变速模块中的 二 位二通 液控换向阀 E3 动作 , 从而使双速液压马达根 据不同的作业工况进行变速 ; 换向阀 F1 动作 , 接通液 压马达的刹车液压缸 E2 进口 ,液压马达 E1 的刹车装 置将松开刹车 . 2. 3 液压系统的保护的方法 为确保平台升降安全 , 可靠 ,在平台整套液压升高和降低 系统中采用了多种安全保护的方法 : (1) 3 台主泵并联互为备用 ,在 1 台甚至 2 台损坏的 情况下 ,仍能保证以相对慢的速度升降 ;控制油路中 3 台 并联的先导泵 ,亦互为备用 ,确保了为主油路, 刹车及速 度转换提供动力 ,增强了平台脱离危险状况的能力. ( 2) 操控阀模块 D 中的平衡阀 D3 , 实现刹车 D4 的一级保护 , 若失效则比例阀块 D2 实现二级保护 ,这 两级保护可实现在液压源失效时平台或桩腿安全停留 在原位置 .

  系统改造费约 5000 元 ; 电气控制管理系统改造费约 1000 元 ; 改造费总计 :12000 元 .若重新购进新的多性能实 验台所需经费约 46000 元 .采用 QCS008 型液压实验 台改进的方法 ,可节约设备购置费约 34000 元 .

  在用于海洋石油开发的各种海洋平台及其他海洋 构筑物中 ,自升式平台比较适合于浅海区域 ,具有用钢 量少 , 造价低 , 水上完井 , 在各种海况下几乎都能持续 作业和效率高等优点 ,因此 ,在国内外海洋勘探和开发 中 , 特别是在近海海洋石油开发中发挥了巨大的作 用 [ 1 ] .升降系统作为自升式平台中的关键部分 , 在平 台的设计制造和使用中历来受到格外的重视 , 其性能的 优劣直接影响平台的安全和使用效果 . 1 平台升降系统构成 该平台船体侧视图如图 1 所示 , 自升式平台的升 降系统大致分为两大类 : 齿轮齿条式和液压缸顶升式 . 由于齿轮齿条式升降系统具有升降速度快 , 简单易操作 和易对井位的优点 , 因此新造的自升式平台多采用齿 轮齿条升降方式 .齿轮齿条升降系统就是在平台的每 根桩腿上设置几根齿条 , 对应于每根齿条上设置几个 小齿轮 ,齿条及其对应小齿轮数量根据平台所要求的 举升能力和平台总体要求加以确认 .动力通过桩边马 连接时 ,要分清 3 种口的位置 ,正确连接 ,不要搞错 ; ③在电气控制部分 ,要根据电磁换向阀的供电电 压来进行电路设计 .QCS008 型液压实验台保留可用 的电磁换向阀的供电电压为直流 24 V ,所以改进的液 压实验台的电磁换向阀要接变压器和整流电路 .

  摘 : 介绍了自升式海洋石油平台的液压升高和降低系统 , 分析了其液压系统的工作原理及其同步平衡控 要 制 .该平台现已投入到正常的使用中 ,经实际运行证明 ,基于 PL C 和液压控制的升降系统具有较高的实时性和可靠性 , 能保证整个自升式海洋石油平台平稳 , 安全地升降 . 关键词 : 自升式海洋平台 ; 液压 ; 升降系统 中图分类号 : TH137. 7 文献标识码 :B 文章编号 :100024858 ( 2006) 0820023203

  ( 3) 系统中设置了由液压控制 , 弹簧刹车的盘式 刹车机构 ,一旦系统出现异常 ( 如断电 , , 超载 超速等) ,

  将自动刹车 . ( 4) 3 套蓄能器 G 在液压源发生故障时仍可保证 主油路工作 ,同时使系统在启动和停止时具有一定的 减震性能 ,而无需增加另外的减震措施 . (5) 增加升降能力储备 , 在单桩 1 台马达损坏时 仍能进行平台升降 . 3 液压升高和降低系统的同步平衡控制和操控方法 在平台整套液压升高和降低系统主油路中 ,3 个桩腿的 相对速度由比例换向阀来控制 , 每根桩腿上的 6 个马 达油路并联 ,即靠桩腿或平台的质量 ( 马达的负载 ) 来 实现刚性同步 .同时配有自动平衡控制管理系统 , 自动平 衡控制管理系统由平衡传感器 , 信号变换电路和 PL C 控制 软件组成 ,自动平衡控制管理系统能够在平台自动上升和 下降运动中 ,使其 3 个桩腿在设定时间内实现自动整 步 ,从而保持平台上升或下降过程中 ,平台姿态控制精 度 ± 3° 0. . 采用 PL C 控制 ,在控制上设置 1 个集控台和 3 个 桩边控制台 ,若集控台失灵则在桩边控制台上操作平 台升降 ,在集控台上设自动控制和手动控制 ,同时根据 平台的作业的情况设置了 6 种操作模式 , 控制方式为 位移与船体姿态的双重控制 ,设有检测反馈系统 . 4 结束语 本文描述了某自升式海洋石油平台升降系统的组 成 ,并对其液压升高和降低系统的工作原理 , 平衡控制和操控 方式来进行了分析研究 .该平台自投产以来 , 平台移位 多次 ,液压升高和降低系统运作状况良好 .经实践证明 ,该液 压控制管理系统方案可行 , 合理 ,保证了升降系统的运行平 稳, , . 安全 可靠

  [2 ] 王运安 . 胜利修井平台升降系统设计 [J ] . 中国海洋平

  [3 ] 孙永泰 . 自升式海洋平台齿轮齿条升降系统的研究 [J ] .

  实验使用证明 ,改进后的液压实验台性能好 ,能 够达到预期的实验项目技术性能要求 . 实验台改造经费如下 : 购买液压缸 , 定量泵 , 换向 阀, 溢流阀 , 阀板等液压元件 , 辅助件约 6000 元 ; 液压

  液压系统的基本功能是为整套升降系统提供动 力 ,该平台为 3 条桩腿 ,每条桩腿上配有 1 套单独的液 压系统 ,如图 2 所示 ,而每套液压系统由 1 台主泵 A1 ,

  速阀组模块 F ,各模块的功能如下 . 主液压泵变量模块 A : 工作时为整个升降系统提 供动力 ,主液压泵与伺服变量机构组成压力补偿变量 回路 ,平台和桩腿的升降速度将由伺服阀控制主液压 泵来实现 . 先导泵模块 B : 主要用途为 : ① 主液压泵变量系 统, 液压马达换向 , 液压马达变速提供控制油源 ; ②为 液压马达刹车系统提供动力油源 ; ③为蓄能器提供压 力油 . 泵加载/ 卸荷阀组模块 C : 大多数都用在改变主泵输出 口的工作所承受的压力 ,保护主泵不致于过压 ,并协助主泵变量 模块按要求 ( 如调压或卸载) 进行运行 .