：本發(fā)明涉及一種海洋鉆井補償絞車的液壓驅(qū)動系統(tǒng)，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)：
：海洋石油鉆井所采用的浮式鉆井裝置在風浪等自然因素的作用下將產(chǎn)生周期性的升沉運動，從而帶動鉆井裝備和鉆柱進行升沉運動，影響了鉆進效率，增加了鉆井成本，甚至造成安全事故。因此浮式鉆井平臺或鉆井船上必須配備一套升沉補償系統(tǒng)，用來穩(wěn)定井底鉆壓，減輕鉆機動載荷，其綜合性能的好壞直接影響著海洋石油的開發(fā)成本。升沉補償系統(tǒng)是集機、電、氣、液、自動控制、智能檢測為一體的復雜裝備，具有高技術(shù)、高投入、高風險等特點。升沉補償系統(tǒng)按照其安裝位置可以分為：天車升沉補償裝置、游車和大鉤間的升沉補償裝置以及絞車升沉補償裝置；其中絞車升沉補償技術(shù)作為一項新技術(shù)，具有其獨特的性能優(yōu)勢，包括鉆井效率高、傳動簡單、設(shè)備重心低、平臺載荷與占用空間少的等性能優(yōu)勢，逐漸受到業(yè)內(nèi)關(guān)注。近年來，國外對海洋鉆井補償絞車的研究已經(jīng)取得較大的進展，并且已有電動補償絞車產(chǎn)品面世，在新建深水鉆井平臺上得到了有效應用，其主要原理是在傳統(tǒng)鉆井絞車的基礎(chǔ)上增大電機功率，采用交流變頻電機主動補償技術(shù)，多臺電機聯(lián)合驅(qū)動，通過傳感器將鉆柱位置及平臺升沉信號送入控制器，實時控制絞車電機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向，實現(xiàn)升沉補償功能；電動補償絞車具有諸多的性能優(yōu)勢，但也存在著裝機功率與能耗過高、電機發(fā)熱量大、變頻電機防爆性能差等技術(shù)問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
：本發(fā)明的目的是要提供一種海洋鉆井補償絞車的液壓驅(qū)動系統(tǒng)，滿足海洋石油鉆井的性能要求，同時降低系統(tǒng)的裝機功率及能耗、提高海洋鉆井工作效率。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的總體構(gòu)思是：利用液壓二次調(diào)節(jié)元件和被動液壓缸聯(lián)合驅(qū)動差動行星減速器的外齒圈，完成升沉補償運動；利用送鉆液壓馬達驅(qū)動差動行星減速器的太陽輪，完成自動送鉆運動；從而使行星架驅(qū)動絞車完成復合運動。在升沉補償運動過程中，利用被動液壓缸及其液氣蓄能裝置來承擔鉆機的全部靜載荷，利用液壓二次調(diào)節(jié)元件克服其余載荷，并利用液氣蓄能裝置對鉆機負載的重力勢能與絞車回轉(zhuǎn)系統(tǒng)的慣性動能進行周期性回收與釋放；在自動送鉆運動過程中，利用送鉆液壓馬達及其液氣蓄能裝置來回收與存儲鉆機負載的重力勢能，然后在提升鉆機游動系統(tǒng)時釋放出來。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是在由發(fā)動機、發(fā)電機、主動補償電機、被動補償液壓馬達、送鉆電機、差動行星減速器、滾筒、液壓盤剎、PLC所構(gòu)成的絞車升沉補償裝置的基礎(chǔ)上所開發(fā)的液壓驅(qū)動方案，用液壓二次調(diào)節(jié)元件替換主動補償電動機，用被動液壓缸替換被動補償液壓馬達，用送鉆液壓馬達替換送鉆電機，用雙活塞式蓄能器替換氣液轉(zhuǎn)換器和高位油箱，還增加了恒壓變量泵、溢流閥、減壓閥、電液伺服閥、變量液壓缸、傾角傳感器、泄壓閥、步進電機、螺桿、螺母、法蘭。液壓二次調(diào)節(jié)元件與差動行星減速器的外齒圈動力輸入軸機械連接；被動液壓缸的活塞桿與聯(lián)軸器的一端機械連接，聯(lián)軸器的另一端與螺桿機械連接，螺桿與螺母組成滾動螺旋副，螺母與法蘭的一端機械連接，法蘭的另一端與外齒圈動力輸入軸機械連接；送鉆液壓馬達與差動行星減速器的太陽輪動力輸入軸連接；液壓二次調(diào)節(jié)元件的斜盤與變量液壓缸的活塞桿機械連接；送鉆液壓馬達的斜盤與步進電機機械連接；發(fā)動機與恒壓變量泵機械連接；雙活塞式蓄能器高壓腔和低壓腔內(nèi)的活塞與同一根活塞桿機械連接，兩個腔體內(nèi)的活塞運動同步。傾角傳感器與變量液壓缸的活塞桿連接，旋轉(zhuǎn)編碼器與外齒圈動力輸入軸連接，井下鉆壓測量裝置安裝在鉆具下部的鉆鋌內(nèi)，運動參考單元與鉆井平臺固聯(lián)。恒壓變量泵的進油口與油箱連接，恒壓變量泵的一個出油口通過減壓閥與電液伺服閥的P口連接；電液伺服閥的A口和B口分別與變量液壓缸的a口和b口連接，電液伺服閥的T口與油箱連接；恒壓變量泵的另一個出油口與第一雙活塞式蓄能器的高壓腔連接；溢流閥并聯(lián)于恒壓變量泵兩端；液壓二次調(diào)節(jié)元件的高壓油口和低壓油口分別與第一雙活塞式蓄能器的高壓腔、低壓腔連接；送鉆液壓馬達的高壓油口和低壓油口分別與第一雙活塞式蓄能器的高壓腔、低壓腔連接；被動液壓缸的無桿腔、有桿腔分別與第二雙活塞式蓄能器的高壓腔、低壓腔連接；第一高壓氣瓶分別與第一雙活塞式蓄能器的氣腔、第一泄壓閥連接；第二高壓氣瓶分別與第二雙活塞式蓄能器的氣腔、第二泄壓閥連接；補油閥的一端與恒壓變量泵的出油口連接，另一端與第二雙活塞式蓄能器的高壓腔連接。傾角傳感器、旋轉(zhuǎn)編碼器、運動參考單元和井下鉆壓測量裝置的電信號接入PLC，PLC輸出控制信號與電液伺服閥、步進電機、補油閥連接。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有下列有益效果：1.采用液壓驅(qū)動方式，由發(fā)動機直接驅(qū)動恒壓變量泵，減少了能量轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)；液壓系統(tǒng)采用容積控制方式，無溢流損失，提高了系統(tǒng)的傳動效率；此外，液壓系統(tǒng)功率密度大，結(jié)構(gòu)緊湊，減少了平臺載荷與占用空間。2.采用液壓二次調(diào)節(jié)元件與被動液壓缸聯(lián)合驅(qū)動絞車實現(xiàn)升沉補償功能，利用被動液壓缸承擔鉆機的全部靜載荷，降低了發(fā)動機與液壓二次調(diào)節(jié)元件的輸出功率及能耗，還具有泄漏量小、能量回收效率高、工作壽命長的優(yōu)勢；利用液壓二次調(diào)節(jié)元件克服其余載荷，并對絞車回轉(zhuǎn)系統(tǒng)的慣性動能進行回收與再利用，進一步降低了發(fā)動機的功率及能耗。3.送鉆液壓馬達工作于液壓泵工況，將送鉆過程中的負載重力勢能存儲到蓄能裝置中，然后在提升鉆機游動系統(tǒng)時釋放出來，進一步降低了發(fā)動機的功率及能耗。4.采用雙活塞式蓄能器作為蓄能裝置，提高了液壓二次調(diào)節(jié)元件在泵工況時的吸油能力，同時減小了高壓油腔與低壓油腔的壓力波動，提高了蓄能器的儲能能力。附圖說明：下面結(jié)合附圖和實施例來進一步描述本發(fā)明。圖1是本發(fā)明所提出的海洋鉆井補償絞車液壓驅(qū)動系統(tǒng)的原理圖。圖中：1—恒壓變量泵；2—發(fā)動機；3—溢流閥；4—油箱；5—減壓閥；6.1—第一雙活塞式蓄能器；6.2—第二雙活塞式蓄能器；7.1—第一高壓氣瓶；7.2—第二高壓氣瓶；8.1—第一泄壓閥；8.2—第二泄壓閥；9—補油閥；10—被動液壓缸；11—聯(lián)軸器；12—螺桿；13—螺母；14—法蘭；15—步進電機；16—送鉆液壓馬達；17—傾角傳感器；18—變量液壓缸；19—電液伺服閥；20—液壓二次調(diào)節(jié)元件；21—PLC；22—旋轉(zhuǎn)編碼器；23—井下鉆壓測量裝置；24—運動參考單元；25—差動行星減速器；26—外齒圈動力輸入軸；27—太陽輪動力輸入軸；28—行星架動力輸出軸；G—氣腔；H—高壓腔；L—低壓腔。具體實施方式：下面結(jié)合附圖和實施例來進一步描述本發(fā)明。如圖1所示，液壓驅(qū)動系統(tǒng)主要包括液壓二次調(diào)節(jié)元件20、被動液壓缸10、送鉆液壓馬達16、第一雙活塞式蓄能器6.1、第二雙活塞式蓄能器6.2、第一高壓氣瓶7.1、第二高壓氣瓶7.2、恒壓變量泵1、變量液壓缸18、電液伺服閥19、步進電機15。安裝時，液壓二次調(diào)節(jié)元件20與差動行星減速器25的外齒圈動力輸入軸26機械連接，液壓二次調(diào)節(jié)元件20的斜盤與變量液壓缸18的活塞桿機械連接；被動液壓缸10的活塞桿與聯(lián)軸器11的一端機械連接，聯(lián)軸器11的另一端與螺桿12機械連接，螺桿12與螺母13組成滾動螺旋副，螺母13與法蘭14的一端機械連接，法蘭14的另一端與外齒圈動力輸入軸26機械連接；送鉆液壓馬達16與差動行星減速器25的太陽輪動力輸入軸27機械連接，送鉆液壓馬達16的斜盤與步進電機15機械連接；發(fā)動機2與恒壓變量泵1機械連接。傾角傳感器17與變量液壓缸18的活塞桿連接，旋轉(zhuǎn)編碼器22與外齒圈動力輸入軸26連接，井下鉆壓測量裝置23安裝在鉆具下部的鉆鋌內(nèi)，運動參考單元24與鉆井平臺固聯(lián)。恒壓變量泵1的進油口與油箱4連接，恒壓變量泵1的出油口通過減壓閥5與電液伺服閥19的P口連接，溢流閥3并聯(lián)于恒壓變量泵1的兩端，電液伺服閥19的A口、B口分別與變量液壓缸18的a口、b口連接，電液伺服閥19的T口與油箱4連接；恒壓變量泵1的另一個出油口與第一雙活塞式蓄能器6.1的高壓腔H連接，液壓二次調(diào)節(jié)元件20的高壓油口、低壓油口分別與第一雙活塞式蓄能器6.1的高壓腔H、低壓腔L連接；送鉆液壓馬達16的高壓油口、低壓油口分別與第一雙活塞式蓄能器6.1的高壓腔H、低壓腔L連接；被動液壓缸10的無桿腔、有桿腔分別與第二雙活塞式蓄能器6.2的高壓腔H、低壓腔L連接；第一高壓氣瓶7.1分別與第一雙活塞式蓄能器6.1的氣腔G、第一泄壓閥8.1連接；第二高壓氣瓶7.2分別與第二雙活塞式蓄能器6.2的氣腔G、第二泄壓閥8.2連接；補油閥9的一端與恒壓變量泵1的出油口連接，另一端與第二雙活塞式蓄能器6.2的高壓腔H連接。旋轉(zhuǎn)編碼器22、井下鉆壓測量裝置23、運動參考單元24、傾角傳感器17的電信號接入PLC21，PLC21的輸出控制電信號與電液伺服閥19、步進電機15、補油閥9連接。第二雙活塞式蓄能器6.2與第二高壓氣瓶7.2通過被動液壓缸10承擔補償運動過程中的鉆機靜載荷；第一雙活塞式蓄能器6.1、第一高壓氣瓶7.1及恒壓變量泵1組成恒壓網(wǎng)絡，驅(qū)動液壓二次調(diào)節(jié)元件20克服補償運動過程中的其余載荷，并驅(qū)動送鉆液壓馬達16克服送鉆過程中的鉆機載荷。本發(fā)明的工作原理如下：當浮式海洋鉆井平臺隨波浪上升、下沉時，PLC21根據(jù)旋轉(zhuǎn)編碼器22檢測的補償運動角位移信號、運動參考單元24檢測的平臺升沉運動信號、斜盤傾角傳感器17檢測的液壓二次調(diào)節(jié)元件斜盤角度信號，并根據(jù)制定好的控制策略向電液伺服閥19發(fā)出控制信號，通過調(diào)節(jié)變量液壓缸18活塞桿的位置來控制液壓二次調(diào)節(jié)元件20的斜盤傾角，從而驅(qū)動外齒圈動力輸入軸26正反向轉(zhuǎn)動來實現(xiàn)升沉補償功能。在補償運動過程中，被動液壓缸10與液壓二次調(diào)節(jié)元件20共同驅(qū)動外齒圈；被動液壓缸10通過螺旋傳動將活塞桿的直線運動轉(zhuǎn)換為外齒圈動力輸入軸26的旋轉(zhuǎn)運動，將活塞桿輸出的力轉(zhuǎn)換為扭矩作用在外齒圈動力輸入軸26上，承擔了鉆機的全部靜載荷，并利用第二雙活塞式蓄能器6.2與第二高壓氣瓶7.2對鉆機負載重力勢能進行回收與再利用；液壓二次調(diào)節(jié)元件20克服補償運動過程中的其余載荷，并利用第一雙活塞式蓄能器6.1與第一高壓氣瓶7.1對絞車回轉(zhuǎn)系統(tǒng)的慣性動能進行回收與再利用：當絞車需要減速運動時，液壓二次調(diào)節(jié)元件20工作于液壓泵工況，從而使絞車及滑輪組的慣性動能儲存在第一雙活塞式蓄能器6.1與第一高壓氣瓶7.1中，當絞車加速運動時，液壓二次調(diào)節(jié)元件20工作于液壓馬達工況，釋放已儲存的能量。在鉆機的送鉆過程中，PLC21根據(jù)井下鉆壓測量裝置23檢測的井底鉆壓信號，并根據(jù)制定好的控制策略向步進電機15發(fā)出控制信號，通過調(diào)節(jié)步進電機15的角位移來控制送鉆液壓馬達16的斜盤傾角，使其驅(qū)動太陽輪動力輸入軸27連續(xù)轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)恒鉆壓自動送鉆，同時將送鉆過程中的鉆機負載重力勢能存儲到第一雙活塞式蓄能器6.1與第一高壓氣瓶7.1中。本發(fā)明將液壓節(jié)能驅(qū)動技術(shù)應用于海洋鉆井補償絞車，通過液壓二次調(diào)節(jié)元件、液壓缸、恒壓變量泵、蓄能器、螺桿螺母等裝置組成的系統(tǒng)來驅(qū)動絞車，在實現(xiàn)升沉補償和自動送鉆功能的同時，對鉆機負載重力勢能及絞車回轉(zhuǎn)系統(tǒng)慣性動能進行了周期性的回收與再利用，提高了液壓能量回收系統(tǒng)的效率與使用壽命，降低了補償絞車的裝機功率及能耗；此外，本發(fā)明采用液壓容積控制方式，具有傳動效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、防爆性能好等優(yōu)點。