本實(shí)用新型涉及地質(zhì)鉆探工程液壓系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種頂驅(qū)鉆機(jī)用節(jié)能液壓泵站系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

目前國內(nèi)外的深井鉆機(jī)、海洋及淺海石油鉆井平臺(tái)、施工特殊工藝井大多配備了頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置。頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置也簡稱為頂驅(qū)。頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置可從井架上部空間直接旋轉(zhuǎn)鉆桿，沿專用導(dǎo)軌向下送進(jìn)，完成鉆桿旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，循環(huán)鉆井液，接立柱，上卸扣和倒劃眼等多種鉆井操作。頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置，特別是海洋平臺(tái)的頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置，泵站的設(shè)計(jì)方案有兩種。一種是一體式液壓泵站，即泵站與頂驅(qū)本體集成在一起。另一種是分離式液壓泵站，即泵站放置于地面，通過管線及快速接頭實(shí)現(xiàn)泵站與頂驅(qū)本體液壓管路連接。當(dāng)前這兩種設(shè)計(jì)方案都各有利弊，主要為：(1)對(duì)于一體式泵站，因頂驅(qū)空間有限，其結(jié)構(gòu)布局復(fù)雜，在鉆井和震擊等工況下泵站元器件可靠性相對(duì)降低；(2)對(duì)于分離式泵站，因普遍采用恒壓控制模式，泵基本一直處在中高壓工作狀態(tài)，不利于泵作為關(guān)鍵部件有效使用壽命的提升。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷，提供一種頂驅(qū)鉆機(jī)用節(jié)能液壓泵站系統(tǒng)。

本實(shí)用新型是通過下述技術(shù)方案來解決上述技術(shù)問題：

一種頂驅(qū)鉆機(jī)用節(jié)能液壓泵站系統(tǒng)，其包括液壓油箱、主泵、為主泵提供動(dòng)力的電機(jī)、泵頭閥組、設(shè)于頂驅(qū)本體上的蓄能器以及排氣閥；主泵的進(jìn)口連通于液壓油箱；主泵的出口與泵頭閥組的輸入口連接；泵頭閥組的輸出口分別與頂驅(qū)本體的主閥、蓄能器及液壓油箱連接；泵頭閥組包括單向閥、用于系統(tǒng)泄壓的卸荷節(jié)流閥、用于系統(tǒng)安全壓力設(shè)定及主泵低壓卸荷的卸荷溢流閥；排氣閥連通于泵頭閥組，排氣閥的出口連接于液壓油箱。

較佳地，主泵為變量柱塞泵，電機(jī)為三相異步電機(jī)。

較佳地，主泵和電機(jī)均為兩個(gè)，一個(gè)主泵和一個(gè)電機(jī)為一個(gè)工作組，兩個(gè)工作組為并聯(lián)連接。

較佳地，液壓油箱上設(shè)有呼吸閥和油位計(jì)。

較佳地，泵頭閥組和液壓油箱之間設(shè)有回油過濾器；主泵和液壓油箱之間設(shè)有吸油過濾器。

較佳地，泵頭閥組還包括壓力傳感器。

較佳地，蓄能器與泵頭閥組之間設(shè)有截止閥。

本實(shí)用新型的積極進(jìn)步效果在于：通過設(shè)定柱塞泵最小排量(通常為最大排量的1/2)，并通過恒壓控制方式(一般變量壓力設(shè)定需大于5MPa)從而實(shí)現(xiàn)低壓大流量，高壓小流量的快速高效作業(yè)效果。通過卸荷溢流閥及聯(lián)合蓄能器實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)恒壓效果，使得系統(tǒng)壓力始終維持在100％設(shè)定壓力及85％設(shè)定壓力之間。在系統(tǒng)維持這個(gè)壓力期間，主泵大流量低壓卸荷，并經(jīng)過濾器循環(huán)，有利于提高系統(tǒng)油液清潔度，提升系統(tǒng)可靠性。泵口增加排氣閥，可實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)初期排氣及實(shí)現(xiàn)空載啟動(dòng)，有利于提高系統(tǒng)運(yùn)行的平穩(wěn)性。雙泵雙電機(jī)的冗余設(shè)計(jì)，有利于提高系統(tǒng)可靠性，有效降低故障停機(jī)時(shí)間。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型較佳實(shí)施例的系統(tǒng)原理圖。

具體實(shí)施方式

下面舉個(gè)較佳實(shí)施例，并結(jié)合附圖來更清楚完整地說明本實(shí)用新型。

如圖1所示，一種頂驅(qū)鉆機(jī)用節(jié)能液壓泵站系統(tǒng)，其包括液壓油箱1、主泵、為主泵提供動(dòng)力的電機(jī)、泵頭閥組、設(shè)于頂驅(qū)本體上的蓄能器15以及排氣閥12。液壓油箱1上設(shè)有呼吸閥2和油位計(jì)3。

電機(jī)為三相異步電機(jī)。主泵為變量柱塞泵，且為恒壓變量方式，變量壓力設(shè)定相對(duì)最高工作壓力較低，一般需大于5MPa，最小排量非零設(shè)定，考慮效率一般設(shè)定為最小排量的50％左右。

主泵為兩個(gè)，具體為柱塞泵8.1和柱塞泵8.2，電機(jī)為兩個(gè)，具體為電機(jī)7.1和電機(jī)7.2。柱塞泵8.1和電機(jī)7.1為一個(gè)工作組，柱塞泵8.2和電機(jī)7.2為另一個(gè)工作組，兩個(gè)工作組為并聯(lián)連接。主泵和電機(jī)為雙泵雙電機(jī)并聯(lián)連接，一組工作，一組備用，在控制上互鎖。

柱塞泵8.1的進(jìn)口和柱塞泵8.2的進(jìn)口分別連通于液壓油箱；柱塞泵8.1的出口和柱塞泵8.2的出口分別與泵頭閥組的輸入口連接；泵頭閥組的輸出口分別與頂驅(qū)本體的主閥、蓄能器15及液壓油箱1連接。

泵頭閥組和液壓油箱之間設(shè)有回油過濾器4。柱塞泵8.1和液壓油箱1之間設(shè)有吸油過濾器5.1，柱塞泵8.2和液壓油箱1之間設(shè)有吸油過濾器5.2。柱塞泵8.1和吸油過濾器5.1之間設(shè)有球閥6.1，柱塞泵8.2和吸油過濾器5.2之間設(shè)有球閥6.2。

泵頭閥組包括單向閥9.1、單向閥9.2、單向閥9.3、用于系統(tǒng)泄壓的卸荷節(jié)流閥11、用于系統(tǒng)安全壓力設(shè)定及主泵低壓卸荷的卸荷溢流閥10、壓力傳感器13。

泵頭閥組內(nèi)部集成的卸荷節(jié)流閥為手動(dòng)卸荷節(jié)流閥，用于維修系統(tǒng)時(shí)，完成系統(tǒng)泄壓。默認(rèn)常閉狀態(tài)。泵頭閥組內(nèi)部集成的卸荷溢流閥，用于系統(tǒng)安全壓力設(shè)定及泵低壓卸荷。

卸荷溢流閥為插裝閥結(jié)構(gòu)，其聯(lián)合頂驅(qū)本體之上的蓄能器可實(shí)現(xiàn)設(shè)定壓力及向下最大浮動(dòng)15％系統(tǒng)設(shè)定壓力的區(qū)間內(nèi)，實(shí)現(xiàn)低壓卸荷。當(dāng)系統(tǒng)壓力低于設(shè)定壓力的85％后，柱塞泵自動(dòng)停止卸荷，恢復(fù)加載并向系統(tǒng)繼續(xù)供油，直至設(shè)定壓力再次卸荷，如此循環(huán)。

排氣閥連通于泵頭閥組，排氣閥的出口連接于液壓油箱。主泵啟動(dòng)初期排除的氣體直接通過排氣閥12通到油箱1，再經(jīng)油箱的呼吸閥2排出系統(tǒng)外。

蓄能器15與泵頭閥組之間設(shè)有截止閥9.4。該截止閥用于保持泵頭閥組與蓄能器之間的管路壓力，使其充滿油液，提高系統(tǒng)壓力響應(yīng)。截止閥9.4和泵頭閥組之間還設(shè)有快速接頭14。

本實(shí)用新型節(jié)能液壓泵站系統(tǒng)，其具體控制原理為：通過可編程邏輯控制器(PLC)控制的互鎖程序選擇啟動(dòng)其中一組柱塞泵及電機(jī)，柱塞泵8.1(或柱塞泵8.2)從液壓油箱1吸油，并經(jīng)過吸油過濾器5.1(或吸油過濾器5.2)及球閥6.1(或球閥6.2)，將其轉(zhuǎn)化為壓力能排出，經(jīng)過截止閥9.1(或截止閥9.2)一路到達(dá)排氣閥12的進(jìn)口。因排氣閥是長通閥，當(dāng)排出的油液中含有大量氣體時(shí)，將直接經(jīng)過排氣閥中的節(jié)流孔排走，直至有油液通過，產(chǎn)生一定背壓(一般為0.8MPa)，此時(shí)排氣閥自動(dòng)關(guān)閉，排氣結(jié)束。主泵也正常完成了最大排量的空載啟動(dòng)。這個(gè)啟動(dòng)時(shí)間與系統(tǒng)流量以及排氣閥12中的節(jié)流孔大小有關(guān)，一般在數(shù)秒左右。

隨著泵的運(yùn)行，系統(tǒng)開始建壓。當(dāng)壓力達(dá)到柱塞泵自帶的恒壓變量點(diǎn)壓力時(shí)，泵排量自動(dòng)切換為小排量。為保證高效，小排量一般設(shè)為最大排量的一半左右。當(dāng)柱塞泵在小排量工況下繼續(xù)運(yùn)行，油液一路經(jīng)過截止閥9.3、快速接頭14、截止閥9.4后，到達(dá)系統(tǒng)蓄能器15，給蓄能器充油，為系統(tǒng)儲(chǔ)備部分緊急用油量。

當(dāng)系統(tǒng)壓力升高到卸荷溢流閥10設(shè)定的系統(tǒng)最高壓力時(shí)，柱塞泵8.1(或柱塞泵8.2)開始卸荷。此時(shí)柱塞泵8.1(或柱塞泵8.2)又恢復(fù)到最大排量，實(shí)現(xiàn)回油直接經(jīng)過回油過濾器4循環(huán)過濾。

當(dāng)系統(tǒng)工作，或系統(tǒng)閥的內(nèi)泄導(dǎo)致系統(tǒng)壓力降低，當(dāng)系統(tǒng)壓力低于卸荷溢流閥10設(shè)定壓力的85％以下時(shí)，該卸荷溢流閥10自動(dòng)切斷卸荷，再次恢復(fù)給系統(tǒng)供油，周而復(fù)始。

本實(shí)用新型的泵站系統(tǒng)，通過設(shè)定柱塞泵最小排量(通常為最大排量的1/2)，并通過恒壓控制方式(一般變量壓力設(shè)定大于5MPa)從而實(shí)現(xiàn)低壓大流量，高壓小流量的快速高效作業(yè)效果。

本實(shí)用新型的泵站系統(tǒng)，通過卸荷溢流閥及聯(lián)合蓄能器實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)恒壓效果：使得系統(tǒng)壓力始終維持在100％設(shè)定壓力及85％設(shè)定壓力之間。在系統(tǒng)維持這個(gè)壓力期間，主泵大流量低壓卸荷，并經(jīng)過濾器循環(huán)，有利于提高系統(tǒng)油液清潔度，提升系統(tǒng)可靠性。

本實(shí)用新型的泵站系統(tǒng)，泵口增加排氣閥，可實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)初期排氣及實(shí)現(xiàn)空載啟動(dòng)，有利于提高系統(tǒng)運(yùn)行的平穩(wěn)性。

本實(shí)用新型的泵站系統(tǒng)，采用雙泵雙電機(jī)的冗余設(shè)計(jì)，有利于提高系統(tǒng)可靠性，有效降低故障停機(jī)時(shí)間。

雖然以上描述了本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，這僅是舉例說明，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍是由所附權(quán)利要求書限定的。本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不背離本實(shí)用新型的原理和實(shí)質(zhì)的前提下，可以對(duì)這些實(shí)施方式做出多種變更或修改，但這些變更和修改均落入本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。