淺析低溫液控型雙金屬溫度計控制系統(tǒng)設(shè)計及其應(yīng)用

摘要：傳統(tǒng)雙金屬溫度計控制系統(tǒng)在寒溫帶或者極地地區(qū)使用，因氣溫較低，壓縮氣源中水汽可能會凝結(jié)成冰。一旦出現(xiàn)此類情況，將影響系統(tǒng)使用，進而危及到鉆采安全。因此開發(fā)針對在寒溫帶或者極地地區(qū)的控制系統(tǒng)將十分必要。本文shou先介紹了一種低溫液控型控制系統(tǒng)的基本組成和控制原理，然后重點介紹了系統(tǒng)的詳細設(shè)計及校核，#后描述了系統(tǒng)的功能特征。

 

寒帶地區(qū)冬季比較寒冷，雙金屬溫度計控制系統(tǒng)因氣溫過低會產(chǎn)生很多問題。氣路上的控制閥件，在低溫環(huán)境下開啟閉合會遲鈍或者失靈。所以，設(shè)計一種適用于低溫環(huán)境下的雙金屬溫度計控制系統(tǒng)對設(shè)備現(xiàn)場生產(chǎn)進度、安全防范具有重要意義。

1?系統(tǒng)組成和控制原理

低溫液控型雙金屬溫度計控制系統(tǒng)由液控主站和遠端控制臺組成。系統(tǒng)的工作原理（見圖1）是儲存在蓄能器組中的壓力油通過蓄能器高壓球閥、再經(jīng)減壓溢流閥減壓后，進入集成閥組，到各三位四通換向閥進油口。只需拉動相應(yīng)的手動三位四通換向閥手柄，便可迅速實現(xiàn)“開”、“關(guān)”設(shè)備的動作，當蓄能器壓力降低到預(yù)設(shè)值時，電機重新啟動，為蓄能器沖液，直到壓力在此到達系統(tǒng)控制壓力。

 

 

1.1? 液控主站

液控主站是制備、儲存與控制壓力油流向的液壓裝置。液控主站包括電機泵組、手動泵、油箱、過濾器、壓力表、集成控制閥組和蓄能器組等。

 

1.2? 遠端控制臺

遠端控制臺放置在操作臺上，方便現(xiàn)場人員操作，以使在#短時間內(nèi)控制設(shè)備的開關(guān)動作。遠端控制臺與液控主站用電源線及通訊線連接，觸摸屏通電后顯示液控主站上各種壓力。遠端控制臺包括集成控

制閥組、壓力表等。

 

2? 總體方案設(shè)計

低溫雙金屬溫度計控制系統(tǒng)采用液控液的形式，控制部分采用集成式模塊化設(shè)計，油箱內(nèi)部增加了S型蒸汽加熱管線。液控主站配有電動油泵和手動油泵兩套好立的動力源。其液控主站和遠端控制臺之間使用液壓軟管

和電纜連接。

 

2.1? 使用條件

（1）系統(tǒng)額定壓力：21MPa；（2）設(shè)備的溫度等級：極地-40~50℃。

 

3? 計算與校核

3.1? 選擇要求的預(yù)存壓力

P0＝1.0/（1.5/ P2－0.5/ P1）

P1————蓄能器完全充滿時的#大壓力（覺對壓力）P1= 21 MPa

P2————大于所操縱執(zhí)行元件tuijian的#小壓力（覺對壓力）P2= 8.4 MPa

P0＝1/（1.5/8.4-0.5/21） ＝6.46 MPa

所以預(yù)充壓力P0取7MPa

 

3.2? 蓄能器容積的計算

3.2.1 按容積計算公式如下：

FVR=BV×min（VEv，VEp） 

式中：FVR———— 功能液量要求FVR=133.2L

BV ———— 蓄能器容積（氮氣和壓力液）

VE ———— 容積率，可用流體的體積與蓄能器中氣體體積的比值

VEv ———— 在容積極限情況下的VE

VEp ———— 在壓力極限情況下的VE

 

有關(guān)VEv，VEp的計算方法

VEv＝（1.0-P0/P1）/1.5＝（1-7/21）/1.5＝0.445

VEp＝（P0/P2-P0/P1）/1.0＝（7/8.4-7/21）/1＝0.5

所以有效容積率取VEv＝0.445

BV＝FVR/VEv＝133.2/0.445＝299.3（L）

3.2.2 所要求的蓄能器數(shù)量

單只瓶的容積取11GAL（41.6L）

所需瓶數(shù)=299.3/41.6=7.2個 

圓整到8個，因此，至少配8個40L蓄能器，蓄能器 的容積=41.6×8=332.8L

 

3.2.3 蓄能器#低可用液量要求

根據(jù)波義耳（Boyle）定律（等溫條件下）得：

P1·V1=P2·V2 V1—蓄能器初始容積

V2—蓄能器#終氣體體積

把數(shù)據(jù)代入上式得：

7×332.8＝21×V2 

V2=110.9（L）

 

3.3? 泵流量的計算

系統(tǒng)泵組的總排量應(yīng)能在15min內(nèi)使整個蓄能器系統(tǒng)從預(yù)充壓力升至控制系統(tǒng)的額定壓力，蓄能器

壓力由預(yù)充壓力7MPa升至21MPa所需液量為332.8-110.9=221.9L

泵組的流量

泵的輸出流量Q≥Kq=14.8×1.3=19.24L/min（K為系統(tǒng)泄漏系數(shù)，取1.3）

按照系統(tǒng)的壓力和流量要求，在產(chǎn)品樣本中選取相應(yīng)的柱塞泵V=28ml/r

電機轉(zhuǎn)速選用1450r/min，系統(tǒng)流量q=0.028×1450=40.6L/min=0.68L/s

 

3.4? 電機功率的計算

選用標準電機功率P=18.5kW

3.5? 油箱容積的計算

控制液箱的容積應(yīng)至少等于蓄能器儲存液量兩倍，即：油箱容積V≥221.9×2=443.8

3.6? 油箱熱功率的計算

環(huán)溫度-40℃，正常液壓油啟動溫度10℃，液壓油比熱容2.1，密度0.91，箱熱量Q=cm△T=2.1×0.91×443.8×50=42405.09kJ，若加熱時間為2h功率P= tQ=11.78kW

 

4? 結(jié)論

（1）低溫液控型雙金屬溫度計控制系統(tǒng)采用集成式控制模塊的形式，除了手動換向閥外，其余閥件均采用插裝閥，整個閥組集成度高，結(jié)構(gòu)緊湊，體積小；而且減少了管路數(shù)量，也相應(yīng)的減少了泄漏點。

 

（2）采用多重保溫措施，油箱內(nèi)部集成蒸氣管線，外部管路配電伴熱帶，保證系統(tǒng)極寒情況下也能

正常運行。