石油钻机井架起升下放自动控制装置的制作方法

1.本实用新型涉及石油钻采设备技术领域，具体的说是一种石油钻机井架起升下放自动控制装置。


背景技术：

2.现有陆地钻机井架的起升下放主要采用绞车和液压缸进行，起升下放装置的稳定性和安全性直接影响到钻机起升的稳定安全可靠性。陆地钻机井架起升下放装置安全保护措施简单，操作安全性主要依靠操作人员的熟练程度来保证，起升过程中难度大。
3.在井架起升过程作业时，为防止井架前倾和井架与人字架撞击，一般采用在人字架上安装缓冲液压缸的方式来进行防护，需要三个工作人员配合起升，井架是否起升到位通常凭借操作人员的经验进行判断，一旦判断失误，井架、底座会起升不到位或超出限位，造成井架与人字架间、底座与安装耳板间连接孔错位，同时容易使井架、底座及人字架发生变形，容易损坏设备，出现安全事故。
4.针对液压缸起升下放方式，受钻机井架、底座左右偏重等因素影响，钻机起升下降过程中总会出现左右液缸不同步现象，另外液压系统采用手动控制方式，因手动阀配合动作较多，操作复杂，容易出现误操作。操作人员必须在钻台面上通过操作控制箱上的手柄实现钻机起升和下放，安全性、可靠性差，因此传统的手动控制系统操作复杂，安全性、可靠性差；另外传统的液压同步控制系统在调整左右液缸使其同步的过程中，均采用放伸出较快的液缸的供油，使其与伸出较慢的液缸保持同步，这样既不节能，又增加钻机井架、底座起升的时间，手动操作控制，工作效率低。已不能完全满足安全作业要求。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的是提供一种石油钻机井架起升下放自动控制装置，该系统操作简单、安全可靠、可视化和自动化程度高，以解决现有技术中存在的问题。
6.为实现上述目的，本实用新型所采取的技术方案为：
7.一种石油钻机井架起升下放自动控制装置，包括分别与石油井架左右两侧相连接的左侧缓冲液压缸和右侧缓冲液压缸，还包括系统进油主回路、缓冲油路、检测系统和系统回油管路；系统进油主回路上安装有主回路溢流阀、节流阀和换向阀，主回路溢流阀与系统回油管路相连通，节流阀与换向阀p口相连通，换向阀出油口b1分别与左侧缓冲液压缸和右侧缓冲液压缸的有杆腔相连通，换向阀出油口a1与平衡阀的进油口a2相连通，平衡阀的出油口b2分别与安装在左侧缓冲液压缸无杆腔的左侧防爆阀及安装在右侧缓冲液压缸无杆腔的右侧防爆阀相连通；缓冲油路包括电磁球阀、缓冲溢流阀和单向阀，电磁球阀的进油口a3与平衡阀出油口b2相连通，电磁球阀出油口b3与缓冲溢流阀的进油口p3相连通，缓冲溢流阀出油口t3与系统回油管路相连通，同时缓冲溢流阀的出油口t3通过单向阀分别与两个缓冲缸的有杆腔相连通；检测系统包括安装在井架上的倾角传感器、安装在缓冲缸内的位移传感器和plc控制器，倾角传感器与安装在司钻房内的角度表电连接，位移传感器与安装
在司钻房内的位移表电连接；plc控制器分别与换向阀、电磁球阀电连接。
8.优选的，所述平衡阀的控制口x与2个缓冲缸的有杆腔相连通。
9.优选的，所述换向阀为具有中位机能的三位四通电磁换向阀，当换向阀处于中位时，换向阀的出油口a1和进油口p1不与任何油口相连通，出油口b1与回油口t1相连通，平衡阀处于关闭状态。
10.优选的，所述左侧缓冲液压缸和右侧缓冲液压缸的无杆腔与无杆腔压力表相连接，两个缓冲缸的有杆腔与有杆腔压力表相连接。
11.优选的，所述缓冲溢流阀的设定压力值为4mpa。
12.优选的，所述系统进油主回路上安装有主回路压力表。
13.本实用新型中主回路溢流阀、节流阀、换向阀、平衡阀、电磁球阀、缓冲溢流阀和单向阀组成控制阀组，安装在井架起升操作箱上，作业人员通过倾角传感器、位移传感器检测到的数据，能够实时监测井架的起升角度和缓冲缸活塞杆的位移状况，进而通过plc控制控制换向阀和电磁球阀的动作，实现井架自动缓冲。
14.当位移传感器检测到两个缓冲缸活塞杆移动的位移大于设定值时，plc控制器发出指令控制电磁球阀换向，缓冲系统对井架起到的低压缓冲作用；当位移传感器检测到缓冲缸活塞杆的位移小于设定值时，plc控制器发出指令控制电磁球阀失电复位，关闭低压缓冲功能；当倾角传感器检测到井架起升角度达到设定值时，plc控制器发出指令控制换向阀换向至右位，两个缓冲缸的活塞杆缩回，井架靠自重缓慢起升；当倾角传感器检测到井架角度为90
°
时，plc控制器发出指令控制换向阀失电复位，换向阀处于中位，平衡阀处于关闭状态，井架起升完成。其中在井架起升过程中，换向阀换向至右位先与低压缓冲功能关闭；平衡阀保证在起升过程中安全平稳，即使平衡阀失效，由于换向阀的出油口a1不与任何油口相连通，具有二次保护作用，防止井架前倾，使井架的缓冲系统更加安全可靠。
15.本实用新型中系统进油主回路上安装的主回路溢流阀与系统回油管路相连通，能够限制系统进油主回路的压力；系统进油主回路上安装主回路压力表，实时监测系统进油主回路的压力。
16.本实用新型中两个缓冲油缸均装有防爆阀和位移传感器，防爆阀安装在缓冲油缸的无杆腔，用于管路破裂时防止井架前倾造成事故，位移传感器安装在油缸内部，两个缓冲缸均选用具有缓冲作用的缓冲液压缸，在井架起升到位前起二次缓冲作用，进一步确保井架起升的安全性和平稳性。
17.本实用新型中缓冲溢流阀的压力设定值为4mpa，能够起到低压缓冲的作用。
18.本实用新型结构简洁，可视化程度高，控制简单，可靠性高。
附图说明
19.图1是本实用新型的液压控制原理图；
20.图2是本实用新型的液压控制框图。
21.图中：1.主回路压力表，2.主回路溢流阀，3.节流阀，4.换向阀，5.平衡阀，6.无杆腔压力表，7.电磁球阀，8.左侧防爆阀，9.左侧缓冲液压缸，10.右侧缓冲液压缸，11.右侧防爆阀，12.缓冲溢流阀，13.有杆腔压力表，14.单向阀，15.角度表，16.位移表，17.倾角传感器，18.位移传感器，19.plc控制器。
具体实施方式
22.下面结合附图对本实用新型做进一步详细的说明。
23.如图1、图2所示的一种石油钻机井架起升下放自动控制装置，包括分别与石油井架左右两侧相连接的左侧缓冲液压缸9和右侧缓冲液压缸10，还包括系统进油主回路、缓冲油路、检测系统和系统回油管路；系统进油主回路上安装有主回路溢流阀2、节流阀3和换向阀4，主回路溢流阀2与系统回油管路相连通，节流阀3与换向阀4的p口相连通，换向阀4的出油口b1分别与左侧缓冲液压缸9和右侧缓冲液压缸10的有杆腔相连通，换向阀4的出油口a1与平衡阀5的进油口a2相连通，平衡阀5的出油口b2分别与安装在左侧缓冲液压缸9无杆腔的左侧防爆阀8及安装在右侧缓冲液压缸10无杆腔的右侧防爆阀11相连通；缓冲油路包括电磁球阀7、缓冲溢流阀12和单向阀14，电磁球阀7的进油口a3与平衡阀5的出油口b2相连通，电磁球阀7的出油口b3与缓冲溢流阀12的进油口p3相连通，缓冲溢流阀12的出油口t3与系统回油管路相连通，同时缓冲溢流阀12的出油口t3通过单向阀14分别与两个缓冲缸的有杆腔相连通；检测系统包括安装在井架上的倾角传感器17、安装在缓冲缸内的位移传感器18和plc控制器19，倾角传感器17与安装在司钻房内的角度表15电连接，位移传感器18与安装在司钻房内的位移表16电连接；plc控制器19分别与换向阀4、电磁球阀7电连接。
24.平衡阀5的控制口x与2个缓冲缸的有杆腔相连通，控制平衡阀5的反向启闭。
25.换向阀4为具有中位机能的三位四通电磁换向阀，当换向阀处于中位时，换向阀4的出油口a1和进油口p1不与任何油口相连通，出油口b1与回油口t1相连通，保证平衡阀5处于关闭状态，防止井架前倾，换向阀4的中位机能可以起二次保护作用，使缓冲系统更加安全可靠。
26.左侧缓冲液压缸9和右侧缓冲液压缸10的无杆腔与无杆腔压力表6相连接，两个缓冲缸的有杆腔与有杆腔压力表13相连接，实时监测两个缓冲缸的无杆腔和有杆腔的压力。
27.缓冲溢流阀12的设定压力值为4mpa。
28.统进油主回路上安装有主回路压力表1。
29.当位移传感器18检测到两个缓冲缸活塞杆移动的位移大于设定值时，plc控制器19发出指令控制电磁球阀7换向，缓冲系统对井架起到的低压缓冲作用；当位移传感器18检测到缓冲缸活塞杆的位移小于设定值时，plc控制器19发出指令控制电磁球阀7失电复位，关闭低压缓冲功能；当倾角传感器17检测到井架起升角度达到设定值时，plc控制器19发出指令控制换向阀4换向至右位，两个缓冲缸的活塞杆缩回，井架靠自重缓慢起升；当倾角传感器17检测到井架角度为90
°
时，plc控制器19发出指令控制换向阀4失电复位，换向阀4处于中位，平衡阀5处于关闭状态，井架起升完成。其中在井架起升过程中，换向阀4换向至右位先与低压缓冲功能关闭；平衡阀5保证在起升过程中安全平稳，即使平衡阀5失效，由于换向阀4的出油口a1不与任何油口相连通，具有二次保护作用，防止井架前倾，使井架的缓冲系统更加安全可靠。
30.本实用新型中主回路溢流阀、节流阀、换向阀、平衡阀、电磁球阀、缓冲溢流阀和单向阀组成控制阀组，安装在井架起升操作箱上，作业人员通过倾角传感器、位移传感器检测到的数据，能够实时监测井架的起升角度和缓冲缸活塞杆的位移状况，进而通过plc控制控制换向阀和电磁球阀的动作，实现井架自动缓冲。
31.以上的仅是本实用新型的优选实例。应当指出对于本领域的普通技术人员来说，
在本实用新型所提供的技术启示下，还可以做出其它等同变形和改进，也应视为本实用新型的保护范围。

技术特征：
1.一种石油钻机井架起升下放自动控制装置，包括分别与石油井架左右两侧相连接的左侧缓冲液压缸（9）和右侧缓冲液压缸（10），其特征在于：还包括系统进油主回路、缓冲油路、检测系统和系统回油管路；系统进油主回路上安装有主回路溢流阀（2）、节流阀（3）和换向阀（4），主回路溢流阀（2）与系统回油管路相连通，节流阀（3）与换向阀（4）的p口相连通，换向阀（4）的出油口b1分别与左侧缓冲液压缸（9）和右侧缓冲液压缸（10）的有杆腔相连通，换向阀（4）的出油口a1与平衡阀（5）的进油口a2相连通，平衡阀（5）的出油口b2分别与安装在左侧缓冲液压缸（9）无杆腔的左侧防爆阀（8）及安装在右侧缓冲液压缸（10）无杆腔的右侧防爆阀（11）相连通；缓冲油路包括电磁球阀（7）、缓冲溢流阀（12）和单向阀（14），电磁球阀（7）的进油口a3与平衡阀（5）的出油口b2相连通，电磁球阀（7）的出油口b3与缓冲溢流阀（12）的进油口p3相连通，缓冲溢流阀（12）的出油口t3与系统回油管路相连通，同时缓冲溢流阀（12）的出油口t3通过单向阀（14）分别与两个缓冲缸的有杆腔相连通；检测系统包括安装在井架上的倾角传感器（17）、安装在缓冲缸内的位移传感器（18）和plc控制器（19），倾角传感器（17）与安装在司钻房内的角度表（15）电连接，位移传感器（18）与安装在司钻房内的位移表（16）电连接；plc控制器（19）分别与换向阀（4）、电磁球阀（7）电连接。2.根据权利要求1所述的石油钻机井架起升下放自动控制装置，其特征在于：所述平衡阀（5）的控制口x与2个缓冲缸的有杆腔相连通。3.根据权利要求1或2所述的石油钻机井架起升下放自动控制装置，其特征在于：所述换向阀（4）为具有中位机能的三位四通电磁换向阀，当换向阀处于中位时，换向阀（4）的出油口a1和进油口p1不与任何油口相连通，出油口b1与回油口t1相连通，平衡阀（5）处于关闭状态。4.根据权利要求3所述的石油钻机井架起升下放自动控制装置，其特征在于：所述左侧缓冲液压缸（9）和右侧缓冲液压缸（10）的无杆腔与无杆腔压力表（6）相连接，两个缓冲缸的有杆腔与有杆腔压力表（13）相连接。5.根据权利要求4所述的石油钻机井架起升下放自动控制装置，其特征在于：所述缓冲溢流阀（12）的设定压力值为4mpa。6.根据权利要求5所述的石油钻机井架起升下放自动控制装置，其特征在于：所述系统进油主回路上安装有主回路压力表（1）。

技术总结
本实用新型公开了一种石油钻机井架起升下放自动控制装置，包括系统进油主回路、缓冲油路、检测系统和系统回油管路；系统进油主回路上安装有主回路溢流阀、节流阀和换向阀，节流阀与换向阀相连通，换向阀分别与两个缓冲液压缸有杆腔相连通，换向阀通过平衡阀两个缓冲液压缸无杆腔的防爆阀相连通；缓冲油路包括电磁球阀、缓冲溢流阀和单向阀，电磁球阀通过冲溢流阀、单向阀分别与两个缓冲缸的有杆腔相连通；检测系统包括倾角传感器、位移传感器和PLC控制器。作业人员通过倾角传感器、位移传感器检测到的数据，能够实时监测井架的起升角度和缓冲缸活塞杆的位移状况，进而通过PLC控制控制换向阀和电磁球阀的动作，实现井架自动缓冲。冲。冲。


技术研发人员：李广东 唐景文 张寒 魏孔财 梁红调 许红范
受保护的技术使用者：兰州兰石石油装备工程股份有限公司
技术研发日：2023.02.14
技术公布日：2023/8/19