半主动式升沉补偿装置主动补偿部分液压控制系统.pdf

本发明公开了一种半主动式升沉补偿装置主动补偿部分液压控制系统，等速液压缸与高频响比例阀连接，等速液压缸与高频响比例阀之间并联有电磁两位通断阀，等速液压缸与高频响比例阀之间的进出口管路上分别连接有一压力检测单元；在高频响比例阀的a接口与b出口之间、c接口与b出口之间分别并联有一组先导型电磁溢流阀；高频响比例阀的b出口通过单向阀一与回油过滤器连通；高频响比例阀的a接口与c接口分别通过一个单向阀二后合为一路后与辅助液压泵、辅助电机和辅助泵溢流阀连通；高频响比例阀的d出口通过管线与主机单元连通，回油箱内设有风冷装置、空气过滤器、液位计和温度计。本发明的装置，响应速度快、精度高、操作简便、成本低。

1.  一种半主动式升沉补偿装置主动补偿部分液压控制系统，其特征在于：包括等速液压缸(6)，等速液压缸(6)通过进出口管路与高频响比例阀(4)连接，在等速液压缸(6)与高频响比例阀(4)之间的进出口管路上并联有电磁两位通断阀(20)，同时，在等速液压缸(6)与高频响比例阀(4)之间的进口管路上连接有压力检测单元二(22)，在等速液压缸(6)与高频响比例阀(4)之间的出口管路上连接有压力检测单元三(23)；
在高频响比例阀(4)的a接口与b出口之间并联有一组先导型电磁溢流阀(5)，在高频响比例阀(4)的c接口与b出口之间并联有另一组先导型电磁溢流阀(5)；
高频响比例阀(4)的b出口通过单向阀一(19)与回油过滤器(8)连通；
高频响比例阀(4)的a接口与c接口分别通过一个单向阀二(25)后合为一路，该路管线上安装有压力表(27)，该路管线同时与辅助液压泵(12)、辅助电机(13)和辅助泵溢流阀(15)连通；
高频响比例阀(4)的d出口通过管线与主机单元连通，其中的任一个主机单元结构是，包括调压变量泵(1)和电磁比例溢流阀(2)，调压变量泵(1)、压力检测单元一(21)和溢流阀(3)同时与高频响比例阀(4)的d出口连通，溢流阀(3)再与回油过滤器(8)连通；调压变量泵(1)与电磁比例溢流阀(2)控制连接，调压变量泵(1)的另外两个出口分别与主电机(10)及吸油过滤器(7)连接；
吸油过滤器(7)和回油过滤器(8)均安装在回油箱中，在回油箱底部设置有球阀(16)，在回油箱内还设置有风冷装置(9)、空气过滤器(17)、 液位计(11)和温度计(18)。

2.  根据权利要求1所述的半主动式升沉补偿装置主动补偿部分液压控制系统，其特征在于：在浮动平台或钻井船合适位置设置有加速度传感器(26)。

3.  根据权利要求1和2所述的半主动式升沉补偿装置主动补偿部分液压控制系统，其特征在于：
所述的主机单元、辅助液压泵(12)、辅助电机(13)、辅助泵溢流阀(15)、压力表(27)、和回油箱一起称为液压站模块(14)；
所述的高频响比例阀(4)、先导型电磁溢流阀(5)、电磁两位通断阀(20)、压力检测单元二(22)、压力检测单元三(23)和单向阀二(25)一起称为比例阀组模块(24)；
所述的加速度传感器(26)、液压站模块(14)、比例阀组模块(24)中的电气部件各自与电控系统信号连接。

半主动式升沉补偿装置主动补偿部分液压控制系统
技术领域
本发明属于机电控制技术领域，涉及一种半主动式升沉补偿装置主动补偿部分液压控制系统。
背景技术
目前海上浮式钻井平台钻井作业配套的波浪升沉补偿装置大多为被动补偿+主动补偿型式，其主动补偿部分液压控制系统的设计多为“伺服阀+恒压泵”的控制模式，存在液压油清洁度要求高、系统压降大、发热严重、成本昂贵、总功率配备高等问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种半主动式升沉补偿装置主动补偿部分液压控制系统，解决了现有技术中存在液压油清洁度要求高、系统压降大、发热严重、成本昂贵、总功率配备高的问题。
本发明所采用的技术方案是，一种半主动式升沉补偿装置主动补偿部分液压控制系统，包括等速液压缸，等速液压缸通过进出口管路与高频响比例阀连接，在等速液压缸与高频响比例阀之间的进出口管路上并联有电磁两位通断阀，同时，在等速液压缸与高频响比例阀之间的进口管路上连接有压力检测单元二，在等速液压缸与高频响比例阀之间的出口管路上连接有压力检测单元三；
在高频响比例阀的a接口与b出口之间并联有一组先导型电磁溢流阀，在高频响比例阀的c接口与b出口之间并联有另一组先导型电磁溢流阀；
高频响比例阀的b出口通过单向阀一与回油过滤器连通；
高频响比例阀的a接口与c接口分别通过一个单向阀二后合为一路，该路管线上安装有压力表，该路管线同时与辅助液压泵、辅助电机和辅助泵溢流阀连通；
高频响比例阀的d出口通过管线与主机单元连通，其中的任一个主机单元结构是，包括调压变量泵和电磁比例溢流阀，调压变量泵、压力检测单元一和溢流阀同时与高频响比例阀的d出口连通，溢流阀再与回油过滤器连通；调压变量泵与电磁比例溢流阀控制连接，调压变量泵的另外两个出口分别与主电机及吸油过滤器连接；
吸油过滤器和回油过滤器均安装在回油箱中，在回油箱底部设置有球阀，在回油箱内还设置有风冷装置、空气过滤器、液位计和温度计。
本发明的半主动式升沉补偿装置主动补偿部分液压控制系统，其特征还在于：
在浮动平台或钻井船合适位置设置有加速度传感器。
主机单元、辅助液压泵、辅助电机、辅助泵溢流阀、压力表、和回油箱一起称为液压站模块；高频响比例阀、先导型电磁溢流阀、电磁两位通断阀、压力检测单元二、压力检测单元三和单向阀二一起称为比例阀组模块；加速度传感器、液压站模块、比例阀组模块中的电气部件各自与电控系统信号连接。
本发明的有益效果是，响应速度快、精度高、操作简便、能耗低、成本低。
附图说明
图1是本发明液压控制系统原理示意图。
图中，1.调压变量泵，2.电磁比例溢流阀，3.溢流阀，4.高频响比例阀，5.先导型电磁溢流阀，6.等速液压缸，7.吸油过滤器，8.回油过滤器，9.风冷装置，10.主电机，11.液位计，12.辅助液压泵，13.辅助电机，14.液压站模块，15.辅助泵溢流阀，16.球阀，17.空气过滤器，18.温度计，19.单向阀一，20.电磁两位通断阀，21.压力检测单元一，22.压力检测单元二，23.压力检测单元三，24.比例阀组模块，25.单向阀二，26.加速度传感器，27.压力表。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
参照图1，本发明的结构是，包括等速液压缸6，等速液压缸6通过进出口管路(即图1中的管路Ⅰ和管路Ⅱ)与高频响比例阀4连接，在等速液压缸6与高频响比例阀4之间的进出口管路上并联有电磁两位通断阀20，同时，在等速液压缸6与高频响比例阀4之间的进口管路(管路Ⅰ)上连接有压力检测单元二22，在等速液压缸6与高频响比例阀4之间的出口管路(管路Ⅱ)上连接有压力检测单元三23；
在高频响比例阀4的a接口与b出口之间并联有一组先导型电磁溢流阀5，在高频响比例阀4的c接口与b出口之间并联有另一组先导型电磁溢流阀5；
高频响比例阀4的b出口通过单向阀一19与回油过滤器8连通；
高频响比例阀4的a接口与c接口分别通过一个单向阀二25后合为一路，该路管线上安装有压力表27，该路管线同时与辅助液压泵12、辅助电机13和辅助泵溢流阀15连通；
高频响比例阀4的d出口通过管线与主机单元连通，主机单元的数量根据补偿能力的要求配套，其中的任一个主机单元结构是，
包括调压变量泵1和电磁比例溢流阀2，调压变量泵1、压力检测单元一21和溢流阀3同时与高频响比例阀4的d出口连通，溢流阀3再与回油过滤器8连通；
调压变量泵1与电磁比例溢流阀2控制连接，调压变量泵1的另外两个出口分别与主电机10及吸油过滤器7连接；
吸油过滤器7和回油过滤器8均安装在回油箱中，在回油箱底部设置有球阀16，在回油箱内还设置有风冷装置9、空气过滤器17、液位计11和温度计18；另外，在浮动平台或钻井船合适位置设置有加速度传感器26。
上述的主机单元、辅助液压泵12、辅助电机13、辅助泵溢流阀15、压力表27、和回油箱一起称为液压站模块14。液压站模块14作用是：①满足主动补偿系统对液压油流量、压力等要求；②根据压力反馈信号调节调压变量泵1的输出压力；③根据高频响比例阀4流量需求，调压变量泵1流量自适应。
上述的高频响比例阀4、先导型电磁溢流阀5、电磁两位通断阀20、压力检测单元二22、压力检测单元三23和单向阀二25一起称为比例阀组模块24。比例阀组模块24用于控制输入等速液压缸6液压油流量，满足不同工况下等速液压缸6的正常工作。
等速液压缸6用于将液缸作用力施加到主动补偿工作中，满足主动补偿系统对于补偿力和补偿速度的要求。
上述的加速度传感器26、液压站模块14、比例阀组模块24中的电气部件各自与电控系统信号连接，接受统一协调的控制。
加速度传感器26发出电信号，电控系统控制高频响比例阀4工作油口及开口大小，调压变量泵1自适应调节输出流量；
压力检测单元二22、压力检测单元三23发出电信号，电控系统控制电磁比例溢流阀2调节调压变量泵1工作压力；
单向阀一19，使得等速液压缸6两端液压油在主动补偿系统停止工作状态下保持一定背压，避免等速液压缸6缺油吸空；
电磁两位通断阀20在主动补偿停止工作时，使得等速液压缸6两端油口管线相连通，使其能够与被动补偿缸正常运动，避免附加过大载荷导致损坏等速液压缸6；
辅助液压泵12输出低压液压油，通过单向阀二25向等速液压缸6两端供给液压油，避免等速液压缸6吸空现象发生；
先导型电磁溢流阀5在仅有被动补偿系统工作时处于泄荷状态，保证等速液压缸6低压运动，在主动补偿与被动补偿同时工作时，限制等速液压缸6的最大工作压力，避免憋压破坏等速液压缸6。
本发明的工作原理是，
等速液压缸6在主动补偿系统与被动补偿系统同时工作时与钻井平台随海浪上下波动，通过获取加速度传感器26发出的信号，电控系统分析后控制高频响比例阀4的工作油口及各个接口的开口大小，保证等速液压缸6对于液压油流量的需求，此时电磁两位通断阀20应处于断开状态，先导型电磁溢流阀5处于安全阀工作状态，溢流阀3工作压力设置应略高于调压变量泵1输出压力，电控系统通过读取压力检测单元二22、压力检测单元三23的压力值，反馈给电磁比例溢流阀2，通过调节电磁比例溢流阀2来改变调压变量泵1液压油工作压力，达到节能降耗的作用。
等速液压缸6在仅有被动补偿系统参与补偿作业时与被动补偿缸随动，尽可能减少等速液压缸6由于结构因素施加于被动补偿系统的反作用力，以 及避免损坏等速液压缸6，此时调压变量泵1处于停止工作状态，高频响比例阀4处于中位，电磁两位通断阀20处于连通状态，保证等速液压缸6两端油口相通，先导型电磁溢流阀5处于卸荷状态，使其两端液压油压力降至最低，辅助液压泵12持续为等速液压缸6两端油口提供低压液压油，以克服由于等速液压缸6两端受力面积细微差引起的不利影响。