专利名称：井控装置液气压元件检测系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种井控装置液气压元件检测系统，属于测量技术领域。
背景技术：
油气田的防喷器控制系统是多系统控制工作模式，各个分系统的工作状态是否处于良好，对防喷器的使用和控制至关重要的。而系统中大量使用液、气元件，只要一个环节出现故障将可能使井控作业失败。因此，现场井控作业中的控制可靠性成为最大的不确定因素，给油气生产过程带来井控风险。再则液压、气动传驱和控制系统在石油工程装备中特别是井控装置控制系统中占有极其重要的地位，其失效率比较高，经常需要维修。然而受诸因素的制约，国内绝大多数油田企业对液压、气动系统的修理仅停留在经验修理阶段，无法准确地把握故障点，各类液压元件修理无法判断是否达到规定的指标，仅将元件多次装入系统中进行在线试验，观察系统是否正常工作来进行判断。这种做法既不科学，也不安全， 更是费工费时，难以满足装备对快速保障的要求，极易造成重大损失。
发明内容针对上述现象，本实用新型提供一种井控装置液气元件综合检测设备，以满足涉及液压、气动元件设备检修的需要。技术解决方案是一种井控装置液气压元件检测系统，包括液压元件检测单元、气动元件检测单元、 电气控制单元、计算机数据采集处理单元；所述液压元件检测单元包括顺序连接的油箱、泵组、油液过滤器、液压方向控制器，以及被试阀件检测工作台、被试泵马达对拖装置和压力传感器，所述被试泵马达对拖装置配有模拟负载发生装置，所述液压方向控制器的出口连接被试阀件和被试泵，择一向被试阀件或被试泵供油；由压力传感器检测被试阀件或被试泵的试验压力；所述泵组包括并联的A高压泵机组、B高压泵机组、供油泵机组、控制泵机组；所述油箱配有温度控制器；所述气动元件检测单元报括顺序连接的空气压缩机组、空气过滤器、气体缓冲器、 空气干燥器、被试元件检测工作台，所述被试元件检测工作台配有模拟负载发生装置、增压机、压力传感器；由压力传感器检测被试元件的试验压力；所述计算机数据采集处理单元采集并处理上述压力传感器的信号数据，显示和记录输出信号；所述电气控制单元包括动力配电装置、PLC控制器、执行器；由动力配电装置向上述各单元的动力负载供电，由PLC控制器和执行器控制各单元的动力负载的工作顺序。用上述系统模拟液气动元件的实际工作状态进行离线检测，能准确判断元件的安全性能，克服了常规在线试验的弊端，既安全、又省时。
3[0012]图1是本实用新型的结构框图图2是液压元件检测单元的结构图图3是气动元件检测单元的结构图图4是油箱温度控制装置结构示意图图5是气体过滤器的结构示意图图6是动力配电图图7是部分PLC基本控制原理图图8是计算机数据采集与处理系统硬件配置框图图9是计算机软件流程图图2、图3中代号含义1、主油泵2、单向阀3、滤油器4、调速阀5、电磁换向阀 6、比例溢流阀7、温度传感器8、压力表9、压力传感器10、溢流阀 11、补油泵12、控制油泵13、流量计14、
微流量计15、被试泵16、被试马达17、单向阀组18、控温水箱19、冷却器20、被试油缸21、气驱三位四通转阀 22、电磁气体换向阀23、电磁截至阀24、压缩机 25、储气瓶26、过滤器27、干燥器28、增压机29、压力表30、压力传感器、31、温度传感器32、电磁截止阀33、气动截止阀 34、调速阀35、比例调压阀 36、流量计37、电磁换向阀38、被试气马达 39、马达输出轴连接器 40、被试气缸 41、单流阀。
具体实施方式
本系统由两大系统、六个单元组成，两大系统即液压元件检测系统和气动元件检测系统。六个单元是液压元件检测单元、气动元件检测单元、介质参数控制单元、电气控制单元、计算机数据采集处理单元和辅助装置。根据国内多家液气元件和井控装置系统生产厂家近几年来制造的同类设备和液气元件，对国内外生产相同试验装置的文献资料，技术参数，综合国内外液压元件检测设备的优点，设计适合井控装置控制系统和油田工程液气传驱设备中使用的液气元件检测的综合检测系统方案。参见图1，系统分为液压元件检测子系统、气动元件检测子系统和介质参数控制单元、计算机数据采集处理单元、电气控制单元、辅助装置六部分组成，其中(1)液压元件检测单元主要由以下几个部份组成油箱，A高压泵机组、B高压泵机组、供油泵机组，控制泵机组，油液过滤系统、液压方向控制系统、被试泵和马达对拖系统，模拟负载系统；(2)气动元件检测单元空气压缩机组、低压气体缓冲装置、模拟负载系统；(3)介质参数控制单元温度控制模块，油液过滤模块、气体过滤模块；(4)电气控制单元动力配电系统、PLC控制系统、执行系统；(5)计算机数据采集处理单元参数传感器、数字显示器、计算机及其软件；[0037](6)辅助装置工作房、测试工件载物工作台(液压元件载物工作台和气动元件载物工作台、控制室(含控制台)、工具备件台、液气工作接口组、备件部件固定平台、管道系统、吊装装置。系统通过管路，线路、气路、机械结构将各部件连接成整体，形成完善的系统。系统参数设计设计参数的确定是根据国内外石油工程企业能够涉及到的液、气压元件的类型和参数，确定液、气系统的设计参数如下系统泵站压力31. 5 MPa[0042]系统泵站流量>160L/min[0043]控制油源压力0-10 MPa[0044]控制油源流量15L/min[0045]供油压力0-3 MPa[0046]供油流量120L/min[0047]油液过滤精度< IOum[0048]冷却水流量>600L/min[0049]空气系统压力IMPa[0050]空气流量5500NL/min[0051]空气等熵指数1. 40[0052]空气过滤精度^ 0. 01[0053]空气露点-50 °C[0054]排气含油量>3ppm以上参数基本覆盖了石油工程设计油、气传驱和控制系统中所有液、气元件的额定工况。系统结构设计液压子系统设计，参见图2 (1)液压系统的方案确定根据液压元件试验标准中各试验回路进行综合设计，如图2所示检测系统的液压系统。系统可以实现液压泵，液压马达，液压阀和液压缸的出厂试验。(2)液压系统的工作原理Q换向阀试验。用阀板(板式阀)或管路(管式阀)将被试阀安装于系统中，将
被试换向阀5x替换系统中的阀5，阀的出液口分别与模拟负载油路的"A "、“B"相连。由柱塞油泵组成的系统泵站为其供油；通过油路中的4-1和4-2两个调速阀实现进口和旁路调速，控制进入被试阀的流量；由6-2调节阀的进口压力；用模拟负载油路中的10-3和10-4 两个溢流阀为其加载；由9-1、9-5和9-6、9-2分别采集换向阀的进出口压力和背压；由流量计13-2测量其流量；由7-1测量其进口油温。防喷器控制装置的气驱(或电驱)三位四通转阀试验时，由22控制气体方向驱动气缸使21转动换向，通过气体进出口压力传感器测量压差和阀柄臂长计算三位四通阀的开关力矩。对于板式安装和管式安装的阀测试时，分别接至5-1或5-2。[0062]②压力控制阀、流量控制阀和单向阀的试验。用阀板(板式阀)或管路(管式
阀)将被试阀安装于系统中，将被试阀5x替换阀5，使进口与调速阀4-1的出口相通，出口与比例溢流阀6-1 (开至最大)的进口相通。若试验分流阀，将其另一出口连到"L"位，打开截至阀23-1，用管路将其外控口与系统的"K" 口连接，由控制泵12为其提供控制油液。φ液压泵试验。将被试液压泵15χ取代系统中的15，由马达16驱动其转动。马
达的进出口与系统中的换向阀5的出油口相连，用补油泵11为被试泵提供进油；由6-3为其加载；由整流阀组17，实现被试泵正反转时的进出油，而不需要换向阀；由7-2测量被试泵的进出口油温；由9-3、9-4分别测量其进出口压力；由13-1测量其流量；由转速扭矩仪 "Μ"测量其转速和驱动功率。电动柱塞泵试验时，被试泵15-Χ替换油泵15，出口接测试回路，入口直接接到油箱吸油口 W或接到X端。(J)液压马达试验。将被试马达取代系统中的16，由泵15作为其输出轴负载；调
整6-3增建负载载荷；由换向阀5为其供油和换向；由9-1和9-2测量其进出口压力；由 13-2测量其出口流量；由微流量计14测量其泄漏量；由转速扭矩仪"Μ"测量其输出转速和功率。 油缸试验。将被试缸20的进出口和换向阀5的出口相连。调节4-1和4_2
改变其运动速度，由9-1和9-2测量其进口压力和背压。根据油缸试验国家标准，油缸出厂试验不包括对顶试验。气动子系统设计，参见图3 气动系统的工作原理φ气马达试验。被试气马达38进出口接至换向阀37-1出口，为被试马达供气，
切换阀37-1可改变进气方向使马达正反转；输出轴通过连接器39与液压系统油泵输入轴连接，驱动油泵15工作，负荷加载与油泵试验性同，调解流量阀35-2控制马达背压，通过 29-2、31-2测量入口压力和温度，29-3测量出口背压，36-1可以测量输入气体流量。运用系统可以检测气马达的输入功率、输出功率、最佳驱动气压、额定耗气量、气体流量与输出转速关系等。φ单、双向气缸试验。被试气缸17出入口接至电磁换向阀37-2的出口。通过
换向阀37-2换向，可使气缸不同方向进气。调节调速阀34-1、34-2调节气缸运动速度，调节35-1、35-2输入压力和被压，通过检测出入口压差可以得到气缸推力。@换向阀试验。用集成块(板式安装阀)或管路(管式阀)将被试阀安装于系统
中，替换换向阀37-2，被试阀的输出口分别与模拟负载气路的"Α "、“B"相连。通过气路中的345-1和34-2两个调速阀实现进口和旁路调速，控制进入被试阀的流量；由35-1调节阀的进口压力；用模拟负载气路中的35-3和35-4两个溢流阀为其加载；由30-2、30-4分别采集换向阀的进出口压力和背压；由流量计36-1测量其流量；由31-2测量其进口油温。@气液泵。气液泵进气口接37-3的“P” 口，出口接37-3的“T” 口，进油口接
油箱的“W”，出油口接油路系统的5-2 "T ”口，调节油路系统6-1加载，通过油路系8-2和 13-2测量气液泵排液压力和排量。通过30-2、36-1和液路系统的8_2、13_2测量数据，得到驱动气压一输出油压关系曲线和驱动气体流量一气液泵排出流量关系曲线。 流量控制阀。用集成块(板式阀)或管路(管式阀)将被试阀安装于系统
中，将被试阀进出口‘‘P”、‘‘T”分别接至阀37-3中的“P”、“Τ” 口，关闭电磁截止阀32-5，调节被试阀由36-2采集被试阀调制后的流量。 压力控制阀。用集成块(板式阀)或管路(管式阀)将被试阀安装于系统
中，将被试阀进出口“Ρ”、“τ”分别接至阀37-3中的“P”、“Τ” 口，打开电磁截止阀32-5，调节被试阀由30-4采集被试阀调制后的压力。φ单流阀试验。用集成块(板式阀)或管路(管式阀)将被试阀安装于系统
中，将被试阀进出口分别接至阀37-2中的“P”、“Τ” 口，打开电磁截止阀32-5，使口直通大气，使37-2换向，检测单流阀流向和空压能力。 对于气控阀、先导阀等控制口接到可以调制压力的“Κ-1” 口 ；试验分流阀则可
将其另一出口连到系统中“L-1” 口，用管路将其外控口与系统的"K-l〃 口连接，由外控气路提供控制压力气体；电磁阀试验，电磁阀由调制电路专门供电。气源采用井控中心现有的气密封驱动气源满足供气条件。介质净化控制系统设计参见图4，试验介质在运行极易污染，污染的介质对系统和被试元器件影响较大， 为了消除系统精度降低几率和对被试件的损坏，要求对介质进行处理达到标准要求的指标，设计在系统中包含介质温度控制模块，油液过滤模块、气体过滤模块。(1)温度控制模块。影响结果最大的是介质温度，通过冷却系统对介质降温。通过油路换热器将油液压系统中产生的高温释放在循环水中，从而降低液路油液温度，降低高温油进入油箱产生气泡，避免吸油泵吸入含气油液影响系统检测精度。设计为主动循环系统，水泵将水从水罐泵入油路换热器中，从换热器出口排出经过散热器回到水罐，根据换热器中温度传感器检测到的温度达到设定的允许温度极限时，自动启动水泵和散热器风扇进行水路循环，需要特殊温度处理时起动水泵和高速冷热机产生所需温度。(2)油液过滤模块。油液中固体悬浮物对系统危害极大，容易使阀件密封失效，系统设计在泵吸入口连接过滤器，出口连接高精度过滤器，保证工作液清洁，减少系统故障和被试阀的测试不真实。(3)气体过滤模块。气动元件对气体质量要求很高，设计采用标准7-5-3三级过滤，滤出小于0. 01 μ m颗粒，控制含油量小于3ppm。采用微温干燥或低温冷冻干燥器驱除工作气体的水分，要求达到露点小于常压_40°C。其结构见图5。电气控制系统设计(1)动力配电系统设计总配电功率65千瓦，其中主油泵20千瓦(被试电动油泵16千瓦可与共用电源)、 供油泵3千瓦、空气组40千瓦。见图6。(2)控制用可编程控制器(PLC)控制系统采用PLC编程控制，主要控制对象有泵的起停、阀件开关、换向、压力调节， 设计要求控制点数点，其中液泵控制10个点，阀控制开关20个，压风机控制开关2个，调压阀、流量阀控制模拟量点18个，气缸动作开关4个，信号控制40个，其他控制点30个，共 120个控制点。数据采集选用扩展模拟量采集模块和数字量采集模块。部分基本原理见图 7。计算机数据采集与处理系统(1)硬件配置依据液压元件出厂试验的相关国家标准和行业标准，设计计算机数据采集与处理系统，完成试验项目的数据采集，数据处理和报表打印等任务。该检测系统的计算机数据采集与处理系统的硬件配置如图8所示。①主主机与外设。系统设计采用工业控制计算机作为测量、数据处理的中心，选用一台打印机，完成检验报表的打印，配置Internet接入模块和线路实现数据通过Internet 进行远传。@传感器及测量放大器。传感器及测量放大器的选择是确保测试系统准确度的关键。选择因素如下a、技术成熟，性能可靠，满足试验室测试环境的要求(耐压，耐油，抗污，环境影响因素小，参数稳定)。b、由于计算机可对测试系统的非线性作必要的修正，故在选择传感器及测量放大器时要重点考虑稳定性，重复性，迟滞等指标。综合误差要小于标准要求。C、考虑传感器输出信号的长距离传送(IOm以上)，传感器均含前置放大器，以提高信噪比。信号传输电缆均采用屏蔽线，并合理布线。各传感器均配置二次仪表，同时监测各试验参数。并具有模拟数字量输出，便于计算机组成自动测试系统。二次仪表外形符合国际标准，美观清晰，便于安装。φ测量接口。根据被测量的电输出形式，测量接口可分为模拟通道，数字通道等。
数字通道因具有良好的抗干扰性，准确度及可溯源性，系统主要采用。而模拟通道又具有较高的动态特性，在测试元件的动态性能时被选用。a、数字量测量接口。为采集由数显二次仪表输出的B⑶码，采用8位数字光电隔离输入电路作为一路数字量测量通道或采用分配器分别传送到二次仪表和采集模块。共32 路通道，计算机通过这样的接口通道采集到的数据，与二次仪表的显示完全一致。因此，整个测试系统的误差完全取决于传感器及二次仪表的测量误差。b、模拟量测量接口。采用12位A/D转换器，采样速率最高为100kHz，并配高精度的程控放大器。测量通道可达M路。C、RS-232接口。转矩，转速二次仪表配有标准RS-232接口，计算机通过该接口， 完成转矩、转速信号的采样测量。@测控操作台。为合理安装、布线，保证硬件设备稳定可靠的运行环境并已于维护，将数显二次仪表及计算机数据采集接口端子板凳安装于测控操作台上。 抗干扰措施a、采用净化隔离电源；b、对信息传输通道采取屏蔽、隔离、滤波等技术；C、合理接地。a、开关量控制通道。选用光电隔离开关量输出接口板及进口继电器，与被控制电磁阀的换向、复位，以及传感器的切换等功能。共36个通道。b、模拟量控制通道。选用12位A/D转换器接口板，与比例阀自控输入端相连，实现计算机对各试验压力的控制调节，共计20个通道。(2)软件设计数据采集和处理软件在组台软件平台上进行二次开发控件和驱动程序，满足系统工作，界面设计为标准的Windows风格，采用下拉式菜单对各功能管理；用结构查询语言 SQL管理数据报表用Crystal Repront3. 0生成器制作，查询方法灵活，历史数据回访，自动生成曲线。程序流程见图9。辅助单元设计辅助单元主要是工作房、测试工件载物工作台(液压元件载物工作台和气动元件载物工作台、控制室(含控制台)、工具备件台、液气工作接口组、备件部件固定平台、管道系统、吊装装置。系统通过管路、线路、气路、机械结构将各部件连接成整体，形成完善的系统。安全环保设计安全环保设计参考井控中心原有的气密封检测系统的设计方法。液、气测试系统主要安全危害是由于介质为高压液路和压缩空气容器和管路，是系统的主要危害源，设计的目的是保障系统的安全和作业人员的人身安全。本设计在设备选型，系统安全装置配置应作充分考虑，有效保证系统防暴性能，保证了系统运行安全。在设备选型和系统极配上采取较大的工作余量，设计标称压力应为工作压力的 1.5倍。管路和阀件远大于工作压力，其标称压力大于工作压力2. 5-3倍。在系统结构上进一步充分考虑系统保障，在管路上设计配置安全阀和压力继电器等措施，实现自动瞬间关断的保护措施，同时保证在高压气体超过安全值时，自动泄压以进一步保证系统安全。为减少比较危险的高压管路的发生意外爆裂、爆炸、电路漏电等危及人身安全。全部管路、电线电缆均采取加盖地沟布置，同时防止维修保养时绊倒作业人员、防止工具材料砸坏管路部件和电缆。全部设备、机壳全部按标准要求安装接地线，供电和照明电路、信号线路进出安装漏电保护装置和防雷器，保证设备和人员安全。系统配置采用方式不同级别的声、光状态报警，提醒作业人员和相关人员，但主控室应避免过多而杂乱的报警，引起操作人员的不安和烦躁情绪。系统设计自动故障检测诊断系统。运行中可能出现的人因差错。为了减少人因差错，首先，系统瞬时采取自动化关断，给操纵员留下更多的诊断和决策时间，以减轻他们的心理压力。其次，改进系统的人机接口设计，特别是控制室的设计，尽量减少错误判断的概率，缩短人员的响应时间。环保设计本系统影响环境的因素主要有气泵、气马达噪音、少量的含油污水、电磁辐射。由于本项目安装位置周围没有医院、学校、机关、科研单位、住宅等敏感建筑物，离最近的居民和外部有人活动的地方距离大于150米。可以不考虑噪声对外部环境的影响，但应考虑对本系统作业人员和场内其它作业人员的噪声伤害。第二、系统设备产生的含油污水，由于量较小，经污水处理装置可以处理达标排放。电磁辐射主要产生于大功率电动机、电控箱和控制系统主控台，主要考虑对系统操作员影响。(1)噪声污染防治本系统最大噪声来源中液泵工作噪声和试验气马达、放气阀测试噪声排放气体的啸叫声。减少噪声对工作人员的伤害，在测试台上设计防护盖，并在设备房建造布局、结构上考虑隔离和改善噪声对作业人员的影响。建筑按功能区分为高噪音区、较低噪音噪音区和隔音区，检测室与中控室分离，并将高噪音的实验装置室远离中控室，噪音经过双钢花玻璃隔墙并相距大于4米。(2)少量含油污水运行和维护产生的含油污水，通过地沟排到现有的污水处理系统进行有效的处理，使污水排放达到国家环保排放标准。对于被试设备要求在入坑前，进行清洁处理，少量附着油污在水处理装置中分离。(3)气体测试排气采取水相隔噪的方法消除气体啸叫噪声。(4)电磁辐射电磁辐射主要产生在高压电路和大功率电机工作时所发出的电磁波、控制台计算机系统外散的电磁辐射。防治办法是在建造操作室时，用0. 6mm吸波硅橡材料直接贴于操作人员前后地板表面，用来吸收电磁波频率为1. OMHz-5000MHz电磁波，可消除电磁辐射波80%以上保护操作员不受电磁辐射。
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权利要求1.一种井控装置液气压元件检测系统，包括液压元件检测单元、气动元件检测单元、电气控制单元、计算机数据采集处理单元；所述液压元件检测单元包括顺序连接的油箱、泵组、油液过滤器、液压方向控制器，以及被试阀件检测工作台、被试泵马达对拖装置和压力传感器，所述被试泵马达对拖装置配有模拟负载发生装置，所述液压方向控制器的出口连接被试阀件和被试泵，择一向被试阀件或被试泵供油；由压力传感器检测被试阀件或被试泵的试验压力；所述气动元件检测单元报括顺序连接的空气压缩机组、空气过滤器、气体缓冲器、空气干燥器、被试元件检测工作台，所述被试元件检测工作台配有模拟负载发生装置、增压机、 压力传感器；由压力传感器检测被试元件的试验压力；所述计算机数据采集处理单元采集并处理上述压力传感器的信号数据，显示和记录输出信号；所述电气控制单元包括动力配电装置、PLC控制器、执行器；由动力配电装置向上述各单元的动力负载供电，由PLC控制器和执行器控制各单元的动力负载的工作顺序。
2.如权利要求1所述的井控装置液气压元件检测系统，其特征在于，所述泵组包括并联的A高压泵机组、B高压泵机组、供油泵机组、控制泵机组。
3.如权利要求1所述的井控装置液气压元件检测系统，其特征在于，所述油箱配有温度控制器。
专利摘要一种井控装置液气压元件检测系统，包括液压元件检测单元、气动元件检测单元、电气控制单元、计算机数据采集处理单元；模拟液气动元件的实际工作状态进行离线检测，能准确判断元件的安全性能，克服了常规在线试验的弊端，既安全、又省时。
文档编号F15B19/00GK202108810SQ20112021101
公开日2012年1月11日 申请日期2011年6月22日 优先权日2011年6月22日
发明者吕玉胜, 彭兵, 方晓庆, 杨军, 杨勇, 王勋, 鄢智, 钟建明 申请人:中国石化集团西南石油局, 中国石油化工集团公司