CN106593976B - 钻机液压绞车试验台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钻机液压绞车试验台，其包括：PLC控制器；工控机；具有两台互为负载绞车及被测绞车的液压绞车的液压***；以及能够对被测绞车的液压绞车进行性能测试并能够按照测试需求进行负载绞车、被测绞车互换的测试回路；所述测试回路包括与负载绞车相连接并能够为试验台提供可调负载力的加载子回路；与所述被测绞车相连接并能够对被测绞车进行测试驱动的驱动子回路；用于控制所述液压***的介质清洁度及***油温的回油管路以及能够实现负载绞车及被测绞车互换并开启相应液压绞车所对应的停车制动器的辅助子回路。本发明不仅能够提供准确可靠的试验数据，而且结构简单，易于操作，具有高效能及长时间不间断工作的特性。

Description

钻机液压绞车试验台

技术领域

本发明涉及石油钻机装备制造技术领域，具体的说是涉及一种针对石油钻机液压绞车的性能进行测试试验的装备。

背景技术

绞车是整个钻机的核心部件，是钻机三大工作机之一，其直接决定着钻机钻进能力。绞车在钻井过程中具有起下钻具、下套管、控制钻进过程、钻压过程和整体起立井架等功能。在采油过程中，绞车是起下油管和泵等作业的常用设备。而以液压作为动力源的绞车，以其结构简单、操作容易、维护方便、较小振动和冲击以及无限调速等优势，广泛应用于石油钻机中。由此可鉴，液压绞车在整个钻机设备中举足轻重，其性能的优劣、可靠性和安全性对于保证整个钻机设备安全平稳的正常运行起着至关重要的作用。

但是目前现有的各以液压作为动力源的绞车均存在不同的缺陷，如专利号CN200910050264.7，名称为液压起网绞车能量回收试验台的专利中，其提供的是一种液压起网绞车能量回收试验台，用于液压起网绞车进行寿命试验和性能测试。但是这种装置首先只是针对起网绞车本身特有的工况和机构，设计的试验液压***，其并不适合其他用途的绞车的质量检验和可靠性试验；其次，这种装置采用的能量回收回路中加载马达和被测马达的选型需要匹配；再者，加载回路的压力会受到被测马达驱动回路压力变化的影响，从而影响测试效果；另如专利号CN201610296383.0，名称为双马达型液压起网绞车能量回收试验台的专利中，其提供的是一种双马达型液压起网绞车能量回收试验台，其专门用于液压起网绞车进行质量检验及可靠性试验，但是这种装置是仅能解决单马达排量的变化范围不能满足全部***加载测试要求这一问题即对加载马达和被测马达选型匹配问题进行了改善，但仍未解决诸如加载回路的压力会受到被测马达驱动回路压力变化的影响，从而影响测试效果等问题。

发明内容

鉴于已有技术存在的缺陷，本发明的目的是要提供一种钻机液压绞车试验台，以满足目前钻机液压绞车总成性能和出厂试验的需求。

为了实现上述目的，本发明的技术方案：

一种钻机液压绞车试验台，其特征在于，包括：

PLC控制器；

工控机；

具有两台互为负载绞车及被测绞车的液压绞车的液压***；

以及能够对被测绞车的液压绞车进行性能测试并能够按照测试需求进行负载绞车、被测绞车互换的测试回路；所述测试回路包括与负载绞车相连接并能够为试验台提供可调负载力的加载子回路；与所述被测绞车相连接并能够对被测绞车进行测试驱动的驱动子回路；分别与所述加载子回路及驱动子回路相连接、用于控制所述液压***的介质清洁度及***油温的回油管路以及能够实现负载绞车及被测绞车互换并开启相应液压绞车所对应的停车制动器的辅助子回路。

进一步的，作为本发明的优选方案

所述加载子回路包括：

连接油箱及负载绞车，用于在恒定的压力下为负载绞车补充所需的油液的补油泵；

一端与油箱连接，另一端连接在补油泵与负载绞车之间管路上，用于作为安全阀的第一溢流阀；

设置于补油泵与负载绞车之间管路上，用于检测补油泵出口压力的第一压力变送器；

与负载绞车连接，用于检测负载绞车的液压马达出口流量的第一流量计；

与第一流量计连接的第二溢流阀；

设置于第二溢流阀与第一流量计之间管路上，用于检测负载绞车负载力大小的第二压力变送器；

与所述第二溢流阀连接，用于作为第二溢流阀的先导阀并与所述第二压力变送器、PLC控制器以及工控机连接以构成压力闭环控制***的比例溢流阀。

进一步的，作为本发明的优选方案

所述驱动子回路包括：

与被测绞车连接，用于控制被测绞车进行转向和停止动作的电液换向阀；

与油箱连接，用于作为安全阀的电磁溢流阀；

与电液换向阀、被测绞车连接，用于检测被测绞车的液压马达进口压力的第三压力变送器；

与电液换向阀、被测绞车连接，用于检测被测绞车的液压马达出口压力的第四压力变送器；

以及电液换向阀与被测绞车之间管路上，用于检测被测绞车的液压马达出口流量的第二流量计；

以及与油箱连接，同时与第二流量计、PLC控制器以及工控机连接，以构成流量闭环控制***的作为动力源的电机泵组。

进一步的，作为本发明的优选方案

所述回油管路作为驱动子回路、加载子回路的共用油路，其包括：

与油箱连接，用于控制整个试验台内油液清洁度的回油过滤器；

与油箱连接，用于检测油温并输出检测数据的电接点温度计；

与回油过滤器连接，用于冷却油液的管式水冷却器；

以及与管式水冷却器连接，用于控制冷却循环水的开启与关闭的电磁水阀。

进一步的，作为本发明的优选方案

所述辅助子回路包括：

分别与负载绞车、被测绞车连接，用于控制负载绞车或被测绞车所对应的停车制动器开关的电磁换向阀；

与电磁换向阀连接，用于调节负载绞车或被测绞车所对应的停车制动器输出力矩大小的减压阀；

以及若干连接为试验台各元件之间的连接件。

进一步的，作为本发明的优选方案

所述补油泵采用恒压变量叶片泵。

进一步的，作为本发明的优选方案

所述电机泵组至少包括定量柱塞泵、变频器以及电机。

进一步的，作为本发明的优选方案

所述连接件至少包括快换接头、球阀以及胶管。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1、本发明通过运用电液比例技术、计算机辅助测试技术等，保证了试验台测试工作准确高效，同时，便于实验人员对整个试验过程的把控和数据的记录分析整理；

2、本发明采用变量组件和变频组件来减少不必要的发热，并采用水冷形式控制油温，保证在进行大批量绞车试验时，使得试验台能够长时间不间断的正常工作；

3、本发明采用两台液压绞车“背对背”试验形式，并利用快换接头、高压球阀等连接件组成相应的液压连接管路，可以使两台液压绞车在负载和被测状态随时转换，进而具有结构简单，操作简便，大大提高了试验效率的优点；同时也增强的试验台的柔性，满足该系列钻机液压绞车的性能和出厂试验的要求。

附图说明

图1为本发明所述试验台原理图。

1、油箱，2、补油泵，3、第一溢流阀，4、减压阀，5、第二溢流阀，6、第一球阀，7、第二球阀，8、电液换向阀，9、电机泵组，10、回油过滤器，11、电接点温度计，12、电磁水阀，13、管式水冷却器，141、第一流量计，142、第二流量计，15、比例溢流阀，16、第一压力变送器，171、第二压力变送器，172、第三压力变送器，173、第四压力变送器，18、第一快换接头，19、第二快换接头，20、电磁溢流阀，21、电磁换向阀，22、放油球阀，23、止回阀，24、单向阀，25、水过滤器，26、蝶阀，27、液位计，28、空气滤清器，29、测压软管，30、压力表，31、胶管，F、绞车转动方向。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明设计了一种基于“背对背”管路结构即液压***采用两台可以互为负载和被测绞车的液压绞车以及测试回路上实现液压绞车总成性能及出厂试验，其对应的内容包括：停车制动器性能试验、绞车拉力试验(停车制动测试)、绞车模拟吊重试验(包括：负载跑合试验、绞车提升速度测试、离合器换挡调试、液压马达切换调试、压绳器测试)等。

具体的，本发明所述试验台其特征在于，包括：PLC控制器；工控机；具有两台互为负载绞车及被测绞车的液压绞车的液压***；以及能够对被测绞车的液压绞车进行性能测试并能够按照测试需求进行负载绞车、被测绞车互换的测试回路；所述测试回路包括与负载绞车相连接并能够为试验台提供可调负载力的加载子回路；与所述被测绞车相连接并能够对被测绞车进行测试驱动的驱动子回路；分别与所述加载子回路及驱动子回路相连接、用于控制所述液压***的介质清洁度及***油温的回油管路以及能够实现负载绞车及被测绞车互换并开启相应液压绞车所对应的停车制动器的辅助子回路。

进一步的，作为本发明的优选方案

所述加载子回路包括：连接油箱1及负载绞车，用于在恒定的压力下为负载绞车补充所需的油液的补油泵2；一端与油箱1连接，另一端连接在补油泵2与负载绞车之间管路上，用于作为安全阀的第一溢流阀3；设置于补油泵2与负载绞车之间管路上，用于检测补油泵出口压力的第一压力变送器16；与负载绞车连接，用于检测负载绞车的液压马达出口流量的第一流量计141；与第一流量计连接的第二溢流阀5；设置于第二溢流阀与第一流量计之间管路上，用于检测负载绞车负载力大小的第二压力变送器171；与所述第二溢流阀连接，用于作为第二溢流阀的先导阀并与所述第二压力变送器、PLC控制器以及工控机连接以构成压力闭环控制***的比例溢流阀15，以为试验台提供稳定可调的负载力；

所述驱动子回路包括：与被测绞车连接，用于控制被测绞车进行转向和停止动作的电液换向阀8；与油箱连接，用于作为安全阀的电磁溢流阀20；与电液换向阀、被测绞车连接，用于检测被测绞车的液压马达进口压力的第三压力变送器172；与电液换向阀、被测绞车连接，用于检测被测绞车的液压马达出口压力的第四压力变送器173；以及电液换向阀与被测绞车之间管路上，用于检测被测绞车的液压马达出口流量的第二流量计142；以及与油箱连接，同时与第二流量计、PLC控制器以及工控机连接，以构成流量闭环控制***的作为动力源的电机泵组9，以输出恒定可调的流量，进而控制被测液压绞车的转速，使其具有响应速度快，高效节能等优点；

所述回油管路作为驱动子回路、加载子回路的共用油路，其包括：与油箱连接，用于控制整个试验台内油液清洁度的回油过滤器10；与油箱连接，用于检测油温并输出检测数据完成发讯操作的电接点温度计11；与回油过滤器连接，用于冷却油液的管式水冷却器13；以及与管式水冷却器连接，用于控制冷却循环水的开启与关闭的电磁水阀12；所述管式水冷却器13、电磁水阀12、电接点温度计11等元件构成水冷回路，用以控制***油温，保证试验台能够长时间不间断的工作；

所述辅助子回路包括：分别与负载绞车、被测绞车连接，用于控制负载绞车或被测绞车所对应的停车制动器开关的电磁换向阀21；与电磁换向阀连接，用于调节负载绞车或被测绞车所对应的停车制动器输出力矩大小的减压阀4；以及若干连接为试验台各元件之间的连接件。

进一步的，作为本发明的优选方案

所述补油泵采用恒压变量叶片泵，其变量机构能够达到节能的效果。

进一步的，作为本发明的优选方案

所述电机泵组至少包括定量柱塞泵、变频器以及电机。

进一步的，作为本发明的优选方案

所述连接件至少包括第一快换接头18、第二快换接头19、第一球阀6、第二球阀7以及胶管31，本发明通过多个连接件组成相应的液压连接管路，可以使两台液压绞车在负载和被测状态随时转换。

基于上述各方案，则本发明所述试验台具体实例为：如图1，试验台包括工控机(图中未示出)、PLC控制器(图中未示出)、油箱1、补油泵2、第一溢流阀3、减压阀4、第二溢流阀5、若干第一球阀6、若干第二球阀7、电液换向阀8、电机泵组9、回油过滤器10、电接点温度计11、电磁水阀12、管式水冷却器13、第一流量计141、第二流量计142、比例溢流阀15、第一压力变送器16、第二压力变送器171、第三压力变送器172、第四压力变送器173、第一快换接头18、若干第二快换接头19、电磁溢流阀20、电磁换向阀21、被置于油箱侧的放油球阀22、若干止回阀23、若干单向阀24、水过滤器25、若干蝶阀26、被置于油箱侧的液位计27、被置于油箱侧的空气滤清器28、测压软管29、若干压力表30、若干胶管31。

则所述试验台具体实例对应的测试过程包括：

1.停车制动器性能测试:

1.1停车制动器密封性试验：

通过工控机、PLC控制器启动动力源-电机泵组9，并通过其内的变频器使电机泵组9输出较小的流量；通过控制电磁换向阀21得电换向，并调整减压阀4输出试验所需要的压力；此时，关闭第二球阀7；一定时间内，如10分钟内，通过第四压力变送器173观察压力，并不允许压力出现下降。

1.2停车制动器开启压力检测：

通过工控机、PLC控制器启动动力源-电机泵组9，并通过其内的变频器使电机泵组9输出较小的流量；通过控制电磁换向阀21得电换向，并调整减压阀4使压力逐渐增加，直到在一定扭矩下绞车手动可以旋转输入轴为止，正反方向(见图中的F)各两次，并记录此时压力值。

2.绞车拉力试验

2.1静态测试：

启通过工控机、PLC控制器启动动力源-电机泵组9，并通过其内的变频器使电机泵组9输出较小的流量；通过控制电液换向阀8电磁铁a得电，使得被测绞车反向转动松绳，再控制电液换向阀8失电，电机泵组9停止并安装拉力传感器；拆掉第二快换接头(即图中193)，启动电机泵组9，通过其内的变频器使电机泵组9输出较小的流量；通过控制电磁换向阀21得电换向，调整减压阀4输出需要的压力，使被测绞车的制动器打开；再次控制电液换向阀8电磁铁b得电，被测绞车正向转动，随后调整电磁溢流阀20，使钢丝绳拉力达到预定拉力，保持一定时间，如5分钟，此时负载绞车不得任何转动，同时通过第四压力变送器173记录压力。

2.2动态测试：

通过工控机、PLC控制器启动恒压变量叶片泵2，并调定其输出压力，且比例溢流阀15设定0％信号；启动电机泵组9，并通过其内的变频器使电机泵组9输出较小的流量；通过控制电磁换向阀21得电换向，使两绞车制动器均打开；控制电液换向阀8电磁铁b得电，则被测绞车正向转动，调整电机泵组9的流量，使被测绞车处于适当的转速，调整电磁溢流阀20到设定值；逐渐调整比例溢流阀15的压力，达到设定值后，停止加载并通过第二压力变送器171记录压力。

关闭一部分第一球阀即图中所示的(61、62、67和68)，并开启另阀一部分第一球阀即图中所示的(63、64、65和66)，以完成负载绞车和被测绞车的角色互换，重复以上试验。

3.绞车模拟吊重试验

通过工控机、PLC控制器启动恒压变量叶片泵2，并调定输出压力，比例溢流阀15设定0％信号；启动电机泵组9，并通过其内的变频器使电机泵组9输出较小的流量；通过控制电磁换向阀21得电换向，使两绞车制动器打开；控制电液换向阀8电磁铁b得电，被测绞车正向转动，调整电机泵组9的流量，使被测绞车处于适当的转速；逐渐调整比例溢流阀15的压力，模拟实际负载的工况；同时，继续调整电机泵组9的流量，进行绞车提升速度的测试。通过各压力变送器、流量计对压力、流量进行检测记录。

当负载绞车钢丝绳快要送完时，电机泵组9的流量调小，控制电液换向阀8失电，电磁换向阀21失电，使得两绞车制动器关闭，被测绞车停车；比例溢流阀输入调为0％；关闭一部分第一球阀即图中所示的(61、62、67和68)，并开启另阀一部分第一球阀即图中所示的(63、64、65和66)，完成负载绞车和被测绞车的角色互换，在不用重新缠绳的情况下，可以重复反复以上试验。

同时试验过程中，若试验台内的油温达到设定值时，电接点温度计11发讯，电磁水阀12开启，水循环开始换热；当油温下降到设定值后，电接点温度计11再次发讯，电磁水阀12关闭。

综上诉述，本发明所述钻机液压绞车试验台，可以满足该类型钻机液压绞车所有的试验项目，不仅能够提供准确可靠的试验数据，而且结构简单，易于操作，同时还具有高效能及长时间不间断工作的特性。为企业钻机液压绞车的研发和检验提供了有效保障，增强了液压绞车的研制能力和市场竞争力。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种钻机液压绞车试验台，其特征在于，包括：

PLC控制器；

工控机；

具有两台互为负载绞车及被测绞车的液压绞车的液压***；

以及能够对被测绞车的液压绞车进行性能测试并能够按照测试需求进行负载绞车、被测绞车互换的测试回路；所述测试回路包括与负载绞车相连接并能够为试验台提供可调负载力的加载子回路；与所述被测绞车相连接并能够对被测绞车进行测试驱动的驱动子回路；分别与所述加载子回路及驱动子回路相连接、用于控制所述液压***的介质清洁度及***油温的回油管路以及能够实现负载绞车及被测绞车互换并开启相应液压绞车所对应的停车制动器的辅助子回路；

所述加载子回路包括：

连接油箱及负载绞车，用于在恒定的压力下为负载绞车补充所需的油液的补油泵；

一端与油箱连接，另一端连接在补油泵与负载绞车之间管路上，用于作为安全阀的第一溢流阀；

设置于补油泵与负载绞车之间管路上，用于检测补油泵出口压力的第一压力变送器；

与负载绞车连接，用于检测负载绞车的液压马达出口流量的第一流量计；

与第一流量计连接的第二溢流阀；

设置于第二溢流阀与第一流量计之间管路上，用于检测负载绞车负载力大小的第二压力变送器；

与所述第二溢流阀连接，用于作为第二溢流阀的先导阀并与所述第二压力变送器、PLC控制器以及工控机连接以构成压力闭环控制***的比例溢流阀；

所述驱动子回路包括：

与被测绞车连接，用于控制被测绞车进行转向和停止动作的电液换向阀；

与油箱连接，用于作为安全阀的电磁溢流阀；

与电液换向阀、被测绞车连接，用于检测被测绞车的液压马达进口压力的第三压力变送器；

与电液换向阀、被测绞车连接，用于检测被测绞车的液压马达出口压力的第四压力变送器；

以及电液换向阀与被测绞车之间管路上，用于检测被测绞车的液压马达出口流量的第二流量计；

以及与油箱连接，同时与第二流量计、PLC控制器以及工控机连接，以构成流量闭环控制***的作为动力源的电机泵组；

所述回油管路作为驱动子回路、加载子回路的共用油路，其包括：

与油箱连接，用于控制整个试验台内油液清洁度的回油过滤器；

与油箱连接，用于检测油温并输出检测数据的电接点温度计；

与回油过滤器连接，用于冷却油液的管式水冷却器；

以及与管式水冷却器连接，用于控制冷却循环水的开启与关闭的电磁水阀；

所述辅助子回路包括：

分别与负载绞车、被测绞车连接，用于控制负载绞车或被测绞车所对应的停车制动器开关的电磁换向阀；

与电磁换向阀连接，用于调节负载绞车或被测绞车所对应的停车制动器输出力矩大小的减压阀；

以及若干连接为试验台各元件之间的连接件。

2.根据权利要求1所述的钻机液压绞车试验台，其特征在于：

所述补油泵采用恒压变量叶片泵。

3.根据权利要求1所述的钻机液压绞车试验台，其特征在于：

所述电机泵组至少包括定量柱塞泵、变频器以及电机。

4.根据权利要求2所述的钻机液压绞车试验台，其特征在于：

所述连接件至少包括快换接头、球阀以及胶管。