基于液压平衡的试油试采系统建模与仿真

发布时间：2019-10-22 10:40

【摘要】：根据试油试采工况的特点与需求,提出采用液压泵/马达作为平衡配重的移动式试油试采系统.试油试采系统采用开关磁阻电机作为主驱动电机,采用液压泵/马达和蓄能器作为配重.在下冲程时将抽油杆势能和主驱动电机输出的能量储存,在上冲程时将储存的能量释放,液压泵/马达和蓄能器组成的配重与主驱动电机共同提升抽油杆.利用质量集中法,将试油试采系统简化为三质量二联结系统,建立系统动力学模型,通过Simulink仿真得到系统动力学特性,包括抽油杆位移和速度、液压系统压力以及主驱动电机的功率.通过分析仿真结果可知,系统满足试油试采作业对于冲程冲次的要求;通过液压平衡配重提高了能量利用率,可以减小系统装机功率64.3%;电机运行工况得到改善,不对负载提供阻力矩,无负功工况,减小了对电力系统的冲击;系统结构紧凑,集成度高,便于运输.
【图文】：

起升系统,简化模型,游车大钩,快绳

能器充液．将绞车与游车大钩组成的系统以及游车大钩与抽油杆组成的系统简化２个为质量－弹簧－阻尼系统．利用质量集中法，将系统简化为三质量二联结系统．简化模型如图２所示．图２起升系统简化模型Ｆｉｇ．２Ｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄｍｏｄｅｌｏｆｈｏｉｓｔｉｎｇｓｙｓｔｅｍ图２中，ｍ１为绞车滚筒折算于滚筒半径上的质量，由于绞车作旋转运动，绞车滚筒折算于滚筒半径上的质量只计算惯性质量，而不计重力质量；ｍ２为游车大钩及快绳折算的质量之和；ｍ３为抽油杆及悬绳的折算质量之和；ｋ１为快绳弹性刚度；ｋ２为抽油支架弹性刚度；ｋ３为动滑轮与游车大钩之间钢丝绳的弹性刚度；ｋ４为游车大钩与抽油杆之间钢丝绳的弹性刚度；Ｄ１为绞车、快绳、滑轮等所受阻尼；Ｄ２为抽油杆所受阻尼；Ｆ为驱动力，为电机与液压泵／马达作用在绞车上合力矩的等效力．快绳中张力可以表示为Ｆｆ＝ｘ１－Ｆｆｋ１－ｎｘ２＋ｎ（）＋１Ｆｆｋ２＋ｎＦｆｋ（（））３ｋ１．（１）式中：ｎ为有效绳数．Ｆｆ＝ｘ１－ｎｘ（２）ｋ１ｋ２ｋ３ｎ２ｋ１ｋ２＋ｎｎ（）＋１ｋ１ｋ３＋２ｋ２ｋ３．（２）根据简化模型可得系统运动微分方程组为ｍ１ｄ２ｘ１ｄｔ２＝Ｆ－Ｆｆ－Ｄ１ｄｘ１ｄｔ，ｍ２ｄ２ｘ２ｄｔ２＝ｎＦｆ－ｘ２－ｘ（３）ｋ４－ｍ２ｇ－Ｄ２ｄｄｔｘ２－ｘ（３），ｍ３ｄ２ｘ３ｄｔ２＝ｘ２－ｘ（３）ｋ

轴向柱塞泵,马达,柱塞

２ｘ３ｄｔ２－ｋ４ｘ２＋ｋ４ｘ３－ｄｄｔｘ２－ｘ（３）Ｄ２＋ｍ３ｇ＝０p蚿蘰危ǎ福┦剑ǎ福┪芍柿考蟹ㄋ蟮玫南低扯ρＰ停街校Γ朴傻缁鸵貉贡茫泶锏氖涑鲎毓餐龆ǎ缁涑鲎乜梢愿莞涸氐鹘冢栉裕恚杂谥嵯蛑貉贡茫泶铮艉雎灾嘞蛄σ鸬哪Σ亮突爻痰稍谛迸躺系姆戳Γ蛑豢悸且貉沽λ鸬男迸谭戳ο喽杂冢刂幔ḿ迹常┎牧刈芎停次貉孤泶锏氖涑鲎兀迹持嵯蛑茫泶镌硕г硗迹疲椋纾常耍椋睿澹恚幔簦椋悖洌椋幔纾颍幔恚铮妫幔椋幔欤穑椋螅簦铮睿穑酰恚穑恚铮簦铮蛞貉贡茫泶锏乃彩弊乜梢员硎疚裕穑恚溅校矗洌玻穑螅颍簦幔瞀绵ｍｉ＝１ｓｉｎφｉ．（９）式中：ｄ为柱塞直径；γ为斜盘倾角；ｍ为处于高压区的柱塞个数，当泵／马达柱塞个数Ｚ为奇数时，ｍ＝Ｚ（）±１／２；ｒ为柱塞分布圆半径；ｐｓ为马达输入压力；φ为旋转体在某时刻与Ｙ轴的夹角．设任意两相邻柱塞之间夹角为２β＝２π／Ｚ，对于柱塞个数为奇数的泵／马达，瞬时转矩［１１］为６５２浙江大学学报（工学版）第５０卷
【作者单位】：浙江大学流体动力与机电系统国家重点实验室;辽河油田分公司钻采工艺研究院;
【基金】：浙江省重点科技创新团队自主设计资助项目(2013TD01)
【分类号】：TH137

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