顶驱钻机用温控液压系统

摘要

本发明公开了一种顶驱钻机用温控液压系统，其包括液压泵站、温控阀组、主阀和冷却器；主阀上设有加热溢流阀、第一液控开单向阀；液压泵站包括液压油箱、卸荷阀、油温传感器和电加热器；冷却器连通于液压油箱；温控阀组包括电磁换向阀、第一调速阀、第二调速阀、第一节流阀、第二节流阀、第二液控开单向阀；电磁换向阀位于中位时，液压油箱的油经卸荷阀和冷却器回至液压油箱；电磁换向阀的第一出油口依次连通第一调速阀和冷却器；电磁换向阀的第二出油口连接有三个油路。本发明的系统可以适应高低温环境要求，对油箱及主阀进行自适应加热或冷却，并在保证可靠性的基础上有效降低制造成本。

权利要求

1.一种顶驱钻机用温控液压系统，其包括液压泵站、温控阀组、主阀和冷却器；其特征在于，所述主阀上设有用于加热主阀内油路的加热溢流阀，加热溢流阀的进油路上串联有第一液控单向阀；所述液压泵站包括液压油箱和卸荷阀，所述液压油箱的内部装有油温传感器和电加热器；所述冷却器连通于液压油箱；所述温控阀组包括电磁换向阀、第一调速阀、第二调速阀、第一节流阀、第二节流阀、第二液控单向阀；电磁换向阀的进油口连通于液压油箱；电磁换向阀位于中位时，液压油箱的油经卸荷阀和冷却器回至液压油箱；电磁换向阀的第一出油口依次连通第一调速阀和冷却器；电磁换向阀的第二出油口连接有三个油路，第一个油路通过第二液控单向阀连通于液压油箱；第二个油路包括依次连接的第一节流阀、第一液控单向阀、加热溢流阀；第三油路依次通过第二调速阀、第二节流阀、第二液控单向阀而连通于液压油箱；所述冷却器与所述液压油箱之间设有回油过滤器；所述冷却器包括用于驱动冷却部件的液压马达、用于旁通回油的旁通溢流阀、用于对液压马达补油的单向阀。

2.如权利要求1所述的顶驱钻机用温控液压系统，其特征在于，所述液压泵站还包括变量柱塞泵，所述变量柱塞泵连接于所述液压油箱的出油口。

3.如权利要求2所述的顶驱钻机用温控液压系统，其特征在于，所述变量柱塞泵和所述液压油箱之间设有吸油过滤器。

4.如权利要求1所述的顶驱钻机用温控液压系统，其特征在于，所述电磁换向阀与所述液压油箱之间还设有背压阀。

说明书

顶驱钻机用温控液压系统

技术领域

[0001] 本发明涉及地质钻探工程液压系统技术领域，特别涉及一种顶驱钻机用温控液压系统。

背景技术

[0002] 目前国内外的深井钻机、海洋及浅海石油钻井平台、施工特殊工艺井大多配备了顶部驱动钻井装置。顶部驱动钻井装置也简称为顶驱。顶部驱动钻井装置可从井架上部空间直接旋转钻杆，沿专用导轨向下送进，完成钻杆旋转钻进，循环钻井液，接立柱，上卸扣和倒划眼等多种钻井操作。顶部驱动钻井装置明显提高了钻井作业的能力和效率，并已成为石油钻井行业的标准产品。由于工作环境存在高低温情况，因此，顶驱钻机液压系统需使用温控系统以调节温度来适应高低温的工作环境。目前，顶驱钻机用温控液压系统的技术手段主要存在以下缺点：加热形式及控制单一，通常是安装电控加热，可靠性不高，难以适应高低温环境要求；油田设备电子元器件均要求防爆，故一般温控系统成本较高。

发明内容

[0003] 本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种顶驱钻机用温控液压系统。

[0004] 本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

[0005] 一种顶驱钻机用温控液压系统，其包括液压泵站、温控阀组、主阀和冷却器；所述主阀上设有用于加热主阀内油路的加热溢流阀，加热溢流阀的进油路上串联有第一液控单向阀；所述液压泵站包括液压油箱和卸荷阀，所述液压油箱的内部装有油温传感器和电加热器；所述冷却器连通于液压油箱；所述温控阀组包括电磁换向阀、第一调速阀、第二调速阀、第一节流阀、第二节流阀、第二液控单向阀；电磁换向阀的进油口连通于液压油箱；电磁换向阀位于中位时，液压油箱的油经卸荷阀和冷却器回至液压油箱；电磁换向阀的第一出油口依次连通第一调速阀和冷却器；电磁换向阀的第二出油口连接有三个油路，第一个油路通过第二液控单向阀连通于液压油箱；第二个油路包括依次连接的第一节流阀、第一液控单向阀、加热溢流阀；第三油路依次通过第二调速阀、第二节流阀、第二液控单向阀而连通于液压油箱。

[0006] 较佳地，所述冷却器与所述液压油箱之间设有回油过滤器。

[0007] 较佳地，所述冷却器包括用于驱动冷却部件的液压马达、用于旁通回油的旁通溢流阀、用于对液压马达补油的单向阀。

[0008] 较佳地，所述液压泵站还包括变量柱塞泵，所述变量柱塞泵连接于所述液压油箱的出油口。

[0009] 较佳地，所述变量柱塞泵和所述液压油箱之间设有吸油过滤器。

[0010] 较佳地，所述电磁换向阀与所述液压油箱之间还设有背压阀。

[0011] 本发明的积极进步效果在于：低温加热时，回油屏蔽冷却器及过滤器，实现直接回油，提高了系统可靠性；同时因减少了散热路径，强化了加热保温效果。阀体加热部分，通过液压控制信号进行控制，可有效降低防爆环境下的控制成本，并提高系统可靠性。系统同时安装电加热器方式及溢流加热方式，当超低温时，通过电加热器实现对油箱油液加热，保证主泵的正常运行条件。当加热到合适温度后可选择再联合泵进行溢流加热，两方式各自发挥优势，强化加热效果，可减少单方面装机功率。加热模式与冷却模式通过同一电磁换向阀控制，可同时实现机械式互锁及电器互锁且温控阀组置于地面，提高了系统可靠性及维护的便利性。本系统可以适应高低温环境要求，对油箱及主阀进行自适应加热或冷却，并在保证可靠性的基础上有效降低制造成本。

附图说明

[0012] 图1为本发明较佳实施例的温控液压系统原理图。

具体实施方式

[0013] 下面举个较佳实施例，并结合附图来更清楚完整地说明本发明。

[0014] 如图1所示，一种顶驱钻机用温控液压系统，其包括液压泵站、温控阀组、主阀和冷却器；主阀上设有用于加热主阀内油路的加热溢流阀11，加热溢流阀11的进油路上串联有第一液控单向阀10。

[0015] 液压泵站包括液压油箱1和卸荷阀8，液压油箱1的内部装有油温传感器3和电加热器4；液压油箱的出油口设有变量柱塞泵6，变量柱塞泵6连接有止回阀7和卸荷阀8。变量柱塞泵6和液压油箱1之间设有吸油过滤器5。

[0016] 冷却器连通于液压油箱；冷却器与液压油箱1之间设有回油过滤器2。冷却器包括用于驱动冷却部件的液压马达13、用于旁通回油的旁通溢流阀12、用于对液压马达补油的单向阀14。

[0017] 温控阀组包括电磁换向阀15、第一调速阀16、第二调速阀17、第一节流阀18.1、第二节流阀18.2、第二液控单向阀19。电磁换向阀15位于中位时，液压油箱的油经卸荷阀8和冷却器回至液压油箱；电磁换向阀15的第一出油口依次连通第一调速阀16和冷却器；电磁换向阀15的第二出油口连接有三个油路，第一个油路通过第二液控单向阀19连通于液压油箱1；第二个油路包括依次连接的第一节流阀18.1、第一液控单向阀10、加热溢流阀11；第三油路依次通过第二调速阀17、第二节流阀18.2、第二液控单向阀19而连通于液压油箱1。电磁换向阀15与液压油箱1之间还设有背压阀20。

[0018] 连接顶驱主阀及地面动力源的是管汇，上下管汇使用快速接头9.1、9.2、9.3完成连接。

[0019] 本发明的液压系统，其具体控制方式为：

[0020] 钻机施工中，默认状态，温控阀组中的电磁换向阀15处于中位，此时处在待压状态，液压泵站提供的压力油直接到达电磁换向阀15的P口，卸荷阀8的回油直接通过冷却器及回油过滤器2进入油箱1。实现常温下的介质循环。而第一液控单向阀10和第二液控单向阀19的控制油经电磁换向阀15的Y型中位泄压。背压阀20主要是保证管道中的油液保持。

[0021] 当液压油箱1的油温升高并超过设定温度(如：55℃)时，电磁换向阀15左位导通，冷却模式生效，并通过第一调速阀16，保证一定流量通过液压马达13，驱动风冷式冷却器实现回油的全面冷却。当油液温度低于设定温度(如：30℃)时，控制电磁换向阀15回中位，停止散热。

[0022] 当油温传感器3检测到的液压油箱1的油温低于设定温度(如：15℃)时，电磁换向阀15右位导通，加热模式生效，油压第一路到达第二液控单向阀19，几乎同时油压第二路经过节流阀18.1到达第一液控单向阀10，于是加热溢流阀11开始溢流，实现顶驱主阀体的加热。第三路油压通过第二调速阀17，到达第二节流阀18.2也实现溢流，系统回油因第二液控单向阀19的开启，故大部分回油不经冷却器及过滤器，直接回到液压油箱1。屏蔽了冷却器及过滤器，提高了系统元件的安全可靠性。

[0023] 当油温传感器3检测到的液压油箱1油温超低(如：-20℃以下)时，此时变量柱塞泵6禁止直接启动，仅可通过电加热器4对液压油箱1内的油液实行加热，当油温超过泵最低启动温度后才允许启动运行。

[0024] 在控制上，电加热与溢流加热根据需要可以同时进行，从而缩减加热等待时间。也可独立运行，这种互为补充的控制方式整体上提高了顶驱钻机低温条件下的自适应能力。

[0025] 第一节流阀和第二节流阀是可调的，可以实现完全关闭，当仅需要对油箱加热，或仅对顶驱上的主阀体进行加热时，可手动关闭切断其中之一。

[0026] 液压泵站位于地面或钻井平台上，与顶驱本体分离。温控阀组其内部集成的有加热用的节流阀，用于对油箱节流加热循环，并可通过电磁换向阀根据油箱温度传感器提供的自动控制信号选择加热模式、冷却模式和常态待压中位模式。当开启加热模式时，既可选择对阀体加热，同时也可通过集成于温控阀组内部的节流阀溢流对油箱油液加热，并同时开启与冷却器、过滤器并联的旁通回油通道。

[0027] 主阀内部集成的加热溢流阀进油路上串联有液控单向阀，常温时保持关闭，低温上时，通过温控阀提供的开启控制信号，开启该液控单向阀实现溢流加热。

[0028] 本发明的温控液压系统可以适应高低温环境要求，对油箱及主阀进行自适应加热或冷却，并在保证可靠性的基础上有效降低制造成本。具体为：

[0029] 1、低温加热时，回油屏蔽冷却器及过滤器，实现直接回油，提高了系统可靠性。同时因减少了散热路径，强化了加热保温效果。

[0030] 2、阀体加热部分，通过液压控制信号进行控制，可有效降低防爆环境下的控制成本，并提高系统可靠性。

[0031] 3、系统同时安装电加热器方式及溢流加热方式，当超低温时，通过电加热器实现对油箱油液加热，保证主泵的正常运行条件。当加热到合适温度后可选择再联合泵进行溢流加热，两方式各自发挥优势，强化加热效果，可减少单方面装机功率。

[0032] 4、加热模式与冷却模式通过同一电磁换向阀控制，可同时实现机械式互锁及电器互锁且温控阀组置于地面，提高了系统可靠性及维护的便利性。

[0033] 虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。