水下采油树液压控制系统设计与仿真
27024454_基于SimulationX的水下液压控制系统仿真分析
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。
[
8]
表 1 典型液压系统操作时间要求
Tab.
1 Typ
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参数
要求
<45mi
n
系统充压时间
系统紧急关断(
ESD)泄压时间
<45mi
n
单个采油树阀门开启时间
单个采油树阀门关闭时间
井下安全阀(
SCSSV)开启时间
井下安全阀(
水下生产系统不但能适应深海油气田开发的需求,也
统,目前 应 用 得 比 较 广 泛 的 是 电 液 复 合 式 控 制 系
可在边际油气田开发中依托现有设施进行开发,具有
开发成本低、建设周期短、开发效益高的特点[1]。近
①
作者简介:刘永飞(
1988—
统[2-4]。在实际工程应用 中,通 常 采 用 软 件 对 水 下 控
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0 引
年来水下生产系统在世界范围内得到了广泛的发展
言
随着世界能源需求的日益增长和陆上油气资源
液压系统仿真与优化设计
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液压系统仿真与优化设计液压系统是工业中常用的一种能源转换系统,具有高效、可靠、精度高的特点。
然而,为了保证系统的高效性和可靠性,设计师们需要进行大量的设计与试验,这种方法显然不够经济和高效。
因此,液压系统仿真与优化设计的需求逐渐增大。
本文将介绍如何利用现代仿真技术进行液压系统的优化设计。
一、液压系统的基本原理液压系统是一种利用液体传递压力和动能来实现力、速度、位置等特定功能的系统。
液压系统由主机、执行器、液体、控制元件以及管路等组成。
液压系统的优点是可以实现功率方向和角度的转换,从而实现各种工作机构的协调配合。
液压系统的质量和性能关系到整个机械系统的安全稳定、能源利用效率和环境保护等因素,因此必须进行优化设计。
二、液压系统仿真的原理和方法液压系统的仿真是通过软件工具模拟液压系统在不同工作状态下的行为和性能。
仿真模型一般由系统组件和系统控制器两部分组成。
其中系统组件包括液压元件、工作机构以及管路等;系统控制器包括信号处理器、控制算法等。
一般情况下,利用MATLAB/Simulink等软件工具进行仿真模型的构建和仿真过程的实现是非常便捷的方法,能够大大提高仿真效率。
在仿真过程中,必须对系统参数、模型精度等进行合理的选择和调整,以使得仿真结果能够准确反映实际系统性能。
三、液压系统仿真的应用1、机器人及其控制系统的设计机器人是一类典型的应用液压系统的行业。
液压系统的使用可以使机器人运动更加平滑、精确和稳定。
通过液压系统仿真技术可以进行机器人运动方向、速度等参数控制的设计和试验。
此外,在机器人的运动轨迹规划和运动控制算法的优化等方面,液压系统仿真也发挥了重要作用。
2、航空航天领域的设备设计液压系统在航空航天领域中也有着广泛应用。
通过仿真可以模拟不同燃料、不同环境下的设备行为和性能,预测和分析设备的寿命和故障。
此外,仿真还可以在实际使用之前进行设备的性能验证和优化,避免了不必要的损失和风险。
3、车辆制造及安全性能设计液压系统的应用在车辆制造中已得到广泛应用,例如液压助力转向系统、液压制动系统等。
水下生产控制系统液压管路设计及仿真
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关键词 : 水下生产控制 系统 ; 液压 系统 ; A ME S i m; 仿真 中图分类号 : T H1 6 ; T H1 3 7 文献标识码 : A 文章编号 : 1 0 0 1 — 3 9 9 7 ( 2 0 1 5 ) 0 9 — 0 1 3 5 — 0 4
De s i g n a n d Si mu l a t i o n o f Hy d r a u l i c L i n e s o f Su b s e a P r o d u c t i o n Co n t r o l S y s t e m
随着经济的发展, 海洋油气 田开发已经成为世界各 国获得油
气资源的—个必经途径, 水下生产控制系统作为深水油田最为核心 的重要组成部分, 其谢 十 的合理 陛、 准确性 、 可靠性至关重要[ 1 - 2 ] 。 复合电液控制系统是水下生产控制系统 的主要控制方式 , 其 主要组成部分有 : 主控站 、 供 电单元 、 不间断 电源 、 液压动力源 、 脐带缆 、 水下分配单元 、 水下控制模块 、 采油树 阀执行器[ 3 1 , 如图 l
Ke y Wo r d s : S u b s e a Pr o d u c i t o n Co n t r o l S y s t e m; Hy d r a u l i c S y s t e m; AM ES i m ;S i mu l a t i o n
1水下生产控制系统 的组成及工作原理
s u F e n g ,MA Ho n g - we n ,C AO Xu e - we i ,W ANG L i - q u a n
( 1 . O f f s h o r e O i l E n g i n e e i r n g C o . , L t d . , T i a n j i n 3 0 0 0 5 1 , C h i n a ; 2 . C o l l e g e o f M e c h a n i c a l a n d E l e c t i r c a l E n g i n e e i r n g , H a r b i n E n g i n e e i r n g U n i v e r s i t y , H e i l o n  ̄ i a n g H a r b i n 1 5 0 0 0 s t r a c t : h ir f s t i n t r o d u c e s t h e c o m p o s i t i o n a n d w o r k i n g p r i n c i p l e o f s u b s e a p r o d u c t i o n c o n t r o l s y s t e m a n d t h e d e s i g n c a l c u l a t i o n s b y e m p i r i c a l f o r m u l a . S e c o n d i t h a s d o n e s i mu l t a  ̄n o f t h e s u b s e a p r o d u c t i o n c o n t r o l s y s t e m h y d r a u l i c s y s t e m b y A ME S i m. T h e r e s u l t s s h o w e t h t a t h e i m p a c t fp o r e s s u r e o n t h e s y s t e m i s n e #i g i b l e u n d e r t h e c i r c u m s t a n c e s t h t a m u l t i p l e ct a u to a r s t O o p e n o n e b y o n e . I t m e e t s t h e d e s i g n r e q u i r e m e n t s . hi T s r e s u l t s i c o n s i d e r e d f o r t h e f u t u r e d e s i n g a n d c a l c u l a t i o s n o ft h e s u b s e a p r o d ct u i o n c o n t r o l s y s t e m .
基于AMESim水下液压控制系统仿真分析
![基于AMESim水下液压控制系统仿真分析](https://img.taocdn.com/s3/m/9bf6ae1bb52acfc789ebc949.png)
系统典型工况进行建模和动态仿真 。仿真结果表 明,该液压系统 的各项性 能指标均满 足相应标 准规范和工程 的要求 。该仿 真研 究为脐带缆管径选择提供参考 ,对水下液压控制 系统 的关键元部件选择分析有很 好的参考 和指 导作 用。 关键词 :水下控制系统 ; 液 压分 析 ; 脐带缆 ;A M E S i m仿真
基于 A M E S i m水 下液 压控 制 系统 仿 真分 析
刘培林 ,张汝彬 ,何 宁强 ,杨安 ,李育房 ,张志远 ,赵宏林
( 1 .海 洋石 油工程 股份 有 限公 司 ,天 津 3 0 0 4 5 1 ; 2 .中国石 油大 学 ( 北 京) 机 械 与储运 工程 学 院 ,北京 1 0 2 2 4 9 )
2 0 1 7年 4月
机床 与液压
MACHI NE T00L & HYDRAUL I CS
Ap r . 2 01 7 Vo 1 . 4 5 No . 8
第4 5卷 第 8期
D OI :1 0 . 3 9 6 9 / j . i s s n . 1 0 0 1 — 3 8 8 1 . 2 0 1 7 . 0 8 . 0 2 0
中 图 分 类 号 :T H1 3 7 文 献标 志码 :A 文 章 编 号 :1 0 0 1 — 3 8 8 1( 2 0 1 7 )0 8 — 0 6 6 - 8
S i mu l a t i o n An a l y s i s o f Su bs e a Hy d r a ul i c Co n t r o l S y s t e m Ba s e d o n AM ESi m
LI U Pe i l i n g ,ZHANG Ru b i n , HE Ni n g qi a n g ,YANG An ,L I Yu f a n g ,ZHANG Zh i y u a n ,ZHAO Ho n g l i n
深水气田水下采油树控制系统选型与设计
![深水气田水下采油树控制系统选型与设计](https://img.taocdn.com/s3/m/71500331fbd6195f312b3169a45177232f60e485.png)
DOI:10.16660/ki.1974-098X.2009-5640-1703深水气田水下采油树控制系统选型与设计①徐斐1 孟文波1 唐咸弟1 肖谭1 姜志晨2 高永海2(1.中海石油(中国)有限公司湛江分公司工程技术作业中心 广东湛江 524057;2. 中国石油大学(华东)石油工程学院 山东青岛 266580)摘 要:水下采油树是海洋深水油气开发的核心设备,水下采油树控制系统是采油树控制水下油气田正常生产的重要部分,它的正确选型与设计对采油树的长期安全工作有重要意义,针对我国南海超深水高产气田陵水17-2气田的开发特点和难点,选择适合气田自身特性的采油树控制系统对降低深水油气开发项目的综合成本至关重要。
通过现场环境参数和生产参数给出了采油树材料等级、压力等级、温度等级等关键工作条件参数等级,推荐出了适合LS17-2气田环境的水下采油树通信方式、水下动力系统、水下监测系统等控制系统的选型。
设计了陵水17-2深水气田开发的水下采油树P&ID图,进行了阀门和执行机构、监测系统传感器测点和类型的选择和设计,本文的研究结果对深水气田水下采油树的控制系统的选型及设计有的参考意义。
关键词:水下采油树 控制系统 功能要求 分析与比选 P&ID设计与分析中图分类号:TE952 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2020)12(c)-0039-06Selection and Design of Subsea Tree Control System inDeepwater Gas FieldXU Fei 1 MENG Wenbo 1 TANG Xiandi 1 XIAO Tan 1 JIANG Zhichen 2 GAO Yonghai 2(1.Engineering and Technical Operation Center, Zhanjiang Branch of CNOOC, Zhanjiang, Guangdong Provine, 524057 China;2. School of Petroleum Engineering, China University of Petroleum (East China),Qingdao, Shandong Province, 266580 China)Abstract: Subsea tree is the core equipment of Marine deep water oil and gas development, subsea tree control system is an important part of the tree control underwater normal production of oil and gas fields, the correct selection and design of tree long-term security job is important, for the ultra deep waters of the south China sea high-yield field lingshui 17-2 gas field development characteristics and difficulties, the selection tree control system which is suitable for field its own characteristics to reduce the comprehensive cost of the deepwater oil and gas development project is very important. Based on the field environmental parameters and production parameters, the key working condition parameters such as tree material level, pressure level and temperature level are given, and the selection of control systems such as subsea tree communication mode, subsea power system and subsea monitoring system suitable for LS17-2 gas field environment is recommended. Designed the underwater tree P&ID chart of The development of Ling Shui 17-2 deep water gas field, conducted the selection and design of valve and actuator, sensor measuring point and type of monitoring system, the research results of this paper have some reference significance for the selection and design of the control system of underwater tree of deep water gas field.Key Words: Subsea tree; Control system; Functional requirements; Analysis and comparison; P&ID design and analysis①基金项目:国家自然基金“ 深水细粉砂水合物试采温压传递特性与非稳态渗流研究”(项目编号:51876222)。
水下控制装置液压液自动配制系统设计
![水下控制装置液压液自动配制系统设计](https://img.taocdn.com/s3/m/d06ede2da88271fe910ef12d2af90242a895abfb.png)
水下控制装置液压液自动配制系统设计发布时间:2021-06-18T06:48:36.043Z 来源:《中国科技人才》2021年第9期作者:张素宾[导读] 水下控制装置是保证水下作业安全的最关键的设备之一。
有时海底水温低于零度,控制水下控制装置的水基液压液要根据不同的环境温度进行配置,才能保证海底控制装置发挥作用。
上海神开石油设备有限公司上海 201114摘要:水下控制装置是保证水下作业安全的最关键的设备之一。
有时海底水温低于零度,控制水下控制装置的水基液压液要根据不同的环境温度进行配置,才能保证海底控制装置发挥作用。
设计一种高精度并能设置液压液配比的自动系统,对于提高水下控制装置的可靠性和实现自动化有很大意义。
关键词:水下控制装置;液压液配制;自动控制;高精度;Design of Hydraulic fluid Automatic Mixing system for Subsea Control DeviceZhang Subin, Liao Yong, Nie Peng(Shanghai Shenkai Petroleum Equipment CO., LTD, 201114, Shanghai,China)Abstract: Subsea control device is one of the most critical equipment to ensure the safety of the underwater operation. Sometimes the temperature of subsea water is below zero, The water-based hydraulic fluid used to control the subsea control device must be configured according to different environmental temperatures in order to ensure that the subsea control device can play its role. The design of an hydraulic fluid automatic mixing system with high precision and adjustable hydraulic liquid ratio is of great significance to improve the reliability and achieve automation of subsea control devices.Key words: subsea control device; hydraulic fluid mixing; automatic control; high-precision引言海洋工程中常用到水下液压作业设备,为避免液压油等压力传递介质造成海水污染,水下液压控制设备的控制液通常采用水基液压液。
基于AMESim的采油树送入工具液压系统仿真
![基于AMESim的采油树送入工具液压系统仿真](https://img.taocdn.com/s3/m/99c77c7927d3240c8447efca.png)
i n g . Ro t t e r d a m, Ne t h e r l a n d s , 2 0 1 1 : 1 - 9 . e B, Ca mp b e l l M, Wa l t e r s D, e t a 1 .I mp r o v e d S CR [ 2 9 ] Yu
中图分 类 号A
d o i : 1 0 . 3 9 6 9 / j . i s s n . 1 0 0 1 — 3 4 8 2 . 2 0 1 7 . 0 3 . 0 0 2
[ 2 o ]
S an t i l l a n S T, Vi r g i n L N. N um e r i c a l a nd e xp e r i me n—
( BC一 1 0) pi pe l i n e, f l owl i ne a nd r i s e r s y s t e m d e s i gn, i n—
t a l a n a l y s i s o f t h e s t a t i c b e h a v i o r o f h i g h l y d e f o r me d
Ch a l l e n g e s f a c e d i n t h e d e s i g n o f S LWR c o n f i g u r h t i o n
f o r t h e p r e — s a l t a r e a [ c] / /T h e 3 0 t h I n t e r n a t i o n a l
摘要: 为 了初 步验 证 水下 采 油树 送入 工 具的 液压缸 结 构设 计的 合理 性 , 以及 液压元 件 的选 型是 否正
应用于水下生产系统的控制阀设计与仿真
![应用于水下生产系统的控制阀设计与仿真](https://img.taocdn.com/s3/m/a630d8f1770bf78a6529541b.png)
麈 子水 下 生产 系统 控 制 设 岛 仿 真
李 华凤 , 临怡 , 顾 李 林
( 浙江 大学 流体 传动 与控 制 国家重 点 实验 室 ,浙 江 杭 州 3 0 2 ) 10 7
摘 要 : 了控制水下生产 系统 中采油树上的液压缸 执行 器的动作并保证液压控 制 系统的安全性 , 为 设计 了一种具有 失压
a a z om l p na r sr l s rt t nf nt n ecn o vl .T es l i eut idct ta n l e o nr al o e n pe ue o o c o uci so t o t l av h i a o rsl i eh t y df y d s — sp e i o f h r e mu t n sn a
发水下生产 系统奠 定一定基础。 图5参 1 O 关 键 词: 流体力 学; 控制 阀; 失压保 护; 学模型 ; ME i 数 A Sm软件
文献标志码 : A 文 章 编 号 :052 9 (0 0 0 -0 1 3 10 -8 5 2 1 )40 5 - 0 中 图 分 类 号 : H 3 T 17
Ab ta t:n o de o c n r lt e h d a lcc l d ra t ao n s b—e te sa d e s r h y r u i o to y tm s r c I r rt o to h y r u i yi e c u t ro u s a X—r e n n u et e h d a lc c n rls se S n sft aey,t e pa r de ine k n f n r l p n c n r l av t r s u e l s oe to f n to . T r u h t e h pe sg d a i d o o ma l o e o to v le wi p e s r —o s pr tci n c n y h i h o g h
水下机械手液压控制系统的设计与研究的开题报告
![水下机械手液压控制系统的设计与研究的开题报告](https://img.taocdn.com/s3/m/92353567182e453610661ed9ad51f01dc2815706.png)
水下机械手液压控制系统的设计与研究的开题报告一、选题背景及意义随着海洋资源的日益短缺和人类对深海探索的需求不断增加,水下机械手作为水下操作中不可或缺的重要工具,其应用领域也不断拓展。
水下机械手具有承受深海高压、耐腐蚀、灵活可控等特点,广泛用于海洋石油勘探、深海采矿和水下维修等领域。
水下机械手液压控制系统是实现水下机械手灵活控制的重要组成部分。
目前,国内水下机械手液压控制系统的研究还比较薄弱,尤其是在深海环境下的应用研究相对较少,因此对于水下机械手液压控制系统的研究具有很大的理论与实践意义。
本课题将对水下机械手液压控制系统进行深入研究,探索深海环境下液压控制系统的设计、优化和应用,为水下机械手的研发与应用提供一定的技术支持。
二、研究内容与技术路线本课题将主要开展以下研究内容:1、水下机械手液压控制系统的组成与结构分析。
2、深海环境下水下机械手液压控制系统的设计优化。
3、深海环境下水下机械手液压控制系统的动力学建模与仿真分析。
4、系统控制策略的设计与实现。
本课题的技术路线主要包括以下几个方面:1、通过文献调研和现有技术研究,了解水下机械手液压控制系统的基本结构与组成,分析其技术特点及应用范围。
2、深入研究液压控制系统的工作原理、系统组成、液压传动原理,了解现有系统的优缺点和发展趋势。
3、以某一型号水下机械手为研究对象,结合深海环境的特点和工作要求,设计优化其液压控制系统的结构、元器件的选型等。
4、建立液压控制系统动力学模型,进行仿真分析,验证设计结果的合理性和可行性。
5、根据研究结果,制定出有效的控制策略,并进行控制系统的实现与测试。
三、预期研究结果本课题的主要预期研究结果如下:1、深入研究水下机械手液压控制系统的设计原理,为提高系统的稳定性和可靠性提供理论基础。
2、研究深海环境下水下机械手液压控制系统的设计和优化方法,提高系统适应深海环境的能力和稳定性。
3、建立液压控制系统动力学模型,仿真分析系统运行过程,提高系统设计的准确性和可靠性。
液压系统建模与仿真分析课程设计
![液压系统建模与仿真分析课程设计](https://img.taocdn.com/s3/m/c59644142bf90242a8956bec0975f46527d3a783.png)
液压系统建模与仿真分析课程设计一、介绍液压系统是将液体作为能量传输介质的机械传动系统。
液压系统广泛应用于工业领域,特别是在重载设备和高要求的位置控制系统中。
为了优化设计和改进系统性能,在液压系统的设计和优化过程中,一定要进行建模与仿真分析。
本文将详细探讨液压系统建模与仿真分析的课程设计。
二、液压系统建模液压系统建模是学习液压系统运动学和动力学的基础。
在设计液压系统时,首先需要了解液压元器件和控制阀的原理,并掌握系统中各部分之间的关系。
液压系统由许多不同的部分组成,包括:油泵、执行器、控制阀和储油器。
为了建立液压系统的数学模型,需要采用质量守恒定律和动量守恒定律来描述系统中的所有流体和固体部分。
液压系统建模最关键的两个部分是流量和压力。
流量是指单位时间内通过管道的液体体积,通常以毫升/秒或升/分钟的形式表示。
压力是指储存在液压系统中的液体压力,通常以帕斯卡(Pa)或巴(Bar)的形式表示。
三、液压系统仿真分析液压系统仿真分析是通过计算机模拟液压系统设计和操作的性能。
通过液压系统仿真分析,可以预测液压系统在不同工作条件下的性能,并评估系统设计的优点和缺点。
一般来说,液压系统仿真分析包括以下步骤:1.构建液压系统模型:利用数学模型和仿真软件构建液压系统模型。
2.确定系统参数:包括油泵、执行器、控制阀的参数等。
3.仿真运行:运用各种不同的仿真技术模拟液压系统的运行并记录数据。
4.数据分析与结果:评估液压系统在不同情况下的性能指标,如流量、压力等,并提供优化方案。
四、液压系统建模与仿真分析的课程设计液压系统建模与仿真分析的课程设计主要分为以下几部分:1.理论基础学习:液压系统动力学和运动学的知识学习。
2.液压系统建模:利用液压系统仿真软件,采用液压元器件和控制阀的原理,构建数学模型,确定系统参数,并进行仿真运行。
3.数据分析与结果:根据仿真数据分析,评估液压系统在不同情况下的性能指标,并提供优化方案。
4.实验室操作:进行液压系统实验室操作,了解液压系统的实际工作环境,掌握液压元器件及控制阀的安装及调试方法。
新型直驱式水下液压工具系统的设计与仿真
![新型直驱式水下液压工具系统的设计与仿真](https://img.taocdn.com/s3/m/fe3d748cdc88d0d233d4b14e852458fb770b38bf.png)
新型直驱式水下液压工具系统的设计与仿真李玉君;姜继海【摘要】针对传统水下液压工具体积大、效率低的问题,采用直驱容积控制(Direct Drive Volume Control,DDVC)技术自主研究设计一套满足潜水员水下作业环境需求的新型动力驱动系统.介绍了基于DDVC的新型水下液压工具的工作原理,提出了具备压力补偿功能的油罐和无动力式补油液压集成块的整体结构设计方案,构建了整套系统的数学模型,并分析了该系统稳定性,最后,通过仿真分析验证了所提出的系统能够满足水下液压工具的实际需求.【期刊名称】《液压与气动》【年(卷),期】2018(000)008【总页数】7页(P95-101)【关键词】直驱式容积控制;液压工具;动力系统【作者】李玉君;姜继海【作者单位】海军潜艇学院防险救生系,山东青岛266041;哈尔滨工业大学机电工程学院,黑龙江哈尔滨150080【正文语种】中文【中图分类】TH137引言水下液压工具是指釆用液压传动驱动方式的水下作业工具,是用来拓展和提高潜水员或水下机器人作业能力的有效器械。
它被广泛应用于海洋资源调查、海洋防御工程以及水下援救等多个方面。
然而,由于我国在水下工具开发领域基础研究投入不够,研制单位较少等原因,相比之下我国自主研制的水下液压工具存在着较大差距,特别是控制性能较差以及效率较低。
传统的水下液压工具采用节流调速方式,不可避免的产生节流损失和溢流损失而导致效率较低[1-6]。
本研究采用的是一种结合电气和液压优点的直驱系统来驱动水下工具,即直驱式容积控制(DDVC)系统。
这种新型系统把变频技术和交流伺服电动机技术相结合,应用在液压领域中,优化了整体结构,简化了操作程序,缩小了体积,减少了重量,具有使用方便、运行高效、节能环保等优点。
当今,日本、美国、德国、瑞典和俄罗斯等国家已经对DDVC系统进行了深入的研究并生产了成熟的产品;国内主要以各所高校为代表进行了探索,近年来有相关的报道将其应用到飞机刹车系统、船舶的舵机以及电站的阀门控制等领域,但是在水下工具方面的研究较少[7-11]。
液压系统设计的仿真研究与实践
![液压系统设计的仿真研究与实践](https://img.taocdn.com/s3/m/96e59c0e0a4c2e3f5727a5e9856a561253d32163.png)
液压系统设计的仿真研究与实践一、引言液压系统作为机械传动领域中较为重要的一种传动方式之一,在工业、航空、军事、农业等众多领域都有着广泛的应用。
液压系统设计的关键在于确保系统稳定性和可靠性,这需要液压系统设计师具有扎实的液压学理论基础和丰富的实践经验。
现代科技的不断发展,仿真技术的广泛应用为液压系统设计带来了一次全新的改革。
本文旨在通过液压系统仿真技术的研究和实践,探讨液压系统仿真技术在设计中的应用以及其优势。
二、液压系统设计的仿真技术液压系统是由液压元件、执行元件、控制元件、液压传动介质等组成的一个动力传动系统。
传统的液压系统设计通常是通过阻抗匹配和经验公式,从经验角度进行推算、计算。
但这种方式的计算精度较低,液压系统设计师会遇到大量的试验过程和修改流程。
在现代化的制造业和设计工作中,设计师们不再满足于此,开始尝试利用计算机仿真技术进行设计和验证。
液压系统仿真技术是一种基于计算机的液压系统设计软件,通过数值计算的方法,将各种物理量以图形化方式展现出来进行模拟,是一种快速分析液压系统的有效工具。
液压系统仿真技术的应用可以帮助液压系统设计师在设计前,先进性的分析和优化设计方案。
在设计完成后,还可以进一步进行系统的仿真验证和优化,从而确保液压系统的运行稳定和可靠性。
三、液压系统仿真技术的优势液压系统仿真技术在液压系统设计中的优势主要有以下几个方面:1.提高设计效率液压系统仿真技术可以高效地进行液压系统模型建立、仿真计算,从而节约工作时间,提高工作效率。
设计师可以通过高度集成的工作界面快速地生成系统图、参数设定、流程控制等,大大提高了设计效率。
2.优化设计方案液压系统仿真技术可以模拟出液压系统在运转过程中各种物理量的影响,可以通过改变系统结构、液压元件参数以及各级控制策略等因素,优化设计方案。
3.降低试验成本试验成本通常是液压系统设计中的一个重要因素,制造商需要花费很多成本进行试验。
而采用液压系统仿真技术,可以在计算机中进行系统的仿真验证,不仅可以大大降低试验成本,还可以避免试验不合格带来的经济及时间损失。
液下采油设备的设计与仿真
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液下采油设备的设计与仿真随着海洋石油开采规模的不断扩大,液下采油技术得到广泛应用。
液下采油设备作为一种非常重要的设备,其设计与仿真成为提高采油效率的关键。
本文将简要介绍液下采油设备的概念、分类、优势以及设计与仿真方面的内容。
一、液下采油设备的概念液下采油设备是一种用于海洋石油开采作业的设备。
其主要作用是将采出的油气从井口输送到海面上的采油平台上。
液下采油设备可以避免传统陆地钻探机械进入海底附近海域,减少成本和环境风险,并且可以实现深海油田的开发,是一种先进、高效、安全、环保的采油方式。
二、液下采油设备的分类液下采油设备可以根据其采油方式的不同进行分类。
常见的液下采油设备包括泵杆泵、柱塞泵、螺杆泵、电动径向泵、音速泵等。
不同的液下采油设备在运作原理、工作条件、运行效率等方面均有所不同。
选用合适的液下采油设备可以有效提高采油效率。
三、液下采油设备的优势液下采油设备相比于传统陆地钻探机械有许多优势。
首先,液下采油设备可以避免陆地钻探机械进入海底附近海域,减少成本和环境风险。
其次,液下采油设备可以实现深海油田的开发,提高采油效率。
此外,液下采油设备可以减少采油过程中的油气浪费,提高资源利用效率,实现石油资源可持续开发。
四、液下采油设备的设计设计是液下采油设备研发的重要环节。
液下采油设备的设计要充分考虑其工作条件、运行效率、安全性等方面,确保设备能够稳定、高效地运行。
首先,液下采油设备需要结合海洋环境的特点进行设计,保证设备的防锈、耐腐蚀、抗风浪等能力。
其次,液下采油设备需要考虑井眼管道的直径、深度、坡度等因素,确保设备的结构紧凑、操作简单、安全可靠。
最后,液下采油设备的材料、制造工艺、组装方式等方面也需要进行精细设计,确保设备的制造精度和组装质量。
液下采油设备的设计应当注重细节、力求完善,以确保设备的性能优越。
五、液下采油设备的仿真仿真是液下采油设备研发的必要环节。
通过仿真,可以模拟设备在不同工况下的运行情况,减少试错成本,提高设备的设计效率。
水下采油树地面测试单元液压控制系统设计与仿真
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水下采油树地面测试单元液压控制系统设计与仿真欧宇钧;袁晓兵;卢沛伟;罗玉贵;杨文;苏瑞华;张云卫;张长齐;蔡宝平【期刊名称】《机床与液压》【年(卷),期】2016(000)002【摘要】The test of subsea tree can provide a reference for its maintenance. A ground test unit hydraulic control system for subsea trees was designed according to the principal parameters of subsea tree control system and subsea tree test procedures. It contained fluid reservoir, high pressure pump circuit, water pump circuit, accumulators, pressure regulating circuit, interface circuit and return cir⁃cuit. Then the main parameters of the hydraulic system key components were calculated, based on the principal parameters of subsea tree control system and subsea tree test requirements. AMESim was used for modeling and simulation of the ground test unit hydraulic control system. Through the analysis of simulation results, it is proved that the test unit can provide stable hydraulic fluid and it has a good con⁃trol effect.%对水下采油树进行测试验证可为水下采油树的维修保养提供参考。
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2018年10月第46卷第20期机床与液压MACHINETOOL&HYDRAULICSOct 2018Vol 46No 20DOI:10.3969/j issn 1001-3881 2018 20 017收稿日期:2017-04-09基金项目:中国博士后科学基金资助项目(2016M592269)作者简介:张长齐(1989 ),男,硕士,助理工程师,研究方向为固完井井下工具设计开发和水下采油树控制系统设计㊂E-mail:zhangcq@shelfoil com㊂水下采油树液压控制系统设计与仿真张长齐1,黄鲁蒙2,李富平1,阮臣良1,张彦廷2(1 中国石化石油工程技术研究院德州大陆架石油工程技术有限公司,山东德州253005;2 中国石油大学(华东)机电工程学院,山东青岛266580)摘要:实现对水下采油树的控制是保证水下生产正常进行的必要条件㊂通过分析API标准要求,结合水下采油树阀门执行器工作参数,设计水下采油树液压控制系统,包括液压动力单元和水下控制模块,并对相关元件进行计算和选型㊂根据控制系统要求,利用AMESim软件,建立水下采油树液压控制系统模型,对水下采油树阀执行器的开启和关闭过程进行响应分析㊂结果表明:所设计的液压控制系统可以满足水下采油树控制要求㊂关键词:水下采油树;液压控制系统;计算选型中图分类号:TE952㊀㊀文献标志码:A㊀㊀文章编号:1001-3881(2018)20-074-6DesignandSimulationonHydraulicControlSystemforSubseaTreeZHANGChangqi1,HUANGLumeng2,LIFuping1,RUANChenliang1,ZHANGYanting2(1 ShelfoilPetroleumEquipment&ServicesCo.,Ltd.,SinopecResearchInstituteofPetroleumEngineering,DezhouShandong253005,China;2 CollegeofMechanicalandElectronicEngineering,ChinaUniversityofPetroleum,QingdaoShandong266580,China)Abstract:Theprecisecontrolforsubseatreeisthekeypointtoensuresubseaproductionrunningnormally.BasedontheresearchforAPIstandardsandoperatingparametersofsubseatreevalveactuator,hydrauliccontrolsystemforsubseatreewasdesigned,includinghydraulicpowerunitandsubseacontrolmodule.Thenthekeycomponentswereselectedandthemainparametersofthehydraulicsystemwerecalculated.Basedonsystemrequirements,AMESimsoftwarewasusedformodelingandsimulationoftheopeningandclosingprocessesofsubseatreevalveactuator.Itisprovedthatthedesignedhydraulicsystemcanmeetthecontrolrequirementsofsubseatree.Keywords:Subseatree;Hydrauliccontrolsystem;Calculationandselection0㊀前言自1952年美国MOHOLEF工程WestCameron192No 7井第一次实现真正意义上的水下完井,并首次使用油管(TFL)修井技术[1],水下生产系统已有六十多年的发展历史㊂其中,水下采油树是水下生产系统的重要装备[2]㊂液压控制系统是水下采油树控制系统的关键组成部分,主要包括液压动力单元和水下控制模块㊂控制系统可根据工作要求,控制液压动力单元,保证液压源供给稳定,并控制水下控制模块中的电磁阀,从而控制采油树液控阀门的打开和关闭,同时控制系统监测水下生产压力㊁温度等参数[3-4]㊂实现对水下采油树的有效控制是确保生产安全㊁保证油气产量的关键因素㊂近年来,我国大力发展海洋石油装备,在水下生产系统领域取得了一定的发展,但在水下采油树控制系统等关键技术上的研究较少㊂目前该系统的关键技术被国外公司垄断,水下采油树供应完全靠进口,一台水下采油树的平均价格高达550多万美元,相当昂贵㊂因此对水下采油树控制系统进行研究,具有非常重要的理论价值和现实意义㊂1㊀水下采油树液压控制系统设计1 1㊀液压动力单元设计参照API等相关标准[5],在明确液压动力单元(HydraulicPowerUnit,HPU)设计要求㊁分析水上部分与水下控制模块控制联系的基础上,设计液压动力单元液压系统各回路㊂主要包括油箱及其附件㊁高(低)压泵回路㊁蓄能器组㊁循环泵回路㊁调压回路㊁接口回路㊁回油回路等㊂所设计的液压系统原理图和原理示意图分别如图1和图2所示㊂图1㊀液压动力单元液压系统原理图图2㊀液压动力单元液压系统原理示意图(1)油箱及其附件油箱的功能是为系统提供充足且清洁的液压油液,主要由供㊁回油箱和油箱附件组成㊂供㊁回油箱分开设计可保证供油油液清洁度㊂卸压阀和防爆阻火呼吸阀可保证油箱使用安全㊂(2)高(低)压泵回路高(低)压泵回路的功能是提供高压稳定流体,输出压力为系统压力,主要包括高压泵组㊁溢流阀㊁单向阀㊁压力传感器㊁压力表等㊂(3)蓄能器组蓄能器组的作用是辅助供能和补充泄漏㊂回路主要包括蓄能器㊁安全阀㊁隔离球阀组等㊂蓄能器的最大工作压力大于31 5MPa,最小工作压力不低于20 7MPa㊂(4)减压回路减压回路的主要作用是将系统压力调节到采油树阀门执行机构需要的压力,要求调压准确㊁稳定㊂主要包括隔离球阀㊁滤油器㊁减压阀㊁溢流阀㊁压力传㊃57㊃第20期张长齐等:水下采油树液压控制系统设计与仿真㊀㊀㊀感器等㊂此系统的减压回路有两种:高压和低压㊂可以根据系统需要,调节减压阀的输出压力㊂(5)紧急关断系统紧急关断系统的主要功能是当系统处于紧急状态时,对系统进行紧急关断㊂主要包括单向阀㊁电磁换向阀㊁液压先导阀等㊂电磁换向阀和液压先导阀实现了系统的紧急关断功能,紧急情况下,电磁换向阀失电,液压先导阀先导口压力下降,使先导阀换向,系统紧急泄压㊂(6)接口回路接口回路是整个系统的输出回路,输出2种压力4个接口:HP1㊁HP2㊁LP1㊁LP2㊂接口回路的接口与脐带缆相连,将液压动力液传递到水下,供水下设备使用㊂主要包括油液取样阀㊁卸压阀㊁接头等㊂(7)循环泵回路循环泵回路具有清洗和补油作用,补油又分为外部补油和内部补油㊂主要元件包括电动三通球阀㊁滤油器㊁循环泵组㊁单向阀㊁取样阀㊁油桶等㊂循环泵的功能通过控制电动三通球阀的开关来实现㊂1 2㊀水下控制模块设计水下控制模块(SubseaControlModule,SCM)是与水下采油树直接相连的水下控制单元,可接收来自HPU的液压动力液,并负责引导液压动力液的最终流向,直接对水下采油树的阀门执行器进行控制,从而控制阀的开闭,主要包括供油回路㊁先导控制回路㊁液压补偿回路㊁接口回路㊁回油回路等㊂所设计的液压系统原理图和原理示意图分别如图3和图4所示㊂图3㊀水下控制模块液压系统原理图图4㊀水下控制模块液压系统原理示意图(1)供油回路供油回路的主要功能是接收来自水上的动力液,确保液压驱动液顺利进入水下控制模块,供油回路分为两个高压回路和两个低压回路,高压回路压力为34 5MPa,低压回路压力为20 7MPa㊂主要由快速接头㊁电液换向阀㊁蓄能器等组成㊂(2)先导控制回路先导控制回路的主要作用是通过电信号和液压先导信号对系统中的换向阀件进行开关控制,引导液压液流向,准确实现系统对水下采油树阀门的开闭功能㊂主要包括电液换向阀㊁压力传感器㊁滤油器等㊂(3)液压补偿回路水下控制模块在水下工作,为保证设计的各液压组件不受水压的影响,确保控制压力与实际压力的效果等效,设置了液压补偿回路㊂选用海水补偿器承担补偿作用,其一端与海水相连,另一端与水下采油树阀执行器的弹簧腔相连,从而确保液压阀以正常压力开启和关闭㊂(4)接口回路接口回路的主要作用是连接SCM与水下采油树阀门执行器,直接引导液压油进入执行器㊂主要包括快速接头㊁单向节流阀㊁压力传感器等㊂单向节流阀用于调节各动作阀口的供油流量,从而控制采油树阀的开启速度,并能使阀件快速关闭㊂(5)回油回路水下控制模块位于深水中,工作过程中当采油树阀门卸压关闭时,需保证动作的快速性㊂回油回路设置3个回油口,既可引导水下油液返回油箱,也可作㊃67㊃机床与液压第46卷为测试水下控制模块用接口㊂2㊀液压系统计算与元件选型通过分析水下采油树系统参数,并根据水下采油树的系统工作要求,得出水下采油树液压控制系统的工作参数如表1所示㊂表1系统工作参数要求压力/MPa流量/(L㊃min-1)执行器容积/L高压阀34.527.90.0166低压阀20.721.611.7㊀㊀根据系统参数要求,对液压系统各回路进行计算[6-7]和元件选型㊂2 1㊀液压泵对于高压泵和低压泵,根据以下公式进行计算ppȡp1+ðΔp(1)pn=pp0.8(2)qpȡKðqmax()(3)根据上述计算结果得出高压泵和低压泵主参数如表2所示㊂表2㊀高㊁低压泵主参数额定工作压力/MPa额定输出流量/(L㊃min-1)高压泵43.830.7低压泵26.523.8㊀㊀查阅相关产品手册确定选用力士乐柱塞泵,高压泵型号为A2FO10/61R⁃VPB06,低压泵型号为A10FZO8/10R⁃VSC02N00㊂循环泵为低压工作,要求为低压㊁大排量,选择泵的类型为叶片泵,根据系统对补油时间的要求,循环泵的最小流量为30L/min,因此选取循环泵型号为YB⁃A36B型,其中额定压力为7MPa,输出流量为30 9L/min,驱动功率为5 2kW㊂2 2㊀管线尺寸计算根据液压设计手册,管线内径按以下公式进行计算d=4qπv(4)δ=pd2σ[](5)通过计算得出各回路管线尺寸如表3所示㊂表3㊀管线尺寸mm管线名称管线规格高压泵回路泵入口泵出口DN40,外径50DN10,外径18低压泵回路泵入口泵出口DN40,外径50DN12,外径18循环泵回路泵入口泵出口DN40,外径50DN15,外径22蓄能器组高压低压DN10,外径18DN12,外径18高压减压阀入口出口DN10,外径18DN12,外径18低压减压阀入口出口DN12,外径18DN12,外径18紧急关断阀入口出口DN12,外径18DN12,外径182 3㊀蓄能器组根据APIRP16E标准[8]和‘液压工程手册“,蓄能器参数按以下公式进行计算㊂V0=VRp0p2-p0p1(6)Vf=V0(1-p0p1)(7)根据计算结果和API标准要求得出蓄能器参数如表4所示㊂表4㊀蓄能器主参数额定压力/MPa充气压力/MPa总容积/L液压动力单元高压蓄能器4031.0520低压蓄能器31.518.637.8水下控制模块25.721.266.6㊀㊀查阅相关产品手册,高压蓄能器选择型号为SA⁃B⁃500⁃A⁃10⁃A⁃C⁃1⁃1⁃1⁃H⁃AA⁃HA的海莱姆蓄能器,低压蓄能器选择型号为SA⁃B⁃400⁃A⁃40⁃A⁃C⁃1⁃1⁃1⁃H⁃AA⁃HA的海莱姆蓄能器,水下控制模块蓄能器选择型号为NXQ⁃A⁃80/31 5⁃L⁃Y的奥莱尔囊式蓄能器㊂2 4㊀油箱油箱分为供油油箱和回油油箱两部分㊂供油油箱需能够提供系统所有模块组件的供油量需求,同时回油油箱需能够接收来自系统所有模块组件返回的液压油,油箱容积计算如下所示㊂V0=V1+V2+V3(8)根据API标准要求,油箱实际容量V满足:Vȡ1 5V0(9)得出油箱实际容量Vȡ1819 7L,取V=2000L㊂㊃77㊃第20期张长齐等:水下采油树液压控制系统设计与仿真㊀㊀㊀3 水下采油树液压控制系统仿真与分析3 1㊀系统建模水下采油树液压控制系统主要包括液压动力单元和水下控制模块两部分㊂HPU为液压动力源,来自HPU的驱动液经脐带缆由水面传递到水下的SCM,用于驱动水下采油树阀门驱动器㊂采用液压仿真软件AMESim建立水下采油树阀执行器仿真模型[9-10],如图5所示㊂图5㊀系统整体模型在对系统关键部件进行建模㊁参数设置㊁运行仿真过程中,必须确认所控制水下采油树各阀门执行器参数,才能得出采油树阀执行器的响应过程㊂根据相关资料,得出此系统水下采油树各液控阀门参数[11]如表5所示㊂表5㊀水下采油树各阀门执行器参数阀名称阀门完全打开压力/MPa阀容积/L阀行程/mmCIV18.60.1131.8XOV,AAV,AMV18.60.6165.0PMV,PWV18.64.9149.1DMV18.6N/AN/ASCSSV31.10.0166N/A3 2㊀仿真过程分析在分析阀执行器响应之前,首先需要将整个系统充满液压油㊂在工作过程中,液压动力单元需要充满的部件包括:液压动力单元的管路㊁蓄能器,水面与水下之间的脐带缆管,水下控制模块的辅助供能蓄能器等㊂设置液压动力单元的电磁换向阀处于得电状态,水下控制模块电磁换向阀处于失电状态,直到系统充满液压油㊂系统的仿真过程为:首先根据计算参数,在仿真前对蓄能器进行预充氮气,同时启动液压泵㊂考虑脐带缆的长度比较长,液压油传递到水下控制模块需要一定时间,因此对水下控制模块中电磁阀的控制在液压驱动油充满脐带缆后进行㊂系统充液完成后给电磁换向阀施加电压使其处于上位,阀执行器驱动回路导通,生产主阀打开㊂阀执行器完全打开后,将电磁阀信号给定值变为0,电磁换向阀失电处于下位,泄压回路导通,生产主阀关闭㊂(1)生产主阀开启过程响应分析在生产主阀打开过程中,阀执行器的位移曲线如图6所示㊂可以看出:在电磁阀开启时间点之前,阀执行器的位移一直为最大值149 1mm,此时生产主阀为完全关闭状态;电磁阀开启后,阀执行器开始移动,阀执行器的运动速度由快至慢,最终阀执行器的位移达到最低为0,此时生产主阀完全打开㊂图6㊀开启过程阀执行器位移曲线由图7和图8可以分别得出对应的执行器入口压力和流量曲线㊂图7㊀开启过程阀执行器入口压力曲线图8㊀开启过程阀执行器入口流量曲线通过以上分析得出生产主阀执行器的开启时间为13s㊂(2)生产主阀关闭过程响应分析在生产主阀关闭过程中,阀执行器的位移曲线如图9所示㊂从图中可以看出,由于关闭时,回油回路㊃87㊃机床与液压第46卷中没有节流阀的控制,整个阀执行器的关闭过程非常迅速,当电磁阀失电切换至下位时,回路泄压,在弹簧压力的作用下,阀执行器快速运动,当阀执行器位移达到最大时,生产主阀完全关闭㊂图9㊀关闭过程阀执行器位移曲线由图10和图11可以分别得出对应的执行器出口压力和流量曲线㊂图10㊀关闭过程阀执行器出口压力曲线图11㊀关闭过程阀执行器出口流量曲线通过以上分析得出阀执行器的关闭时间为1 2s㊂4㊀结论通过对水下采油树液压控制系统设计及仿真分析,可以得出以下主要结论:(1)通过查询国内外相关资料,研究水下采油树的结构㊁功能㊁工作原理,确定了水下采油树的工作参数㊂(2)根据APISPEC17F⁃2006(R2011)和GB/T21412 6-2009标准对水下采油树液压控制系统功能和元器件的具体要求,设计了液压动力单元和水下控制模块,输出压力为高压34 5MPa,低压20 7MPa㊂每条回路采用冗余方式设计,并且设计了紧急关断系统,对系统进行了参数计算和元件选型㊂(3)利用AMESim液压仿真软件,结合水下采油树液压控制系统的工作原理,对系统的液压动力单元㊁水下控制模块和采油树阀门执行器进行建模,并设置相关元件的仿真参数,通过对系统的响应分析得出:生产主阀执行器的开启响应时间为13s,关闭响应时间为1 2s,满足系统要求㊂参考文献:[1]李清平.水下生产系统设计指南[Z].中国海油研究中心.[2]卢沛伟,袁晓兵,欧宇钧,等.水下采油树发展现状研究[J].石油矿场机械,2015,44(6):6-13.LUPW,YUANXB,OUYJ,etal.ResearchofDevelop⁃mentStatusofSubseaTree[J].OilFieldEquipment,2015,44(6):6-13.[3]李华凤.近海油田水下生产设施液压控制系统设计及仿真研究[D].杭州:浙江大学,2010.[4]刘健,朱元坤,秦浩智,等.基于贝叶斯网络水下采油树系统泄漏风险分析[J].润滑与密封,2018,43(1):109-114.LIUJ,ZHUYK,QINHZ,etal.RiskAnalysisofSubseaX⁃treeSystemLeakageBasedonBayesianNetworks[J].LubricationEngineering,2018,43(1):109-114.[5]APISPEC17F:SpecificationforSubseaProductionControlSystems[S].2006.[6]路甬祥.液压气动技术手册[M].北京:机械工业出版社,2002.[7]成大先.机械设计手册:单行本:液压传动[M].北京:化学工业出版社,2004.[8]APIRP16E:RecommendedPracticeforDesignofControlSystemsforDrillingWellControlEquipment[S].Washing⁃ton:AmericanPetroleumInstitute,1990.[9]付永领,祁晓野,李庆.LMSImagine.LabAMESim系统建模和仿真参考手册[M].北京:北京航空航天大学出版社,2011.[10]汪宇亮.基于AMESim的工程机械液压系统故障仿真研究[D].武汉:武汉理工大学,2012.[11]欧宇钧,袁晓兵,卢沛伟,等.水下采油树地面测试单元液压控制系统设计与仿真[J].机床与液压,2016,44(2):67-71.OUYJ,YUANXB,LUPW,etal.DesignandSimulationoftheGroundTestUnitHydraulicControlSystemforSubseaTree[J].MachineTool&Hydraulics,2016,44(2):67-71.(责任编辑:邓国香)㊃97㊃第20期张长齐等:水下采油树液压控制系统设计与仿真㊀㊀㊀。