基于二次調(diào)節(jié)技術(shù)的抽油機光桿密封試驗臺設(shè)計研究

高翔，趙明敏，朱紅波，李凡，周永新，呂俊鋒

（1.克拉瑪依職業(yè)技術(shù)學(xué)院；2.克拉瑪依勝利高原機械有限公司，新疆 克拉瑪依 834000）

抽油機光桿密封模擬試驗臺可完成對光桿密封裝置即盤根盒的密封性能檢測及使用壽命檢測，從而完成對光桿密封器的評價。目前，市面上的光桿密封器很多，各種各樣，有單盤根盒的、雙盤根盒的，有塔形盤根盒、雙塔形盤根盒，也出現(xiàn)了一些新型的光桿密封裝置，如防噴型高壓型的、雙向壓縮型的、調(diào)偏防噴型的、隨動對中型的等等，但這些盤根盒并未在油田上廣泛應(yīng)用，分析原因有兩點：（1）這些新型盤根盒的性能和使用壽命相比于傳統(tǒng)盤根盒并沒有多大優(yōu)勢；（2）這些盤根盒的性能和使用壽命沒有經(jīng)過檢驗，油田不會輕易使用。本文設(shè)計的基于二次調(diào)節(jié)技術(shù)的抽油機光桿密封試驗臺，不但能夠完成盤根盒密封性能檢測及使用壽命檢測，以完成對光桿密封器的評價，而且與傳統(tǒng)試驗臺相比，采用了二次調(diào)節(jié)技術(shù)，可對光桿負(fù)載的重力勢能進行回收，極大提升了試驗臺的效率。

1 基于二次調(diào)節(jié)技術(shù)的抽油機光桿密封試驗臺結(jié)構(gòu)和工作原理

1.1 試驗臺的結(jié)構(gòu)與工作原理

二次調(diào)節(jié)技術(shù)是近年來新興的一種節(jié)能技術(shù)，因其在節(jié)能方面具有極大優(yōu)勢，引起了工程技術(shù)人員的廣泛關(guān)注。在二次調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，二次元件能夠無損耗地從恒壓網(wǎng)絡(luò)取得能量，因而極大地提升了系統(tǒng)效率。

基于二次調(diào)節(jié)技術(shù)的抽油機光桿密封試驗臺結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由基于二次調(diào)節(jié)技術(shù)的液壓系統(tǒng)部分和壓力、負(fù)載模擬部分組成。液壓系統(tǒng)部分能夠?qū)崿F(xiàn)液壓缸帶動光桿在規(guī)定的行程范圍內(nèi)作往復(fù)直線運動，主要由電動機、液壓泵1、溢流閥2、單向閥3、二位二通電磁換向閥4、蓄能器5、二次元件6和7、單桿活塞缸8，行程開關(guān)9、10以及油箱、過濾器、冷卻器等組成。二次元件通過自身的閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)可實現(xiàn)排量正反兩個方向調(diào)節(jié)，即可實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)。并且既能工作在泵工況也能工作在馬達工況。壓力、負(fù)載模擬部分可實現(xiàn)對光桿負(fù)載和試驗盤根盒所受壓力的模擬，主要由試驗盤根盒12、儲油罐13、壓力表15和重物塊G等組成。

圖1 基于二次調(diào)節(jié)技術(shù)抽油機光桿密封試驗臺工作原理圖

基于二次調(diào)節(jié)技術(shù)的抽油機光桿密封試驗臺工作時，液壓泵1和蓄能器5一起向二次元件6供油，帶動其轉(zhuǎn)動，使其工作在馬達工況。二次元件6和7用聯(lián)軸器進行剛性連接，因而二次元件7在6的驅(qū)動下工作在泵工況，向液壓缸8下腔供油，克服負(fù)載G推動其上行，從而帶動光桿11上行，模擬抽油機上沖程。液壓缸8上行速度即光桿11上行速度由二次元件7的排量改變來控制。

液壓缸8帶動光桿11及其負(fù)載G上行至觸點觸碰到行程開關(guān)9時，發(fā)出電信號，控制二位二通電磁換向閥4的電磁鐵得電。此時，二位二通電磁換向閥4上位工作，液壓泵1卸荷。液壓缸8在光桿11及其負(fù)載的重力作用下下行，開始模擬抽油機下沖程過程。此時，液壓缸8下腔排出的壓力油帶動二次元件7反向轉(zhuǎn)動，使其工作在馬達工況。二次元件7驅(qū)動二次元件6工作在泵工況，向蓄能器5充液，實現(xiàn)能量的回收儲存。液壓缸8下行速度及光桿11下行速度可以通過控制二次元件7的排量和改變光桿11的負(fù)載G進行綜合控制。當(dāng)液壓缸向下運動至觸點觸碰到行程開關(guān)10時，發(fā)出電信號，控制二位二通電磁換向閥4的電磁鐵失電。此時，二位二通電磁換向閥4工作在下位，液壓泵1和蓄能器5一起向二次元件6供油，使其工作在馬達工況，開始上沖程過程，即完成一次沖程，如此反復(fù)，即可實現(xiàn)光桿往復(fù)運動。

1.2 關(guān)鍵技術(shù)

（1）二次元件驅(qū)動液壓缸帶動光桿向上運動模擬上沖程，改變二次元件的排量即可控制上沖程運動速度，控制方便，可實現(xiàn)速度的無極調(diào)節(jié)。

（2）依靠液壓缸、光桿及光桿所受負(fù)載自重拖動光桿向下運動，模擬下沖程，控制二次元件的排量和改變光桿的負(fù)載可對光桿下行速度進行綜合控制，可實現(xiàn)無極調(diào)速。

（3）下沖程過程液壓泵處在卸荷工況，系統(tǒng)效率高。

（4）下沖程時，液壓缸、光桿及光桿所受負(fù)載的重力勢能轉(zhuǎn)化為油液的液壓能由二次元件輸出，最終進入蓄能器儲存起來以供上沖程使用，實現(xiàn)了能量的回收利用。

2 結(jié)語

本文設(shè)計的基于二次調(diào)節(jié)技術(shù)的抽油機光桿密封模擬試驗臺通過控制二次元件的排量實現(xiàn)了光桿運動速度的無級調(diào)節(jié)。下沖程過程中，液壓泵處在卸荷工況，避免了系統(tǒng)功率浪費。通過二次元件和蓄能器的配合使用，將下沖程時液壓缸、光桿及光桿所受負(fù)載的重力勢能轉(zhuǎn)化為油液的壓力能儲存起來供給上沖程時使用，實現(xiàn)了重力勢能的回收利用，極大提升了系統(tǒng)的效率。與傳統(tǒng)抽油機光桿密封模擬試驗臺相比，基于二次調(diào)節(jié)技術(shù)的抽油機光桿密封模擬試驗臺在能量回收利用、系統(tǒng)效率方面體現(xiàn)出較大優(yōu)勢，具有一定價值，同時，也將給后續(xù)設(shè)計的試驗臺提供一定的參考。