CN106365059A - 岩心钻机卷扬液压控制系统及方法 - Google Patents
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Abstract
一种岩心钻机卷扬液压控制系统和方法，该系统包括液压马达、节流阀、第一单向阀、第一换向阀和第二换向阀，该方法包含卷扬随动下放步骤，由第一换向阀实现液压马达浮动控制，由节流阀控制卷扬下放速度；以及卷扬液动提升下放步骤，由第二换向阀控制液压马达正转或反转，液压驱动卷扬提升或下放；本发明的岩心钻机卷扬液压控制系统及方法实现卷扬自由下放，液压马达浮动回路并联于马达进出油口，液压阻尼小，系统发热小，对液压马达损伤较小，且压马达浮动回路设置有节流阀，可方便实现下放速度控制，避免下放速度过快损伤钻具。卷扬浮动回路采用液控换向，卷扬操作简单。
Description
技术领域
本发明涉及岩心钻探的技术领域，尤其涉及一种岩心钻机卷扬液压控制系统及方法。
背景技术
绳索取心钻进的特点是当岩心装满内管时，不提钻而用绳索打捞器从钻杆内把内管捞取上来获得岩心。捞取岩心时，需要将打捞器放入取心钻杆内，靠重力或水力将打捞器快速下放，然后卷扬提升打捞岩心。卷扬作为下放和提升打捞器的核心机构，其控制系统设计优劣将直接影响取心效率。由于卷扬自转下放速度较慢，绳索取心工艺要求卷扬具有自由下放功能，卷扬能够靠重力或水力快速将打捞器下放至孔底。
目前，岩心钻机配套卷扬多为传统起重卷扬及配套液压控制系统，如图1所示，其普遍存在无法实现自由下放，存在下放速度较慢、液压系统发热较大、效率低等缺点。为提高打捞器下放速度，部分卷扬设计厂家对卷扬控制系统做了部分改进，一种做法是在卷扬驱动马达与卷扬之间增加离合器，在下放打捞器时，将卷扬与马达分离，卷扬处于随动状态，从而实现快速下放功能，为控制打捞器下放速度，此卷扬一般设置有手动刹车系统。此方案虽然解决了打捞器快速下放问题，但是存在结构复杂，成本高，下放速度平稳性差，易损伤钻具等缺点。第二种做法是改进卷扬液压驱动系统，如图2所示，将卷扬液驱系统换向阀中位改为Y形位，增加马达浮动功能，从而实现卷扬自动下放。此方案具有结构简单，成本低等优点，但仍存在速度不可控的缺点，并且由于自由下放过程中将马达变为泵，而分体式岩心钻机换向阀与马达之间连接胶管较长，液阻较大，系统发热严重，且容易损伤马达。
为此，本发明的设计者有鉴于上述缺陷，通过潜心研究和设计，综合长期多年从事相关产业的经验和成果，研究设计出一种岩心钻机卷扬液压控制系统及方法，以克服上述缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种岩心钻机卷扬液压控制系统及方法，其能解决现有技术中存在卷扬下放平稳性差、易损伤钻具、结构复杂、伤马达等问题。
为解决上述问题，本发明公开了一种岩心钻机卷扬液压控制系统，包括液压马达、节流阀、第一单向阀、第一换向阀和第二换向阀，其特征在于：
所述第二换向阀为三位四通换向阀，第一换向阀为两位三通液控换向阀，所述第二换向阀的两个输入口中的P连接至液压系统高压油源，T与液压油箱连接，所述第一换向阀的A口与液压马达的B口相连，第一换向阀的C口与第二换向阀的B口连接，所述第一换向阀的控制油口与液压马达的A口连接；
所述节流阀的B口与第一换向阀的B口连接，所述节流阀4的A口与第一单向阀的B口连接，所述第一单向阀的A口与液压马达的A口连接，由此，所述第一单向阀控制节流阀至液压马达的A口油路通。
其中：所述第二换向阀为Y型中位。
其中：还包含一安全阀，所述安全阀并联于液压马达的A口与B口之间，所述安全阀的A口与液压马达的B口连接，安全阀的B口与液压马达的A口连接。
其中：还包含一第二单向阀，所述第二单向阀并联于第一换向阀的A口与C口之间，所述第一单向阀控制第一换向阀的C口至A口油路通。
还公开了一种岩心钻机卷扬液压控制方法，通过如上所述的岩心钻机卷扬液压控制系统实现，其特征在于包含如下步骤：
卷扬随动下放步骤，由第一换向阀实现液压马达浮动控制，由节流阀控制卷扬下放速度；
卷扬液动提升下放步骤，由第二换向阀控制液压马达正转或反转，液压驱动卷扬提升或下放。
其中：所述卷扬随动下放步骤中：当第二换向阀工作于中位，第一换向阀控制油口为低压，第一换向阀工作于右位，液压马达A口与B口之间形成闭合回路，液压马达处于浮动状态。
其中：节流阀串联与液压马达浮动回路，调节节流阀开度可调节卷扬随动下放速度。
其中：所述卷扬液动提升下放步骤中：第二换向阀动作且控制A口与B口高低压状态，若A口为高压油口，B口为低压油口，高压油流入第一换向阀的控制油口，第一换向阀工作于左位，液压马达反转，驱动卷扬下放，若A口为低压，B口为高压，第一换向阀的控制油口为低压，第一换向阀工作于右位，液压马达反转，驱动卷扬提升。
通过上述结构可知，本发明的岩心钻机卷扬液压控制系统及方法具有如下效果：
1、实现卷扬自由下放，卷扬结构简单，成本低。
2、液压马达浮动回路并联于马达进出油口，液压阻尼小，系统发热小，对液压马达损伤较小。
3、马达浮动回路设置有节流阀，可方便实现下放速度控制，避免下放速度过快损伤钻具。卷扬浮动回路采用液控换向，卷扬操作简单。
本发明的详细内容可通过后述的说明及所附图而得到。
附图说明
此处说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是现有起重卷扬液压控制系统原理图。
图2是现有卷扬液压控制系统原理图。
图3是本发明的实施例中液压系统原理图。
图4是本发明的实施例中液驱下放的原理图。
图5是本发明的实施例中液驱提升的原理图。
具体实施方式
参见图3至图5，显示了本发明的岩心钻机卷扬液压控制系统及方法。
参见图3，本发明所述岩心钻机卷扬液压控制系统包括液压马达1、安全阀2、第一单向阀3、节流阀4、第一换向阀5、第二单向阀6和第二换向阀7，所述第二换向阀7为三位四通换向阀，所述第二换向阀7优选为Y型中位，第一换向阀5为两位三通液控换向阀，所述第二换向阀7的两个输入口中的P连接至液压系统高压油源，T与液压油箱连接，所述第一换向阀5的A口与液压马达1的B口相连，第一换向阀5的C口与第二换向阀7的B口连接，所述第一换向阀5的控制油口与液压马达1的A口连接，所述第二单向阀6并联于第一换向阀5的A口与C口之间，所述第一单向阀6控制第一换向阀5的C口至A口油路通，A口到C口方向油路不通。
所述节流阀4的B口与第一换向阀5的B口连接，所述节流阀4的A口与第一单向阀3的B口连接，所述单向阀3的A口与液压马达1的A口连接，由此，所述第一单向阀3控制节流阀4至液压马达1的A口油路通，反之，油路不通。
所述安全阀2并联于液压马达1的A口与B口之间，具体的说，所述安全阀2的A口与液压马达1的B口连接，安全阀2的B口与液压马达1的A口连接。
参见图3，为卷扬自由下放步骤，第二换向阀7工作于中位，此时第二换向阀7的A口、B口为低压，第一换向阀5的控制油口D为低压，第一换向阀5工作于右位，此时液压马达1处于浮动状态，卷扬可在钻具自重或者水力作用下自由下放，为避免下放速度过快，调节节流阀4开度可实现下放速度控制，由于换向阀7为Y型中位，可补充液压系统泄漏，避免吸空。在部分工况下不需要卷扬随动时，可关闭节流阀4。
参见图4，为卷扬液压控制下放，第二换向阀7工作于左位，第二换向阀7A口为高压，B口为低压，第一换向阀5的控制油口D为高压，推动阀芯工作于左位，卷扬在液压驱动下下放。卷扬下放速度与液压马达1及油源流量决定。
参见图5，图5为卷扬液压控制提升，第二换向阀7工作于右位，第二换向阀7A口为低压，B口为高压，第一换向阀5的控制油口D为低压，阀芯工作于右位，高压油通过第二单向阀6流入液压马达1的B口驱动马达回转，实现卷扬提升。液压马达1的A、B口并联有安全阀2，当卷扬提升力超过限值时，安全阀2开启，液压马达1泄压，同时可以降低提升过程中的惯性冲击。
在实际应用中，只需操作换向阀可方便实现卷扬自由下放、卷扬液动下放、卷扬液动提升功能之间的转换，操作简单。可实现自由下放，提高了取心效率。通过调节节流阀开口大小，实现速度控制，避免下放速度过快而损伤钻具。液压马达浮动回路并联于马达进出油口，避免管路过长造成的液阻大，系统发热严重等问题，提高了马达使用寿命。提升安全阀的设置可提高钻具提升过程中的安全性。
所述换向阀5可实现液压马达1随动控制。
采用上述系统的岩心钻机卷扬液压控制方法，包括：
卷扬随动下放步骤，由第一换向阀5实现液压马达1浮动控制，由节流阀4控制卷扬下放速度。卷扬液动提升下放步骤，由第二换向阀7控制液压马达1正转或反转，液压驱动卷扬提升或下放。
所述卷扬随动下放步骤中：当第二换向阀7工作于中位，第一换向阀5控制油口为低压，第一换向阀5工作于右位，液压马达1A口与B口之间形成闭合回路，液压马达1处于浮动状态。节流阀4串联与液压马达1浮动回路，调节节流阀4开度，可调节卷扬随动下放速度。
所述卷扬液动提升下放步骤中：第二换向阀7动作，控制A口与B口高低压状态。A口为高压油口，B口为低压油口，高压油流入第一换向阀5的控制油口，第一换向阀5工作于左位，液压马达1反转，驱动卷扬下放。A口为低压，B口为高压，第一换向阀5的控制油口为低压，第一换向阀5工作于右位，液压马达反转，驱动卷扬提升。
由此可见，本发明的优点在于：
1、实现卷扬自由下放，卷扬结构简单，成本低。
2、液压马达浮动回路并联于马达进出油口，液压阻尼小，系统发热小，对液压马达损伤较小。
3、马达浮动回路设置有节流阀，可方便实现下放速度控制，避免下放速度过快损伤钻具。卷扬浮动回路采用液控换向，卷扬操作简单。
显而易见的是，以上的描述和记载仅仅是举例而不是为了限制本发明的公开内容、应用或使用。虽然已经在实施例中描述过并且在附图中描述了实施例，但本发明不限制由附图示例和在实施例中描述的作为目前认为的最佳模式以实施本发明的教导的特定例子，本发明的范围将包括落入前面的说明书和所附的权利要求的任何实施例。
Claims (8)
1.一种岩心钻机卷扬液压控制系统，包括液压马达、节流阀、第一单向阀、第一换向阀和第二换向阀，其特征在于：
所述第二换向阀为三位四通换向阀，第一换向阀为两位三通液控换向阀，所述第二换向阀的两个输入口中的P连接至液压系统高压油源，T与液压油箱连接，所述第一换向阀的A口与液压马达的B口相连，第一换向阀的C口与第二换向阀的B口连接，所述第一换向阀的控制油口与液压马达的A口连接；
所述节流阀的B口与第一换向阀的B口连接，所述节流阀4的A口与第一单向阀的B口连接，所述第一单向阀的A口与液压马达的A口连接，由此，所述第一单向阀控制节流阀至液压马达的A口油路通。
2.如权利要求1所述的岩心钻机卷扬液压控制系统，其特征在于：所述第二换向阀为Y型中位。
3.如权利要求1所述的岩心钻机卷扬液压控制系统，其特征在于：还包含一安全阀，所述安全阀并联于液压马达的A口与B口之间，所述安全阀的A口与液压马达的B口连接，安全阀的B口与液压马达的A口连接。
4.如权利要求1所述的岩心钻机卷扬液压控制系统，其特征在于：还包含一第二单向阀，所述第二单向阀并联于第一换向阀的A口与C口之间，所述第一单向阀控制第一换向阀的C口至A口油路通。
5.一种岩心钻机卷扬液压控制方法，通过如权利要求1-4中任一所述的岩心钻机卷扬液压控制系统实现，其特征在于包含如下步骤：
卷扬随动下放步骤，由第一换向阀实现液压马达浮动控制，由节流阀控制卷扬下放速度；
卷扬液动提升下放步骤，由第二换向阀控制液压马达正转或反转，液压驱动卷扬提升或下放。
6.如权利要求5所述的岩心钻机卷扬液压控制方法，其特征在于：所述卷扬随动下放步骤中：当第二换向阀工作于中位，第一换向阀控制油口为低压，第一换向阀工作于右位，液压马达A口与B口之间形成闭合回路，液压马达处于浮动状态。
7.如权利要求所述的岩心钻机卷扬液压控制方法，其特征在于：节流阀串联与液压马达浮动回路，调节节流阀开度可调节卷扬随动下放速度。
8.如权利要求5所述的岩心钻机卷扬液压控制方法，其特征在于：所述卷扬液动提升下放步骤中：第二换向阀动作且控制A口与B口高低压状态，若A口为高压油口，B口为低压油口，高压油流入第一换向阀的控制油口，第一换向阀工作于左位，液压马达反转，驱动卷扬下放，若A口为低压，B口为高压，第一换向阀的控制油口为低压，第一换向阀工作于右位，液压马达反转，驱动卷扬提升。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20170201 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |