开关型闸板防喷器密封控制技术研究

哈明达 王长进 李银朋

摘 要：根据开关型闸板防喷器开环控制密封技术的不足，提出将带有反馈信号的闭环控制技术应用于开关型闸板防喷器密封控制。将开关型闸板防喷器的主要密封部件密封胶芯视为弹性弹性负载，结合电液比例阀控缸系统传递函数及开关型闸板防喷器控制组件参数，得出开关型闸板防喷器闭环控制系统传递函数。应用matlab软件对开关型闸板防喷器闭环控制系统传递函数进行系统仿真，判断开关型闸板防喷器闭环控制系统的稳定性。

关键词：闭环控制；电液比例；闸板防喷器

1 概述

现阶段油田施工现场应用的开关柔型闸板防喷器密的封控制方法一般是用定量泵和开关阀组共同配合工作，其控制方式属于开环控制。由于带压作业过程中油水井内部压力是随着作业进行无规则变化的，要想使开关型闸板防喷器达到可靠的密封效果，这种开环的控制方法只能靠强制密封实现，也就是说开关型闸板防喷器的主要密封部件密封胶芯是在强制密封驱动压力下工作，这样大大减少了密封胶芯的使用寿命[1]。因此提出了采用带有反馈信号的闭环控制方法对开关型闸板防喷器密封操作进行控制。

2 开关型闸板防喷器闭环控制系统组成

开关型闸板防喷器闭环控制系统是采用电液比例溢流阀和定量液压泵共同完成对密封胶芯的控制，以来完成带压作业操作过程中的密封井压功能。开关型闸板防喷器闭环控制系统主要由电液比例溢流阀、液压驱动油缸、井口压力传感器和信号放大器等组成，形成闭环密封控制系统。反馈信号是井口压力传感器即时测得的是油水井井压。

3 开关型闸板防喷器闭环控制系统数学模型

根据开关型闸板防喷器主要密封部件密封胶芯的工作状态，可将其视为弹性负载，即可得到电液比例溢流阀阀控液压缸的传递函数方框图，经简化后可得开关型闸板防喷器闭环控制系统闭环传递函数[2][3]。

4 开关型闸板防喷器闭环控制系统仿真分析

4.1 开关型闸板防喷器闭环控制系统参数设定

根据开关型闸板防喷器的工作状态，取驱动液压缸工作压力为8.5MPa，驱动液压缸内径D=150mm，活塞杆直径d=80mm。经过计算，得到开关型闸板防喷器开启时活塞的上拉力为107kN，闸板关闭时活塞上的推力为150kN。闸板关闭过程中，闸板前部及背部都受工作压力作用，其受压面积差值为活塞杆截面面积，在此面积上受闸板腔工作压力的作用阻碍前进，根据计算此作用力为70kN。

本次设计中，选用榆次油研液压有限公司的EBG-06-H-50型电磁比例溢流阀。根据有关的技术参数及比例阀的幅相频率特性以及有关文献可以估定以下参数：

电液比例溢流阀刚度系数：

电液比例溢流阀主阀的转折频率：

电液比例溢流阀的固有频率：

电液比例溢流阀的系统阻尼：

电液比例溢流阀的放大系数：Ki=3.125×106Pa/V。

闸板防喷器密封胶芯弹性系数： ；

4.2 开关型闸板防喷器闭环控制系统仿真分析

将开关型闸板防喷器闭环控制系统参数带入开关型闸板防喷器闭环控制系统数学模型，可以得到相开关型闸板防喷器闭环控制系统仿真模型。如图2所示。应用MATLAB仿真软件进行仿真，结果为，超调量为44%、上升时间0.14s、调整时间为1.05s。根据仿真数据结果可知，该系统稳定，满足设计要求。如图3所示。

5 结束语

开关型闸板防喷器闭环控制系统避免了以往开环控制系统的强制密封的缺陷，可以根据井压变化随时调节驱动液压缸工作压力，极大的减小了密封主要部件的摩擦、磨损情况，延长密封胶芯的使用寿命。目前不足之处在于，油水井井压与密封驱动压力关系是靠试验测得数据形成数据库，该数据库还需通过改变试验条件、试验设施等方法进一步完善。

参考文献

[1]贾光政，哈明达.带压作业可控柔性密封初探[J].石油机械，2008，3（36）：71-73.

[2]许益民.电液比例控制系统分析与设计[M].机械工业出版社，2005，10.

[3]路甫样，胡大纺，郁凯元.应用新原理的电液比例溢流阀机型开发[J].浙江大学学报，1985，19（6）：32-43.

作者简介：哈明达（1979-），男，回族，河北河间市，东北石油大学秦皇岛分校，实验师，硕士，流体机械及工程。