一种压力补偿系统的制作方法

1.本发明涉及钻井设备技术领域，特别涉及一种压力补偿系统。


背景技术：

2.压力补偿器广泛应用在各类水下工作设备的液压系统的保护方案，为液压系统提供压力补偿，以克服环境压力对水下工作设备的液压系统损伤。
3.现有技术中的水下工作设备的液压系统仅具有单套压力补偿器，一旦压力补偿器出现故障，就不能对液压系统提供压力补偿。此时水下工作设备需要停止运行对压力补偿器进行维修，待压力补偿器维修后水下工作设备再次投产，影响了水下工作设备工作的连续性。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明提供了一种压力补偿系统，以保证水下工作设备工作的连续性。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
6.一种压力补偿系统，包括控制器和至少两个压力补偿器，
7.至少两个所述压力补偿器并联，所述压力补偿器能够通过电磁阀与液压系统连通，
8.所述控制器与所述电磁阀通信连接，用于控制至少一个所述压力补偿器与所述液压系统连通。
9.优选的，在上述压力补偿系统中，所述压力补偿器包括防护罩、底座、橡胶波纹管、弹簧、导杆、上盖板和下盖板，
10.所述防护罩的侧壁上开设有用于连通所述防护罩与环境的通孔，
11.所述防护罩的下端通过所述底座封堵，所述防护罩的上端设置所述橡胶波纹管，
12.所述橡胶波纹管的上端通过上盖板封堵，所述上盖板与所述防护罩的上端连接，所述上盖板上设置有能够与所述液压系统连通的接口，所述橡胶波纹管的下端通过下盖板封堵，
13.所述导杆设置在所述防护罩，所述导杆的上端与所述上盖板连接，所述导杆的下端与所述底座连接，所述导杆的中部与所述下盖板滑动配合，所述弹簧设置在所述下盖板与所述底座之间，所述下盖板能够在所述弹簧的作用下沿所述导杆滑动，所述弹簧用于对所述橡胶波纹管施加预紧力。
14.优选的，在上述压力补偿系统中，所述下盖板通过滑孔与所述导杆滑动配合，所述滑孔与所述导杆的间隙度为0.10-0.20mm。
15.优选的，在上述压力补偿系统中，所述压力补偿器上设置有第一压力传感器、第一行程传感器和第一水分传感器，
16.所述第一压力传感器用于测量所述橡胶波纹管的内部压力，
17.所述行程传感器用于检测所述弹簧的变形量，
18.所述第一水分传感器用于检测所述橡胶波纹管内的含水量，
19.所述第一压力传感器、所述行程传感器和所述第一水分传感器均与所述控制器通信连接，
20.所述第一压力传感器检测所述橡胶波纹管的内部压力持续增大或者持续减小，所述行程传感器检测的所述弹簧的变形量不变，所述第一水分传感器检测所述橡胶波纹管内的含水量处于正常水平且保持不变，所述控制器判断所述橡胶波纹管发生运动卡滞，
21.所述第一压力传感器检测所述橡胶波纹管的内部压持续降低至环境压力，所述行程传感器检测所述弹簧的变形量趋于最小，所述控制器判断所述橡胶波纹管发生泄露。
22.优选的，在上述压力补偿系统中，还包括溢流阀，所述溢流阀与所述液压系统连通，所述溢流阀通过单向阀与环境连通，所述单向阀用于防止所述环境中的水或者泥浆进入所述溢流阀。
23.优选的，在上述压力补偿系统中，还包括第二压力传感器，安装在所述液压系统的液压油箱上，用于检测所述液压油箱的压力，所述第二压力传感器与所述控制器通信连接。
24.优选的，在上述压力补偿系统中，还包括第二水分传感器，安装在用于实现所述液压系统与所述压力补偿器连通的管路上，用于检测所述管路中的含水量，所述第二水分传感器与所述控制器通信连接，
25.所述水分传感器检测的含水量超过0.05％，所述控制器判断所述环境中的水分进入所述液压系统，所述水分传感器检测的含水量不超过0.05％，所述控制器判断所述环境中的水分没有进入所述液压系统。
26.优选的，在上述压力补偿系统中，还包括：
27.第三水分传感器，安装在所述液压油箱上，用于检测所述液压油箱的含水量，所述第三水分传感器与所述控制器通信连接；
28.第四水分传感器，安装在所述液压油箱的出油口上，用于检测所述出油口的含水量，所述第四水分传感器与所述控制器通信连接。
29.优选的，在上述压力补偿系统中，还包括球阀，所述球阀位于所述第二水分传感器与所述电磁阀之间。
30.优选的，在上述压力补偿系统中，所述控制器通过信号采集模块与所述第一电磁阀、所述第一压力传感器、所述行程传感器、所述第一水分传感器、所述第二压力传感器和所述第二水分传感器通信连接。
31.从上述技术方案可以看出，本发明提供的压力补偿系统，具有至少两个压力补偿器。在正常工作时，控制器控制其中一个压力补偿器与液压系统的液压油箱连通，用于对液压系统提供压力补偿，另外的压力补偿器作为备用的压力补偿器，此时备用的压力补偿器不与液压系统连通，不能够对液压系统提供压力补偿；在与液压油箱连通的压力补偿器出现故障时，控制器切断该压力补偿器与液压系统的连通，同时控制器控制备用的压力补偿器中的至少一个与液压系统连通，继续对液压系统提供压力补偿，此时水下工作设备能够继续运行，不会影响水下工作设备工作的连续性。在水下工作设备工作结束后，再对液压系统进行维修。
附图说明
32.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
33.图1为本发明实施例提供的压力补偿系统的结构示意图。
34.附图标记如下：
35.1、液压油箱，2、第二压力传感器，3、球阀，4、第二水分传感器，5、电磁阀，6、第一压力传感器，7、行程传感器，8、压力补偿器，9、压力补偿器，10、信号采集模块，11、第一水分传感器，12、单向阀，13、溢流阀，14、第三水分传感器，15、第四水分传感器。
具体实施方式
36.本发明公开了一种压力补偿系统，以保证水下工作设备工作的连续性。
37.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
38.请参阅图1。
39.本发明公开了一种压力补偿系统，用于对液压系统提供压力补偿。
40.压力补偿系统包括控制器9和至少两个压力补偿器8。
41.压力补偿器8的个数至少为两个，压力补偿系统的所有压力补偿器8并联。
42.压力补偿器8通过电磁阀5与液压系统的液压油箱1连通，电磁阀5用于控制液压油箱1的油液是否通入压力补偿器8。此处需要说明的是，一个压力补偿器8对应一个阀门。
43.本方案中，液压系统启动时即与液压系统连通的压力补偿器8为主压力补偿器，其他压力补偿器8为备用压力补偿器。主压力补偿器与液压系统通过常开电磁阀5连通，备用压力补偿器与液压系统通过常闭电磁阀5连通。具体的，常开电磁阀5不得电时处于开启状态，得电处于闭合状态；常闭电磁阀5在不得电时处于闭合状态，得电时处于开启状态。
44.控制器9与电磁阀5通信连接，用于控制压力补偿系统中的所有压力补偿器8中的至少一个压力补偿器8与液压系统连通。
45.本方案公开的压力补偿系统，具有至少两个压力补偿器8。在正常工作时，控制器9控制其中一个压力补偿器8与液压系统的液压油箱1连通，用于对液压系统提供压力补偿，另外的压力补偿器8作为备用的压力补偿器8，此时备用的压力补偿器8不与液压系统连通，不能够对液压系统提供压力补偿；在与液压油箱1连通的压力补偿器8出现故障时，控制器9切断该压力补偿器8与液压系统的连通，同时控制器9控制备用的压力补偿器8中的至少一个与液压系统连通，继续对液压系统提供压力补偿。备用的压力补偿器8对液压系统提供压力补偿时，具有该液压系统的水下工作设备不需要停产，因此不会影响水下工作设备工作的连续性，提高了水下工作设备的可靠性。
46.在水下工作设备工作结束后，再对液压系统进行维修。
47.在本方案的一个具体实施例中，压力补偿器8包括防护罩、底座、橡胶波纹管、弹
簧、导杆、上盖板和下盖板。
48.防护罩的侧壁上开设有用于连通防护罩的内腔与环境的通孔，使得环境中的液体能够进入防护罩内；
49.防护罩的下端通过底座封堵，防护罩的上端设置橡胶波纹管、上盖板和下盖板，橡胶波纹管的上端通过上盖板封堵，且上盖板与防护罩的上端连接，橡胶波纹管的下端通过下盖板封堵；
50.导杆的上端与上盖板连接，导杆的下端与底座连接，导杆的中部与下盖板滑动配合。导杆的中部与下盖板滑动配合的实现形式为下盖板上开设有与导杆配合的滑孔，导杆穿过滑孔实现与下盖板滑动配合。
51.弹簧位于下盖板与底座之间，下盖板在弹簧的作用下沿着导杆滑动。弹簧用于对橡胶波纹管施加预紧力。当液压系统与压力补偿器8的橡胶波纹管连通后，液压系统的压力会形成相对于环境压力的微正压，此时液压系统所承受的压力仅为该微正压。
52.压力补偿系统长期工作在裹挟有泥沙的深井环境中，深井环境中的泥沙通过防护罩上的通孔进入防护罩内，可能会造成橡胶波纹管运动卡滞。
53.为了降低橡胶波纹管卡滞的风险，本方案将滑孔与导杆之间的间隙度设计为0.10-0.20mm。
54.压力补偿器8失效的形式有两种，一种是压力补偿器8破损泄漏，一种是压力补偿器8运动卡滞。
55.在本方案的一个具体实施例中，压力补偿器8上设置有第一压力传感器6、行程传感器7和第一水分传感器11，第一压力传感器6用于测量橡胶波纹管的内部压力，行程传感器7用于检测所述弹簧的变形量，第一水分传感器11用于检测橡胶波纹管内的含水量。
56.第一压力传感器6、行程传感器7和第一水分传感器11均与控制器9通信连接。
57.控制器9根据第一压力传感器6检测的橡胶波纹管的内部压力、行程传感器7检测的弹簧的变形量以及第一水分传感器11检测的橡胶波纹管内的含水量，判断压力补偿器8是否发生卡滞。
58.压力补偿器8的橡胶波纹管通过下盖板沿导杆做伸缩运动，导杆与下盖板的连接位置可能会存在小直径砂石，造成橡胶波纹管在运动过程中被卡滞。
59.橡胶波纹管在液压系统的液压油箱1的吸油和排油过程中均可能发生卡滞。
60.如果液压系统的液压油箱1在吸油过程中发生橡胶波纹管运动卡滞，液压系统的压力随油液的增多逐渐升高，但是压力补偿器8的橡胶波纹管的容积不能随之增大，最终液压系统与环境之间的压差会超过压力补偿器8的承压上限，橡胶波纹管与上盖板的连接位置可能会发生撕裂，造成压力补偿器8泄漏。
61.为了避免液压系统的液压油箱1在吸油过程中造成压力补偿器8泄漏，本方案公开的压力补偿系统还包括与液压系统的液压油箱1连通的溢流阀13，溢流阀13可以在液压系统的压力超过压力补偿器8的上限以后，将部分油液排出液压系统的液压油箱1以降低液压油箱1的压力。
62.溢流阀13通过单向阀12与环境连通，单向阀12可以防止环境中的水或者泥浆进入溢流阀13，造成溢流阀13的阀芯锈蚀和卡滞。
63.如果液压系统的液压油箱1在排油过程中发生橡胶波纹管运动卡滞，随着油液从
液压油箱1中排出，液压油箱1的压力随着油液的流出持续降低，最终可能低于环境压力，橡胶波纹管的容腔应该相应减小，但由于橡胶波纹管运动卡滞，橡胶波纹管不能做轴向运动以减小容积进行压力跟随，导致橡胶波纹管在外部环境压力下会发生径向形变，极端情况下可能使橡胶波纹管内部的定形钢圈发生扭曲，导致橡胶波纹管损坏，压力补偿器810失效，甚至是破裂泄漏。
64.无论液压系统的液压油箱1是进油还是排油，都可以通过布置在压力补偿器8上的第一压力传感器6、行程传感器7和第一水分传感器11配合进行故障诊断。液压系统的液压油箱1进油，第一压力传感器6的检测的压力持续升高，行程传感器7检测的变形量和第一水分传感器11的检测的含水量将保持不变，液压系统的液压油箱1排油，第一压力传感器6的检测的压力持续降低，行程传感器7检测的变形量和第一水分传感器11的检测的含水量将保持不变。控制器9接收第一压力传感器6的检测的压力、行程传感器7检测的变形量和第一水分传感器11的检测的含水量，判断压力补偿器8发生卡滞。
65.在确认故障发生以后，控制器9快速关闭用于控制主压力补偿器与液压油箱1连通的电磁阀5，切断主压力补偿器与液压油箱11的连通，打开与其中一个备用的压力补偿器8连通的电磁阀5，接通备用的其中一个压力补偿器8与液压油箱1的连通，保证液压系统持续稳定连续运行。
66.如果压力补偿器8发生泄漏，液压系统的液压油箱1内的油液会从泄漏口流向环境，使得液压系统的压力逐渐下降，最终液压系统的压力与环境压力相同，此时橡胶波纹管被弹簧压缩至最大形变量，行程传感器7的示数将保持在最初设定的零位，当压力传感器检测橡胶波纹管的压力持续下降并最终稳定在环境压力时，行程传感器7的检测值逐渐减小至零并保持不变，此时控制器9判断压力补偿器8发生泄漏。
67.液压油箱1内的油液供入执行元件，引起液压系统的液压油箱1的内部压力进一步下降，此时环境中的水和泥浆将通过泄漏口进入压力补偿器8，如果第一水分传感器11检测的含水量升高，则判断环境中的水和泥浆进入压力补偿器8。
68.本方案公开的压力补偿系统还包括第二水分传感器4，第二水分传感器4用于检测用于连通液压系统与压力补偿器8的管路中的含水量，第二水分传感器4与所述控制器9通信连接。第二水分传感器4用于检测污染油液是否进入液压油箱1。
69.第二水分传感器4检测的含水量超过0.05％时，控制器9判断环境中的水和泥浆进入液压系统；第二水分传感器4检测的含水量不超过0.05％时，控制器9判断环境中的水和泥浆没有进入液压系统。
70.本方案公开的压力补偿系统还包括第三水分传感器14，第三水分传感器14安装在液压油箱1上，用于检测液压油箱1内的含水量，判断液压油箱1中油液的整体污染程度。
71.第三水分传感器14与控制通信连接。
72.本方案公开的压力补偿系统还包括第四水分传感器15，第四水分传感器15安装在液压油箱1的出油口上，用于检测出油口的含水量，判断污染油液是否已经通过液压油箱1供入其他液压管路或者执行元件。
73.工作人员根据检测结果指定处理方案。如果油液仅是向环境泄漏或是环境泥水只是进入了压力补偿器8而未进入液压油箱1，则可切断主压力补偿器，启用备用的压力补偿器8，液压系统能够继续正常工作。
74.本方案公开的压力补偿系统还包括第二压力传感器2，第二压力传感器2用于检测液压系统的液压油箱1的压力，第二压力传感器2与控制器9通信连接。
75.在本方案的一个具体实施例中，控制器9控制启动备用的压力补偿器8的情况有两种：
76.第一种，主压力补偿器上的第一压力传感器6的检测的压力与环境压力值的差值小于0.1bar(低于压力补偿器8的调压范围0.2～0.5bar)，且行程传感器7的检测的弹簧的变形量逐渐减小至零并保持不变，若进一步观察到第一水分传感器11的检测的含水值超过0.05％，而第二水分传感器4的检测的含水值未超过0.05％，则可判断压力补偿器8发生泄漏且液压油箱1中的油液未被污染，此时可先打开备用的压力补偿器8对应的电磁阀5，待1～2秒后关闭主压力补偿器的对应的电磁阀5，以关闭主压力补偿器，启用备用的压力补偿器8，先后动作主压力补偿器的电磁阀5和备用的压力补偿器8的电磁阀5是为了防止对液压系统造成冲击；
77.第二种，主压力补偿器上的第一压力传感器6的检测的压力与环境压力的差值超出压力补偿器8的调压范围一定程度(即小于0.1bar或大于1bar)，且行程传感器7和第一水分传感器11的检测数值保持不变，则可判断压力补偿器8的橡胶波纹管发生卡滞，此时可先打开备用的压力补偿器8对应的电磁阀5，待1～2秒后关闭主压力补偿器的对应的电磁阀5，以关闭主压力补偿器，启用备用的压力补偿器8。
78.具有本方案公开的压力补偿系统的液压系统能够适应深井泥浆等恶劣环境。具有该压力补偿系统的液压系统通过将压力传感器、水分传感器、行程传感器7、控制器9与压力补偿器8相结合，能够在主压力补偿器发生泄漏或者卡滞等故障时，及时做出诊断，在切断主压力补偿器与液压系统连通的同时，启动备用的压力补偿器8，保证液压系统能够稳定持续的工作。
79.优选的，压力补偿系统包括两个压力补偿器8，两个压力补偿器8可独立工作，且互不影响，提高了液压系统工作的可靠性，同时采用多种传感器对压力补偿系统出现的故障进行诊断，能够实现尽早发现问题，尽快采取相应措施，有效降低了设备维护成本和时间。
80.本方案使用的压力补偿器8不限于上述实施例，还可以为其他类型的压力补偿器8，在此不做具体限定。
81.电磁阀5可以为电磁球阀3，也可以为二位二通阀。
82.本方案公开的压力补偿系统还包括球阀3，球阀3位于第二水分传感器4与电磁阀5之间。球阀3能够切断液压油箱1与压力补偿器8的连接管路，方便对电磁阀5及压力补偿器8进行跟换和维修。
83.备用的压力补偿器8在电磁阀5未打开的状态下依旧可以跟随环境压力，随时保持待命状态，这样在系统切换时也不存在压力冲击。
84.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。