Гидравлическая система управления подводным противовыбросовым оборудованием Советский патент 1984 года по МПК E21B33/06 

Изобретение относится к горной промьшшенности, в частности к гидрав лическим системам управления противо выбросовым оборудованием, применяемым при бурении скважин с подводным расположением устья скважины. Известна гидравлическая система управлений подводным противовыбросовым оборудованием, включающая источник гидравлической энергии, предохранительную аппаратуру и управляюще-регистрирующий клапанный блок ГЦ Недостатком гидравлической системы является то, что при возрастании числа команд необходимо пропорциональное увеличение гидроклапанов, в результате чего снижается надежность работы гидросистемы. i Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является гидравличес кая система управления подводным противовыбросом, оборудованием, вклю ча1рщая источник гидравлической энергии, пульт управления с блоками форнирования и гидравлического преобразованнц ко1«4утационной команды, гидравлически сообщенный с пультом подводный коллектор, соединительные и ущ авляющие гидролинйи с гидрораспределителями, обратнь1ми клапанами, и предохранительную гидроаппаратуру t2}. Недостатком гидравлической системы является то, что затруднено осуществление варьируемой последователь нести подачи управляющих сигналов и соответственно срабатывания исполнительных механизмов. Кроме того, надежность гидросистемы снижается при увеличении количества коммутационных команд, возрастают ее габариты и масса. Цель изобретения - повышение надежности работы системы и осуществле ние варьируемой последовательности срабатывания исполнительных меха.низмов. Поставленная цель достигается тем, что в гидравлической системе управления, включающей, источник гидравлической энергии, пульт управления с блоками формирования и гидрав.лического преобразования коммутационной команды, гидравлически сообщенный с пультом подвижный коллектор, соединительные и управляющие гидролинии с гидрораспределителями, обратными клапанами, и предохрани10 тельную гидроаппаратуру, блок формирования коммутационной команды выполнен Б виде зубчато-реечной передачи с возможностью усгановочного поворота зубчатого колеса, а подводный коллектор - в виде неподвижного блока размещенных по окружности приемных гнезд, поворотной обоймы и зубчато-рычажного гидравлического механизма, причем рейка передачи и рычаг механизма кинематически сообщены соответственно с блоком гидравлического преобразования коммутационной команды и поворотной обоймой, при этом угловой шаг между гнездами равен углу установочного поворота зубчатого колеса передачи. Кроме того, поворотная обойма снабжена гидравлическими соединителями, а часть обратных клапанов установлена в каждом из поиемных гнезд и гидравлических соединителей. Угол установочного поворота зубчатого колеса зубчато-реечной передачи равен 23Г/п, где п число команд. Блок гидравлического преобразования коммутационной команды выполнен в виде гидроцилиндра с двумя раздельными штоками переменного и постоянного ходов, гидроаккумулятора, который сообщен с гидроцилиндром, п)ичем шток постоянного хода имеет регулировочное приспособление. Пульт управления снабжен дополнительным гидрораспределителем с гидроцилиндром его привода. На фиг. 1 показана функциональная схема гидросистемы, пульт управления; на фиг. 2 - функциональная схема подводного коллектора и аккумуляторной станции; на фиг. 3 - подводочный коллектор; на фиг. 4 - разрез А-А на фиг. 3. Гидравлическая система управления подводным противовыбросовым оборудованием состоит из пульта 1 (4ffiir.1), подсоединенного к источнику гидравлической энергии в виде трубопровода 2, запитанного от насосно-аккумуляторной станции, подводного коллектора 3 (фиг. 2), подводной аккумуляторной станции 4 и связываюпщх подводную и надводную части гидросистемы гидрокоммуникаций канала 5 управления, силового канала 6 и контрольного канала 7 (фиг. 1 и 2). Блок формирования коммутационной команды пульта 1 управления представлен зубчато-реечной передачей в виде рукоятки 8 с фиксатором 9, взаимодействующим с гнездами 10, расположенными на пане |ПИ с угловым шагом 360°, рейки 11, которая входит D зацепление с зубчатым венцом 12, жестко соединенным со-ступицей 13 обгонной муфты 14, на ружная обойма которой выполнена заод но с рукояткой 8. Блок гидравлического преобразователя коммутационной Команды пульта 1 управления выполнен в виде последова тельно гидравлически соединенных гидроцилйндра 15 с двумя раздельными штоками постоянного и переменного хо дов, гидрораспределителя 16 и гидроаккумулятора 17. Для компенсации влияния внешних условий на шток 18 постоянного хода установлены регулировочные гайки 19. Шток 20 переменного хода взаимодействует с рейкой 11 Запоршневая полость 21, образован ная поршнями штоков 18 и 20, посредством гидрораспределителя 16 с ручным управлением, поочередно подключается или к гидроаккумулятору 17 пульта 1 или через дополнительный гидрораспределитель 22 и канал 5 управления гидрокоммуникаций, к подвод ному коллектору 3 (фиг. 2). Для увеличения быстродействия системы привод дополнительным гидрораспределителем 22 (фиг. 1) осуществляется . гидроцилиндром 23, соединенным через клапан 24 давления, который в свою очередь соединен с запоршневой полостью 21 гидроцилиндра 15 и настроен на избыточное давление, создаваемое гидроаккумулятором 17 с тидрораспределителем 16 блока гидравлического преобразователя коммутационной команды. Для управления подводными исполнительными механизмами, имеющими раз личное рабочее давление, например, универсальным превентором и плашечным превентором со срезными плашками, пульт содержит вспомогательный распределитель 25, регулируемый редукционный клапан 26 и манометр 27 Для осуществления операций контроля за состоянием подводного коллектора 3 (фиг. 2) подводный аккумуляторной станцией 4 и ее подзарядки, пульт содержит нормально открытый вентиль 28 (фиг. 1), расходомер 29, манометр 30, нормально закрытый вентиль 31, и посредством контрольного кана 10 0 ла 7 соединен с подводной частью системы управления. Подводная часть системы включает в себя подводную аккумуляторную станцию 4 (фиг. 2), содержащую группу гидроаккумуляторов 32, обратный клапан 33, редукционный клапан 34 и управляемый обратный клапан 35, которые настроены на основное рабочее давление исполнительных механизмов, а также подводный коллектор, в виде неподвижного блока зубчато-рычажного гидравлического механизма в виде установленного на кронштейне 37 следящего гидроцилиндра 38, связанным посредством кинематической цепи с поворотной обоймой 39, центральный стержень 40 (фиг. 4), внутри которого просверлены каналы. Приемные гнезда 41 (фиг. .3 и 4), имеют заходную фаску и уплотнительные 42 (фиг. 4), причемгнезда расположены в неподвижном блоке 36 по одной окружности равномерно с угловым шагом, равным угловому шагу блока формирования коммутационной команды. Центральные отверстия гнезд 41 перокрыты обратным клапаном 43. Полости, перекрытые обратными клапанами 43, имеют выходные сверления, с установленными в них посредством резьбовых втулок 44 кольцевыми уплотнениями 45, служащих для герметизации стыковочной поверхности неподвижного блока приемных гнезд 41 подводного коллектора 3 с приемным гнездом блока превенторов (не показаны). В случае управления злементами, находящимися на направляющей секции эти сверления могут заканчиваться штуцерами для подсоединения гибких шламгов. Так, например, одно из приемных гнезд 41, минуя приемное гнездо блока превентора, посредством контрольного канала 7 связано с пультом 1 управления. На центральном стержне 40 Аосредством разрезного кольца 46, болтов 47 и шпонки 48 крепится кронштейн 37, на котором установлен следящий гидроцилиндр 38. Штоковая полость следящего гидроцилиндра 38 (фиг. 2) посредством силового канала 6 и дополнительного распределителя 22 (фиг. 1) пульта 1 управления соединена или с напорной или сливной магистралью пульта, а Запоршневая полость посредством канала управления 5 (фиг. 1 и 2) через дополнительный гидрораспределитель 22 соединена или с гидроаккумулятором 17 или через гидрораспределител с запоршневой полостью 21 гидроцилиндра 15 соответственно. Посредством кронштейна 37 (фиг. и А) подводный коллектор 3 связан с направляющей секцией подводного про тивыбросового оборудовй -ия и осуществляется его стыковка с приемным гнездом блока превенторов.Следящий гидроцилинДр 38 связан с поворотной обоймой 39 подводного коллектора 3 рейкой 49 (фиг. 3 и 4), которая перемещается по Т-образному пазу, выполненному .на корпусе 50 гидроцилиндра 39 и связана с его штоком 51 посредством реи 52. Рейка 49 вхо ,дит в зацепление с зубчатым венцом, выполненным за одно целое со ступицей 53 (фиг. 4) обгонной муфты, при этом наружной обоймой обгонной муфты является центральная втулка 5 поворотной обоймы 39. От осевого перемещения ступица 53 фиксируется разрезным кольцом 55. Поворотная обо ма выполнена в виде герметизирующего устройства .с уплотнениями 56 и 57, которые герметизируют кольцевое пространство над приемными гнездами и установленными на нем двумя диамет рально расположенными вьщвижными гид равлическими соединителями 58 и 59 (фиг./2-4). Поворотная обойма 39 (фиг. 4) посредством центральной вту ки 54, опирающейся на опорный подшипник 60, воспринимающий усилие гидростатического давления, имеет во можность вращения вокруг центрально го стержня 40 неподвижного блока 36 приемных гнезд 4. Вунтренняя полость подшипника 60 загерметизирована уплотнением 61. Гидралические соедииители 58 и 59 посредством трубопроводов 62 и 63 и кольцевых расточек центральной стволки 54, уплотненных резиновыми кольцами 64, соединена с подводящими каналами, просверленными с центральным стержнем 40. Оба гидравлических соединителя 58 и 59 содержат заходной конус, узел 65 уплот нения (фиг. 2 и 4) стыковочной поверхности и центральное отверстие, перекрытое обратными клапанами 66 и 67 соответственно. Причем, соединитель 58, установленньпЧ в напорной магистрали, выполнен с односторонним штоком 68, а его обратный клапан 66, установленный в полости, ограниченно гайкой 69, связан посредством стержня и гайки 7, с отжимным диском 71 и имеет возможность взаимодействия в конце кода стыковки с фланцем 72 расточки корпуса соединителя. Соединитель 59, установленный в сливной магистрали, выполнен с двухсторонним штоком 73, и в крышке 74 имеет сквозное отверстие. Верхние запоршневые полости обоих соединителей 58 и 59 посредством трубопровода 62, кольцевой расточки центральной втулки 54, подводящего канала центрального стержня 40, силового канала 6 Хфиг.1 и 2) через дополнительный гидрораспределитель 22 (фиг. 1) пульта 1 управления соединены или с напорной 3 или сливной 75 магистралью пульта 2. Нижние штоковые полости обоих соединителей 58 и 59 (фиг. 2-4) посредством трубопровода 63 (фиг,4), кольцевой расточки центральной втулки 54, подводящего ,канала центрального стержня 40, канала управления 5 (фиг. 1) через дополнительный гидрораспределитель 22 соединены или с гидроаккумулятором 17 или через гидрораспределитель 16 с запоршневой полостью 21 гидроцилиндра 15 блока гидравлического преобразователя коммутационной команды. Работа гидравлической системы управления подводным противовесовым оборудованием осуществляется следующим образом. Команды управления задаются в виде угла поворота рукоятки 8 от исходного положения до требуемого гнезда 10, соответствующего определенной функции определенного исполнительного механизма. При повороте рукоятки. 8 от требуемого гнезда 10 и ее фиксации в ней гидрораспределитель 16 установлен в положении, при котором запоршневая полость 21 гидроцилиндра 15 соединена с гидроаккумулятором 17, а штоковые полости - со сливной магистралью 75. Под действием избыточного давления гидроаккумулятора 17 штоки 18 и 20 перемещаются. Причем, шток 18 перемещается на постоянный ход, а шток 20 на ход, величина которого определена углом поворота рукоятки 8. Таким образом, в .полости 21 создается объем, имеющий постоянную и переменную составляющие, т.е. происходит преобразование формы коммутационной команы. При переключении гидрораспределителя 16 во второе положение, запоршневая полость 21 соединяется через дополнительный гидрораспределитель 22, который установлен в соот ветствующее положение, и через ка- . нал 5 управления - с подводным коллектором 3, а ш- -ковые полости - с напорной магистралью пульта 1 управ ления. В дополнение к этому, давление также подается к клапану давления 24. При этом, поршни штоков 18 и 20 вытесняют объем жидкости, находящейся в полости 21, который подается в штоковые полости соединителей 58 и 59 и в запоршневую полость следящего гидроцилиндра 38. Причем, объем жидкости, затрачиваемый на выдвижение штоков 68 и 73 соединителей из приемных гнезд 41 равен постоянной составляющей передаваемого объема, а диаметр штока 51 следящего гидроцилиндра и передаточное число реечного зацепления имеют такие характеристики, при которых происходит преобразование переменной составляющей передаваемого объема в уго поворота поворотной обоймы 39, равной углу поворота рукоятки 8 пульта 1 управления. Таким образом, первоначально происходит вьщвижение штоков 68 и 73 из приемных гнезд 41 . а затем разворот поворотной части 39 на заданный угол, при этом заходные конусы штоков 68 и 73 оказываются на соответствующими приемными гнездами соединенными с исполнительным механизмом. После полного вытеснения поршнями штоков 18 и 20 заданного объема жидкости.из полости 21 давление в ней падает, срабатывает клапан 24 давления и давление напорной магистрали подается в гидроцилиндр 23 привода дополнительного гидрораспределителя 22, который устанавливается во второе положение, при этом запорш невые полости соединителей 58 и 59 и штоковая полость следящего гидроцилиндра 38 соединяются через силово канал 6 с напорной магистралью, а штоковые полости соединителей и запоршневая полость гидроцилиндра 38 через канал 5 управления с гидроаккумулятором 17. Происходит вьщвижение штоков 68 и 73, которые, взаимо действуя заходным конусом с заходной фаской приемного гнезда 41, обеспечивают механическую ориентацию поло жения соединителей 58 и 59 по отноше нию к приемным гнездам. В конце ход стыковки, когда утсл уплотнения 65 вошел в приемное гнездо 41, герметизируя стыковочную поверхность, отжимной диск 71 взаимодействует с фланцем 72 расточки корпуса соединителя 58, а заходные конуса штоков 68 и 73 Взаимодействуют с обратными клапанами 43 приемных гнезд, при этом происходит принудительное открытие обратных клапанов 66 и 43, в результате чего давление жидкости может подаваться к исполнительному механизму, а отработанная жидкость выбрасывается из исполнительного механизма через соответствующее приемное гнездо, центральное отверстие штока 73, обратный клапан 67 и отверстие крышки 74 в море (предполагается использование нетоксичной жидкости). При подаче давления в штоковую полость следящего гидроцилиндра 38, шток 51, поскольку он связан с поворотной обоймой 39 посредство обгонной муфты, перемещается в исходное положение. Вся жидкость, вытесненная из штоковых полостей соединителей 58 и 59 и запоршневого пространства следящего гидроцилиндра 38, подается по каналу 5 управления через распределитель 22 и гидроаккумулятор 17. Таким образом, эта гидравлическая цепь образует замкнутую гидравлическую систему. Окончание сра батывания исполнительного механизма определяется по расходомеру 29, причем гидрораспределитель 16 вручную переводится в исходное положение. ,При этом,, возвратная пружина гидроцилиндра 23 вытесняет жидкость из-за поршневого пространства, создавая давление, открывающее клапан 24 давления, поскольку давление, подводимое к этому клапану из поршневого пространства 21 гидроцилиндра 15, связанного в этот момент с гидроаккумулятором 17, меньше давления, развиваемогр возЬратной пружиной. При перемещении штока гидроцилйндра 23 гидрораспределитель 22 устанавливается в исходное положение. Система готова к пертедаче новой коммутационной команды. Для управления элементами подводного оборудования, имеющего разные рабочие давления, напорная магистраль Пульта посредством вспомогательного гидрораспределителя 25 подключается к силовому каналу 6 или напрямую м.чи через управляемый редукционный клапан 26. Для обеспечения совместимое.у10 ти работы подводной аккумуляторной станции А с системой передачи команд имеющий вышеописанную логику, она со единяется с силовым каналом 6 через редукционный 34 и управляемый обратнь 35 клапана, которые настроены на основное рабочее давление исполнительных механизмов, для экстренного оперативного срабатывания, например, плашечных превенторов, соединителя стояк-превентор, задвижек манифольда. Запитывание аккумуляторной станции происходит через обратный клапан 33 по контрольному каналу.7 при открытом вентиле 23. При осуществлении операции Контроль при которой проверяется работоспособ ность узла 65 уплотнения и герметичность каналов 6 и 7 гидрокоммуникаций, вентиль 28 должен находиться в закрытом положении, а контроль давления производится по манометру 30, показания которого должны совпадать с пokaзaниями манометра 27. При управлении универсальным превентором регулирование давления ниже основного осуществляется редукционным кла0паном 26, а контроль ведется по манометру 27. При этом, управляемый обратный клапан отсекает подводную аккумуляторную станцию 4 от силового канала 6, поскольку в этом режиме больших расходов не требуется. При изменении температуры окружающей среды, а также первоначальной настройки с целью компенсации постоянных зазоров в обгонных муфтах и реечных зацеплениях, ход штока 18 регулируется посредством гаек 19, а правильность регулировки проверяется по совпадению приемного гнезда Контроль подводного коллектора со штоком 68 при подаче команды Контроль из любого промежуточного положения рукоятки 8. При этом вентиль 28 перекрывается,а контроль совпадения ведется по манометру 30. При использовании предлагаемого изобретения обеспечивается упрощение. надводной и подводной частей аппаратур, обеспечивается относительно высокая технологичность изготовления и надежность работы конструкции.

1. ГИДРАВЛИЧЕСКАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ПОДВОДНЬМ ПРОТИВОВЫБРОСОВШ ОБОРУДОВАНИЕМ, включающая источник гидравлической энергии, пульт управления с блоками формирования и гидравлического преобразования коммутационной команды, гидравлически сообщенный с пультом подводный коллектор, соединительные и управляющие гидролинии с гидрораспределителямй, обратными клапанами и предохранительную гидроаппаратуру, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности работы системы и осуществления варьируемой последовательности срабатывания исполнительных механизмов, блок формирования коммутационной команды выполнен в виде зубчатореечной передачи с возможностью установочного поворота зубчатого колеса, a подводный коллектор - в виде неподвижного блока размещенных по окружности приемных гнезд, поворотной обоймы и зубчйто-рычажного гидравлического механизма, причем рейка передачи и рычаг механизма кинематически связаны соответственно с блоком гидравлического преобразования ком.мутационной команды и цоворотной обоймбй, при этом угловой шаг между гнездами равен углу установочного поворота зубчатого колеса передачи. 2.Система поп.1 отличающаяся тем, что поворотная обойма снабжена гидравлическими соединителями, a часть обратных клапанов установлена в каждом из приемных гнезд и гидравлических соединителей. 3.Система по п.1 отличающаяся тем, что угол установочного поворота зубчатого колеса зубчато-реечной передачи равен 2Л/п, где п число команд. 4.Система по п.1 отличают щ a я с я тем, что блок гидравлического преобразования коммутационной команды выполнен в виде гидро цилиндра с двумя раздельньми штокаОС QD Ю 4i. ми переменного и постоянного ходов, гидроаккумулятора, который сообщен с гидроцилиндром, причем шток постоянного хода имеет регулировочное приспособление. 5.Система по п.1 отличающ a я с я тем, что с целью повьппения скорости срабатывания системы, пульт управления снабжен дополнительньми гидрораспределителём с гидроцилиндром его привода.

32

/

J

(Риг.з