自升式海上鉆井平臺液壓升降系統(tǒng)簡介

1、論文編號XXXX自升式鉆井平臺液壓升降系統(tǒng)簡介摘要: 本文結(jié)合海上平臺液壓升降系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用情況，對其功能、結(jié)構(gòu)組成、工作過程、液壓和控制等方面進(jìn)行了介紹。關(guān)鍵詞: 自升式鉆井平臺、液壓升降系統(tǒng)Abstract: Base on the actual application situation, this paper brief introduce the function, structure form, the operation principle and hydraulic central control etc parts of hydraulic jacking system.Ke

2、y words: self-elevation drilling platform、 hydraulic jacking system一、 概述自升式鉆井平臺液壓升降系統(tǒng)由一套獨(dú)立的液壓驅(qū)動系統(tǒng)提供動力，確保樁腿能夠克服泥土、砂石等帶來的阻力和升降平臺自身的重力，將樁腿插入（拔離）海床以及升降整個平臺。根據(jù)平臺升降工況、作業(yè)工況、自存工況、預(yù)壓工況的重量重心計(jì)算及環(huán)境載荷的計(jì)算結(jié)果，確定升降系統(tǒng)的正常升降能力、預(yù)壓升降能力、船體升降速度。海上平臺液壓升降系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)滿足以下功能：確保系統(tǒng)有足夠的動力克服泥土、砂石等阻力與平臺自身的重力，將樁腿體插入（拔離）海床及平臺的升降；樁腿在工作過程中，運(yùn)行

3、平穩(wěn)，無卡死現(xiàn)象；插樁(拔樁)過程中，液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)將滿足一定節(jié)距的行程要求；系統(tǒng)設(shè)計(jì)為自鎖式樁腿液壓升降系統(tǒng)，在各種工作及非工作狀態(tài)下，系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)自鎖。通過操作計(jì)算機(jī)或中央控制臺完成平臺的升降作業(yè)。二、 海上平臺液壓升降系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及組成平臺液壓升降系統(tǒng)采用的是主油缸插銷式，共有幾套相同的升降機(jī)構(gòu)，以4條樁腿的平臺為例，液壓升降系統(tǒng)主要部件有：序號名稱單位數(shù)量備注1主油缸臺16雙作用液壓油缸及附件。2插拔銷機(jī)構(gòu)套48每臺包括插銷油缸、銷軸以及可滑動的插銷油缸安放基座。3液壓站及控制系統(tǒng)臺1提供液壓動力的電機(jī)、液壓泵站以及控制閥組。4液壓軟管及接頭套4包括液壓動力站至控制閥模塊、控制模塊至各油缸

4、之間的所有軟管及接頭5安全裝置套16液壓自鎖裝置。6行程檢測系統(tǒng)套4檢測各主油缸的伸縮行程。7位置檢測系統(tǒng)套4包括插銷油缸軸向以及徑向的位置檢測裝置。 8控制系統(tǒng)套1包括PLC邏輯控制系統(tǒng)、同步控制系統(tǒng)和動力控制系統(tǒng)。9電氣控制箱套1包括控制柜、電器控制元器件。液壓升降系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)分別安裝在鉆井平臺的四個角上，每套執(zhí)行機(jī)構(gòu)由樁體、上環(huán)梁、插銷機(jī)構(gòu)、主油缸、下環(huán)梁等組成。通過上、下兩組插銷機(jī)構(gòu)交替伸縮（上環(huán)梁為動環(huán)梁，下環(huán)梁固定在平臺船體上），配合主油缸的伸縮，來實(shí)現(xiàn)整個樁腿的下樁、插樁、升平臺、調(diào)平、落平臺、拔樁、起樁動作。樁腿升降結(jié)構(gòu)如圖1所示：圖1 執(zhí)行裝置結(jié)構(gòu)示意圖插銷機(jī)構(gòu)主要由軸套、

5、插銷油缸、插銷油缸護(hù)罩、銷軸以及橫向位置檢測裝置及附件組成。如圖2所示，在上下環(huán)梁各插銷孔內(nèi)各有2個水平位置傳感器，用來檢測插銷的水平位置。在各插銷內(nèi)設(shè)有縱向位置傳感器，用來檢測插銷縱向位置，防止在帶載插拔銷軸時損壞銷軸。 圖2 上插銷機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖 主油缸則是為樁腿提供主要動力，頂部與底部分別連接上環(huán)梁和下環(huán)梁機(jī)構(gòu)。除此之外在主油缸上還將安裝位移傳感器與行程開關(guān)，協(xié)助主油缸與插銷油缸協(xié)調(diào)工作。三、 平臺液壓升降系統(tǒng)工作原理平臺液壓升降系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)七個動作：下樁、插樁、升平臺、調(diào)平、落平臺、拔樁、起樁，其中升平臺與插樁工作過程相同，降平臺與拔樁過程相同，而調(diào)平根據(jù)平臺高（低）情況不同與拔樁（插

6、樁）相似。根據(jù)上述分析與樁體受力的不同將樁腿的全部工作過程分為四個動作：下樁、插樁、拔樁、起樁。升降平臺作業(yè)前首先將樁與主甲板之間固定楔塊卸去，檢查升降系統(tǒng)裝置工作正常，平臺處于可升降的作業(yè)狀態(tài)。1、下樁。當(dāng)鉆平臺需要就位時，需要下放樁腿并插入海床。通過主油缸的收縮實(shí)現(xiàn)下樁和平臺起升作業(yè)。其具體工作過程如下：（1）下樁：此時平臺處于漂浮狀態(tài)，下樁過程升降裝置受力為樁腿重力。首先操作控制器，使主油缸縮回，樁腿隨著主油缸的縮回而向下移動，通過安裝在主油缸上的位移傳感器檢測主油缸的行程，當(dāng)主油缸縮回至1000mm時，下插銷自動切換到伸出狀態(tài)，隨著主油缸縮回，當(dāng)下插銷對準(zhǔn)銷孔時插銷，下插銷插到位后觸發(fā)

7、水平位置傳感器，主油缸和下插銷油缸自動停止工作。（2）上插銷卸載：控制主油缸繼續(xù)縮回，直至上插銷縱向位置傳感器發(fā)出信號停止動作。即上插銷已經(jīng)脫離樁腿內(nèi)孔壁，載荷已經(jīng)全部轉(zhuǎn)移到下插銷；（3）上插銷拔出：控制上插銷油缸伸出，拔銷到位后，上插銷水平位置傳感器發(fā)出信號，系統(tǒng)自動停止插銷油缸動作。（4）主油缸回位：控制主油缸伸出，通過安裝在主油缸上的位移傳感器檢測主油缸的行程，當(dāng)主油缸伸出至1000mm時，上插銷自動切換到伸出狀態(tài)，隨著主油缸伸出，當(dāng)上插銷對準(zhǔn)銷孔時插銷經(jīng)過樁腿的下一個銷孔，上插銷插到位后觸發(fā)水平位置傳感器，主油缸和上插銷油缸自動停止工作。（5）下插銷卸載：控制主油缸伸出，直至下插銷縱向

8、位置傳感器發(fā)出信號停止動作。即下插銷已經(jīng)脫離樁腿內(nèi)孔壁，載荷已經(jīng)全部轉(zhuǎn)移到上插銷；（6）下插銷拔出：控制下插銷油缸縮回，拔銷到位后，下插銷水平位置傳感器發(fā)出信號，系統(tǒng)自動停止插銷油缸動作。（7）重復(fù)步驟（1）。2、插樁（升平臺）：當(dāng)樁腿被放置到海底時，需要利用升降系統(tǒng)將樁體插入海床（或?qū)@井平臺頂起），防止鉆井平臺滑動。插樁過程與下樁過程類似，不同之處在于受力方式不同，下樁時是銷子的上部承受載荷，大小為樁腿自重；而插樁是銷子的下部承受載荷，大小為插入泥土是的阻力。3、拔樁：當(dāng)鉆平臺需要移動時，需要將樁腿從海床中拔離。通過主油缸的伸展實(shí)現(xiàn)起樁和降平臺作業(yè)。其具體工作過程如下：（1）拔樁（降平臺）

9、：平臺處于漂浮狀態(tài)，拔樁時是銷子的上部承受載荷，大小為海床泥土所產(chǎn)生的摩擦力與吸附力。首先操作控制器，使主油缸伸展，樁腿隨著主油缸的伸展而向上移動，通過安裝在主油缸上的位移傳感器檢測主油缸的行程，當(dāng)主油缸伸展至1000mm時，下插銷自動切換到伸出狀態(tài)，隨著主油缸伸展，當(dāng)下插銷對準(zhǔn)銷孔時插銷，下插銷插到位后觸發(fā)水平位置傳感器，主油缸和下插銷油缸自動停止工作。（2）上插銷卸載：控制主油缸縮回，直至上插銷縱向位置傳感器發(fā)出信號停止動作。即上插銷已經(jīng)脫離樁腿內(nèi)孔壁，載荷已經(jīng)全部轉(zhuǎn)移到下插銷；（3）上插銷拔出：控制上插銷油缸縮回，拔銷到位后，上插銷水平位置傳感器發(fā)出信號，系統(tǒng)自動停止插銷油缸動作。（4）

10、主油缸回位：控制主油缸縮回，通過安裝在主油缸上的位移傳感器檢測主油缸的行程，當(dāng)主油缸縮回至1000mm時，上插銷自動切換到伸出狀態(tài)，隨著主油缸縮回，當(dāng)上插銷對準(zhǔn)銷孔時，上插銷插到位后觸發(fā)水平位置傳感器，主油缸和上插銷油缸自動停止工作。（5）下插銷卸載：控制主油缸繼續(xù)縮回，直至下插銷縱向位置傳感器發(fā)出信號停止動作。即下插銷已經(jīng)脫離樁腿內(nèi)孔壁，載荷已經(jīng)全部轉(zhuǎn)移到上插銷；（6）下插銷拔出：控制下插銷油缸縮回，拔銷到位后，下插銷水平位置傳感器發(fā)出信號，系統(tǒng)自動停止插銷油缸動作。（7）重復(fù)步驟（1）直至樁腿完全脫離海床。4、起樁：當(dāng)樁體完全被拔離海床時，鉆井平臺要利用升降系統(tǒng)將樁腿完全收回。下樁過程與拔

11、樁過程類似，不同之處在于受力方式不同，拔樁時是銷子的上部承受載荷，大小為海床泥土所產(chǎn)生的摩擦力與吸附力；而起樁也是銷子的下部承受載荷，大小為樁腿本身的自重。四、 平臺液壓升降裝置的液壓動力及控制系統(tǒng)該液壓升降系統(tǒng)有一套液壓動力站，每套液壓執(zhí)行系統(tǒng)由控制系統(tǒng)操作，可以單獨(dú)工作，也可以全部聯(lián)動。1、 液壓動力一套平臺升降系統(tǒng)共有幾臺液壓泵，其中有主泵向主油缸供油，有泵向電液比例換向閥供油，有泵為插銷油缸供油，提供動力。根據(jù)升降平臺不同工況，當(dāng)主油缸空載運(yùn)動時，系統(tǒng)自動提高泵的流量，降低壓力從而提高系統(tǒng)的工作效率；當(dāng)主油缸處于待載工作的時候，系統(tǒng)自動降低流量，提高壓力從而保障系統(tǒng)安全可靠的工作。這樣

12、將大大降低系統(tǒng)的整體功率，節(jié)約能耗，提高工作效率。利用PLC邏輯控制信號控制電液比例換向閥、電磁換向閥的不同通電狀態(tài)可以實(shí)現(xiàn)主油缸同步升降、與上插銷油缸下插銷油缸協(xié)調(diào)工作，再配以位移與壓力檢測系統(tǒng)的反饋，系統(tǒng)將穩(wěn)定的升降鉆井平臺。液壓輔助設(shè)備的回油過濾器使液壓系統(tǒng)的油液保持清潔，過濾器上裝有堵塞發(fā)訊裝置，當(dāng)需要更換濾芯時，控制器自動發(fā)出報(bào)警提示信號；系統(tǒng)裝有液位溫計(jì)用以檢測指示油箱的油位和溫度，同時系統(tǒng)利用海水作為冷卻介質(zhì)，防止系統(tǒng)油溫過高?？諝膺^濾器保證油箱內(nèi)部與大氣相通及空氣的清潔，確保系統(tǒng)穩(wěn)定工作。2、控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)對主油缸、上插銷油缸和下插銷油缸的速度和位置（信號檢測與邏輯判斷模塊）相互協(xié)調(diào)工作，進(jìn)行精確控制檢測精度可達(dá)到1mm。同時，系統(tǒng)按照程序要求對液壓站、各電磁換向閥進(jìn)行邏輯控制，實(shí)時檢測系統(tǒng)的壓力、液位、油溫及過濾器狀態(tài)，并對系統(tǒng)的故障進(jìn)行診斷、報(bào)警、處理。每個主油缸由一個位移傳感器檢測油缸伸縮的位移。位移檢測信號通過控制電纜傳輸?shù)娇刂破鳎M(jìn)行比較分析判斷，控制器發(fā)出控制信號對液壓站和液壓控制模塊進(jìn)行操作，從而實(shí)現(xiàn)樁腿平穩(wěn)可靠的實(shí)現(xiàn)下樁、插樁、拔樁