摘要：傳統雙金屬溫度計控制系統在寒溫帶或者極地地區使用，因氣溫較低，壓縮氣源中水汽可能會凝結成冰。一旦出現此類情況，將影響系統使用，進而危及到鉆采安全。因此開發針對在寒溫帶或者極地地區的控制系統將十分必要。本文shou先介紹了一種低溫液控型控制系統的基本組成和控制原理，然后重點介紹了系統的詳細設計及校核，#后描述了系統的功能特征。

 

寒帶地區冬季比較寒冷，雙金屬溫度計控制系統因氣溫過低會產生很多問題。氣路上的控制閥件，在低溫環境下開啟閉合會遲鈍或者失靈。所以，設計一種適用于低溫環境下的雙金屬溫度計控制系統對設備現場生產進度、安全防范具有重要意義。

1?系統組成和控制原理

低溫液控型雙金屬溫度計控制系統由液控主站和遠端控制臺組成。系統的工作原理（見圖1）是儲存在蓄能器組中的壓力油通過蓄能器高壓球閥、再經減壓溢流閥減壓后，進入集成閥組，到各三位四通換向閥進油口。只需拉動相應的手動三位四通換向閥手柄，便可迅速實現“開”、“關”設備的動作，當蓄能器壓力降低到預設值時，電機重新啟動，為蓄能器沖液，直到壓力在此到達系統控制壓力。

 

 

1.1? 液控主站

液控主站是制備、儲存與控制壓力油流向的液壓裝置。液控主站包括電機泵組、手動泵、油箱、過濾器、壓力表、集成控制閥組和蓄能器組等。

 

1.2? 遠端控制臺

遠端控制臺放置在操作臺上，方便現場人員操作，以使在#短時間內控制設備的開關動作。遠端控制臺與液控主站用電源線及通訊線連接，觸摸屏通電后顯示液控主站上各種壓力。遠端控制臺包括集成控

制閥組、壓力表等。

 

2? 總體方案設計

低溫雙金屬溫度計控制系統采用液控液的形式，控制部分采用集成式模塊化設計，油箱內部增加了S型蒸汽加熱管線。液控主站配有電動油泵和手動油泵兩套好立的動力源。其液控主站和遠端控制臺之間使用液壓軟管

和電纜連接。

 

2.1? 使用條件

（1）系統額定壓力：21MPa；（2）設備的溫度等級：極地-40~50℃。

 

3? 計算與校核

3.1? 選擇要求的預存壓力

P0＝1.0/（1.5/ P2－0.5/ P1）

P1————蓄能器完全充滿時的#大壓力（覺對壓力）P1= 21 MPa

P2————大于所操縱執行元件tuijian的#小壓力（覺對壓力）P2= 8.4 MPa

P0＝1/（1.5/8.4-0.5/21） ＝6.46 MPa

所以預充壓力P0取7MPa

 

3.2? 蓄能器容積的計算

3.2.1 按容積計算公式如下：

FVR=BV×min（VEv，VEp） 

式中：FVR———— 功能液量要求FVR=133.2L

BV ———— 蓄能器容積（氮氣和壓力液）

VE ———— 容積率，可用流體的體積與蓄能器中氣體體積的比值

VEv ———— 在容積極限情況下的VE

VEp ———— 在壓力極限情況下的VE

 

有關VEv，VEp的計算方法

VEv＝（1.0-P0/P1）/1.5＝（1-7/21）/1.5＝0.445

VEp＝（P0/P2-P0/P1）/1.0＝（7/8.4-7/21）/1＝0.5

所以有效容積率取VEv＝0.445

BV＝FVR/VEv＝133.2/0.445＝299.3（L）

3.2.2 所要求的蓄能器數量

單只瓶的容積取11GAL（41.6L）

所需瓶數=299.3/41.6=7.2個 

圓整到8個，因此，至少配8個40L蓄能器，蓄能器 的容積=41.6×8=332.8L

 

3.2.3 蓄能器#低可用液量要求

根據波義耳（Boyle）定律（等溫條件下）得：

P1·V1=P2·V2 V1—蓄能器初始容積

V2—蓄能器#終氣體體積

把數據代入上式得：

7×332.8＝21×V2 

V2=110.9（L）

 

3.3? 泵流量的計算

系統泵組的總排量應能在15min內使整個蓄能器系統從預充壓力升至控制系統的額定壓力，蓄能器

壓力由預充壓力7MPa升至21MPa所需液量為332.8-110.9=221.9L

泵組的流量

泵的輸出流量Q≥Kq=14.8×1.3=19.24L/min（K為系統泄漏系數，取1.3）

按照系統的壓力和流量要求，在產品樣本中選取相應的柱塞泵V=28ml/r

電機轉速選用1450r/min，系統流量q=0.028×1450=40.6L/min=0.68L/s

 

3.4? 電機功率的計算

選用標準電機功率P=18.5kW

3.5? 油箱容積的計算

控制液箱的容積應至少等于蓄能器儲存液量兩倍，即：油箱容積V≥221.9×2=443.8

3.6? 油箱熱功率的計算

環溫度-40℃，正常液壓油啟動溫度10℃，液壓油比熱容2.1，密度0.91，箱熱量Q=cm△T=2.1×0.91×443.8×50=42405.09kJ，若加熱時間為2h功率P= tQ=11.78kW

 

4? 結論

（1）低溫液控型雙金屬溫度計控制系統采用集成式控制模塊的形式，除了手動換向閥外，其余閥件均采用插裝閥，整個閥組集成度高，結構緊湊，體積小；而且減少了管路數量，也相應的減少了泄漏點。

 

（2）采用多重保溫措施，油箱內部集成蒸氣管線，外部管路配電伴熱帶，保證系統極寒情況下也能

正常運行。