سیلندرهای دوار هیدرولیک شیرهای میدان نفتی: اصل کار، انتخاب و محدودیت های طراحی
News Details
شیرآلات میدان نفتی باید تحت فشار، لرزش و شرایط آب و هوایی سخت کار کنند. در عین حال، تجهیزات حفاری و سکوهای دریایی اغلب فضای کمی برای عملگر باقی می‌گذارند.
یک سیلندر چرخشی هیدرولیک فشار سیال را به حرکت چرخشی کنترل‌شده تبدیل می‌کند. برای شیرهای توپی، پروانه‌ای و پلاگ چرخشی، این سیلندر می‌تواند حرکت ۹۰ درجه‌ای مورد نیاز برای باز یا بسته کردن مسیر جریان را فراهم کند.
عملگرهای چرخشی مارپیچی در جاهایی که فضای نصب محدود است ارزش بررسی دارند. با این حال، عملکرد مطمئن شیر به مجموعه کامل بستگی دارد: عملگر، کوپلینگ، سیستم‌های کنترل، منبع تغذیه هیدرولیک و سیستم عملیات اضطراری.
فهرست مطالب
- سیلندر چرخشی هیدرولیک میدان نفتی چیست؟
- عملگر چرخشی مارپیچی چگونه کار می‌کند؟
- مقایسه طرح‌های مختلف عملگر چرخشی چگونه است؟
- گشتاور شیر چگونه بررسی می‌شود؟
- چه میزان روغن و جریانی مورد نیاز است؟
- چه چیزی یک عملگر را برای سرویس میدان نفتی مناسب می‌کند؟
- محدودیت‌های اصلی طراحی چیست؟
- چه اطلاعاتی برای یک راه‌حل سفارشی لازم است؟
سیلندر چرخشی هیدرولیک میدان نفتی چیست؟
سیلندر چرخشی هیدرولیک یک عملگر با زاویه محدود است که شفت خروجی یا فلنج را می‌چرخاند. این سیلندر از طریق کوپلینگ مناسب به ساقه شیر متصل می‌شود و گشتاور مورد نیاز برای جابجایی شیر بین موقعیت‌های کاری را فراهم می‌کند.
کاربردهای معمولی شامل شیرهای چرخشی روی خطوط فرآیند، منیفولدها و سیستم‌های حفاری منتخب است.
با این حال، همه شیرهای میدان نفتی از حرکت چرخشی استفاده نمی‌کنند. بسیاری از شیرهای کشویی و شیرهای ایمنی سطحی به عملگرهای خطی نیاز دارند. بنابراین، نوع شیر و حرکت ساقه باید قبل از انتخاب عملگر تأیید شود.
عملگر چرخشی مارپیچی چگونه کار می‌کند؟
یک عملگر چرخشی مارپیچی از یک مکانیزم داخلی برای تبدیل حرکت پیستون به چرخش استفاده می‌کند.
در یک طرح معمولی با اسپلاین کشویی:
- روغن هیدرولیک وارد محفظه فشار می‌شود.
- فشار پیستون را در بدنه عملگر به حرکت در می‌آورد.
- اسپلاین‌های مارپیچی قطعات متحرک را هدایت کرده و شفت خروجی را می‌چرخانند.
- شفت گشتاور را از طریق کوپلینگ به ساقه شیر منتقل می‌کند.
- معکوس کردن منبع فشار، حرکت را معکوس می‌کند.
این آرایش، تبدیل حرکت را درون یک محفظه فشرده قرار می‌دهد. سایر طرح‌های مارپیچی از مکانیزم‌های داخلی متفاوتی استفاده می‌کنند، بنابراین ویژگی‌های خروجی باید با مدل انتخابی مطابقت داده شوند.
عملگرهای مارپیچی در مقابل عملگرهای شانه‌ای-پینیونی و پره‌ای
هر طراحی مزایایی دارد. بهترین انتخاب به وظیفه شیر بستگی دارد، نه به یک ادعای عملکردی خاص.
| طراحی | مزیت اصلی | بررسی کلیدی انتخاب |
| مارپیچی | چیدمان فشرده با تبدیل حرکت محصور | گشتاور، لقی، راندمان و دسترسی سرویس |
| شانه‌ای-پینیونی | درایو مستقیم با چیدمان‌های کنترل شیر شناخته‌شده | محدوده نصب، بار دندانه‌ها و لقی‌ها |
| پره‌ای | مکانیزم چرخشی ساده با قطعات متحرک کم | نشت آب‌بند، درجه فشار و حرکت موجود |
عملگرهای مارپیچی می‌توانند برای نصب‌های محدود مناسب باشند، همانطور که در طرح‌های تجاری عملگر شیر چرخشی نشان داده شده است. با این حال، آن‌ها به طور خودکار بهترین گزینه برای همه شیرهای میدان نفتی نیستند.
اعداد گشتاور و موقعیت یابی منتشر شده متعلق به محصولات خاص هستند. آن‌ها نباید به عنوان رتبه‌بندی‌های عمومی برای همه سیلندرهای مارپیچی در نظر گرفته شوند.
چگونه گشتاور مورد نیاز را انتخاب می‌کنید؟
با داده‌های گشتاور سازنده شیر در شرایط سرویس واقعی شروع کنید.
بررسی کنید:
- گشتاور شکست: گشتاور مورد نیاز برای شروع حرکت پس از اینکه شیر در حالت ساکن باقی مانده است.
- گشتاور در حال اجرا: گشتاور مورد نیاز در حین حرکت.
- گشتاور نشستن و جدا کردن: گشتاور مورد نیاز در نزدیکی موقعیت بسته.
- اثرات سرویس: فشار تفاضلی، دما، رسوبات، خوردگی و زمان بین عملیات.
سپس نیاز گشتاور شیر را با خروجی موجود عملگر در کل مسیر حرکت، با حداقل فشار هیدرولیک موجود مقایسه کنید.
حاشیه مورد توافق با تامین کننده شیر و مشخصات پروژه را اعمال کنید. همچنین حداکثر گشتاور مجاز ساقه شیر را بررسی کنید. یک عملگر بیش از حد بزرگ می‌تواند به ساقه، نشیمنگاه‌ها یا کوپلینگ آسیب برساند اگر فشار به درستی محدود نشود.
گشتاور اضافی نباید جایگزین بازرسی شیر گیر کرده یا آسیب دیده شود.
عملگر به چه میزان روغن و جریان نیاز دارد؟
برای یک تخمین اولیه:
زمان عملیات بر حسب ثانیه ≈ 60 × حجم حرکت بر حسب لیتر ÷ جریان بر حسب لیتر در دقیقه
به عنوان مثال، یک عملگر که برای حرکت 90 درجه به 0.5 لیتر نیاز دارد، در جریان 5 لیتر در دقیقه حدود 6 ثانیه طول می‌کشد.
این یک تخمین ایده‌آل است. زمان واقعی به محدودیت‌های شیر، بار، دمای روغن، نشتی و فشار موجود بستگی دارد.
زمان‌های باز و بسته شدن نیز ممکن است متفاوت باشد. به همین دلیل، هر دو جهت را به طور جداگانه مشخص کنید و عملکرد را از طریق آزمایش تأیید کنید.
چرا به درایو هیدرولیک برای شیرهای میدان نفتی توجه کنیم؟
درایو هیدرولیک می‌تواند گشتاور قابل توجهی را در یک نصب فشرده فراهم کند. همچنین این امکان را می‌دهد که واحد قدرت در دورتر از شیر قرار گیرد و شیلنگ‌ها یا لوله‌ها فشار را به عملگر منتقل کنند.
با کنترل‌های مناسب، سیستم می‌تواند از موارد زیر پشتیبانی کند:
- عملکرد از راه دور شیر.
- کنترل سرعت باز و بسته شدن.
- بازخورد موقعیت.
- حرکت اضطراری با استفاده از انرژی ذخیره شده.
- یکپارچه سازی با بسته کنترل الکترو هیدرولیک.
با این حال، فشار هیدرولیک به تنهایی تضمین کننده موقعیت پایدار، مقاومت در برابر ضربه یا خاموشی ایمن نیست. این عملکردها به مدار و طراحی مکانیکی بستگی دارند.
حفظ موقعیت و حرکت ایمن در برابر خطا دو موضوع متفاوت هستند
ممکن است یک شیر نیاز داشته باشد پس از قطع برق در جای خود باقی بماند، به طور خودکار بسته شود یا به طور خودکار باز شود. عمل مورد نیاز از ارزیابی ایمنی فرآیند به دست می‌آید.
حفظ موقعیت ممکن است از شیرهای چک پیلوت دار یا یک آرایش حفظ کننده مناسب دیگر استفاده کند. نشتی، تغییرات دما و فشار محبوس شده همچنان نیاز به بررسی دارند.
حرکت ایمن در برابر خطا نیاز به یک منبع انرژی و مسیر کنترل قابل اعتماد دارد. بسته به طراحی، این ممکن است شامل یک فنر برگشتی یا یک انباره هیدرولیک باشد.
یک انباره باید برای حرکت مورد نیاز، حداقل فشار کاری، محدوده دما و ظرفیت ذخیره سازی طراحی شود. توانایی آن در تکمیل یک اقدام اضطراری باید تأیید شود.
سیستم‌های تجاری ایمن در برابر خطا از آرایش‌های برگشتی فنری یا انباره ای برای انتقال شیرها به یک موقعیت ایمن مشخص استفاده می‌کنند.
محیط میدان نفتی چه محافظتی می‌طلبد؟
سرویس در فضای باز و دریایی می‌تواند عملگرها را در معرض مه نمک، گرد و غبار، لرزش و تغییرات دمایی بزرگ قرار دهد.
انتخاب مواد، پوشش، اتصال دهنده‌ها و آب‌بندها باید با این شرایط مطابقت داشته باشد. انتخاب آب‌بند همچنین باید سیال هیدرولیک و دمای عملیاتی را در نظر بگیرد.
مناسب بودن برای مناطق خطرناک نیاز به بررسی مجموعه کامل دارد، از جمله سولنوئیدها، کلیدها، سنسورها و منابع احتراق بالقوه. آب‌بندی خوب به تنهایی حفاظت در برابر انفجار را ایجاد نمی‌کند.
به همین ترتیب، یک عملگر مناسب برای نصب روی عرشه به طور خودکار برای استفاده در زیر دریا مناسب نیست. سرویس زیر دریا نیاز به بررسی فشار خارجی، جبران فشار، کانکتورها و هر رابط override ربات غواص (ROV) دارد.
سیستم در کجا می‌تواند عملکرد ضعیفی داشته باشد؟
عملکرد می‌تواند زمانی که عملگر فقط بر اساس گشتاور اسمی انتخاب شود، کافی نباشد.
مشکلات رایج شامل فشار منبع تغذیه ناکافی، فشار برگشتی بیش از حد، تراز نامناسب کوپلینگ، روغن آلوده و آب‌بندهای نامناسب است.
سایر محدودیت‌ها نیاز به توجه ویژه‌ای دارند:
- لرزش: میرایی هیدرولیک به خودی خود از حرکت ناخواسته شیر جلوگیری نمی‌کند.
- دقت حرکت: موقعیت دقیق شفت ثابت نمی‌کند که شیر به درستی آب‌بندی می‌شود.
- بسته شدن سریع: ضربه گیر عملگر ضربه مکانیکی را کاهش می‌دهد، اما نوسان خط لوله نیاز به بررسی فرآیند جداگانه‌ای دارد.
- عملیات اضطراری: یک شیر حفظ کننده نمی‌تواند انرژی مورد نیاز برای تکمیل حرکت خاموشی را فراهم کند.
بنابراین، زمان بسته شدن باید هم بر اساس نیاز خاموشی و هم بر اساس رفتار گذرا خط لوله تعیین شود.
برای بررسی عملگر سفارشی چه مواردی باید ارائه دهید؟
برای یک بحث فنی مفید، ارائه دهید:
- نوع، اندازه، کلاس فشار و شرایط فرآیند شیر.
- نیازهای گشتاور در طول حرکت عملیاتی.
- حداکثر گشتاور مجاز ساقه.
- حرکت مورد نیاز و زمان باز/بسته شدن.
- حداقل و حداکثر فشار هیدرولیک.
- نقشه‌های نصب، ابعاد کوپلینگ و محدودیت‌های فضایی.
- دما، خوردگی، لرزش و الزامات مناطق خطرناک.
- پاسخ مورد نیاز به قطع برق یا منبع تغذیه هیدرولیک.
- بازخورد، override، بازرسی و الزامات آزمایش.
پروژه شیر میدان نفتی خود را با Shellppon در میان بگذارید
یک عملگر مارپیچی فشرده می‌توانند گزینه مناسبی برای شیرهای چرخشی میدان نفتی باشند. انتخاب نهایی باید بر اساس داده‌های گشتاور تأیید شده، محدودیت‌های نصب و یک پاسخ اضطراری کاملاً تعریف شده انجام شود.
هیدرولیک Shellppon تولید سیلندر هیدرولیک و خدمات OEM/ODM را فراهم می‌کند. برای بحث در مورد انتخاب قطعات یا پروژه سفارشی، با Shellppon تماس بگیرید و داده‌های شیر، نقشه‌ها و الزامات عملیاتی خود را ارائه دهید.
