精细控压钻井自动控制阀门电动执行器
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发布者：lunwenchina
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时间：2020年4月07日 16:32
张利国 1,2 马金山 1 齐金涛 1 郗凤亮 1 徐海潮 1 李毅峰 3 黄 强 1 魏立明 1 王 星 1 马 龙 1（ 1 渤海钻探钻井技术服务分公司 天津 300280；2 东北石油大学秦皇岛分校 河北 秦皇岛 066004；3 青海油田采油五厂 青海省 茫崖花土沟市 836400）摘 要：全电自动智能化是工业发展的大趋势，在精细控压阀门控制器也在随着电子控制技术的发展逐步向电动执行控制器转变。阀门控制器的选型是精细控压设备的关键技术，本文从电动执行器行业发展的整体出发，对国内外现有的电动执行器进行了整体分析，给出选型参考。文中针对孔板节流阀的扭矩、机械安装、开启时间等关键参数选型需求，给出其电动执行器的选型方案。
关键词：精细控压；自动控制；电动执行器；电动阀门科学理论
1引言
电气自动化、智能化是工业生产控制的主要发展趋势，在控压钻井迅猛发展的十几年间，控压钻井设备研发也在随着控制技术的发展不断的进行更新换代，从阀门控制执行器的发展来看，传统的气动执行器、液动执行器有着他们传统的优势，但随着电子控制技术的发展、安全防爆性能的提高，以及新能源技术的推进，传统控制与传动系统都在向着全电控的方向发展，电动执行器的一体化设计更利于自动化控制，且维护工作量减至最小，因此被越来越多的应用于各种工业自动化过程控制 [1-4] ，包括我们研究的精细控压钻井设备 [5] 。
2电动执行器行业分析
2.1调研企业分析
常州电站辅机股份有限公司：原国企，2000年改制，执行器整体自己制造，包括电机、控制模块和整体防爆模具加工。上海自动化仪表有限公司自动化仪表十一厂：电动执行器为主：老国企，电机外购，电气控制有上仪其他厂完成，自己完成机壳和传动件加工。常州索默自控设备有限公司：代理，索默是生产电动阀门整体，2000年后开始做，与英国罗托克技术类似性能接近，团队精简，只有几个人。特点是给设备配套，做解决方案。温州合力自动化仪表有限公司：民企，电机外购，控制模块自设计外加工，传动机构没有介绍，机壳与连接件自加工。
温州瑞基测控设备有限公司：民企，伺服电机，电气控制模块，传动机构件和机壳精加工全部自设计加工，专心于技术，做百年企业，建立自己的技术团队。
（1）电机自行设计开发。设计、开模、加工一体，硅钢片制造、压制、焊接、绕线、加绝缘纸，对于大批量生产每个细节都至关重要。
（2）机械传动件。防爆外壳，开模加工，自行精加工，减少工序缩小误差。传动件自加工，一个传动件多道工序完成，保证精度的同时提高传动件的机械属性。接线端子自行设计，需开模加工，实现接线的防水设计。细节注重到每个环节，包括密封圈的质量。
（3）电气控制。控制设计、自加工电路板，自焊接并装配调试。
欧玛执行器（中国）有限公司：外企在中国子公司，专业做电动执行器，技术质量是优势。
（1）组装生产线。整机多以配件形式从国外进口，由国内根据客户需求组装，包括电机、电气开关，电气控制等。
（2）调试检测。电气开关检测，高温高压检测，防水接线端子。
（3）加工。外壳加工，在国内生产，国内已经具备一流的水平，精加工外壳三坐标精度检测，执行器与阀门连接件加工，执行器防水检测，防腐喷漆。
2.2电动执行器行业分析
2.2.1国内执行器企业现状
1.国外品牌代理商，分公司
如德国索默代理，人员组成精简，主要为用户提供方案解决，根据客户提供工况，提出问题寻求解决方法，反馈到国外供应商进行实施，满足国内市场。欧玛中国分公司，国内配备总部标准组装检测生产线，技术可靠，规模够大。
2.民营企业
温州合力属于新民企的代表，在复制国外技术和整合国内生产制造资源的基础上形成自己品牌。由于过分看中市场，对于技术的追求稍显单薄。 温州瑞基由老民企转型，是民企中少有的专心做技术、建团队的企业，已完全实现执行器自主研发和加工生产。
3.老牌国企、改制国企
上仪十一厂，企业有沉淀，多依靠长期沉淀下来的传统技术经验生存，国企显现出技术革新过慢。常州电站辅机在改制后技术上有跟进，智能控制上逐步将引进技术转换为企业技术。
2.2.2国内电动执行器技术特点
1.全自主研发
伺服电机，电气控制，机械传动全自主设计生产，优势是电机选型更合理，根据执行器工况参数选择设计电机，电机形成系列化；传动机构整体力学设计，解决“木桶原理”，电气控制更能体现智能控制的技术含量，技术支撑与技术更新。
2.半自主半外协
电机外购，其他自己设计生产加工。
3.全外协自组装
电机外购，电气控制外协生产加工模块化，只有机壳和连接件自己生产，整体组合安装，产品整体关键技术不是企业掌握，限制发展。
3电动执行器选型案例
3.1电动执行器选型
阀门的种类决定了其工作原理，一般阀门以转动阀板角度、升降阀板来实现启闭控制，与电动执行器配套时，应根据阀门的类型选择电动执行器 [6-7] 。此设计中应用的是孔板节流阀，设计要求阀门应用在精细控压钻井中，流体对象为泥浆。在控压过程中，要求阀门动作要根据控制做出快速反应、执行到位，因此对执行器的执行时间要求越快越好。
孔板节流阀旋转180度，电动执行器选择型号，RQ Ⅲ 008-48/RB4-6:1，额定扭矩437N.m，开关时间3.75s，供电电源380VAC/50Hz ，输入信号4mA~20mA，电机功率0.23kW，堵转电流 6.4 Ａ ，额定电流 2.1 Ａ 。如图1所示，为执行器与阀门的整机。
图1 执行器与阀门联机试验
3.2厂内试验
装配试压装置，型号：A2012-A-210/A2012-A-140，与电动阀门联机试压。
表3 加压试验阀门数据
密封试压试压表明，电动执行器能够完成各种压力下的开启动作，密封良好，并且开启时间能够满足设计要求。
4 结论
（1）国产电动执行器在性能和质量上完全能够满足工程需要，并且性价比较高。
（2）电动执行器选型在满足设计工况的基础上，能够最大限度的保证可靠性。
（3）电动执行器必将在未来的执行器行业占主导地位。■参考文献
[1]赵慧娴, 吴新伟. 一种电动执行器控制系统设计与应用[J]. 仪表技术与传感器, 2017(4):83-87.
[2] Bao-Yi Z , Gang L U , Sheng-Jin L I , et al. The Design of Electric ActuatorControl System Based on the Brushless DC Motor[J]. Small & Special Electri-cal Machines, 2013.
[3]钱荣.阀门电动执行机构的控制与检测技术研究[D].华北电力大学,2013.
[4] 聂建军, 吕亚磊, 李辉, et al. 多回转阀门智能电动执行器传动机构的开发[J]. 机电工程技术, 2015(3):6-8.
[5] 孙泽秋, 金业权, 孙文俊, et al. 用于精细控压钻井的电动节流压力控制系统设计[J]. 石油矿场机械, 2013, 42(4):22-25.
