氣動抗震壓力變送器主要是與石油機(jī)械產(chǎn)品———地面防噴器控制裝置、節(jié)流管匯控制箱配套使用。地面防噴器控制裝置用于在鉆油井、氣井時, 控制井口防噴器組及放噴閥的開啟和關(guān)閉, 以防止在鉆井、修井作業(yè)中發(fā)生井噴事故, 是油田確保安全作業(yè)不可缺少的重要裝置之一。變送器也可以用于節(jié)流管匯控制中, 它能夠?qū)⑻坠?、立管中的泥漿壓力值轉(zhuǎn)換為低壓氣壓值, 以低壓氣壓表顯示高壓泥漿壓力值, 方便進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸和控制。

變送器由活塞組件、調(diào)節(jié)閥組件、膜片組件及外殼等組成。其主要部件結(jié)構(gòu)如圖1~圖3所示。

新型氣動抗震壓力變送器是基于力平衡原理而設(shè)計的, 即油壓 (或泥漿壓力值) 作用在活塞桿向上的力F油與輸出氣室氣壓作用在膜片組件向下的力F出相等, 即:

式中:P油為作用在活塞桿上的壓力, 單位MPa;S1為活塞桿的有效面積;P出為作用在膜片組件上的壓力, 單位MPa;S2為膜片組件的有效面積。

變送器為氣源驅(qū)動, 當(dāng)氣源壓力P氣進(jìn)入輸入氣室后, 若無測量壓力信號, 調(diào)節(jié)閥組件內(nèi)的閥針關(guān)閉, 氣源壓力被封閉于輸入氣室, 此時輸出氣室與大氣相通, 壓力P出為零。當(dāng)從活塞組件的密封墊處加入測量壓力信號P油后, 密封墊產(chǎn)生變形使活塞組件中的活塞桿推動膜片組件向上移動, 首先關(guān)閉放氣嘴, 使輸出氣室與大氣隔斷, 然后膜片組件繼續(xù)上移, 將調(diào)節(jié)閥內(nèi)的閥針打開, 輸入氣室的氣壓流入輸出氣室中形成輸出氣壓P出, 該壓力對膜片組件產(chǎn)生向下的推力, 以克服活塞桿對膜片組件向上的推力, 直到分別作用在膜片組件上下的壓力與集中力達(dá)到平衡為止, 此時輸出氣室的壓力P出即為變送器的輸出壓力。

從式 (1) 可以看出, 當(dāng)將活塞桿的面積選的較小 (S1比較小) , 膜片組件的面積選的較大 (S2較大) , 而公式必須兩邊相等時, 必須使P油>P出, 當(dāng)S1和S2的面積固定時, 壓力變送就成線性關(guān)系, 從而能夠?qū)⒐艿乐械挠蛪夯蛱坠?、立管中的泥漿高壓力值 (一般為25 MPa, 40 MPa) 轉(zhuǎn)換為低壓氣壓值0.2MPa, 以低壓壓力表顯示高壓泥漿壓力值, 在系統(tǒng)中較低的壓力也方便進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸和控制。具體的壓力轉(zhuǎn)化值對應(yīng)關(guān)系見表1。另外, 在設(shè)計時, 還需要綜合考慮系統(tǒng)壓力損失和克服零部件自身重量引起的誤差影響, 因此, 在理論計算的基礎(chǔ)上, 對活塞桿及膜片組件的有效面積需要適當(dāng)調(diào)整, 才能完全滿足要求。

變送器在系統(tǒng)中按圖4連接方式進(jìn)行安裝。當(dāng)把一定的氣源壓力接入變送器后, 輸入壓力信號檢查相應(yīng)的輸出壓力, 當(dāng)由于系統(tǒng)誤差的累積導(dǎo)致壓力變送后的壓力與表1中輸出標(biāo)準(zhǔn)值相差較大時, 變送器可以進(jìn)行補償, 當(dāng)輸出壓力低于標(biāo)準(zhǔn)值時, 順時針旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)閥, 使輸出壓力增大, 反之, 則逆時針旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)閥, 使輸出壓力減小, 從而可以進(jìn)行系統(tǒng)誤差的補償。

該產(chǎn)品是QBY型氣動壓力變送器的替代產(chǎn)品, QBY型變送器是基于杠桿平衡原理而設(shè)計的, 當(dāng)測量信號進(jìn)入測量容室時, 壓力信號作用于膜片 (或波紋管、彈簧管) 時便產(chǎn)生一個測量力, 這個力使主杠桿繞支點膜片旋轉(zhuǎn), 使噴嘴擋板的間隙變小, 導(dǎo)致放大器輸出壓力上升, 這個壓力進(jìn)入反饋波紋管, 產(chǎn)生反饋力, 推動主杠桿向反方向轉(zhuǎn)動, 當(dāng)反饋力矩和測量力矩相等時, 主杠桿就穩(wěn)定在一個平衡位置上, 這時放大器就輸出與測量壓力成反比例的氣壓信號, 輸出信號為0.02~0.1 MPa。QBY型變送器相比該文產(chǎn)品測量范圍寬, 調(diào)整范圍大, 缺點是結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜, 不易調(diào)整, 穩(wěn)定性差, 不耐震動。

由于套管與立管中的泥漿壓力波動較大, 且泥漿有一定的腐蝕性。新型壓力變送器的設(shè)計結(jié)構(gòu)特殊, 具有精度高, 抗震性能好, 抗腐蝕性強, 安裝、調(diào)整方便, 工作時沒有氣量持續(xù)消耗, 且天然防爆等優(yōu)點, 故也可用于其他惡劣環(huán)境下的壓力檢測, 可以實現(xiàn)把高壓的壓力值 (常用為25 MPa, 40 MPa) 變送成輸出信號為0~0.2 MPa的氣壓壓力值;缺點是調(diào)整范圍較窄, 只能通過微調(diào)變送器來糾正系統(tǒng)壓力誤差, 如果過度調(diào)整變送器必然使其處于非正常工作狀態(tài)。

新型氣動抗震壓力變送器現(xiàn)已廣泛地應(yīng)用于國內(nèi)各大石油機(jī)械廠生產(chǎn)的防噴器、節(jié)流管匯控制箱上, 經(jīng)過現(xiàn)場的運行、測試, 性能穩(wěn)定, 質(zhì)量可靠, 完全滿足使用要求。特別是在石油機(jī)械產(chǎn)品防噴器、節(jié)流管匯中, 已完全替代原有的壓力變送器。