海洋钻井平台钻柱液压升沉补偿（3）半主动式与比较
1 半主动式升沉补偿系统
被动式系统补偿精度低，补偿性能不稳定，滞后比较大；主动式升沉补偿系统能量消耗大，成本较高。
为了适应浮式石油钻井的需要，弥补被动式和主动式升沉补偿系统的不足，便出现了如图9所示的主动和被动相结合的半主动式的气液钻柱升沉补偿系统。当船升沉时，气液蓄能器发挥气液弹簧作用抵消一部分升沉位移，同时控制器根据输入信号控制双向变量泵给主动缸上油腔或下油腔供油，推动主动缸活塞运动，带动补偿缸活塞运动补偿大钩的位移。
参照半主动式升沉补偿系统的原理图建立仿真模型。图10为半主动式升沉补偿系统的仿真结果与主动式、被动式升沉补偿系统仿真结果的比较，图11为主动式和半主动式系统能量消耗。综合图10～图11可以看出，半主动式系统和主动式系统的补偿效果相当，大钩的位移波动在±110mm范围内。但半主动式系统的能耗仅约167kJ，是主动式系统的10%。半主动式升沉补偿系统模型中蓄能器贮罐的体积为10m3，仅为被动式升沉补偿系统蓄能器贮罐体积的40%。
在半主动式升沉补偿系统双活塞缸的参数确定之后，系统所需要的流量就确定了。此时蓄能器贮罐体积就是影响主动式升沉补偿系统能耗的主要因素。随着蓄能器贮罐体积的增大，在相同升沉下系统消耗的功率随着蓄能器中压力变化的减小而减小。当蓄能器贮罐增大到一定体积之后，蓄能器中的压力变化不明显，能耗也不会有明显的减小。这同被动式系统的结果一致。
2 小结
1)被动式升沉补偿系统基本不消耗能量，但补偿精度低，要取得好的补偿效果需要比较大的蓄能器体积。当蓄能器贮罐体积增大到一定值时，通过增大蓄能器贮罐容积来减小大钩位移变化的效果迅速降低。
2)主动式升沉补偿系统补偿精度高，抗干扰能力强，但是需要能耗大。随着补偿精度的提高，主动式系统所消耗的能量也越来越大。
3)半主动系统是介于主动和被动之间的复合系统，所需的能量比主动系统小，仅为主动式系统的10%左右，可明显减小所需的动力；贮罐的体积为被动式补偿系统贮罐的40%，或者更小。
注：著作权归作者所有。商业转载请联系作者获得授权，非商业转载请注明出处，作者：广州市新欧机械有限公司黄志坚教授，020-82333916