直驅(qū)絞車液壓盤剎系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)用

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摘要:隨著變頻技術(shù)和電機(jī)能耗制動技術(shù)的發(fā)展，盤剎系統(tǒng)的設(shè)計(jì)向著集成化、輕量化和信息化方向發(fā)展。該文概述了常規(guī)絞車液壓盤剎系統(tǒng)，對直驅(qū)絞車液壓盤剎系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，并對常規(guī)絞車和直驅(qū)絞車液壓盤剎系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間進(jìn)行了數(shù)據(jù)測試和試驗(yàn)，提出了進(jìn)一步研究和優(yōu)化液壓盤剎系統(tǒng)的建議。

關(guān)鍵詞:直驅(qū)絞車;液壓盤剎;優(yōu)化設(shè)計(jì);應(yīng)用

前言

絞車液壓盤剎系統(tǒng)是石油鉆機(jī)的重要組成部分，承載著控制游吊系統(tǒng)的起升、下放和停止速度的重要功能。液壓盤剎系統(tǒng)的故障輕著會導(dǎo)致停鉆，嚴(yán)重者會造成頓鉆、溜鉆現(xiàn)象。因此絞車液壓盤剎系統(tǒng)的可靠性和安全性對石油鉆井工藝起著舉足輕重的作用。1常規(guī)絞車液壓盤剎系統(tǒng)概述常規(guī)絞車液壓盤剎系統(tǒng)主要由制動執(zhí)行機(jī)構(gòu)(見圖1)、液壓站(見圖2)及控制操作系統(tǒng)組成。制動執(zhí)行機(jī)構(gòu)由剎車鉗、鉗架和剎車盤三部分組成，安裝在絞車滾筒上;液壓站是動力源，布置在絞車水箱或司鉆偏房內(nèi)，連接液壓站和剎車鉗的管線布置在絞車底座內(nèi)，連接管線較長，搬家時(shí)液壓站端連接管線須頻繁拆裝;控制操作系統(tǒng)布置在司鉆房內(nèi)，控制管線長且分散。

2直驅(qū)絞車液壓盤剎系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

2．1系統(tǒng)優(yōu)化

直驅(qū)絞車采用主電機(jī)能耗制動為主剎車，液壓盤剎為輔助剎車僅作為應(yīng)急使用，與機(jī)械絞車和直流絞車對比，工作制動使用頻率極少。針對直驅(qū)絞車的特點(diǎn)進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化。(1)提高單鉗制動力，減少剎車鉗數(shù)量;(2)全常閉制動鉗，簡化控制原理，提高系統(tǒng)安全性;(3)制動鉗前后布置，鉗架結(jié)構(gòu)簡單，剎車過程穩(wěn)定性高;(4)鉗架與絞車采用螺栓連接，施工方便，制造周期短。

2．2液壓站優(yōu)化

優(yōu)化盤剎液壓站的結(jié)構(gòu)形式，合理化布局，結(jié)構(gòu)簡單，尺寸小，維護(hù)保養(yǎng)方便。盤剎液壓站設(shè)計(jì)專用伸縮導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)(見圖3)，檢修時(shí)可整體推出。設(shè)計(jì)專門的加油泵及漏油回收裝置。

2．3集成化

常規(guī)絞車盤剎液壓站(見圖4)單獨(dú)放置在絞車水箱或司鉆偏房內(nèi)，距離遠(yuǎn)，搬家需要二次安裝，故障點(diǎn)多。直驅(qū)絞車液壓盤剎采用集成化設(shè)計(jì)，盤剎相關(guān)部件全部安裝在絞車上，搬家不需要拆卸。(1)液壓站集成在絞車上。縮短了剎車氣路和液路管線長度，剎車響應(yīng)時(shí)間快。液壓管線一次安裝，不需拆卸，減少盤剎系統(tǒng)的故障率。(2)絞車上設(shè)計(jì)防爆控制箱，集成盤剎控制和絞車控制。提高了盤剎系統(tǒng)安全性。

2．4輕量化

盤剎系統(tǒng)進(jìn)行輕量化設(shè)計(jì)，緊湊布局，縮小外形設(shè)計(jì)尺寸，在零部件的選型上遵循小精輕的選型理念;對液壓站軌道總成、接油盤及支架等采用輕質(zhì)材料，有效降低了盤剎系統(tǒng)的重量。

2．5信息化

盤剎系統(tǒng)采用信息化管理系統(tǒng)，通過采集油溫，實(shí)現(xiàn)風(fēng)冷器和電加熱器的自動啟動和控制;并采集掉電、油位低和油溫高開關(guān)信號，并將數(shù)據(jù)采集后傳輸?shù)诫娍叵到y(tǒng)，進(jìn)行顯示及報(bào)警，為實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、自動化、智能化提供條件。

3應(yīng)用情況

從2019年2月開始，已有12臺直驅(qū)絞車液壓盤剎在現(xiàn)場作業(yè)，截至2020年4月1日，都已完成1－2口井的鉆井作業(yè)，應(yīng)用效果良好。現(xiàn)場對常規(guī)絞車和直驅(qū)絞車盤剎系統(tǒng)緊急制動、駐車制動、防碰制動(閥島制動)響應(yīng)時(shí)間進(jìn)行了測試，以發(fā)出指令到額定壓力95%時(shí)的響應(yīng)時(shí)間為測試數(shù)據(jù)，測試數(shù)據(jù)如圖5～圖10。測試結(jié)果如表1所示。由表1測試結(jié)果可以看出:直驅(qū)絞車比常規(guī)絞車剎車系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間短，剎車響應(yīng)快，制動距離短，具有更高的安全性和可靠性。

4建議

(1)盤剎執(zhí)行機(jī)構(gòu)的研究和優(yōu)化。需要采集剎車盤溫度，采取措施降低剎車片的偏磨現(xiàn)象，并采集剎車片與剎車盤之間的間隙值，有效保證剎車的可靠性，并根據(jù)磨損量及時(shí)進(jìn)行剎車片的更換。進(jìn)一步采用新材料、新工藝，提高。(2)盤剎液壓站的研究和優(yōu)化。進(jìn)一步優(yōu)化盤剎液壓站結(jié)構(gòu)，一是加熱器和冷卻器結(jié)構(gòu)進(jìn)行微型化設(shè)計(jì)研究，二是優(yōu)化蓄能器結(jié)構(gòu)，建議采用手動泵解剎功能。三是對電動泵進(jìn)行研究，進(jìn)行微型化設(shè)計(jì)，或采用其他類型泵組。(3)盤剎控制系統(tǒng)研究和優(yōu)化。變頻絞車工作制動基本不會使用，進(jìn)一步優(yōu)化絞車提升控制程序，取消液壓盤剎工作制動手柄。

參考文獻(xiàn)

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作者：何明澤 高光達(dá) 馬俊江 羅巍 楊琦 康迪 單位：西安寶美電氣工業(yè)有限公司