石油鉆井動(dòng)力設(shè)備修后測(cè)試技術(shù)研究

吳雙柱

摘 要：大馬力柴油機(jī)和變頻電動(dòng)機(jī)是石油鉆井裝備中的重要組成部分，隨著使用年限的增加設(shè)備避免不了修理，然而大修后，由于沒有可靠的測(cè)試能力，無法對(duì)修理后的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行測(cè)定，無法保證修理質(zhì)量。因此設(shè)計(jì)和建立一套技術(shù)含量高、工藝水平先進(jìn)、測(cè)試精度高的大馬力柴油機(jī)和電動(dòng)機(jī)檢測(cè)試驗(yàn)臺(tái)是動(dòng)力設(shè)備維修過程中必不可缺少的重要環(huán)節(jié)。

關(guān)鍵詞：鉆井；動(dòng)力設(shè)備；修理；測(cè)試

1.大馬力柴油機(jī)修后測(cè)試技術(shù)研究

柴油機(jī)修后測(cè)試主要是采用水力測(cè)試技術(shù)，柴油機(jī)通過聯(lián)軸器帶動(dòng)水力測(cè)功器主軸上的轉(zhuǎn)子組件同步旋轉(zhuǎn)，攪動(dòng)工作腔中的水，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生離心力并將轉(zhuǎn)動(dòng)力矩傳遞給傳感器，通過調(diào)節(jié)進(jìn)水量改變制動(dòng)力矩即可對(duì)柴油機(jī)進(jìn)行加載測(cè)試。通過對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)和測(cè)功器的直接控制及轉(zhuǎn)速、扭矩、油耗率等主要參數(shù)和油溫、水溫、排溫、油壓等輔助參數(shù)的測(cè)量，測(cè)控儀即可進(jìn)行柴油機(jī)定工況性能試驗(yàn)，也可進(jìn)行變工況試驗(yàn)，全面考核和評(píng)價(jià)柴油機(jī)性能。

1.1柴油機(jī)測(cè)試裝置的總體設(shè)計(jì)

國內(nèi)的柴油機(jī)測(cè)試裝置多為單機(jī)測(cè)試技術(shù)，沒有配套機(jī)整體測(cè)試技術(shù)，我們研制的配套測(cè)試技術(shù)，能夠?qū)Σ裼蜋C(jī)進(jìn)行與鉆井現(xiàn)場(chǎng)使用效果一致的工況進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試數(shù)據(jù)更精確。

整套測(cè)試試驗(yàn)臺(tái)的主要組成有：水力測(cè)功器、測(cè)控系統(tǒng)、油耗變送器、快速油門執(zhí)行器等部分組成。此測(cè)試平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)以下功能：①可實(shí)現(xiàn)全部發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)的測(cè)試、數(shù)顯，可生成各種測(cè)試曲線、報(bào)表；②全部參數(shù)不僅在LED上顯示，還可在計(jì)算機(jī)（可實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)）上全屏分類、分頁顯示；③可方便地實(shí)現(xiàn)各種發(fā)動(dòng)機(jī)性能試驗(yàn)。

1.2測(cè)功器的供水、排水系統(tǒng)的研究

測(cè)功器的耗水量一般為每千瓦小時(shí)20L，排水水溫不宜超過70℃。進(jìn)水水壓為0.05-0.1MPa。經(jīng)過測(cè)算水壓的穩(wěn)定性要求系統(tǒng)設(shè)置凈高5m以上的水箱，在水箱裝溢水管，使水箱里的水面保持恒定。為滿足要求我們?cè)O(shè)計(jì)制作了由20m3鋼筋混凝土水池、6m3穩(wěn)壓水箱、進(jìn)水管3.5″、排水管4″和功率5kW的水泵組成的供水、排水系統(tǒng)。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)證明被測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)的工況點(diǎn)離測(cè)功器特性曲線的滿水線（OA線）較近，則要求水壓稍高些。水箱供水管口徑必須大于水箱往測(cè)功器供水水管的口徑。測(cè)功器排水必須通暢，彎管越少越好，最好用敞開式排水，否則形成背壓，將大大影響測(cè)試穩(wěn)定性。

1.3試驗(yàn)臺(tái)主要設(shè)備的研選

測(cè)功器作為實(shí)驗(yàn)裝置的主要設(shè)備，經(jīng)過多方研究根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求選用工作功率范圍為0～1900kW的Y1900P水力測(cè)功器。水力測(cè)功器通過改變排水閥的開度，內(nèi)腔工作壓力瞬間變化，通過電子控制儀器的自動(dòng)閉環(huán)控制，可方便、迅速地穩(wěn)定到所需要的負(fù)荷值，從一個(gè)工況到另一個(gè)工況的過渡時(shí)間為4秒。

試驗(yàn)臺(tái)配備了FC2000發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)測(cè)控，這套系統(tǒng)是為滿足發(fā)動(dòng)機(jī)制造業(yè)中各種不同類型的柴油機(jī)、汽油機(jī)、天然氣、液化氣發(fā)動(dòng)機(jī)性能試驗(yàn)和出廠試驗(yàn)而精心設(shè)計(jì)大型測(cè)控系統(tǒng)。

2.電動(dòng)機(jī)修后測(cè)試技術(shù)研究

電動(dòng)機(jī)修后測(cè)試技術(shù)主要是針對(duì)鉆井設(shè)備中主傳動(dòng)電機(jī)大修后的測(cè)試，通過對(duì)大修后的電機(jī)進(jìn)行測(cè)試，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，減少修理故障。同時(shí)通過電機(jī)測(cè)試配套技術(shù)的研究，建立起集機(jī)械、計(jì)算機(jī)、力學(xué)、電學(xué)、信息化處理為一體的檢測(cè)裝置，對(duì)所修設(shè)備的技術(shù)參數(shù)、曲線、波形進(jìn)行測(cè)試，并對(duì)其進(jìn)行分析處理，有利于提高電機(jī)的修理質(zhì)量。

2.1交流電機(jī)試驗(yàn)臺(tái)主回路設(shè)計(jì)

我們使用工頻電網(wǎng)電源（50Hz）進(jìn)行試驗(yàn)。主電路系統(tǒng)采用調(diào)壓器、變壓器，將電源電壓的高壓轉(zhuǎn)換成所需的試驗(yàn)電壓，以滿足空載試驗(yàn)、短時(shí)升高電壓試驗(yàn)、堵轉(zhuǎn)試驗(yàn)所需要的不同電壓。對(duì)電機(jī)參數(shù)的測(cè)量采用Norma5000功率分析儀完成?？刂撇捎糜?jì)算機(jī)和PLC構(gòu)成，可進(jìn)行手動(dòng)控制和自動(dòng)控制。主回路采納了國內(nèi)外先進(jìn)、成熟的技術(shù)，進(jìn)過優(yōu)化和合理設(shè)計(jì)使主回路具有先進(jìn)性與可靠性。

2.2交流電機(jī)試驗(yàn)臺(tái)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)采用ProfBus總線連接的分布式PLC控制系統(tǒng)。選用西門子公司SIMATIC S7 300PLC，315-2DP 中央處理單元CPU為PLC主站，ET200M擴(kuò)展I/O站作為從站，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)整套系統(tǒng)具有便于操作、故障率低等特點(diǎn)。

2.3交流電機(jī)試驗(yàn)測(cè)試

測(cè)量系統(tǒng)對(duì)被測(cè)試電機(jī)電量參數(shù)和機(jī)械量進(jìn)行高速動(dòng)態(tài)采集及長(zhǎng)時(shí)間動(dòng)態(tài)過程檢測(cè)，對(duì)電源部分的工作狀態(tài)及相應(yīng)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)并記錄，能對(duì)相應(yīng)數(shù)據(jù)處理及特性曲線進(jìn)行繪制并打印，對(duì)所有測(cè)試量進(jìn)行數(shù)據(jù)依存和打印?？梢圆杉瘻y(cè)試以下數(shù)據(jù)：電機(jī)的電壓、電流、轉(zhuǎn)速、輸入功率、溫度、直流電阻、振動(dòng)、同時(shí)測(cè)量三相電壓、同時(shí)測(cè)量電動(dòng)機(jī)的每相線電流。

3.結(jié)論

大馬力柴油機(jī)測(cè)試裝置投用后測(cè)試了190系列、3000系列柴油機(jī)，其中檢測(cè)出某些柴油機(jī)功率不足或燃油消耗率高等問題，并進(jìn)行了及時(shí)處理。測(cè)試技術(shù)應(yīng)用后提高了設(shè)備使用壽命，每臺(tái)柴油機(jī)延長(zhǎng)使用壽命達(dá)10%以上，節(jié)約了井隊(duì)大量的維修費(fèi)用。

電動(dòng)機(jī)實(shí)驗(yàn)臺(tái)目前已在280/780kW高壓電機(jī)，400/600V變頻電機(jī)上進(jìn)行測(cè)試，取得了相關(guān)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)表明測(cè)試系統(tǒng)可以滿足200kW～800kW變頻異步電動(dòng)機(jī)、電壓等級(jí)為400V/600V變頻異步電動(dòng)機(jī)大修后的測(cè)試要求。同時(shí)，可針對(duì)780kW高壓（6000V）電機(jī)，單獨(dú)設(shè)立測(cè)試系統(tǒng)，滿足高壓電機(jī)6000V的要求，能實(shí)現(xiàn)高壓電機(jī)大修后的測(cè)試要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]張冬梅.先進(jìn)柴油機(jī)試驗(yàn)測(cè)試技術(shù)[J].鐵道機(jī)車車輛，2001.31（10）.318-322

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