鉆井設(shè)備綜合試車裝置設(shè)計與應(yīng)用

肖紅斌 龍耀軍 簡彩燕

摘要：石油鉆機(jī)設(shè)備一般均具有體積龐大、機(jī)型繁雜等特點，目前國內(nèi)的石油鉆機(jī)修理廠大都不配備試車裝置，鉆機(jī)設(shè)備進(jìn)行大中修后只能憑檢驗人員的經(jīng)驗進(jìn)行檢測驗收，無法保障修理鉆機(jī)的最終質(zhì)量。石油鉆機(jī)空載運轉(zhuǎn)試驗臺，采取空載試車形式，以變頻調(diào)速電動機(jī)為動力源，通過變頻器調(diào)速、萬向軸連接到被測試設(shè)備。可以對ZJ30、ZJ40、ZJ50、ZJ70等型號鉆機(jī)的主要運動部件（包括絞車、鉆井泵、聯(lián)動機(jī)、并車箱、轉(zhuǎn)盤）進(jìn)行空載運轉(zhuǎn)測試，對噪聲、振動、溫度等數(shù)據(jù)進(jìn)行采集及分析。具有結(jié)構(gòu)緊湊、操作安全方便、無級變速范圍大、數(shù)據(jù)分析簡單可靠等特點。

關(guān)鍵詞：鉆井設(shè)備；試車裝置設(shè)計；應(yīng)用

1、必要性分析

鉆井生產(chǎn)作為野外作業(yè)的一個行業(yè)，設(shè)備的使用條件比較惡劣，遭受風(fēng)吹、日曬、雨淋，并且負(fù)荷、振動較大，因此，一般的鉆井設(shè)備的維修周期較短，需要根據(jù)使用情況、使用時間、保養(yǎng)情況等對設(shè)備進(jìn)行必要的大中修作業(yè)。但由于鉆井設(shè)備均體積和質(zhì)量巨大，機(jī)型繁雜等特點，如果配備專用的試驗設(shè)備，鉆井設(shè)備型號較多，導(dǎo)致投入較大，因此一般的鉆井設(shè)備機(jī)修廠沒有試驗裝置。石油鉆機(jī)設(shè)備修理均采用哪個部件損壞就進(jìn)行更換，憑經(jīng)驗認(rèn)為可以，沒有必要的試驗檢測新配件與其他零部件的配合度如何，導(dǎo)致在現(xiàn)場運轉(zhuǎn)時出現(xiàn)軸承溫度過高、鏈條異響等情況的出現(xiàn)，然后再運到修理廠修復(fù)，反反復(fù)復(fù)，浪費了大量的運輸和生產(chǎn)成本。

2、設(shè)計主要數(shù)據(jù)分析和確定

2.1總體結(jié)構(gòu)設(shè)計分析

根據(jù)前期調(diào)研和現(xiàn)在鉆井設(shè)備的特點，可采用調(diào)速電機(jī)作為動力源，這樣就省去了龐大繁雜的變速機(jī)構(gòu)，節(jié)省了空間；連接方式為萬向軸，因為現(xiàn)在鉆井設(shè)備大多數(shù)動力輸出均采用萬向軸，采用萬向軸通用性較好；電機(jī)安裝在加工的專用可調(diào)式底座上，通過調(diào)節(jié)底座的高度來實現(xiàn)電機(jī)輸出軸的中心高，保證電機(jī)的中心高同被測試設(shè)備的中心高保持一直，從而實現(xiàn)一機(jī)多用，滿足各種型號鉆井設(shè)備的測試工作。

2.2主要參數(shù)分析及確定

2.2.1 試車裝置轉(zhuǎn)速和電機(jī)功率計算。

確定試車臺實現(xiàn)對大部分大修及中修鉆井設(shè)備提供第一手的試驗運轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)，對軸承溫度、設(shè)備振動、齒輪鏈條跳動等進(jìn)行直觀的觀察記錄，這樣就需要對使用單位的鉆井設(shè)備進(jìn)行分析。如：30型、40型、50型鉆井設(shè)備，通過鉆井設(shè)備大部分的數(shù)據(jù)采集，可以得出鉆井設(shè)備的大部分輸入轉(zhuǎn)速基本在120rpm至970rpm之間，所以確定調(diào)速電機(jī)的轉(zhuǎn)速范圍在0至1000轉(zhuǎn)之間。

功率最大為F1600鉆井泵，功率為1600KW，按照一般設(shè)備空轉(zhuǎn)熱能損耗的比例在5%至10%之間的比例，因此確定電機(jī)功率最大為1600*10%=160KW，并且這樣根據(jù)轉(zhuǎn)矩=9550*功率/轉(zhuǎn)速的公式得出最大扭矩=9550*160/1000=15.28KN.M。

2.2.2 動力源---調(diào)速電機(jī)型號的選擇。

因電磁調(diào)速電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、價格經(jīng)濟(jì)、調(diào)速范圍廣、速度調(diào)節(jié)平滑、啟動力矩大、控制功率小、有速度負(fù)反饋等特點，故采用普通電機(jī)加電磁滑差離合器的形式，一般為YCT系列，功率范圍為10至90KW；選用兩種電機(jī)功率為45KW、型號：YCT315-4B，轉(zhuǎn)速132rpm---1320rpm和160KW、型號：YVP-355M1-6-160KW，轉(zhuǎn)速為0---1000rpm之間；45KW電機(jī)主要應(yīng)用于設(shè)備單軸運轉(zhuǎn)試驗或符合較輕的設(shè)備，如聯(lián)動機(jī)、減速箱、并車箱單軸、轉(zhuǎn)盤等；160KW電機(jī)應(yīng)用于較大負(fù)荷，如絞車、泥漿泵等。

2.2.3 機(jī)械結(jié)構(gòu)選擇確定。

現(xiàn)在鉆井設(shè)備一般采用萬向軸進(jìn)行動力傳遞，如40、50型絞車、F1600（F1300）泥漿泵、并車箱等等，因此該試車裝置采用萬向軸來進(jìn)行動力傳遞，一端與調(diào)速電機(jī)連接，一端與鉆井設(shè)備連接盤連接。根據(jù)電機(jī)扭矩大小，選擇合理型號、大小扭矩的萬向軸，根據(jù)計算得出最大扭矩，選擇最大疲勞扭矩為20KN.M的萬向軸完全滿足要求；選用十字軸可伸縮式萬向聯(lián)軸器，型號為SWC225-BH，因在相同扭矩下重量輕、伸縮調(diào)整量大等優(yōu)點，適合于試車時頻繁的調(diào)速調(diào)整需求。

3、實證應(yīng)用檢測。

通過科學(xué)有效的監(jiān)測儀器，數(shù)據(jù)采集、前后對比論證，制定嚴(yán)格的設(shè)備檢測制度，實時監(jiān)測設(shè)備運行過程中的各類參數(shù)，對設(shè)備空載運行情況進(jìn)行觀察，以盡早發(fā)現(xiàn)設(shè)備修理更換的零件可能存在的故障，變生產(chǎn)現(xiàn)場補救維修為試驗現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)維修，達(dá)到保證設(shè)備的良好運行，起到節(jié)能增效的目的，這些均是該試驗臺設(shè)計應(yīng)用的初衷。

3.1、數(shù)據(jù)檢測設(shè)備選擇

采用紅外線測溫儀、便攜式振動分析儀、便攜式噪聲測試儀，在鉆井設(shè)備試運轉(zhuǎn)過程中起到了數(shù)據(jù)采集的作用。

3.1.1 EL-815便攜式噪聲測試儀

設(shè)備小巧輕便，精確度達(dá)到+1.4dB，頻率量程 31.5HZ-8KHZ，動態(tài)范圍50dB，測量范圍達(dá)到30dB-130dB，液晶屏顯示4位數(shù)，直觀方便，顯示更新2次/秒，并具有最大最小值鎖定功能，數(shù)據(jù)采集很方便。

3.1.2 紅外線測溫儀

是一種非接觸式帶激光瞄準(zhǔn)器的儀器，可以設(shè)置最大值、最小值、最大值和最小值之間的差值、平均值、底限報警和高線報警等模式，能夠為大部分表面溫度提供快速、簡潔、準(zhǔn)確、無污染的測試，測溫范圍為-60℃-760℃，最大顯示為4位液晶顯示，0.1℃的顯示分辨率，±1℃的顯示精度，適合于目前我陸上石油鉆井企業(yè)石油鉆井設(shè)備的監(jiān)測特點。

3.2、項目實施應(yīng)用

對結(jié)構(gòu)簡單的小型的設(shè)備，通常只應(yīng)用一種監(jiān)測工具，就可以有效達(dá)到預(yù)期的目的，而對于大型的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的鉆井設(shè)備，可以將上述幾種監(jiān)測儀器結(jié)合使用，從零件溫度、噪聲等幾個方面來檢查維修后設(shè)備存在的故障，同樣能夠取得良好的效果。

首先根據(jù)不同設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點，制定出相應(yīng)的數(shù)據(jù)表格，就溫度測量而言，試驗設(shè)備分別在怠速轉(zhuǎn)速（30%轉(zhuǎn)速）、磨合轉(zhuǎn)速（70%轉(zhuǎn)速）、工作轉(zhuǎn)速三種狀態(tài)下記錄不同時間段的溫度變化，可以將其實驗時間比例分為1：2：5的比例，這樣就不會出現(xiàn)大的質(zhì)量事故，有問題的話就能在低轉(zhuǎn)速下就能及時發(fā)現(xiàn)。尤其重點觀察工作轉(zhuǎn)速情況下得溫度變化值，并做好詳細(xì)的記錄。以時間順序來記錄每次的監(jiān)測數(shù)據(jù)。如：大慶Ⅱ型鉆機(jī)聯(lián)動機(jī)JS1000型減速箱中修試車。首先怠速運行300rpm半小時，沒有明顯的溫度變化和振動，磨合轉(zhuǎn)速700rpm運行1小時后，期間發(fā)現(xiàn)軸承座溫度有一定升高，但幅度不大，再進(jìn)行工作轉(zhuǎn)速1000rpm運轉(zhuǎn)，1小時后就發(fā)現(xiàn)軸承座外部溫度異常，上升較快，達(dá)到了80°，果斷停車，停止試車，然后逐步檢查測量，發(fā)現(xiàn)發(fā)熱軸承的游隙較小，小于允許范圍的下偏差，經(jīng)過對軸承座進(jìn)行修理后再組裝，游隙達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，再試車沒有發(fā)現(xiàn)問題，這樣一臺JS1000型減速箱完成修理、試車的全部過程，質(zhì)量達(dá)到要求。如果不是在試車時發(fā)現(xiàn)了問題，在井場繼續(xù)使用，勢必會導(dǎo)致該軸承溫度過高，如不發(fā)現(xiàn)及時就會燒毀軸承，甚至導(dǎo)致整根軸報廢。再如：45絞車大修試車。輸入工作轉(zhuǎn)速375rpm，首先運轉(zhuǎn)100rpm20分鐘，出現(xiàn)摩擦聲響，觀察后得出護(hù)罩變形導(dǎo)致，校正后解決，運轉(zhuǎn)200rpm，潤滑油泵供油，發(fā)現(xiàn)有一個潤滑噴油嘴噴油小，經(jīng)停機(jī)檢查，是油嘴堵塞，更換后解決，運轉(zhuǎn)375rpm四小時，未發(fā)現(xiàn)其它異常，試車完畢。

總之，依據(jù)設(shè)備運行過程中的溫度、轉(zhuǎn)速、振動等變化，及時、準(zhǔn)確掌握設(shè)備運行參數(shù)，掌握設(shè)備的狀況，通過一些列統(tǒng)計表格和分析，對一臺設(shè)備不同轉(zhuǎn)速的運行狀態(tài)對比，分析設(shè)備性能以及可能存在的問題，對有故障先兆的設(shè)備及時查找原因。通過建立設(shè)備試車參數(shù)數(shù)據(jù)庫，可以更加提高試車的精準(zhǔn)度，以后只要對比以往的試車數(shù)據(jù)即可判斷設(shè)備修理的質(zhì)量。

4、預(yù)期效果與認(rèn)識

鉆井設(shè)備大修的試車臺主要是針對設(shè)備在故障發(fā)生的預(yù)測，經(jīng)過多臺次、各種型號鉆井設(shè)備（包括絞車、泥漿泵、聯(lián)動機(jī)）的試車試驗證明，在設(shè)備到達(dá)井場前能及早發(fā)現(xiàn)處理隱患及時修理，減少設(shè)備相關(guān)部件的損害提高設(shè)備可靠性；充分發(fā)揮設(shè)備的使用性能，避免因設(shè)備故障導(dǎo)致生產(chǎn)停工而造成經(jīng)濟(jì)損失，節(jié)約運輸、維修材料費用、節(jié)約工人的維修時間、降低了工人的勞動強(qiáng)度、減少設(shè)備的返修時間，具有很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。