石油電動(dòng)鉆機(jī)盤(pán)剎系統(tǒng)的討論與研究

蓋杰

摘 要：隨著石油鉆井海外市場(chǎng)的進(jìn)一步拓寬，鉆井工藝的多樣化發(fā)展，甲方在施工過(guò)程中對(duì)鉆井設(shè)備提出了更多更高的要求，然而在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，經(jīng)常出現(xiàn)因?yàn)閯x車(chē)失靈或者故障，造成設(shè)備損失、生產(chǎn)延誤、甚至人身傷害等問(wèn)題。因此，對(duì)石油電動(dòng)鉆機(jī)盤(pán)剎系統(tǒng)展開(kāi)討論和研究，為操作人員提供一定的幫助和支持勢(shì)在必行。

關(guān)鍵詞：盤(pán)剎系統(tǒng)；結(jié)構(gòu)；原理；操作流程；故障問(wèn)題

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.10.020

盤(pán)剎系統(tǒng)有自動(dòng)剎車(chē)和手動(dòng)剎車(chē)兩種，自動(dòng)剎車(chē)是指在系統(tǒng)在出現(xiàn)問(wèn)題或者故障的時(shí)候，一種系統(tǒng)預(yù)先設(shè)定好的保護(hù)功能或者手段，目的在于當(dāng)司鉆（鉆機(jī)操作人員）沒(méi)有及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題或者失誤操作情況下，及時(shí)對(duì)起放過(guò)程中的懸吊系統(tǒng)進(jìn)行剎車(chē)制動(dòng)，避免更大的問(wèn)題或傷亡事故的發(fā)生。手動(dòng)剎車(chē)是指司鉆正常作業(yè)過(guò)程中，人為的對(duì)懸吊系統(tǒng)進(jìn)行控制，進(jìn)行減速或者剎車(chē)制動(dòng)。

1 盤(pán)剎系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成

剎車(chē)系統(tǒng)主要有司鉆房?jī)?nèi)的控制部分、盤(pán)剎液壓站的動(dòng)力操作部分、在滾筒軸上的剎車(chē)執(zhí)行機(jī)構(gòu)三個(gè)部分。

司鉆房?jī)?nèi)的控制部分有電子剎車(chē)手柄、駐車(chē)制動(dòng)旋鈕、滾筒編碼器、電子防碰裝置、電子防碰電磁閥等；盤(pán)剎液壓站部分由箱體、油箱組件、控制塊總成、泵電機(jī)組、電控箱等組成，它有雙回路液壓站和單回路液壓站機(jī)構(gòu)形式；剎車(chē)系統(tǒng)執(zhí)行部分是由剎車(chē)鉗、鉗架、剎車(chē)盤(pán)三部分組成，其中剎車(chē)鉗又分常開(kāi)工作鉗和常閉安全鉗兩種。

2 盤(pán)剎系統(tǒng)的主要電控原理

（1）手動(dòng)控制剎車(chē)。司鉆通過(guò)拉動(dòng)電子剎把手柄，改變電子剎把內(nèi)線圈電阻值，通過(guò)改變電子比例放大電路板內(nèi)輸出電流信號(hào)，改變盤(pán)剎液壓站內(nèi)電磁比例閥的內(nèi)芯開(kāi)度大小，調(diào)整出油量大小，進(jìn)而調(diào)整繼動(dòng)閥，使油通過(guò)液控?fù)Q向閥泵入工作鉗，實(shí)現(xiàn)對(duì)剎車(chē)盤(pán)的剎車(chē)力度的控制，此類控制可根據(jù)工作鉗壓力表進(jìn)行觀察，在實(shí)際生產(chǎn)中還得觀察滾筒處是否能剎住停穩(wěn)。

駐車(chē)制動(dòng)旋鈕是通過(guò)扭動(dòng)兩位開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)繼電器控制駐車(chē)制動(dòng)閥，進(jìn)而控制安全鉗的打開(kāi)和閉合。根據(jù)工作鉗和安全鉗的工作結(jié)構(gòu)和原理的不同，工作鉗是常開(kāi)式工作型制動(dòng)鉗，分左右獨(dú)立動(dòng)作，油路一路失效不會(huì)影響另一路工作。安全鉗是常閉式安全型制動(dòng)鉗，當(dāng)安全鉗油缸沒(méi)有油壓時(shí)，碟簧力通過(guò)兩個(gè)杠桿傳遞給剎車(chē)塊而作用于剎車(chē)盤(pán)上產(chǎn)生正壓力實(shí)現(xiàn)剎車(chē)；當(dāng)安全鉗油缸有油壓時(shí)，該油壓力克服碟簧力而使碟形彈壓縮從而通過(guò)杠桿帶動(dòng)剎車(chē)塊松剎。

緊急制動(dòng)按鈕是在司鉆發(fā)現(xiàn)緊急情況下或者需要快速反應(yīng)時(shí)做出的緊急剎車(chē)操作，可以實(shí)現(xiàn)工作鉗和安全鉗的雙剎車(chē)。

（2）自動(dòng)控制剎車(chē)。直流鉆機(jī)的自動(dòng)剎車(chē)主要是由防碰裝置啟動(dòng)、絞車(chē)自動(dòng)送鉆切換或者故障報(bào)警停機(jī)等組成。

防碰裝置的作用是當(dāng)游車(chē)系統(tǒng)上到限定位置時(shí)，通過(guò)限位裝置作用，緊急剎車(chē)，使游動(dòng)系統(tǒng)停止上升，防止碰天車(chē)，確保安全。ZJ70D鉆機(jī)的防碰裝置采用三保險(xiǎn)防碰系統(tǒng)。一種是安裝在井架上段上限制游車(chē)上升裝置的鋼絲繩防碰裝置；其次是絞車(chē)防碰過(guò)圈閥裝置；另一種是電子式防碰。在滾筒上安裝了滾筒編碼器，司鉆控制房?jī)?nèi)安裝了電子高度儀或者集成了電子防碰系統(tǒng)的自動(dòng)送鉆控制系統(tǒng)，可對(duì)游車(chē)高度進(jìn)行監(jiān)控和防碰控制，當(dāng)這三者任何一個(gè)動(dòng)作時(shí)，控制氣壓力表都會(huì)顯示，從而在閥島箱位置切斷盤(pán)剎常供氣，進(jìn)而使得自動(dòng)制動(dòng)。

絞車(chē)自動(dòng)送鉆切換或者故障報(bào)警停機(jī)：從程序段看，當(dāng)出現(xiàn)下列情況時(shí)，即：機(jī)械防碰動(dòng)作時(shí)、游車(chē)或者頂驅(qū)達(dá)到高度限制點(diǎn)時(shí)、自動(dòng)送鉆掛合時(shí)自動(dòng)送鉆系統(tǒng)給出故障信號(hào)時(shí)、自動(dòng)送鉆未掛合時(shí)絞車(chē)給出信號(hào)剎車(chē)時(shí)、控制系統(tǒng)急停時(shí)、CP急停時(shí)，能流會(huì)經(jīng)過(guò)防碰釋放常開(kāi)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)盤(pán)剎剎車(chē)，同理控制系統(tǒng)急停和CP急停都是常閉點(diǎn)，當(dāng)急停按鈕或者在觸摸屏上的急停位置被緊急按動(dòng)，這個(gè)常閉點(diǎn)因?yàn)槭щ娮兓爻ｉ]，進(jìn)而使得能流實(shí)現(xiàn)剎車(chē)。

3 崗位交接操作流程

單純的只靠自動(dòng)剎車(chē)或者緊急剎車(chē)是不安全的，對(duì)于正在工作的操作人員和設(shè)備也是極為不利的，所以只有嚴(yán)格按照規(guī)定步驟操作才能更有效的實(shí)現(xiàn)安全平穩(wěn)生產(chǎn)，針對(duì)在司鉆交接班期間或者起身離開(kāi)操作崗位時(shí)多次發(fā)生的頂驅(qū)下滑事件，根據(jù)70D直流鉆機(jī)配置和多年的現(xiàn)場(chǎng)操作經(jīng)驗(yàn)，需要嚴(yán)格按照交接班操作步驟實(shí)施。

4 針對(duì)典型故障問(wèn)題的檢查和維修辦法

整個(gè)剎車(chē)系統(tǒng)要完整實(shí)現(xiàn)其功能，離不開(kāi)PLC程序控制、電路控制、機(jī)械動(dòng)力部分、液壓油路部分和執(zhí)行機(jī)構(gòu)部分，在此，僅針對(duì)關(guān)鍵的易損部件進(jìn)行剖析和梳理。

（1）司鉆房?jī)?nèi)控制問(wèn)題。電子剎把、急停按鈕，駐車(chē)制動(dòng)旋鈕以及輔助剎車(chē)手柄是司鉆操作的關(guān)鍵，現(xiàn)場(chǎng)檢修人員必須了解接線方式，以及電磁比例閥、急剎閥和駐車(chē)制動(dòng)閥的測(cè)量方法。

（2）閥島的問(wèn)題。部分直流鉆機(jī)在PLC程序中未設(shè)置電子防碰，過(guò)圈防碰和天車(chē)防碰還有防碰釋放的反饋點(diǎn)，直接是在氣路控制里設(shè)置了氣路閥導(dǎo)，直接控制盤(pán)剎常供氣，進(jìn)而起到啟動(dòng)盤(pán)剎的作用。直流鉆機(jī)的閥島有電閥島和氣控閥島之分，電閥導(dǎo)相對(duì)簡(jiǎn)單，氣控閥島相對(duì)復(fù)雜，需要正常維護(hù)的同時(shí)，保障氣源的干燥和清潔，否則部分氣控閥組會(huì)出現(xiàn)卡住或者生銹從而引起功能缺失。

（3）常見(jiàn)的機(jī)械故障。系統(tǒng)無(wú)壓力或壓力顯示過(guò)低的可能原因有油箱液位太低、油箱泵入口濾網(wǎng)堵塞、泵壓補(bǔ)償器控制設(shè)置沒(méi)有設(shè)置正確或失靈等；油溫過(guò)高的可能原因有系統(tǒng)安全閥壓力設(shè)置低于泵恒壓壓力，或油箱液位太低；泵噪音過(guò)大或振動(dòng)的可能原因有泵吸油濾網(wǎng)堵塞等；主剎車(chē)鉗剎力不足的可能原因有油壓偏低、閘盤(pán)上有油、新剎車(chē)塊沒(méi)磨合好；主剎車(chē)鉗剎車(chē)滯后的可能原因有剎車(chē)塊與剎車(chē)盤(pán)之間的間隙太大、蓄能器充氣壓力太低、吸油濾網(wǎng)堵塞；緊急剎車(chē)鉗打不開(kāi)的可能原因有系統(tǒng)無(wú)壓力或壓力太低、防碰閥沒(méi)復(fù)位；緊急剎車(chē)剎車(chē)力不足的可能原因有剎車(chē)塊與剎車(chē)盤(pán)之間的間隙過(guò)大、剎車(chē)鉗缸蝶簧損壞或密封損壞；剎車(chē)塊偏磨的可能原因是機(jī)械卡阻。

5 未來(lái)剎車(chē)系統(tǒng)的展望

近年來(lái)，隨著變頻電動(dòng)鉆機(jī)的發(fā)展，變頻電動(dòng)機(jī)閉環(huán)可控調(diào)速的精度優(yōu)勢(shì)是直流電機(jī)無(wú)法做到的，變頻電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)高，對(duì)整個(gè)電網(wǎng)的沖擊較小，諧波也相對(duì)較小，而且變頻電動(dòng)鉆機(jī)有能耗制動(dòng)，可減除輔助剎車(chē)的配置，實(shí)現(xiàn)懸停、自動(dòng)送鉆等功能，進(jìn)一步減小絞車(chē)的配置。隨著進(jìn)一步科技的發(fā)展，液壓盤(pán)剎系統(tǒng)也會(huì)隨著變頻電動(dòng)鉆機(jī)的升級(jí)而逐步更新?lián)Q代，相信一定會(huì)變得越來(lái)越方便，越來(lái)越安全、經(jīng)濟(jì)、可靠。

參考文獻(xiàn)：

[1]電控液壓盤(pán)剎裝置使用維護(hù)手冊(cè)[S].