直驅絞車液壓盤剎系統(tǒng)優(yōu)化設計應用
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摘要:隨著變頻技術和電機能耗制動技術的發(fā)展，盤剎系統(tǒng)的設計向著集成化、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)，對直驅絞車液壓盤剎系統(tǒng)進行了優(yōu)化設計，并對常規(guī)絞車和直驅絞車液壓盤剎系統(tǒng)響應時間進行了數(shù)據(jù)測試和試驗，提出了進一步研究和優(yōu)化液壓盤剎系統(tǒng)的建議。
關鍵詞:直驅絞車;液壓盤剎;優(yōu)化設計;應用
前言
絞車液壓盤剎系統(tǒng)是石油鉆機的重要組成部分，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)的故障輕著會導致停鉆，嚴重者會造成頓鉆、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)行機構(見圖1)、液壓站(見圖2)及控制操作系統(tǒng)組成。制動執(zhí)行機構由剎車鉗、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，連接液壓站和剎車鉗的管線布置在絞車底座內，連接管線較長，搬家時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，控制管線長且分散。
2直驅絞車液壓盤剎系統(tǒng)優(yōu)化設計
2．1系統(tǒng)優(yōu)化
直驅絞車采用主電機能耗制動為主剎車，液壓盤剎為輔助剎車僅作為應急使用，與機械絞車和直流絞車對比，工作制動使用頻率極少。針對直驅絞車的特點進行系統(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，鉗架結構簡單，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)化盤剎液壓站的結構形式，合理化布局，結構簡單，尺寸小，維護保養(yǎng)方便。盤剎液壓站設計專用伸縮導軌機構(見圖3)，檢修時可整體推出。設計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)單獨放置在絞車水箱或司鉆偏房內，距離遠，搬家需要二次安裝，故障點多。直驅絞車液壓盤剎采用集成化設計，盤剎相關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?？s短了剎車氣路和液路管線長度，剎車響應時間快。液壓管線一次安裝，不需拆卸，減少盤剎系統(tǒng)的故障率。(2)絞車上設計防爆控制箱，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)進行輕量化設計，緊湊布局，縮小外形設計尺寸，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，實現(xiàn)風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信號，并將數(shù)據(jù)采集后傳輸?shù)诫娍叵到y(tǒng)，進行顯示及報警，為實現(xiàn)數(shù)字化、自動化、智能化提供條件。
3應用情況
從2019年2月開始，已有12臺直驅絞車液壓盤剎在現(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)，應用效果良好?，F(xiàn)場對常規(guī)絞車和直驅絞車盤剎系統(tǒng)緊急制動、駐車制動、防碰制動(閥島制動)響應時間進行了測試，以發(fā)出指令到額定壓力95%時的響應時間為測試數(shù)據(jù)，測試數(shù)據(jù)如圖5～圖10。測試結果如表1所示。由表1測試結果可以看出:直驅絞車比常規(guī)絞車剎車系統(tǒng)響應時間短，剎車響應快，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)行機構的研究和優(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)磨損量及時進行剎車片的更換。進一步采用新材料、新工藝，提高。(2)盤剎液壓站的研究和優(yōu)化。進一步優(yōu)化盤剎液壓站結構，一是加熱器和冷卻器結構進行微型化設計研究，二是優(yōu)化蓄能器結構，建議采用手動泵解剎功能。三是對電動泵進行研究，進行微型化設計，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
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作者：何明澤 高光達 馬俊江 羅巍 楊琦 康迪 單位：西安寶美電氣工業(yè)有限公司