石油钻井绞车驻车盘刹系统的设计.pdf
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1、Hydraulics Pneumatics&Seals/No.8.2023doi:10.3969/j.issn.1008-0813.2023.08.003石油钻井绞车驻车盘刹系统的设计张伟12,张刚3,赵博1-2,郭乾坤12,侯静怡,戴嘉庆1,2(1.中油国家油气钻井装备工程技术研究中心有限公司,陕西宝鸡7 2 10 0 2;2.宝鸡石油机械有限责任公司,陕西宝鸡7 2 10 0 2;3.西部钻探工程有限公司,新疆乌鲁木齐8 30 0 0 0)摘要:针对现有盘刹控制系统结构复杂,体积大、成本高,与能耗制动刹车冲突等问题,设计了石油钻井绞车驻车盘刹系统。驻车盘刹控制系统设在司钻房盘刹控制台上,通
2、过I/O模块将现场数据接入到盘刹控制系统的PLC可编程控制器,参与逻辑控制。驻车盘刹控制系统按电控气或气控气方式实现。现场数据控制气液增压泵,气液增压泵通过供油管路为安全钳液缸供液,实现石油钻井绞车刹车与释放。驻车盘刹控制系统同时与钻机各防碰系统联动,完成防碰刹车功能,也可实现钻机使用中断气、断电状态下的紧急刹车保护。关键词:驻车盘刹控制系统;气液增压泵;盘刹控制台;现场数据中图分类号:TH137;TH138ZHANG Wel-,ZHANG Cang,ZHAO Bol,UO Qian-hunl,HOU Jing.y,DAI Jia-ing*-(1.CNPC National Oil&Gas D
3、rilling Equipment Research Center Co.,Ltd.,Baoji 721002,China;2.Baoji Petroleum Machinery Co.,Ltd.,Baoji 721002,China;3.Xibu Drilling Engineering Co.,Ltd.,Wulumuqi 830000,China)Abstract:Aiming at the problems of complex structure,large volume,high cost and conflict with energy-consuming brake,the pa
4、rking discbrake system of oil drlling draworks is designed.The parking disc brake control system is located on the disc brake control console of Drillersroom,and the field data are connected to the PLC programmable controller through I/O module,and participate in the logic control.Theparking disc br
5、ake control system is realized by electric control or pneumatic control.Field data control gas-liquid booster pump,gas-liquidbooster pump through the oil supply line for the safety clamp cylinder fluid supply,the realization of oil drilling draworks brake and release.Atthe same time,the parking disc
6、 brake control system is connected with the anti-collision system of the drilling rig to complete the anti-collisionbrake function and realize the emergency brake protection under the condition of gas interruption and power failure.Key words:parking disc brake control system;gas-liquid booster pump;
7、disc brake console;field data0引言目前,交流变频电驱动绞车多采用液压盘式刹车与能耗制动刹车相结合的刹车系统。现有的液压盘式刹车1包括独立液压站、工作钳、安全钳、刹车盘和盘刹控制台等,液压站配一备一用双泵组,带控制阀块等多种配套附件,系统结构复杂,能耗大及占用空间大,制造成本高且不便于后期维护。随着交流变频技术日趋成熟,在钻井作业过程中,能耗制动系统使用越来越收稿日期:2 0 2 3-0 3-2 3基金项目:国家高技术船舶科研项目(CBG2N21-4-2)作者简介:张伟(198 7-),男,陕西岐山人,工程师,学士,主要从事石油钻采装备开发设计工作。文献标志码:AD
8、esign of Parking Disc Brake System for Oil Drilling Draworks文章编号:10 0 8-0 8 13(2 0 2 3)0 8-0 0 15-0 5的液压盘式刹车。1技术分析1.1总体方案石油钻井绞车驻车盘刹系统结构2 如图1所示,包括绞车和刹车盘,刹车盘通过钳架设有安全钳3,绞15频繁,在减速制动过程中液压盘刹工作钳和能耗制动同时参与,由于能耗制动过程是由程序控制,此时工作钳制动手柄操作不当,不能与能耗制动刹车过程的曲线贴合保持一致,很容易引起钻井绞车驱动电机加大扭矩输出,与作为负载端的工作钳刹车形成“对抗”,导致乱绳甚至憋停钻机动力系统
9、,对钻井系统安全造成不利影响。现设计一套驻车盘刹系统,用以替代传统液压气动与密封/2 0 2 3年第8 期车的一侧设有气液增压泵,气液增压泵一端进气口连通有供气系统,另一端的进油口连接有油杯,气液增压泵内的油腔通过供油管路与安全钳的进油口连通,利用压缩空气驱动气液增压泵,将液压油增压后推人安全钳刹车液缸;气液增压泵内的气腔上设有快速排气阀,气液增压泵的进气控制通过司钻房盘刹控制台进行操控,从而控制安全钳刹车或释放。2(a)主视图2关键技术2.1气液增压泵气液增压泵结构5 如图2 所示,包括泵主体、油杯和油位计等。气液增压泵的一端设有进气口,供气系统与进气口连通,为气液增压泵供气;气液增压泵另一
10、端设有进油口,进油口和油杯连通,为气液增压泵供油。油位计用来观察气液增压泵的油位。由于安全钳动作所需油量在7 0 0 mL左右,因此将液压油杯与气液增压泵集成设计为一体,无需额外液压站提供液压源,且气液增压泵体积小可直接安装在绞车底座上,减少了成本和钻台面空间占用。气液增压泵采用增压液压缸原理,通过改变活塞两端截面面积之比,即可将输出3压力提高数倍;比如10 倍压缩比的气液增压泵,当进气压力为0.8 MPa时,输出口油压为8 MPa。气液增压2泵进气口安装有调压阀,通过调整进气压力来调整输出口油压,满足钻井绞车所需的盘刹刹车力矩要求。328(b)侧视图1.绞车2.安全钳3.钳架4.刹车盘5.气
11、液增压泵6.供油管路7.司钻房盘刹控制台8.PLC可编程控制器图1石油钻井绞车驻车盘刹系统结构示意图供气系统包括通过管道连通的储气罐,储气罐底部安装电子排污阀4,电子排污阀通过内置程序控制,可灵活设定排污持续时间及排污间隔时间,便于油田的定时巡检及记录。储气罐的另一端连接有过滤减压器,过滤减压器与自动切断装置连接,自动切断装置与气液增压泵的进气口连通,为气液增压泵提供动力。1.2技术原理该方案的工作原理是:气液增压泵内的油腔通过供油管路与安全钳的进油口连通,在钻井作业过程中,气路控制系统向气液增压泵的气腔供气,气液增压泵输出高压油给安全钳,以打开安全钳弹簧,安全钳张开,绞车正常作业;当在司钻房
12、盘刹控制台按下驻车刹车或者紧急刹车按钮时,气液增压泵进气口管路上设有自动切断装置,在控制系统下被切断而断气,气液增压泵内气腔的压缩气体通过快速排气阀迅速排空,气腔压力回零,安全钳液压油迅速回至气液增压泵的油杯中,油压也回零,安全钳弹簧复位刹车。驻车盘刹系统响应迅速,保障钻井作业安全。166一1.泵主体2.油杯3.油位计4.压力表5.压力传感器6.出油口7.快速排气阀8.进气口图2 气液增压泵结构示意图气液增压泵的泵主体内分别设有气腔和油腔,气液增压泵的进气口与气腔连通,气液增压泵的进气控制通过司钻盘刹控制台操控。气腔上设有快速排气阀,此外,供气系统与气液增压泵相连通的管道上还安装有2 个快速排
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