石油鑽機盤式剎車制動系統

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石油鑽機盤式剎車制動系統簡介
    摘要 石油鑽機配置盤式剎車制動系統的基本原則是制動系統工作可靠且具有良好的工藝特性。在此基礎上,提出盤式剎車的剎車鉗應由開式和閉式兩種鉗型組成,剎車制動……
石油鑽機盤式剎車制動系統正文
    摘要 石油鑽機配置盤式剎車制動系統的基本原則是制動系統工作可靠且具有良好的工藝特性。在此基礎上,提出盤式剎車的剎車鉗應由開式和閉式兩種鉗型組成,剎車制動系統由工作制動子系統、緊急制動子系統和駐車制動子系統組合而成,並指出制動系統應具有制動能力儲備、安全保障系統和備用系統。同時,分析了ZJ50鑽機盤式剎車制動系統的主要特點。
主題詞 鑽機 盤式剎車 制動系統 特性

制動系統是石油鑽機的重要組成部分,是保障鑽井作業正常進行的關鍵,其性能直接影響鑽井工程的質量與效益。從完成鑽井作業角度講,帶式剎車由於受制動原理與結構的限制,制動能力和總體性能難以全面滿足鑽井工藝的要求。而盤式剎車由於其自身技術的特點,根據工藝需要配置制動系統以提高其總體性能的可能性要大得多。因此,盤式剎車制動系統的性能就成為體現對盤式剎車技術認識深度與設計水平的重要方面。

配置制動系統的基本原則與要求
鑽井作業要求制動系統工作可靠且具有良好的工藝特性。可靠性首先表現在緊急情況時,剎車裝置可在人為干預下快速作出反應,並提供足夠的制動力矩;其次,系統可不在人為干預下實施應急自動剎車。制動系統工藝特性是最大限度地滿足送鑽、起下管柱制動要求的性能以及滿足正常情況下短時或長時停車制動要求的性能。

1.剎車鉗鉗型選擇
剎車鉗是制動的執行元件,其性能直接影響整個系統的工作。與直推對置式鉗相比,浮式槓桿鉗制動同步性好,間隙自動補償容易,且結構簡單[1]。因此,在鉗型的選擇上,首先應考慮選用浮式槓桿鉗。
開式鉗的制動力隨油壓的上升而增加,更符合帶式剎車的操作習慣,油壓調節特性更適合送鑽和起下管柱等常規作業的要求。因此,應選擇開式鉗作為完成常規作業制動的執行機構,以保證制動性能。而意外情況下的緊急制動則主要應由閉式鉗承擔。這是因為泄壓制動快速,制動力來自碟簧的機械力,在無電力的條件下仍可制動。因此,鑽機盤式剎車的剎車鉗應該由開式和閉式兩種鉗型組成。

2.組合式制動系統
送鑽和起下管柱作業要求制動系統在較小制動力的範圍內實現制動力的快速響應和微小調節。出現緊急情況時,又要求制動系統能提供足夠大的制動力。這兩種功能與性能,很難由一種單一的系統來實現。因此可由并行的、功能不同的幾套子系統組成的組合式系統來完成。子系統既各司其職,又協同工作,形成功能與性能的互補。這種子系統的互補特性,對鑽機剎車機構十分重要。
鑽機盤式剎車制動系統必須配置的子系統有工作制動子系統、緊急制動子系統和駐車制動子系統。工作制動子系統承擔常規作業的制動任務,需具有良好的工藝特性;緊急制動子系統則擔任緊急情況下的制動,足夠的制動力矩和快速制動是其性能的主要特點;駐車制動子系統在正常情況下提供短時或長時制動。迄今為止,國內鑽機盤式剎車有兩種制動系統。一種是僅設置閉式鉗,全部制動任務均由其承擔,這種系統的不足之處是工藝性和可靠性較差;另一種是同時設置開式鉗與閉式鉗,送鑽和起下管柱等工藝操作由開式鉗承擔,緊急情況下的制動則由閉式鉗承擔。顯然,這種系統提高了緊急制動的可靠性,也改善了系統的工藝性,但在系統設置上仍存在某些缺陷,從而導致制動性能的不足。

3.制動能力儲備
作業安全可靠是鑽井工程的首要問題。因此,制動能力儲備係數是石油鑽機盤式剎車設計必須考慮的問題。帶式剎車由於制動能力有限,無法根據工藝需要配置制動力的儲備量。盤式剎車則具有這樣的優越條件。根據國外鑽機盤式剎車及其它重型機械盤式剎車的配置經驗[2],筆者認為,對石油鑽機特別是對深井鑽機來說,盤式剎車工作制動子系統的制動能力儲備係數應大於等於2,而緊急制動子系統的制動能力儲備係數應大於等於3,駐車制動子系統制動能力儲備係數則可依據駐車需要達到2或3。

4.安全保障系統
設置安全保障系統,對意外事件進行監控,並根據需要實施應急自動制動或發出報警信號,是對盤式剎車制動系統的又一要求。其監控功能主要包括天車防碰報警與制動、非正常油壓報警與制動、油溫報警及油路堵塞報警等。

5.備用系統
為了盡量減少故障停機時間,提高鑽井時效,還需設置相應的備用系統,即對影響鑽機工作的司鑽閥和油泵等關鍵元器件按照冗餘技術的要求進行配置。

圖1是根據上述原則與要求設計的ZJ50鑽機盤式剎車制動系統原理圖。
1—閉式鉗;2—緊急閥;3—駐車閥;4—開式鉗;5—司鑽閥;6—防碰解除閥

系統的主要特點如下。
(1)工作制動子系統由司鑽閥和開式鉗組成,制動能力儲備係數為2。
(2)緊急制動子系統由緊急閥控制閉式鉗和開式鉗接力制動。閉式鉗首先泄壓制動,接著系統給開式鉗直接充壓制動。開式鉗制動滯後於閉式鉗,滯后時間可調。該子系統的制動能力儲備係數為3。這種設計可在不增加閉式鉗數量的條件下,提高緊急制動系統的制動能力,減少緊急制動時的衝擊。
(3)設置的駐車制動子系統在正常情況下提供駐車制動。它可用駐車閥直接控制開式鉗充壓制動,提供2倍的制動能力。需要時,還可再壓下緊急閥,閉式鉗泄壓制動,此時制動能力儲備係數是3。這種設置提高了該系統工作時應付各種不正常情況的能力,同時也可根據駐車時間長短的需要,實施不同的制動。

綜上所述,石油鑽機制動系統的性能直接影響鑽井工程的質量與效益。盤式剎車由於自身的特點,可靈活設計其制動系統,以更好地滿足鑽井工藝的需要,這是盤式剎車技術的重要優點之一。充分認識這一點,認真配置其制動系統,並在實踐中不斷改進,是提高我國鑽機盤式剎車技術水平的重要保障。
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