石油钻机转盘惯性刹车装置

应用技术

石油钻机转盘惯性刹车装置

*

高龙岗 张 福

(宝鸡石油机械有限责任公司)

摘要 针对石油钻机转盘采用气胎离合器惯性刹车存在的刹车力矩小、响应速度慢等问题,

开发了一种钳盘式惯性刹车装置。该装置主要由连接法兰、刹车盘、刹车钳、支撑架、加力泵、液气管线和比例控制阀等组成。现已生产100多套,其良好的控制、使用性能得到用户的一致肯定。随着研究工作的深入,钳盘式惯性刹车装置将在我国石油钻机上得到更广泛的应用。 关键词 石油钻机转盘 钳盘式惯性刹车装置 刹车钳 刹车盘

0 引 言

惯性刹车作为石油钻机转盘钻井的一个重要组成部分,其主要功能是钻机转盘停转过程中,能够迅速安全地制动转盘。多年来,石油钻机转盘使用的惯性刹车一直为气胎式。气胎式惯性刹车受其自身气囊体积等结构形式的影响,实际工作中,由于气囊在充气达到所需压力并产生扭矩时往往需要一个较长的过程,即存在滞后现象,难以在短时间内控制,尤其对于电驱动钻机,控制系统一旦做得不好,容易引起大的钻井事故。针对石油钻机转盘采用气胎离合器惯性刹车存在的刹车力矩小、响应速度慢等问题,宝鸡石油机械有限责任公司开发了一种钳盘式惯性刹车装置,并首先在电驱动钻机上应用,现已推广到机械驱动钻机上。

1 技术分析

1 1 结构

钳盘式惯性刹车装置结构及安装位置见图1。该装置主要由连接法兰、刹车盘、刹车钳、支撑架、加力泵、液气管线和比例控制阀等组成。刹车盘是采用法兰螺栓连接到转盘驱动箱轴上;刹车钳固定在转盘驱动箱底座上;比例操作阀控制手柄安装在司钻控制房内,加力泵、管线等则按照易于操

作维护等原则并根据实际位置安装即可。

图1 钳盘式惯性刹车装置结构及安装位置

1 输出轴(连接转盘);

2 刹车盘;

3 连接法兰;

4 加力泵;

5 气管线;

6 油管线;

7 减速器;

8 输入轴(连接原动机)。

加力泵

[1]

结构见图2。工作过程是:给加力泵

供气,气压推动皮阀总成、推杆及活塞总成前移,活塞前移时会将进油杯下方的阀门补油孔封闭,并在液压缸体内产生油压,传递给刹车钳缸;当气压释放时,复位弹簧推动活塞后移并敞开补油孔,缸

体内的液压油自动通过补油孔返回油杯。

图2 加力泵结构示意图

1 皮阀总成;

2 推杆;

3 活塞总

成;4 油杯;5 复位弹簧;6 壳体。

刹车钳[1]

主要由制动钳体、活塞、密封圈、防尘套、制动摩擦块等组成,结构如图3所示。钳

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石 油 机 械

CH I NA PETROLEUM MACH I NERY

2009年 第37卷 第9期

*钳盘式惯性刹车技术已获国家专利,专利号:ZL 200520078644 9。

体由左右2体构成,钳体内设有连通的活塞腔和油道,左右活塞腔呈对称布局形式,活塞与制动摩擦块连接在一起。工作时,液压油在活塞腔内推动活塞,活塞带动制动摩擦块推移对刹车盘实施夹持,

产生制动力矩。

图3 刹车钳结构示意图

1 制动盘;

2 密封圈;

3 活塞;

4 摩擦块;

5 钳体。

1 2 工作原理

钳盘式惯性刹车装置工作原理如图4所示。该装置是由钻机气源系统过来的净化压缩空气,通过比例调压阀调压后,向加力泵活塞缸一端充气,压缩气体通过加力泵内油缸活塞推动液压油,并将液压油送到刹车钳钳缸内形成油压,最终推动刹车钳对刹车盘实施夹持,达到刹车的目的。

钻井工作中,当需要实施惯性刹车逐渐释放钻杆扭矩时,可调节比例阀供气手柄以改变供气压力的大小。如果工作完毕需要转盘启动开始工作时,只需通过比例阀操作释放加力泵缸体内的气体即可,刹车盘在随设备转动时,

刹车钳会自动松开。

图4 钳盘式惯性刹车装置工作原理图

1 气源;

2 供气管线;

3 调压阀;

4 加

力泵;5 刹车钳;6 刹车盘;7 钳缸。

1 3 主要技术参数

额定工作气压:0 7MPa ;

工作介质:空气、耐高温合成制动液;工作温度:-30~80 ;加力泵增压比:1!18;最大液压排量:62 8c m 3

;活塞最大行程:50mm ;

刹车盘规格: 460mm ∀16mm;单刹车钳额定扭矩:8500N #m 。1 4 性能特点

(1)钳盘式惯性刹车按照气推液原理设计,

弥补了气胎式气囊充气量大、停留时间长的不足。(2)控制操作手柄安装在司钻房座椅扶手上,便于司钻调节和操作,操作安全,控制性能好。

(3)采用钳盘式、液压控制刹车力,具有刹车能力强、制动力矩大、响应速度快等优点。(4)液压油量控制采用油杯补、卸油方法,结构简单;同时,刹车盘大小及钳缸数量可根据匹配钻机实际需要进行设计,不受结构限制。(5)易损件更换方便,且使用维修性好,寿命长,可靠性高。

2 现场应用情况

钳盘式惯性刹车装置自开发研制以来,已累计生产100多套,目前在宝鸡石油机械有限责任公司近年来研制的系列交流变频钻机、直流电驱动钻机及复合驱动钻机上均有不同程度的应用,特别是该技术被应用到我国自主研制的ZJ90DB 、ZJ120DB 大型钻机及出口美国、阿曼ZJ70DB 、ZJ50DB 、ZJ70D 、ZJ50D 等各型钻机上后,因其良好的控制、使用性能而得到了用户的一致肯定。

尽管如此,由于受钻机钻台面布局、国内生产条件和部分元器件等综合性能的影响,该产品在使用过程中也发现一些不足之处:一是由于加力泵等主要元件均安装在钻台下方不便于观察,尤其是加力泵上的油杯需要定期补充更换制动液等,从而给观察维护等带来一定困难;二是国产摩擦块在使用过程中寿命较短,需要定期更换,而摩擦块在现场更换存在空间小、拆卸不便及更换后必需进行间隙检测调整等问题,给用户带来一定麻烦。因此,钳盘式惯性刹车装置仍需要进一步改进和完善。相信随着研究工作的不断深入及我国钻机制造水平的发展提高,钳盘式惯性刹车装置必将在我国的石油钻机上得到更广泛的应用。

参 考 文 献

[1] 曹寅昌 工程机械构造[M ] 北京:机械工业出

版社,

1981:295~298,

300~302

第一作者简介:高龙岗,工程师,生于1965年,1989

年毕业于长安大学工程机械学院,现从事石油钻机设计工作。地址:(721002)陕西省宝鸡市。电话:(0917)3462182。E -m a i:l g l g2559@sohu com 。

收稿日期:

2009-06-01

(本文编辑 刘 锋)

105 2009年 第37卷 第9期高龙岗等:石油钻机转盘惯性刹车装置