第二章钻机起升系统(第二讲)课件

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钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案第二章钻机起升系统第二章钻机起升系统第二章钻机起升系统第二章钻机起升系统天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院天津石油职业技术学院徐建功徐建功徐建功徐建功2013年年7月月钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案2.3 钻井绞车 钻井绞车不仅钻井绞车不仅是起升系统的执是起升系统的执行部件,而且也行部件,而且也是整个钻机的核是整个钻机的核心设备,是钻机心设备,是钻机三大工作机之一。三大工作机之一。钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案绞车结构外形图绞车结构外形图钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案2.3.1概述1.钻井绞车的功用 (1)(1)用以起下钻具,下套管;用以起下钻具,下套管;(2)(2)钻进过程中控制钻压,送进钻具;钻进过程中控制钻压,送进钻具;(3)(3)借助猫头进行上、卸钻具丝扣,起吊重物及进行其借助猫头进行上、卸钻具丝扣,起吊重物及进行其它辅助工作;它辅助工作;(4)(4)作为转盘的变速机构或中间传动机构;作为转盘的变速机构或中间传动机构;(5)(5)整体起放井架。整体起放井架。(6)(6)利用捞砂滚筒,进行提取岩芯筒、试油等工作。利用捞砂滚筒,进行提取岩芯筒、试油等工作。钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案2.绞车型号 JC 绞车代号绞车代号绞车级别:采用绞车级别:采用114mm钻杆,以钻杆,以100m为单位计的名义钻深范围上限为单位计的名义钻深范围上限绞车型式绞车型式液马达驱动绞车液马达驱动绞车直流电驱动绞车直流电驱动绞车交流电驱动绞车交流电驱动绞车交流变频电驱动绞车交流变频电驱动绞车钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案3.钻井绞车的组成 根据上述功用,尽管各型绞车结构上各式各样,但究其实质一根据上述功用,尽管各型绞车结构上各式各样,但究其实质一般都由以下几部分组成:般都由以下几部分组成:(1)(1)滚筒、滚筒轴总成,这是绞车的核心工作部件。主要有水汽滚筒、滚筒轴总成,这是绞车的核心工作部件。主要有水汽葫芦、刹车盘、滚筒体、滚筒轴和轴承等。滚筒应有足够的容绳葫芦、刹车盘、滚筒体、滚筒轴和轴承等。滚筒应有足够的容绳量,保证缠绳状态良好以延长钢绳寿命;量,保证缠绳状态良好以延长钢绳寿命;钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案 (2)(2)绞车具有灵敏可靠的主刹车机构及绞车具有灵敏可靠的主刹车机构及性能良好的辅助刹车,使其能准确地调性能良好的辅助刹车,使其能准确地调节钻压,均匀送进钻具,在下钻过程中节钻压,均匀送进钻具,在下钻过程中随意控制下钻速度和省力地将最重钻柱随意控制下钻速度和省力地将最重钻柱载荷刹住;下图为刹车机构示意图。载荷刹住;下图为刹车机构示意图。钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案(3)(3)猫头和猫头轴总成,用以满足大钳上、卸扣和其它辅助起重猫头和猫头轴总成,用以满足大钳上、卸扣和其它辅助起重的需要。有的猫头轴上还装有捞砂滚筒,用以提取岩心筒;的需要。有的猫头轴上还装有捞砂滚筒,用以提取岩心筒;钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案(4)(4)传动变速系统,引入并分配动力和传递运动,提供传动变速系统,引入并分配动力和传递运动,提供足够的档速;主要有齿轮减速箱、减速器输入轴、转盘足够的档速;主要有齿轮减速箱、减速器输入轴、转盘链条箱和角传动箱、离合器、联轴器、万向轴等。链条箱和角传动箱、离合器、联轴器、万向轴等。(5)(5)控制系统,包括牙嵌、齿式、气动离合器。它们一控制系统,包括牙嵌、齿式、气动离合器。它们一般都属于钻机控制系统的组成部分;般都属于钻机控制系统的组成部分;(6)(6)润滑系统,包括黄油润滑、滴油润滑和密封、飞溅润滑系统,包括黄油润滑、滴油润滑和密封、飞溅或强制润滑;或强制润滑;(7)(7)支撑系统,有焊接的框架式支架或密闭箱壳式座架。支撑系统,有焊接的框架式支架或密闭箱壳式座架。中型绞车整体运输,其重量约在中型绞车整体运输,其重量约在1010吨以内吨以内;重型和超重型绞车要拆散成单元运输,运输的单元应在重型和超重型绞车要拆散成单元运输,运输的单元应在1515吨以内,以便移运。吨以内,以便移运。钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案o绞车主要由底座、支架、绞车主要由底座、支架、输入轴、输出轴、猫头轴、输入轴、输出轴、猫头轴、滚筒轴、高低速离合器和滚筒轴、高低速离合器和转盘传动箱组成;转盘传动箱组成;钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案2.3.2钻井绞车的技术特性参数 钻井绞车的特性参数有绞车功率,快绳拉力,钢丝绳钻井绞车的特性参数有绞车功率,快绳拉力,钢丝绳直径,档数,各档转速,滚筒的直径和长度,刹车毂直直径,档数,各档转速,滚筒的直径和长度,刹车毂直径等。径等。2.3.3现代绞车的结构方案 绞车的传动方案决定了它的结构类型,按绞车轴数大绞车的传动方案决定了它的结构类型,按绞车轴数大致可归纳为:致可归纳为:单轴、双轴绞车(一般需配变速箱);单轴、双轴绞车(一般需配变速箱);三轴和多轴绞车;三轴和多轴绞车;独立猫头绞车;独立猫头绞车;电驱动绞车。电驱动绞车。钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案 1.1.单轴绞车和双轴绞车:这类绞车的特点是猫头直接装在滚单轴绞车和双轴绞车:这类绞车的特点是猫头直接装在滚筒轴两端,滚筒活装在滚筒轴上。为了提供不同的起升速度,在筒轴两端,滚筒活装在滚筒轴上。为了提供不同的起升速度,在绞车外面设置变速箱分别传动绞车和转盘。绞车外面设置变速箱分别传动绞车和转盘。单轴绞车单轴绞车(左图左图)单轴绞车结构简单,功率小,单轴绞车结构简单,功率小,重量轻,移运方便,如重量轻,移运方便,如C-1500C-1500型钻机绞车就是这种类型。其型钻机绞车就是这种类型。其缺点是猫头转速偏高,位置过缺点是猫头转速偏高,位置过低,操作不便,且滚筒档速不低,操作不便,且滚筒档速不能独立安排,影响起下钻速度。能独立安排,影响起下钻速度。钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案双轴绞车双轴绞车(如左图)如左图)双轴绞车由猫头轴和滚双轴绞车由猫头轴和滚筒轴组成,由于猫头和滚筒轴组成,由于猫头和滚筒分轴,使猫头的速度和筒分轴,使猫头的速度和位置都得到改善,解决了位置都得到改善,解决了猫头的操作不便问题。其猫头的操作不便问题。其仍然采取外变速方案。如仍然采取外变速方案。如ZJl5DZJl5D和和ZJ20-2ZJ20-2型钻机采型钻机采用此方案以使绞车结构简用此方案以使绞车结构简单,重量轻,便于移运。单,重量轻,便于移运。钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案o双轴绞车双轴绞车,用于用于ZJ50DB钻机钻机钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案2 2三轴绞车三轴绞车 这类绞车的特点是在双轴绞车的基础上增加了引入动力的传动这类绞车的特点是在双轴绞车的基础上增加了引入动力的传动轴,且猫头轴亦参加变速传动。大庆轴,且猫头轴亦参加变速传动。大庆130130钻机和钻机和ZJl30-1ZJl30-1采用的采用的JClJCl14.514.5绞车即属此类绞车即属此类(下图下图)。钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案 JClJCl14.514.5绞车能实现相互独立的三个低速档和一个高速档。由绞车能实现相互独立的三个低速档和一个高速档。由于三轴之间空间较大,不能设置倒档,该型钻机在机房设置有倒于三轴之间空间较大,不能设置倒档,该型钻机在机房设置有倒档齿轮箱。由于变速机构也兼顾转盘,取消了外变速箱,但绞车档齿轮箱。由于变速机构也兼顾转盘,取消了外变速箱,但绞车本身却复杂了,重达本身却复杂了,重达2020吨,移运时折成三轴一架四个单元运输,吨,移运时折成三轴一架四个单元运输,移运和安装都不方便。移运和安装都不方便。钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案o三轴绞车三轴绞车,用于用于ZJ40/2250CD钻机钻机钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案3.3.多轴绞车多轴绞车 左图所示为左图所示为JC-45JC-45绞车。绞车。将四轴以上的绞车称为将四轴以上的绞车称为多轴绞车,其特点是猫头多轴绞车,其特点是猫头轴不参加变速传动,猫头轴不参加变速传动,猫头中间空出来的位置可加装中间空出来的位置可加装辅助捞砂滚筒,而另设中辅助捞砂滚筒,而另设中间轴解决变速和传动的要间轴解决变速和传动的要求。一般可实现求。一般可实现6 6正正2 2倒的倒的滚筒速度,滚筒速度,ZJ32JZJ32J、ZJ45ZJ45、ZJ45JZJ45J、ZJ60DZJ60D等国产钻机等国产钻机都采用这一方案。都采用这一方案。钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案18o四轴绞车四轴绞车,可用于可用于ZJ50/3150CD钻机钻机钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案o四轴绞车四轴绞车,用于用于ZJ50D钻机钻机钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案技术参数技术参数:额定输入功率额定输入功率 1470kW最大快绳拉力最大快绳拉力 485kN档数档数 4,无级调速无级调速钢丝绳直径钢丝绳直径 38mm38mmJC70D绞车结构特点结构特点:绞车由绞车由2 2台台800kW800kW直流电机驱动。直流电机驱动。主刹车采用液压盘式刹车,刹车力矩主刹车采用液压盘式刹车,刹车力矩大大,安全可靠。安全可靠。辅助刹车为电磁涡流刹车辅助刹车为电磁涡流刹车,下钻时平稳下钻时平稳省力、易控制、增加可靠性省力、易控制、增加可靠性,能有效延能有效延长刹车盘和刹车块的使用寿命。长刹车盘和刹车块的使用寿命。滚筒开有绳槽,排绳整齐。配有过卷滚筒开有绳槽,排绳整齐。配有过卷阀防碰装置阀防碰装置,增加了钻机的安全性增加了钻机的安全性钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案JC70DB绞车结构简图绞车结构简图钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案 2.4 绞车的刹车机构钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案 钻井绞车的刹车包括主刹车和辅助刹车。主刹车用于钻井绞车的刹车包括主刹车和辅助刹车。主刹车用于各种刹车制动,辅助刹车仅用于下钻时将钻柱下放速度各种刹车制动,辅助刹车仅用于下钻时将钻柱下放速度刹慢。刹慢。主刹车是机械式的,主要采用带刹车,即通常所说的主刹车是机械式的,主要采用带刹车,即通常所说的刹车机构。刹车机构。盘式刹车以良好的性能正逐渐为钻井绞车所接受。由盘式刹车以良好的性能正逐渐为钻井绞车所接受。由于带式刹车结构简单,使用方便,因而今后相当长的时于带式刹车结构简单,使用方便,因而今后相当长的时间内完全有可能是带刹车和盘式刹车并存。间内完全有可能是带刹车和盘式刹车并存。图图2-52-5所示为所示为PSPS系列盘式刹车。系列盘式刹车。钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案图图2-5 PS2-5 PS系列盘式刹车系列盘式刹车钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案 刹车的功用是刹慢或刹住被钻柱载荷所带动的滚筒,刹车的功用是刹慢或刹住被钻柱载荷所带动的滚筒,达到控制滚筒转动,以调节钻压,送进钻具,控制下钻达到控制滚筒转动,以调节钻压,送进钻具,控制下钻速度或达到悬持钻具的目的。速度或达到悬持钻具的目的。钻井过程中司钻总是手不离刹把,如果刹车机构不够钻井过程中司钻总是手不离刹把,如果刹车机构不够灵活省力,将加重司钻的体力劳动强度,带来操作不便。灵活省力,将加重司钻的体力劳动强度,带来操作不便。同时刹车不可靠容易引发重大溜钻事故,造成设备损失,同时刹车不可靠容易引发重大溜钻事故,造成设备损失,井下事故,甚至危及人身安全。所以刹车是绞车上最重井下事故,甚至危及人身安全。所以刹车是绞车上最重要的部件,因此要求它灵活省力,安全可靠,寿命长。要的部件,因此要求它灵活省力,安全可靠,寿命长。钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案2.4.1带刹车的结构原理1.带刹车的结构组成 主要由控制部分、传动部分、制动部分平衡梁和气刹车等主要由控制部分、传动部分、制动部分平衡梁和气刹车等组成。图组成。图2-62-6所示为单杠杆刹车机构。所示为单杠杆刹车机构。图图2-6 2-6 单杠杆刹车机构单杠杆刹车机构钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案2.刹把调节与刹带、刹车块的调整 随着刹车块磨损量的增加,刹把终刹位置逐渐降低,随着刹车块磨损量的增加,刹把终刹位置逐渐降低,影响操作时就需调节刹带使刹把终刹位置恢复至合适高影响操作时就需调节刹带使刹把终刹位置恢复至合适高度。当磨损到一定程度后,刹车带需进行整圆或更换新度。当磨损到一定程度后,刹车带需进行整圆或更换新带。刹车块磨损量达到一定厚度时就要更换。带。刹车块磨损量达到一定厚度时就要更换。3.刹车机构的润滑 要按规定对各部件注入润滑脂或润滑油,保持机构润要按规定对各部件注入润滑脂或润滑油,保持机构润滑状况良好。滑状况良好。钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案2.4.2带刹车机构的基本计算1.绞车的工作计算 1 1)滚筒的缠绳直径)滚筒的缠绳直径 滚筒任意一层缠绳直径可表示为:滚筒任意一层缠绳直径可表示为:D De e=D=D0 0+d+2(e-1)+d+2(e-1)d d (2-92-9)式中式中 D D0 0为滚筒直径;为滚筒直径;e e为缠绳层数;为缠绳层数;D De e为任意一层为任意一层(或最外层或最外层)缠绳直径;缠绳直径;为修正系数;为修正系数;d d为钢绳直径。为钢绳直径。2 2)滚筒的平均工作直径为:)滚筒的平均工作直径为:D Da a=(D=(D2 2+D+De e)/2 )/2 (2-102-10)式中式中 D D2 2为第二层缠绳直径;为第二层缠绳直径;D De e为最外层缠绳直径。为最外层缠绳直径。钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案 3 3)滚筒缠绳总长为:)滚筒缠绳总长为:L=L=D D1 1n+Zl n+Zl (2-112-11)式中式中 D D1 1为第一层缠绳直径;为第一层缠绳直径;n n为层缠绳圈数;为层缠绳圈数;Z Z为有效绳数;为有效绳数;l l为立根长度。为立根长度。4 4)快绳速度为:)快绳速度为:V Vfminfmin=D D2 2n/60 n/60 (2-122-12)V Vfmaxfmax=D De en/60 n/60 (2-132-13)V Vfafa=D Da an/60 n/60 (2-142-14)5 5)大钩速度为:)大钩速度为:V Vfminfmin=V=Vfminfmin/=/=D D2 2n/60Z n/60Z (2-152-15)V Vfmaxfmax=V=Vfmaxfmax/D De en/60Z n/60Z (2-162-16)V Vfafa=V=Vfafa/D Da an/60Z n/60Z (2-172-17)钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案2.绞车的制动计算 下钻操作的特点是在下钻操作的特点是在起钻过程中作为系统负起钻过程中作为系统负载的钻柱载荷成为下钻载的钻柱载荷成为下钻过程中系统的动力,带过程中系统的动力,带动整个系统运动,而绞动整个系统运动,而绞车上必须装置包括机械车上必须装置包括机械刹车和辅助刹车的制动刹车和辅助刹车的制动装置来吸收钻柱下放时装置来吸收钻柱下放时释放的能量。释放的能量。制动装置把吸收的能制动装置把吸收的能量转变为热能逸散到冷量转变为热能逸散到冷却水或空气中。却水或空气中。图图2-6 2-6 下钻操作示意图下钻操作示意图钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案 开始下钻前要稍提钻柱,开始下钻前要稍提钻柱,撒掉吊卡撒掉吊卡(或卡瓦或卡瓦),摘开离,摘开离合器,刹住钻柱。下钻开始合器,刹住钻柱。下钻开始时,司钻将刹把抬起,完全时,司钻将刹把抬起,完全松开刹带,整个系统在钻柱松开刹带,整个系统在钻柱作用下以接近自由落体加速作用下以接近自由落体加速度加速。到此时开始刹车,度加速。到此时开始刹车,由于制动装置即滚筒吸收了由于制动装置即滚筒吸收了能量,随着制动力矩的增大,能量,随着制动力矩的增大,下落加速度逐渐减小。下落加速度逐渐减小。图图2-7 2-7 下钻示意图下钻示意图钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案 当钻柱下放至接近立根当钻柱下放至接近立根行程终点时,司钻压住刹行程终点时,司钻压住刹把减速下放,此时制动装把减速下放,此时制动装置制动力矩大于钻柱静力置制动力矩大于钻柱静力矩,加速度为负值(惯性矩,加速度为负值(惯性力为正,向下)。直至到力为正,向下)。直至到达终点,完全刹住钻柱。达终点,完全刹住钻柱。M MM M静静M M动动钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案 一般安全操作时下钻速度应控制在一般安全操作时下钻速度应控制在2 22.52.5米秒以米秒以内。在不具备安全可靠,灵活的刹车装置的情况下,内。在不具备安全可靠,灵活的刹车装置的情况下,下钻速度过大,容易发生溜钻砸转盘事故,损坏设备。下钻速度过大,容易发生溜钻砸转盘事故,损坏设备。显然,如果钻柱下放速度较大,且在下放终点前急显然,如果钻柱下放速度较大,且在下放终点前急刹车,就会产生很大的冲击载荷。因此,司钻在下钻刹车,就会产生很大的冲击载荷。因此,司钻在下钻行程结束前行程结束前4 45 5米就开始刹车减速,降低钻柱的下放米就开始刹车减速,降低钻柱的下放速度,然后刹住钻柱,这样就可以把冲击载荷减小到速度,然后刹住钻柱,这样就可以把冲击载荷减小到最低限度。最低限度。钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案1.制动力的确定(1 1)最大制动力矩)最大制动力矩 由于减速下放所产生的惯性力矩,当下钻终了刹住钻由于减速下放所产生的惯性力矩,当下钻终了刹住钻柱时刻的制动力矩达到最大。柱时刻的制动力矩达到最大。最大制动力矩为:最大制动力矩为:M Mmaxmax=M M静静=(Q(Qs sDD2 2)/(2Z)/(2Z)s sd d (2-18)(2-18)(2 2)最大制动力)最大制动力 因因M Mmaxmax=F=FbmaxbmaxD Dd d/2/2,即,即 F Fbmaxbmax=F Fb b=(Q(Qs sDD2 2)/(ZD)/(ZDd d)s sd d (2-19)(2-19)钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案 式(式(2-182-18)和()和(2-192-19)中的)中的为动载系数,其值取决为动载系数,其值取决于下钻操作。这是因为最大制动力矩产生于钻柱刹止时,于下钻操作。这是因为最大制动力矩产生于钻柱刹止时,此时作用在快绳上的载荷为钻柱的静载荷、惯性载荷、此时作用在快绳上的载荷为钻柱的静载荷、惯性载荷、振动载荷及冲击载荷。其中上述前三种载荷与操作无关,振动载荷及冲击载荷。其中上述前三种载荷与操作无关,而刹止时的冲击载荷则完全取决于下钻操作,当下钻速而刹止时的冲击载荷则完全取决于下钻操作,当下钻速度低度低(如以如以1 m1 ms s速度下放速度下放),行程结束前提前,行程结束前提前4 45 5米就米就开始减速平稳刹住钻柱,冲击载荷很小,开始减速平稳刹住钻柱,冲击载荷很小,1.51.5;如;如以高速以高速(2m(2ms)s)下放,并在终点急刹车,冲击载荷较大,下放,并在终点急刹车,冲击载荷较大,2.52.5。钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案2.刹带两端的拉力 刹带两段端拉力的关系:刹带两段端拉力的关系:T=teT=teuaua 制动力与两端拉力的关系:制动力与两端拉力的关系:T=t+FT=t+Fb b 所以得:所以得:t tmaxmax=F=Fbmaxbmax/(e/(euaua-1)-1)T Tmaxmax=F=Fbmaxbmaxe euaua/(e/(euaua-1)-1)3.刹车杠杆传动比 刹车杠杆指刹把、曲拐轴、曲拐连杆等构件,其作用是将刹把刹车杠杆指刹把、曲拐轴、曲拐连杆等构件,其作用是将刹把上的操作力放大若干倍以满足刹止钻柱时活端总拉力上的操作力放大若干倍以满足刹止钻柱时活端总拉力t t的需要。的需要。(1 1)单杠杆刹车机构为:)单杠杆刹车机构为:i=t/F=(l/r)i=t/F=(l/r)coscos/sin(/sin(+)(2-20)+)(2-20)(2 2)双杠杆刹车机构为:)双杠杆刹车机构为:i=t/F=(l/r)i=t/F=(l/r)b(cosb(cos)/asin()/asin(+)(2-21)+)(2-21)钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案图图2-8 2-8 单杠杆带刹车机构示意图单杠杆带刹车机构示意图钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案图图2-9 2-9 双杠杆带刹车机构示意图双杠杆带刹车机构示意图钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案 刹车机构主要由制动部分刹车机构主要由制动部分(刹带刹带1 1,刹车鼓,刹车鼓2)2)、控制部分、控制部分(刹把刹把4)4)、传动部分、传动部分(传动杠杆或称刹车曲轴传动杠杆或称刹车曲轴3)3)、辅助部分、辅助部分(平衡梁平衡梁6 6和和调整螺钉调整螺钉7)7)、气刹车等组成、气刹车等组成。钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案 刹车时,操作刹把刹车时,操作刹把4 4转动传动杠杆转动传动杠杆3 3通过曲拐拉曳刹带通过曲拐拉曳刹带1 1活端使活端使之抱紧刹车毅。刹把之抱紧刹车毅。刹把4 4同时转动司钻阀同时转动司钻阀5 5以启动、调节气刹车以启动、调节气刹车8 8的的气缸压力。气刹车对传动杠杆的作用与刹把相同,故起省力作用。气缸压力。气刹车对传动杠杆的作用与刹把相同,故起省力作用。钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案 平衡梁平衡梁6 6是用来均衡左右两刹带的松紧程度,以保证它们受力均是用来均衡左右两刹带的松紧程度,以保证它们受力均匀。当刹车块磨损使刹带与刹车鼓之间的初始间隙增大,导致刹匀。当刹车块磨损使刹带与刹车鼓之间的初始间隙增大,导致刹把刹止角过低时,可以通过调整螺钉,将刹带与刹车鼓之间的间把刹止角过低时,可以通过调整螺钉,将刹带与刹车鼓之间的间隙调整到合适的初始间隙。隙调整到合适的初始间隙。钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案 刹带由弹簧钢板制成,用带弹簧的螺钉挂在绞车外壳上,松开刹带由弹簧钢板制成,用带弹簧的螺钉挂在绞车外壳上,松开刹车时,弹簧使刹带均匀脱离刹车鼓刹车时,弹簧使刹带均匀脱离刹车鼓;刹车块铆接在刹带上,它刹车块铆接在刹带上,它由耐热、耐磨,具有较大摩擦系数的石棉塑胶或石棉编制品压制由耐热、耐磨,具有较大摩擦系数的石棉塑胶或石棉编制品压制而成。而成。钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案通过上述分析,可以得出以下结论:1)1)带刹车的制动力矩与刹带和刹车鼓之间的围抱角和带刹车的制动力矩与刹带和刹车鼓之间的围抱角和摩擦系数有关。对于采用单杠杆机构的带刹车,常采用摩擦系数有关。对于采用单杠杆机构的带刹车,常采用较大的围抱角较大的围抱角(如如11/6)11/6)。即使如此,在刹住最大钻柱。即使如此,在刹住最大钻柱时,也需很大的刹把力。时,也需很大的刹把力。2)2)采用双杠杆机构既省力,又安全。采用双杠杆机构既省力,又安全。3)3)结构简单紧凑,便于维修。结构简单紧凑,便于维修。4)4)只能用于单向制动。只能用于单向制动。5)5)活动端和固定端刹车块磨损不一致。活动端和固定端刹车块磨损不一致。钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案2.4.3液压盘式刹车的结构组成与工作原理 目前国内外在用的石油钻机绞车上,广泛应用着带目前国内外在用的石油钻机绞车上,广泛应用着带刹车系统。但由于带刹车系统的固有工作特性的限制,刹车系统。但由于带刹车系统的固有工作特性的限制,已不能充分满足深井和超深井作业和紧急状态下刹车的已不能充分满足深井和超深井作业和紧急状态下刹车的需要,例如需要,例如:刹车力矩不足,性能不稳定,操作费力,刹车力矩不足,性能不稳定,操作费力,刹车不灵敏,耐热衰减性能差等,致使在钻井作业或紧刹车不灵敏,耐热衰减性能差等,致使在钻井作业或紧急状态刹车时时有溜钻和顿钻事故发生。急状态刹车时时有溜钻和顿钻事故发生。所以,安全、方便、灵敏的新型盘式刹车应运而生所以,安全、方便、灵敏的新型盘式刹车应运而生。钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案 盘式刹车为盘钳式液压刹车,数十年前即已在机车,盘式刹车为盘钳式液压刹车,数十年前即已在机车,汽车,飞机及矿山提升机等获得了成功运用。它已被成汽车,飞机及矿山提升机等获得了成功运用。它已被成功地引入到了钻井绞车。功地引入到了钻井绞车。现国外的盘式刹车绞车已完成系列化推广运用工作。现国外的盘式刹车绞车已完成系列化推广运用工作。国内从国内从9090年代开始研制盘式刹车,先在修井机绞车上年代开始研制盘式刹车,先在修井机绞车上使用,后来开始引入钻井绞车,现国内新生产的使用,后来开始引入钻井绞车,现国内新生产的4040级别级别(包括包括ZJ40/2250)ZJ40/2250)以下的钻机绞车主要配用盘式刹车,以下的钻机绞车主要配用盘式刹车,同类级别在用钻机绞车刹车也开始进行改装,超重型钻同类级别在用钻机绞车刹车也开始进行改装,超重型钻机盘式刹车绞车已研制成功。机盘式刹车绞车已研制成功。图图2-102-10所示,为所示,为SY-PSSY-PS盘式刹车。盘式刹车。钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案图图2-10 SY-PS2-10 SY-PS盘式刹车盘式刹车钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案 根据技术发展预测,随着石油钻机绞车盘式刹车的技术发展,根据技术发展预测,随着石油钻机绞车盘式刹车的技术发展,在新设计的绞车中会主要采用盘式刹车,而在用绞车亦将逐步改在新设计的绞车中会主要采用盘式刹车,而在用绞车亦将逐步改造成盘式刹车,盘式刹车取代刹车的进程将逐步加快。造成盘式刹车,盘式刹车取代刹车的进程将逐步加快。钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案 液压盘式刹车装置由制动执液压盘式刹车装置由制动执行机构、液压站及操作系统三部分行机构、液压站及操作系统三部分组成。组成。执行机构由刹车盘、刹车钳、执行机构由刹车盘、刹车钳、钳架三部分组成,钳架三部分组成,刹车盘与刹车钳刹车盘与刹车钳上的刹车块组成制动偶件。上的刹车块组成制动偶件。其中刹其中刹车钳又分为常开式工作钳和闭式安车钳又分为常开式工作钳和闭式安全钳两种型式。全钳两种型式。液压站是动力源,为执行机构液压站是动力源,为执行机构提供必须的液压动力;操作系统是提供必须的液压动力;操作系统是动力控制环节。动力控制环节。1.1.1.1.液压盘式刹车的结构组成液压盘式刹车的结构组成液压盘式刹车的结构组成液压盘式刹车的结构组成钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案液压盘式刹车装置示意图液压盘式刹车装置示意图 钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案o液压盘式刹车装置外形图液压盘式刹车装置外形图钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案 制动执行机构制动执行机构 1滚筒滚筒 2刹车盘刹车盘 3钳架钳架 4工作钳工作钳 5安全钳安全钳 6过渡板过渡板 钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案1)刹车盘刹车盘刹车盘是刹车系统的核心部件之一,与刹车块组成刹车副。一般每刹车盘是刹车系统的核心部件之一,与刹车块组成刹车副。一般每台产品配备两个刹车盘,安装在绞车滚筒两端。台产品配备两个刹车盘,安装在绞车滚筒两端。按结构形式分为:水冷式、风冷式和实心刹车盘三种。按结构形式分为:水冷式、风冷式和实心刹车盘三种。水冷式刹车盘内部设有水冷通道,在刹车盘内径处设有进、出水水冷式刹车盘内部设有水冷通道,在刹车盘内径处设有进、出水口;外径处设有放水口,用来放尽通道内的水,以防止寒冷气口;外径处设有放水口,用来放尽通道内的水,以防止寒冷气候时刹车盘冻裂;正常工作时,放水口用螺塞封住。刹车系统候时刹车盘冻裂;正常工作时,放水口用螺塞封住。刹车系统工作时,给刹车盘通冷却循环水,以平衡刹车副摩擦产生的热工作时,给刹车盘通冷却循环水,以平衡刹车副摩擦产生的热量。量。风冷式刹车盘内部有自然通风道,靠自然通风道和表面散热。风冷式刹车盘内部有自然通风道,靠自然通风道和表面散热。实心刹车盘靠表面散热,主要用于修井机和小型钻机。实心刹车盘靠表面散热,主要用于修井机和小型钻机。钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案盘盘式式刹刹车车的的刹刹车车盘盘钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案图2-12 ZJ50钻机上的刹车钳及钳架钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案4)钳架钳架 钳架是执行机构的基座,工作钳及安全钳架是执行机构的基座,工作钳及安全钳均安装在该基座上。通常配备两个钳钳均安装在该基座上。通常配备两个钳架,安装在绞车的底座上,位于滚筒两架,安装在绞车的底座上,位于滚筒两侧的前方。侧的前方。钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案液压站包括:液压站包括:液压站包括:液压站包括:油箱组件、泵油箱组件、泵油箱组件、泵油箱组件、泵组、控制块总组、控制块总组、控制块总组、控制块总成、加油组件、成、加油组件、成、加油组件、成、加油组件、电控箱等。电控箱等。电控箱等。电控箱等。钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案1)油箱组件油箱组件 油箱组件包括油箱、吸油阀、放油阀、液位液温油箱组件包括油箱、吸油阀、放油阀、液位液温计、冷却器等元器件计、冷却器等元器件.2)泵组泵组 o泵组为液压系统的心脏。系统配备两台同样的柱泵组为液压系统的心脏。系统配备两台同样的柱塞泵,分别由防爆电机驱动,一台工作,另一台塞泵,分别由防爆电机驱动,一台工作,另一台备用,工作备用,工作时可交替使用。时可交替使用。3)控制块总成控制块总成 o主要由:油路块、蓄能器、截止阀、单向阀、安主要由:油路块、蓄能器、截止阀、单向阀、安全阀和高压滤油器等元器件组成。全阀和高压滤油器等元器件组成。钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案4)加油组件加油组件o加油组件由一台手摇泵、一台过滤器组加油组件由一台手摇泵、一台过滤器组成。油箱加油时,通过加油泵组完成,成。油箱加油时,通过加油泵组完成,以保证油液的清洁度。以保证油液的清洁度。5)电控柜电控柜 o液压站的电控箱主要用来控制电机和加液压站的电控箱主要用来控制电机和加热器的起、停,电控箱采用隔爆处理。热器的起、停,电控箱采用隔爆处理。钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案液压盘式刹车装置五种功能:工作制动:工作制动:通过操作刹车阀的控制手柄,调节工作钳对制动盘通过操作刹车阀的控制手柄,调节工作钳对制动盘的正压力,从而为主机提供大小可调的刹车力矩,满足送的正压力,从而为主机提供大小可调的刹车力矩,满足送钻、起下钻等不同工况的要求。钻、起下钻等不同工况的要求。紧急制动:紧急制动:遇到紧急情况时,按下红色紧急制动按钮,工作钳、遇到紧急情况时,按下红色紧急制动按钮,工作钳、安全钳全部参与制动,实现紧急刹车。安全钳全部参与制动,实现紧急刹车。过卷保护:过卷保护:当游车上升到某位置,由于操作失误或其它原因,当游车上升到某位置,由于操作失误或其它原因,应该工作制动而未实施制动时,过卷阀或防碰阀会发出信应该工作制动而未实施制动时,过卷阀或防碰阀会发出信号,工作钳和安全钳全部参与刹车,实施紧急制动,避免号,工作钳和安全钳全部参与刹车,实施紧急制动,避免出现游车碰天车事故。出现游车碰天车事故。驻车制动:驻车制动:当钻机不工作或司钻要离开操作台时,拉下驻车制当钻机不工作或司钻要离开操作台时,拉下驻车制动手柄,安全钳刹车,以防大钩滑落。动手柄,安全钳刹车,以防大钩滑落。误操作保护:误操作保护:当当司钻未按规定解除驻车制动、紧急制动时,所司钻未按规定解除驻车制动、紧急制动时,所有刹车钳都处在制动状态,从而起到了安全保护作用。有刹车钳都处在制动状态,从而起到了安全保护作用。钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案图2-13a 盘式刹车钳工作原理2.2.刹车系统工作原理刹车系统工作原理 按照刹车钳缸零油压时的制动状态可分为常开式钳和常闭式钳。它们典型的制动工作原理如图2-13所示。对于常闭钳制动方案 (图2-13a),由于碟簧作用力可使刹车块压向刹车盘,因此增大进入钳缸的油压将抵消一部分碟簧作用力,使制动力下降。反之,降低油压,则可增加制动力。钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案安全钳(常闭式)安全钳(常闭式)1刹车盘刹车盘 2刹车块刹车块 3销轴销轴 4杠杆杠杆 5油缸油缸 6活塞活塞 7碟形弹簧碟形弹簧 8调节螺母调节螺母钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案 对于常开钳制动方对于常开钳制动方案案(图图2-13b)2-13b),由于油,由于油压作用力可使刹车块压压作用力可使刹车块压向刹车盘,因此,增大向刹车盘,因此,增大进入钳缸的油压将使制进入钳缸的油压将使制动力增大,而降低油压动力增大,而降低油压则将使制动力下降。则将使制动力下降。这样,操作司钻手柄,这样,操作司钻手柄,使进入钳缸的油压连续使进入钳缸的油压连续变化,可实现对刹车制变化,可实现对刹车制动力的连续调节。动力的连续调节。图2-13b 盘式刹车钳工作原理钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案 1刹车盘 2刹车块 3销轴 4杠杆 5油缸 6活塞工作钳(常开式)工作钳(常开式)钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案 钻机盘式刹车全套工作钳由工作钳和应急钳组成。钻机盘式刹车全套工作钳由工作钳和应急钳组成。前者用于正常钻进操作前者用于正常钻进操作(起下钻,钻进起下钻,钻进)过程;后者作为过程;后者作为安全保险用,亦称安全刹车钳。安全保险用,亦称安全刹车钳。刹车钳的结构方案可分为杠杆式和固定钳两种,如图刹车钳的结构方案可分为杠杆式和固定钳两种,如图2-142-14所示。所示。杠杆钳由一中心液缸推动双活塞反向动作,通过杠杆杠杆钳由一中心液缸推动双活塞反向动作,通过杠杆机构对刹车块加压机构对刹车块加压(图图2-14a2-14a,b)b)。固定钳由两个对置液缸分居刹车盘两侧,分别通过活固定钳由两个对置液缸分居刹车盘两侧,分别通过活塞直接对刹车块加压塞直接对刹车块加压(图图2-14c2-14c,d)d)。上述每一种又可分为常开式和常闭式两类,如图上述每一种又可分为常开式和常闭式两类,如图2-152-15所示。所示。钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案4 4盘式刹车盘式刹车AHDAHD绞车采用气绞车采用气动钳盘式盘刹动钳盘式盘刹应急刹车应急刹车钳钳主刹车钳主刹车钳钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案图2-15 刹车钳的结构方案钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案 一般来说,常开式刹车钳是工作钳、开式钳的刹车力一般来说,常开式刹车钳是工作钳、开式钳的刹车力来源于液压力,有油压时对刹车盘实施制动。用于控制来源于液压力,有油压时对刹车盘实施制动。用于控制钻压和各种情况下的刹车。钻压和各种情况下的刹车。常闭式刹车钳是安全钳、闭式钳的刹车力来源于碟簧的常闭式刹车钳是安全钳、闭式钳的刹车力来源于碟簧的弹簧力,无油压时刹车。常闭钳用于悬持情况下的驻刹。弹簧力,无油压时刹车。常闭钳用于悬持情况下的驻刹。绞车刹车工作钳采用常开式的液压加压,而应急钳采用绞车刹车工作钳采用常开式的液压加压,而应急钳采用常闭式的弹簧加压。常闭式的弹簧加压。盘式刹车采用杠杆钳以便利用杠杆增力倍数不致使液盘式刹车采用杠杆钳以便利用杠杆增力倍数不致使液压系统工作压力过高,而采用固定钳则可以使结构紧凑,压系统工作压力过高,而采用固定钳则可以使结构紧凑,可靠性亦较高。可靠性亦较高。液压系统的设计要保证在紧急情况下安全钳回油,工液压系统的设计要保证在紧急情况下安全钳回油,工作钳进油而使它们同时刹止刹车盘作钳进油而使它们同时刹止刹车盘(双刹保险双刹保险),在油泵,在油泵断电时能利用储能器临时工作。断电时能利用储能器临时工作。钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案3.液压盘式刹车的特点 与带刹车相比,盘式刹车具有以下优点与带刹车相比,盘式刹车具有以下优点:1)1)刹车平稳、性能稳定、热衰退性较小。刹车平稳、性能稳定、热衰退性较小。2)2)整体刹车盘,内部有水冷内腔,可把连续刹车产生整体刹车盘,内部有水冷内腔,可把连续刹车产生的热量很快带到刹车盘外面,不使刹车盘过热,具有较的热量很快带到刹车盘外面,不使刹车盘过热,具有较好的刹车性能、摩擦系数稳定、使用寿命较长。好的刹车性能、摩擦系数稳定、使用寿命较长。3)3)采用高合金钢制造刹车盘,刹车盘表面具有较高的采用高合金钢制造刹车盘,刹车盘表面具有较高的硬度,耐磨性能好,使用寿命长,更换易损件次数较少。硬度,耐磨性能好,使用寿命长,更换易损件次数较少。4)4)钻井实践表明钻井实践表明:盘式刹车具有充足的储备刹车力矩,盘式刹车具有充足的储备刹车力矩,特别是在水刹车或电磁涡流刹车出现故障时,也能刹住特别是在水刹车或电磁涡流刹车出现故障时,也能刹住最大载荷。最大载荷。司钻的控制力小,具有灵敏的操作手感。司钻的控制力小,具有灵敏的操作手感。钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案 5)5)液压系统工作压力液压系统工作压力为为6.85MPa6.85MPa,最大压力为,最大压力为13.7Mpa13.7Mpa,实际使用只需,实际使用只需要四分之一的设计压力要四分之一的设计压力就可以刹住最大钻柱载就可以刹住最大钻柱载荷,使用安全可靠。荷,使用安全可靠。6)6)盘式刹车容易控制盘式刹车容易控制和掌握,刹车时没有噪和掌握,刹车时没有噪音,对环境污染较少,音,对环境污染较少,工人劳动条件改善。工人劳动条件改善。钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案 7)7)更换刹车钳最多不超过更换刹车钳最多不超过1515分钟,此外,由于刹车块分钟,此外,由于刹车块寿命长,更换次数也大大减少。寿命长,更换次数也大大减少。8)8)盘式刹车与自动送钻装置相结合,可实现优良的自盘式刹车与自动送钻装置相结合,可实现优良的自动送钻功能。这种一体化技术,具有优良的钻井性能和动送钻功能。这种一体化技术,具有优良的钻井性能和钻井质量,还具有较好的各种技术经济指标。钻井质量,还具有较好的各种技术经济指标。9)9)液压控制系统还可实现遥控盘式刹车,这一优点对液压控制系统还可实现遥控盘式刹车,这一优点对于井口存在着危险的井进行钻井是非常重要的,可以确于井口存在着危险的井进行钻井是非常重要的,可以确保操作人员的安全。保操作人员的安全。10)10)采用微机监控盘式刹车,如果钻机提升系统出现超采用微机监控盘式刹车,如果钻机提升系统出现超速、超载荷或超位以及钻机功率不足时,盘式刹车可以速、超载荷或超位以及钻机功率不足时,盘式刹车可以自动刹车,确保安全作业。自动刹车,确保安全作业。钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案4.盘式刹车的发展 盘式刹车经过十多年的实践,基本结构没有大的变化,盘式刹车经过十多年的实践,基本结构没有大的变化,其中发展主要体现于以下方面其中发展主要体现于以下方面:1)1)刹车盘的结构改进:除有风冷和水冷结构之外,由刹车盘的结构改进:除有风冷和水冷结构之外,由于刹车力矩储备较大,在中小型石油钻机中,有可能减于刹车力矩储备较大,在中小型石油钻机中,有可能减少为一个刹车盘。只用一个刹车盘,简化刹车结构、降少为一个刹车盘。只用一个刹车盘,简化刹车结构、降低成本、提高指标。低成本、提高指标。2)2)刹车钳的结构改进:取消双活塞液缸和杠杆增力机刹车钳的结构改进:取消双活塞液缸和杠杆增力机构,改为两个液缸直接控制刹车块。构,改为两个液缸直接控制刹车块。将工作刹车钳由常开式改为常闭式结构,用工作刹车将工作刹车钳由常开式改为常闭式结构,用工作刹车钳代替紧急刹车钳。在每个刹车盘上只用一种常闭式工钳代替紧急刹车钳。在每个刹车盘上只用一种常闭式工作刹车钳。减少品种、通用性和互换性好,易损件储备作刹车钳。减少品种、通用性和互换性好,易损件储备品种也大大地减少。品种也大大地减少。钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案 3)3)自动送钻与盘式刹车一体化技术:这种一体化技术是继盘式自动送钻与盘式刹车一体化技术:这种一体化技术是继盘式刹车问世以来,又派生出来的一种新技术,它具有送钻更均匀、刹车问世以来,又派生出来的一种新技术,它具有送钻更均匀、钻井质量高、取芯率高、井眼轨迹偏移小、经济效益好、事故少钻井质量高、取芯率高、井眼轨迹偏移小、经济效益好、事故少等优点,具有更高的技术经济指标。等优点,具有更高的技术经济指标。美国美国GH-BearGH-Bear自动送钻装置与自动送钻装置与GHGHTTETTE型盘式刹车一体化技术就型盘式刹车一体化技术就是其中一例。是其中一例。此外,盘式刹车对于科学钻井、自动化钻井、最优化钻井、智此外,盘式刹车对于科学钻井、自动化钻井、最优化钻井、智能化钻井均显示了较高的适应性,其发展前景广阔。能化钻井均显示了较高的适应性,其发展前景广阔。4)4)扩大微机的使用功能:国外正在进一步研究开发钻井过程软扩大微机的使用功能:国外正在进一步研究开发钻井过程软件以及反馈控制系统,利用微机选择最优钻井工况参数,并监测件以及反馈控制系统,利用微机选择最优钻井工况参数,并监测各种实时钻井参数,以便快速反馈给控制系统,进一步实现全自各种实时钻井参数,以便快速反馈给控制系统,进一步实现全自动化钻井作业,达到高新技术发展阶段,以实现最高的经济效益。动化钻井作业,达到高新技术发展阶段,以实现最高的经济效益。钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案 5)5)新型刹车块:刹车块质量是决定刹车性能和使用寿命的关键,新型刹车块:刹车块质量是决定刹车性能和使用寿命的关键,国外正在研究开发非石棉、耐高温、刹车性能好、摩擦系数稳定、国外正在研究开发非石棉、耐高温、刹车性能好、摩擦系数稳定、寿命长的新型盘式刹车块,进一步提高盘式刹车的使用性能和使寿命长的新型盘式刹车块,进一步提高盘式刹车的使用性能和使用寿命。用寿命。6)6)绞车不用辅助刹车:装有带刹车的绞车,辅助刹车绞车不用辅助刹车:装有带刹车的绞车,辅助刹车 (电磁涡电磁涡流刹车或水刹车流刹车或水刹车)是一种必不可少的部件。由于盘式刹车具有更大是一种必不可少的部件。由于盘式刹车具有更大的刹车力矩储备,可用盘式刹车直接刹住大钩最大载荷,所以绞的刹车力矩储备,可用盘式刹车直接刹住大钩最大载荷,所以绞车可取消辅助刹车,还可用车可取消辅助刹车,还可用ACAC电动机进行反馈制动,可提高盘式电动机进行反馈制动,可提高盘式刹车的使用寿命。刹车的使用寿命。7)7)对于采用气控制的钻机的盘式刹车开始采用气控制盘式刹车,对于采用气控制的钻机的盘式刹车开始采用气控制盘式刹车,从而省去昂贵的液压控制系统。从而省去昂贵的液压控制系统。钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案2.4.4辅助刹车 由于钻柱下放时要释放巨大能量。随着井深的增加,由于钻柱下放时要释放巨大能量。随着井深的增加,下钻时释放的能量愈来愈大,如果只是用绞车的机械刹下钻时释放的能量愈来愈大,如果只是用绞车的机械刹车车(主刹车主刹车)来吸收这个能量显然是不能胜任的。因此各来吸收这个能量显然是不能胜任的。因此各级钻机包括大型修井机都采用辅助刹车装置来辅助主刹级钻机包括大型修井机都采用辅助刹车装置来辅助主刹车吸收钻柱下钻时所释放的能量。车吸收钻柱下钻时所释放的能量。钻机的辅助刹车过去多为水刹车,现在已逐渐被电磁钻机的辅助刹车过去多为水刹车,现在已逐渐被电磁刹车和依顿盘式刹车所取代。刹车和依顿盘式刹车所取代。钻机上曾广泛使用水刹车作为辅助刹车,但它在低速钻机上曾广泛使用水刹车作为辅助刹车,但它在低速运转时制动扭矩非常低,不能满足深井下钻的需要。国运转时制动扭矩非常低,不能满足深井下钻的需要。国内从八十年代起逐渐采用电磁场涡流刹车作为辅助刹车。内从八十年代起逐渐采用电磁场涡流刹车作为辅助刹车。我国制造的电磁涡流刹车已成为系列,正推广应用于各我国制造的电磁涡流刹车已成为系列,正推广应用于各级钻机。级钻机。钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案1.电磁涡流刹车 电磁涡流刹车(如图电磁涡流刹车(如图2-162-16)利用电磁感应原理进行无)利用电磁感应原理进行无磨损制动。它的优点是制动性能好,使用寿命长,操作磨损制动。它的优点是制动性能好,使用寿命长,操作简单,无易损件。国内外钻机已广泛应用。简单,无易损件。国内外钻机已广泛应用。1)电磁涡流刹车结构特点 电磁涡流刹车主要由左右定子和转子组成,定子中固电磁涡流刹车主要由左右定子和转子组成,定子中固嵌着激磁线圈。如图嵌着激磁线圈。如图2-172-17所示。所示。钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案2、电磁涡流刹车图2-16 电池涡流刹车钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案图2-17 电磁涡流刹车结构钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案钻井机械电子教案2)电磁涡流刹车工作原理 直流电流通过激磁线圈在磁极周围产生固定磁场,当直流电流通过激磁线圈在磁极周围产生固定磁场,当滚筒轴转动时,带动处于该磁场的转子旋转,由于转子滚筒轴转动时,带动处于该磁场的转子旋转,由于转子磁通密度变化而在转子表面产生感应电动势,遂产生涡磁通密度变化而在转子表面产生感应电动势,遂产生涡电流。此涡电流形成旋转磁场,与固定磁场相互作用产电流。此涡电流形成旋转磁场,与固定磁场相互作用产生制动力矩。生制动力矩。制动产生的热量由冷却水带走。制动产生的热量由冷却水带走。司钻通过电位器可调低直流电流强度,即降低固定磁司钻通过电位器可调低直流电流强度,即降低固定磁场的磁场强度,可使图场的磁场强度,可使图2-182-18的特性曲线下移。这样在任的特性曲线下移。这样在任何载荷下都可以调得任一需要的下钻速度。当转速降至何载荷下都可以调得任一
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