钻井用机械式防碰装置.doc

钻井用机械式防碰装置石油钻机生产作业过程中，需要限定大钩的活动范围，以避免由于人为操作失误，大钩碰撞天车或砸到钻台面而引发重大事故，传统的防碰机构，分为电子式和触碰式，都有明显的缺陷，出于安全性及经济性的综合考虑，开发了一种全新的机械式防碰装置，该装置采用通用标准元件，结构简单，价格低廉，安全可靠，已投产并获得了国家发明专利。石油钻机生产作业过程中，采用绞车驱动大钩，完成钻井修井等作业，由于大钩工作时载荷大，运行速度快，一旦碰到天车或钻台，将引发重大事故。目前国内大部分油田及钻机生产厂家，普遍采用两种防碰装置：电子防碰仪和天车防碰阀。电子式防碰仪具有灵敏度高等优点，但是价格昂贵，同时由于井场环境恶劣，电子元件容易失效，导致安全事故的发生。触碰式防碰机构核心部件为一防碰阀，当绞车滚筒缠绳达到设定高度时，钢丝绳触碰阀杆，绞车紧急制动，大钩停止运行，这种机构只能防止大钩碰撞天车，而无法避免大钩碰撞钻台。综上所述，以上两种方式均存在明显缺陷，因此开发一种结构简单，可靠性高、经济性好的防碰装置显得尤为必要。机械式防碰装置的结构及工作原理1.1.设计依据：因为大钩是通过绞车来驱动的，所以控制大钩的运行位置完全可以靠控制绞车滚筒上钢丝绳的缠绕圈数来实现，但是，滚筒的转动速度很快，直接记录钢丝绳缠绕圈数不易实现，因此，我们设计了一套减速机构，可以把滚筒的高速旋转运动转化为计量机构的缓慢旋转运动，计量机构设计有触点，触点触碰行程开关，绞车紧急刹车气缸动作，实现紧急刹车，避免碰撞事故的发生。1.2.结构组成：1.2.1.传动机构：主要包括小链轮（1），大链轮（2），链条（3），涡轮蜗杆减速机（4）等部分；小链轮通过螺栓连接在绞车滚筒轴头上，大链轮固定在减速器的输入端，二者之间通过链条连接。1.2.2.计量机构：主要由限位盘一（7），限位盘二（6），压紧螺母等组成；限位盘一安装在减速器输出轴上，通过压板压紧，限位盘二与限位盘一同轴安装，通过压紧螺母与限位盘一固定；1.2.3.执行机构：主要由按钮阀（9）及紧急刹车气缸组成；工作原理：下面以本装置在4000米钻机上的应用为例，说明本装置的工作原理：4000米钻机绞车最大缠绳高度为4层，每层缠绕圈数为33圈，即总缠绕圈数最多为n=132圈。我们选择小链轮齿数为Z1=13，大链轮齿数Z2=39，减速器传动比为i2=60，则传动装置总传动比为：i=i1*i2=39/13*60=180大钩工作时，绞车滚筒轴带动小链轮做高速旋转运动，小链轮通过链条将运动传递给大链轮，大链轮驱动减速器工作。经过两级减速以后，绞车滚筒轴的高速旋转运动转变为减速器输出轴的缓慢旋转，且旋转角度最大为：=360*n/i=360*132/180=264由于限位盘随减速器输出轴同步旋转，即使滚筒钢丝绳全部缠绕或者下放，限位盘的旋转角度小于等于264，我们在限位盘圆周范围内设置两个触点，再配合行程开关，便可控制大钩的行程，同时考虑井架和钻台的高度不同，大钩工作范围也不尽相同，设计成两个可调触点，即限位盘做成分体式，中间用压紧螺母连接，等行程有变动时，调节触点位置便可实现。限位盘触点到达设定位置即可触碰按钮阀，紧急刹车气缸动作，大钩紧急刹车。本装置具有以下优点：2.1.可以通过更换链轮或减速器的方式来拓宽本装置的使用范围，也可以通过调节触点位置实现小范围的调节，所以使用范围广泛2.2.减速器及链轮等核心部件全部为标准件，价格低廉2.3.机械传动装置安全可靠，特别适用于井场恶劣环境现场应用本装置于2012年11月份进行试制，并在本公司钻机上进行了现场实验，效果良好，之后向海内外广大客户大礼推广，于2013年1月份成功应用于两台印度xJ550修井机，验收人员反映良好。该装置的成功应用，证明该装置性能完全符合设计要求。第 3 页 共 3 页