李 浩,鄧忠彬,羅小昌,湯佰戰(zhàn)

(中海油能源發(fā)展裝備技術(shù)有限公司,天津 300452)

海洋修井機(jī)輔助剎車與循環(huán)水泵控制系統(tǒng)改造*

李 浩,鄧忠彬,羅小昌,湯佰戰(zhàn)

(中海油能源發(fā)展裝備技術(shù)有限公司,天津 300452)

通過對(duì)在役的海洋修井機(jī)輔助剎車操作方式現(xiàn)狀的分析,找到了輔助剎車密封和摩擦片頻繁損壞的根源,提出了經(jīng)濟(jì)實(shí)用的技術(shù)改造方案,在輔助剎車系統(tǒng)與循環(huán)水泵之間建立了一種自觸發(fā)的聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu),完成了設(shè)計(jì)與改造。通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)與使用表明,改造后的修井機(jī)輔助剎車系統(tǒng)性能良好,完全能滿足現(xiàn)場(chǎng)所有修井工況的要求。

輔助剎車;循環(huán)水泵;司鉆房;海洋修井機(jī)

0 引 言

海洋修井機(jī)在修井作業(yè)的通常情況下,司鉆在操車過程中需要經(jīng)常掛合絞車輔助剎車離合器進(jìn)行操車。正常操作程序?yàn)椋合乳_啟鉆臺(tái)配電箱處循環(huán)水泵開關(guān),再進(jìn)入司鉆房?jī)?nèi)掛合輔助剎車。但司鉆在操控主滾筒絞車作業(yè)時(shí)精神高度集中,加之在實(shí)際作業(yè)中,循環(huán)水泵開關(guān)又安放在司鉆房外,而輔助剎車系統(tǒng)開關(guān)則安裝在司鉆房?jī)?nèi),兩者相距較遠(yuǎn)。故司鉆經(jīng)常忘記啟動(dòng)冷卻循環(huán)水泵電機(jī),輔助剎車?yán)鋮s循環(huán)系統(tǒng)無法工作,造成輔助剎車系統(tǒng)在短時(shí)間內(nèi)溫度驟然升高,導(dǎo)致輔助剎車密封和摩擦片高溫?fù)p壞。為解決此難題,特需要對(duì)輔助剎車與循環(huán)水泵的控制系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)鎖改造。

1 改造前的方案及其控制原理簡(jiǎn)述

1.1 改造前方案簡(jiǎn)述

修井作業(yè)時(shí),用輔助剎車(目前海洋修井機(jī)使用的大部分為伊頓WCB型,是一種水冷卻、氣動(dòng)壓緊、彈簧松開的盤式剎車)勻速下放鉆柱,緊急制動(dòng)和夾持鎖死大鉤載荷。該剎車具有結(jié)構(gòu)緊湊,轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小,操作安全、平穩(wěn)、簡(jiǎn)單,工作可靠的特點(diǎn)[1]。其作用為減緩鉆具下降速度的阻尼裝置,下降鉆具時(shí)利用輔助剎車產(chǎn)生阻力矩,以平衡由于鉆具重力作用施于絞車上的驅(qū)動(dòng)力矩,使鉆具得以以勻速下降。

輔助剎車與絞車(主滾筒)裝在同一旋轉(zhuǎn)軸上,在向井內(nèi)下放鉆具時(shí),其轉(zhuǎn)子與絞車同軸轉(zhuǎn)動(dòng),通過控制其推盤距離以摩擦的方式使絞車帶動(dòng)游車大鉤緩慢且均勻的下放,但由于采用連續(xù)磨合狀態(tài)下的張力控制,輔助剎車自身會(huì)產(chǎn)生大量的熱量。因此,輔助剎車通常采用循環(huán)水冷卻的方式來保證設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)。輔助剎車水冷卻系統(tǒng)主要包括循環(huán)水泵、水箱及管路。因此,在輔助剎車工作前,必須啟動(dòng)循環(huán)水泵,以保證輔助剎車性能。

1.2 控制原理簡(jiǎn)述

1.2.1 輔助剎車的工作原理

輔助剎車總成安裝在絞車同一旋轉(zhuǎn)軸上,工作時(shí),壓縮空氣從輔助剎車氣缸進(jìn)口處導(dǎo)入壓縮空氣,使活塞及壓緊盤組件向法蘭方向移動(dòng)并壓緊動(dòng)彈簧。當(dāng)壓力上升時(shí),摩擦盤被夾緊在壓力盤和法蘭之間,使與動(dòng)盤相嚙合的軸停止轉(zhuǎn)動(dòng)或轉(zhuǎn)速受到限制,改變供氣壓力,從而可以改變剎車帶扭矩,輔助剎車中部安裝有一個(gè)中間盤,復(fù)位彈簧協(xié)助活塞和壓緊盤,中間盤脫開和回位。所產(chǎn)生的大量熱量通過銅合金靜摩擦盤后面的特殊型腔的冷卻水流散發(fā)。此時(shí),含有大量熱量的冷卻水進(jìn)入循環(huán)水泵將冷卻水中的熱量發(fā)散至空氣中。

1.2.2 循環(huán)水冷卻系統(tǒng)的工作原理

循環(huán)水泵將冷卻水通過水管線分別向主剎車和輔助剎車供水冷卻,經(jīng)過主、輔剎車的冷卻水水溫升高通過回水管線經(jīng)散熱器使水溫迅速下降,流回冷卻水箱后,再由循環(huán)水泵吸入、排出,形成冷卻循環(huán)回路。

原始改造前的循環(huán)水泵與輔助剎車電路如圖1所示,循環(huán)水泵啟動(dòng)過程為：按下啟動(dòng)按鈕SB2,接觸器KM線圈得電,與SB2并聯(lián)的KM輔助常開觸點(diǎn)閉合,常閉觸點(diǎn)斷開,以保證松開按鈕SB2后KM線圈持續(xù)得電,串聯(lián)在電動(dòng)機(jī)回路中的KM主觸點(diǎn)持續(xù)閉合,電動(dòng)機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn),從而實(shí)現(xiàn)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)控制。

循環(huán)水泵停止過程為：按下停止按鈕SB1,接觸器KM線圈斷電,與SB1并聯(lián)的KM輔助常開觸點(diǎn)斷開,常閉觸點(diǎn)閉合,以保證松開按鈕SB1后KM線圈持續(xù)斷電,串聯(lián)在電動(dòng)機(jī)回路中的KM主觸點(diǎn)持續(xù)斷開,電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)。

圖1 改造前的循環(huán)水泵與輔助剎車電路原理圖[2]

2 改造方案及其控制原理簡(jiǎn)述

2.1 改造方案簡(jiǎn)述

為了解決此問題,筆者在現(xiàn)用輔助剎車和循環(huán)水泵的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一種自觸發(fā)聯(lián)動(dòng)系統(tǒng),其設(shè)計(jì)原理為水泵電機(jī)控制回路接入輔助剎車系統(tǒng)氣路進(jìn)氣壓力開關(guān)信號(hào),將該套水泵循環(huán)系統(tǒng)控制形式改造為“氣控電”形式,其設(shè)計(jì)要點(diǎn)如下。

(1)循環(huán)水泵與輔助剎車不變,重新制作一個(gè)隔爆型水泵電機(jī)啟?？刂葡?將原始水泵控制箱由僅能手動(dòng)控制改造為手動(dòng)/自動(dòng)選擇雙向選擇控制。

(2)在司鉆房?jī)?nèi)的輔助剎車掛合兩位三通控制閥上引出1個(gè)分支氣路管線,安裝至該重新制作的隔爆型水泵電機(jī)啟?？刂葡?即輔助剎車掛合后,一路壓縮空氣可通往新制作的隔爆型水泵電機(jī)啟?？刂葡?改造后的輔助剎車氣控原理圖如圖2所示),以實(shí)現(xiàn)輔助剎車控制氣對(duì)兩位三通電磁閥的控制。

(3)在司鉆房?jī)?nèi)操作臺(tái)上加裝溫控及流量傳感器、報(bào)警鈴、報(bào)警燈,以實(shí)現(xiàn)設(shè)備司鉆對(duì)輔助剎車系統(tǒng)的監(jiān)控。

圖2 改造后的輔助剎車氣控原理圖

2.2 控制原理簡(jiǎn)述

當(dāng)水泵控制箱的主令開關(guān)旋到“自動(dòng)”位置,整套循環(huán)水泵系統(tǒng)裝置便處于自動(dòng)控制狀態(tài),此時(shí),如果司鉆房掛合輔助剎車離合器,全自動(dòng)水泵控制箱內(nèi)的壓力開關(guān)將收到氣壓信號(hào),當(dāng)氣源壓力達(dá)到0.6～0.8 MPa工作壓力時(shí),壓力開關(guān)閉合,啟動(dòng)循環(huán)水泵電機(jī),冷卻循環(huán)系統(tǒng)工作產(chǎn)生的壓力通過壓力開關(guān)打開剎車離合器進(jìn)氣閥,輔助剎車正常工作[3]。

若壓力開關(guān)故障,可以切換到手動(dòng)控制模式,當(dāng)輔助剎車控制手柄動(dòng)作時(shí),若接觸器或壓力開關(guān)任一一個(gè)出現(xiàn)故障引起電機(jī)不能自動(dòng)啟動(dòng),系統(tǒng)蜂鳴器將會(huì)報(bào)警。此時(shí)將水泵控制箱的主令開關(guān)旋到“手動(dòng)”位置(手動(dòng)位置為檢修傳感器工況使用),冷卻循環(huán)系統(tǒng)水泵電機(jī)啟動(dòng),此時(shí)壓力開關(guān)不起作用,壓力開關(guān)在冷卻循環(huán)系統(tǒng)工作產(chǎn)生的壓力情況下打開剎車離合器進(jìn)氣閥,輔助剎車正常工作(改造后的循環(huán)水泵與輔助剎車電路原理圖如圖3所示)。

圖3 改造后的循環(huán)水泵與輔助剎車電路原理圖

3 成果應(yīng)用案例

3.1 改造具體實(shí)施步驟

(1)將原始水泵控制箱拆除,包括所有電氣線路。

(2)安裝隔爆型水泵電機(jī)啟停控制箱。

(3)在電機(jī)控制回路接入輔助剎車系統(tǒng),氣路進(jìn)氣壓力開關(guān)信號(hào)。

(4)改造輔助剎車,并調(diào)整剎帶間隙。(5)通電通氣調(diào)試。

(6)完成改造善后工作。

第一套冷卻循環(huán)系統(tǒng)與輔助剎車系統(tǒng)于2015年5月改造完成后并投入使用。該套系統(tǒng)各項(xiàng)性能指標(biāo)均達(dá)到改造設(shè)計(jì)要求,完成多次大修井作業(yè),未發(fā)生摩擦片燒損等故障現(xiàn)象。修井機(jī)改造方案完全可以滿足現(xiàn)代鉆修井工藝的要求。

3.2 改造后的優(yōu)點(diǎn)

(1)即使在操作人員忘記打開冷卻循環(huán)系統(tǒng)情況下,冷卻循環(huán)系統(tǒng)仍然會(huì)自動(dòng)循環(huán)。

(2)在冷卻循環(huán)系統(tǒng)故障或電機(jī)損壞情況下,輔助剎車操作會(huì)自鎖在不掛合狀態(tài)下,需要檢修后才能掛合輔助剎車離合器,使修井機(jī)正常作業(yè)。

(3)系統(tǒng)出現(xiàn)故障會(huì)發(fā)出報(bào)警音,提示系統(tǒng)需要檢查。

(4)系統(tǒng)工作電壓范圍寬,穩(wěn)定性好,抗干擾能力強(qiáng),可長(zhǎng)時(shí)間無故障使用。

(5)整套系統(tǒng)防腐、防爆,安全性好。

4 結(jié) 語

此次修井機(jī)的改造方案是在岐口18-1平臺(tái)修井機(jī)改造的基礎(chǔ)上提出的,經(jīng)過認(rèn)真總結(jié)與現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研后制定的,用此方案改造的修井機(jī)能夠大幅提高修井機(jī)的整體性能,減少了維修時(shí)間,間接的提高了鉆修井的效率,在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中也取得了很好的效果,值得推廣。

[1] 黃粵川,郝正鵬.ZJ70DZ型鉆機(jī)用伊頓436WCB型剎車失效分析[J].石油礦場(chǎng)機(jī)械,2006,35(增刊)：82-83.

[2] 張 勇.電機(jī)拖動(dòng)與控制[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2011.

[3] 張振勇,劉 燕.HXJ135海洋修井機(jī)操作及維護(hù)手冊(cè)[Z].湖北第四石油機(jī)械廠, 2004.

Improvement for Marine Workover Rig Auxiliary Brake and Circulating Water Pump Interlock Device

LI Hao,DENG Zhong-bin,LUO Xiao-chang,TANG Bai-zhan
(CNOOC Ener Tech Equipment Technology Co.,Ltd,Tianjin 300452,China)

Through analysis on the present situation of auxiliary brake operating mode of the in-service marine workover rig, frequent damage causes of the auxiliary brake seal and the friction plate are found,the comprehensive economic and practical technical transformation scheme is then put forward,and the design and transformation are finally completed by setting up a kind of self-triggering linkage between the auxiliary braking system and the circulating water pump.The field tests show that the improved auxiliary braking system of the workover rig is good in performance,and could meet all the actual application requirements of the marine workover rig working condition.

auxiliary brake;circulating water pump;driller room;marine workover rig

TE935

A

1007-4414(2015)04-0231-03

2015-06-12

李 浩(1981-),男,天津人,工程師,主要從事海洋修井機(jī)設(shè)備電氣專業(yè)的設(shè)計(jì)及技術(shù)管理方面的工作。