直驱绞车液压盘刹系统优化设计应用

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摘要:随着变频技术和电机能耗制动技术的发展，盘刹系统的设计向着集成化、轻量化和信息化方向发展。该文概述了常规绞车液压盘刹系统，对直驱绞车液压盘刹系统进行了优化设计，并对常规绞车和直驱绞车液压盘刹系统响应时间进行了数据测试和试验，提出了进一步研究和优化液压盘刹系统的建议。

关键词:直驱绞车;液压盘刹;优化设计;应用

前言

绞车液压盘刹系统是石油钻机的重要组成部分，承载着控制游吊系统的起升、下放和停止速度的重要功能。液压盘刹系统的故障轻着会导致停钻，严重者会造成顿钻、溜钻现象。因此绞车液压盘刹系统的可靠性和安全性对石油钻井工艺起着举足轻重的作用。1常规绞车液压盘刹系统概述常规绞车液压盘刹系统主要由制动执行机构(见图1)、液压站(见图2)及控制操作系统组成。制动执行机构由刹车钳、钳架和刹车盘三部分组成，安装在绞车滚筒上;液压站是动力源，布置在绞车水箱或司钻偏房内，连接液压站和刹车钳的管线布置在绞车底座内，连接管线较长，搬家时液压站端连接管线须频繁拆装;控制操作系统布置在司钻房内，控制管线长且分散。

2直驱绞车液压盘刹系统优化设计

2．1系统优化

直驱绞车采用主电机能耗制动为主刹车，液压盘刹为辅助刹车仅作为应急使用，与机械绞车和直流绞车对比，工作制动使用频率极少。针对直驱绞车的特点进行系统优化。(1)提高单钳制动力，减少刹车钳数量;(2)全常闭制动钳，简化控制原理，提高系统安全性;(3)制动钳前后布置，钳架结构简单，刹车过程稳定性高;(4)钳架与绞车采用螺栓连接，施工方便，制造周期短。

2．2液压站优化

优化盘刹液压站的结构形式，合理化布局，结构简单，尺寸小，维护保养方便。盘刹液压站设计专用伸缩导轨机构(见图3)，检修时可整体推出。设计专门的加油泵及漏油回收装置。

2．3集成化

常规绞车盘刹液压站(见图4)单独放置在绞车水箱或司钻偏房内，距离远，搬家需要二次安装，故障点多。直驱绞车液压盘刹采用集成化设计，盘刹相关部件全部安装在绞车上，搬家不需要拆卸。(1)液压站集成在绞车上。缩短了刹车气路和液路管线长度，刹车响应时间快。液压管线一次安装，不需拆卸，减少盘刹系统的故障率。(2)绞车上设计防爆控制箱，集成盘刹控制和绞车控制。提高了盘刹系统安全性。

2．4轻量化

盘刹系统进行轻量化设计，紧凑布局，缩小外形设计尺寸，在零部件的选型上遵循小精轻的选型理念;对液压站轨道总成、接油盘及支架等采用轻质材料，有效降低了盘刹系统的重量。

2．5信息化

盘刹系统采用信息化管理系统，通过采集油温，实现风冷器和电加热器的自动启动和控制;并采集掉电、油位低和油温高开关信号，并将数据采集后传输到电控系统，进行显示及报警，为实现数字化、自动化、智能化提供条件。

3应用情况

从2019年2月开始，已有12台直驱绞车液压盘刹在现场作业，截至2020年4月1日，都已完成1－2口井的钻井作业，应用效果良好。现场对常规绞车和直驱绞车盘刹系统紧急制动、驻车制动、防碰制动(阀岛制动)响应时间进行了测试，以发出指令到额定压力95%时的响应时间为测试数据，测试数据如图5～图10。测试结果如表1所示。由表1测试结果可以看出:直驱绞车比常规绞车刹车系统响应时间短，刹车响应快，制动距离短，具有更高的安全性和可靠性。

4建议

(1)盘刹执行机构的研究和优化。需要采集刹车盘温度，采取措施降低刹车片的偏磨现象，并采集刹车片与刹车盘之间的间隙值，有效保证刹车的可靠性，并根据磨损量及时进行刹车片的更换。进一步采用新材料、新工艺，提高。(2)盘刹液压站的研究和优化。进一步优化盘刹液压站结构，一是加热器和冷却器结构进行微型化设计研究，二是优化蓄能器结构，建议采用手动泵解刹功能。三是对电动泵进行研究，进行微型化设计，或采用其他类型泵组。(3)盘刹控制系统研究和优化。变频绞车工作制动基本不会使用，进一步优化绞车提升控制程序，取消液压盘刹工作制动手柄。

参考文献

［1］王洪臣，田文超，扈国峰，等．石油钻机绞车刹车系统优缺点分析［J］．山东工业技术，2018，(10)．

［2］杜巧莲．液压与气动技术［M］．北京:科学出版社，2009．

［3］华东石油学院矿机教研室．石油钻采机械(上册)［M］．北京:石油工业出版社，1980．

［4］SY/T6727－2014，石油钻机液压盘式刹车［S］．

［5］高燕，宋胜涛，王跃军，等．液压盘式刹车系统制动钳制动力矩的设计［J］．中北大学学报(自然科学版)，2012，33(5):543－546．

作者：何明泽 高光达 马俊江 罗巍 杨琦 康迪 单位：西安宝美电气工业有限公司