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海洋钻修机转盘惯性刹车装置改造技术

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  摘  要:针对海洋钻修机使用的转盘惯性刹车装置存在的响应速度慢、维护使用不方便等问题,开展了海洋钻修机转盘惯性刹车装置改造技术的研究与实践。此次改造分析了钳盘式转盘惯性刹车装置的技术参数、结构组成、工作原理。针对气源不稳定、加力泵作业空间狭小等问题,采用从盘刹液压站取一路液压源,利用两位三通阀及减压阀组合替代加力泵的方式,从而实现迅速有效地制动转盘。现场应用结果表明,改造后的转盘惯性刹车装置安全可靠,工作稳定,操作维护便捷。
  关键词:海洋钻修机  转盘惯性刹车装置  改造技术
  中图分类号:TE92                                  文献标识码:A                         文章编号:1672-3791(2019)03(b)-0069-03
  Abstract: In order to solve the problems of slow response speed and inconvenient maintenance of the rotory table inertial brake of offshore drilling and workover rig, the research and practice of the reconstruction technology of the rotory table inertial brake device of offshore drilling and workover rig was carried out. In this transformation the technical parameters, structure composition, working principle and existing problems of the rotory table inertial brake of offshore drilling and workover rig are analyzed .The transformation of the main technology used from the disc brake hydraulic station to take all the way to the hydraulic source, the use of two three-way valve and pressure reducing valve combination to replace the pump, in order to achieve rapid and effective braking turntable. The field application shows that the modified inertial brake device is safe, stable and easy to operate and maintain.
  Key Words: Offshore drilling and workover rig; Rotory table inertia brake; Transformation technology
  转盘惯性刹车装置主要应用于钻修机转盘停转过程中,能够迅速有效地制動转盘,主要作用是在离合器脱开之后,将钻杆的变形能缓慢释放,防止钻杆极速反向回转。老一代海洋钻修机采用气胎离合器式转盘惯性刹车装置,气胎离合器[1]主要靠摩擦工作,主动与从动挂合时存在转速差,气胎充气需要时间,因此挂合过程存在间隙闭合过程和打滑过程,容易引起大的钻井事故。新一代海洋钻修机逐渐采用钳盘式转盘惯性刹车,该种刹车装置相对于气胎离合器式转盘惯性刹车装置反应速度相对提高,但仍存在反应不灵敏、维护使用不方便等问题。针对以上问题,对渤海湾某平台的海洋钻修机转盘惯性刹车装置进行了技术改造,满足了海洋钻修机操作可靠性和维护方便的要求。
  1  钳盘式转盘惯性刹车装置分析
  1.1 技术参数
  1.2 结构组成
  钳盘式转盘惯性刹车装置结构示意图见图1,该装置由制动盘、制动器、安装支架、油管线、加力泵、气管线、控制单元、气源等组成。制动盘安装在两个传动轴的法兰盘之间,与传动轴同时旋转。制动器是由刹车钳通过两个圆柱倒销,将制动器与安装支架之间相连。控制单元一般位于司钻房内,用以控制惯性刹车装置的启停。加力泵一般安装在制动器附近,需要定期对油杯的油液进行检查更换。
  加力泵[2]结构示意图见图2,由皮阀总成、推杆、活塞总成、油杯、复位弹簧、壳体等组成。当给加力泵提供气源压力时,气压作用在皮碗总成上,皮碗总成推动推杆及活塞总成向前移动,油杯下方的阀门补油孔关闭,在壳体内产生油压,将油压传递给刹车钳,刹车钳关闭;当气压释放时,在复位弹簧的作用下,活塞总成回移,油杯下方的阀门补油孔打开,壳内液压油回流至油杯,刹车钳打开。
  刹车钳[2]结构示意图见图3,由制动盘、密封圈、活塞、摩擦块和钳体等组成。钳体为对称布局,由上下两体组成,钳体内有活塞腔和油道,油道连通加力泵。制动时,液压油通过活塞腔推动活塞,活塞推动摩擦块对刹车盘实施夹持。
  1.3 工作原理
  钳盘式转盘惯性刹车装置工作原理[3]见图4,海洋钻修机的气源由空压机或平台提供,通过供气管线到达司钻房控制台,通过控制单元将气源作用于加力泵,气能转换为液压能,液压油到达刹车钳的液缸,推动摩擦片对刹车盘进行夹持,从而达到刹车目的。当海洋钻修机工作中,需要进行“点刹”操作时,通过控制单元中的调压阀操作手柄,改变供气压力大小从而控制夹持与释放速度。   1.4 存在问题
  由于海洋钻修机气源基本由平台提供,气体中含水量较大,并存在气压不稳定问题,不稳定的气压无法保证精确有效地对转盘实施制动与释放,存在着较大的安全风险。另外,由于加力泵一般安装在转盘传动轴处,该位置作业空间狭小,而加力泵需要定期地对油液进行检查和更换,给观察和维护带来一定困难。
  2  改造方案
  2.1 改造设计原理
  改造设计原理图见图5,针对钳盘式转盘惯性刹车装置存在的问题,从盘刹站引一路液压源,采用两位三通阀串减压阀替代加力泵,通过气源控制两位三通阀动作。两位三通阀的功能,两位即进油,回油;三通为一通接进油,二通接回油,三通接减压阀支路。由于盘刹站液压源的压力为7MPa左右,通过减压阀对油路压力进行减压,减压阀压力调整为4.2MPa,油路通过减压阀到达刹车钳,从而完成对刹车盘的夹持与释放。
  2.2 改造特点
  (1)海洋钻修机转盘惯性刹车装置是通过更换内部工作元件即加力泵来实现的,具有设计简单、改造方便等优点。
  (2)海洋钻修机转盘惯性刹车装置液压源取自盘刹站,具备压力稳定、操作可靠等优点。
  (3)海洋钻修机转盘惯性刹车装置改造不涉及刹车装置系统改动,只需将两位三通阀串减压阀替代加力泵,投入少,符合降本增效的原则。
  (4)海洋钻修机转盘惯性刹车装置采用的两位三通阀与艾力逊变速箱两位三通阀一样,具备备件通用性,且该阀安全可靠、反应灵敏,减少了观察与维护,更方便于现场使用。
  3  结语
  改造后的海洋鉆修机转盘惯性刹车装置,在现场应用中反应迅速、操作便捷、维护方便,切实解决了原有装置反应不灵敏,观察维护困难等问题。通过该改造技术的研究与应用、为海洋修井机其他的改造提供了实例借鉴,并对海洋修井机设计者提供了设计思路。目前,气控气、气控液等控制方式广泛应用于海洋钻修机上,但基于海洋钻修机特殊的环境,海洋钻修机的控制可靠性仍值得广大学者探究。
  参考文献
  [1] 王黎清,王豫.转盘独立电驱动系统反扭矩缓释技术研究[J].电气传动自动化,2009,31(4):31-35.
  [2] 曹寅昌.工程机械构造[M].北京:机械工业出版社,1981:295-298,300-302.
  [3] 高龙岗,张福.石油钻机转盘惯性刹车装置[J].石油机械,2009,37(9):104-105.
  [4] 赵暕,丁辉,边守臣.海洋钻修机防提断装置改造技术的研究与应用[J].科技资讯,2018,16(33):119-120.
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