石油电动钻机盘刹系统的讨论与研究

    盖杰

    摘 要：随着石油钻井海外市场的进一步拓宽，钻井工艺的多样化发展，甲方在施工过程中对钻井设备提出了更多更高的要求，然而在实际生产过程中，经常出现因为刹车失灵或者故障，造成设备损失、生产延误、甚至人身伤害等问题。因此，对石油电动钻机盘刹系统展开讨论和研究，为操作人员提供一定的帮助和支持势在必行。

    关键词：盘刹系统；结构；原理；操作流程；故障问题

    DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.10.020

    盘刹系统有自动刹车和手动刹车两种，自动刹车是指在系统在出现问题或者故障的时候，一种系统预先设定好的保护功能或者手段，目的在于当司钻（钻机操作人员）没有及时发现问题或者失误操作情况下，及时对起放过程中的悬吊系统进行刹车制动，避免更大的问题或伤亡事故的发生。手动刹车是指司钻正常作业过程中，人为的对悬吊系统进行控制，进行减速或者刹车制动。

    1 盘刹系统的结构组成

    刹车系统主要有司钻房内的控制部分、盘刹液压站的动力操作部分、在滚筒轴上的刹车执行机构三个部分。

    司钻房内的控制部分有电子刹车手柄、驻车制动旋钮、滚筒编码器、电子防碰装置、电子防碰电磁阀等；盘刹液压站部分由箱体、油箱组件、控制块总成、泵电机组、电控箱等组成，它有双回路液压站和单回路液压站机构形式；刹车系统执行部分是由刹车钳、钳架、刹车盘三部分组成，其中刹车钳又分常开工作钳和常闭安全钳两种。

    2 盘刹系统的主要电控原理

    （1）手动控制刹车。司钻通过拉动电子刹把手柄，改变电子刹把内线圈电阻值，通过改变电子比例放大电路板内输出电流信号，改变盘刹液压站内电磁比例阀的内芯开度大小，调整出油量大小，进而调整继动阀，使油通过液控换向阀泵入工作钳，实现对刹车盘的刹车力度的控制，此类控制可根据工作钳压力表进行观察，在实际生产中还得观察滚筒处是否能刹住停稳。

    驻车制动旋钮是通过扭动两位开关，实现继电器控制驻车制动阀，进而控制安全钳的打开和闭合。根据工作钳和安全钳的工作结构和原理的不同，工作钳是常开式工作型制动钳，分左右独立动作，油路一路失效不会影响另一路工作。安全钳是常闭式安全型制动钳，当安全钳油缸没有油压时，碟簧力通过两个杠杆传递给刹车块而作用于刹车盘上产生正压力实现刹车；当安全钳油缸有油压时，该油压力克服碟簧力而使碟形弹压缩从而通过杠杆带动刹车块松刹。

    紧急制动按钮是在司钻发现紧急情况下或者需要快速反应时做出的紧急刹车操作，可以实现工作钳和安全钳的双刹车。

    （2）自动控制刹车。直流钻机的自动刹车主要是由防碰装置启动、绞车自动送钻切换或者故障报警停机等组成。

    防碰装置的作用是当游车系统上到限定位置时，通过限位装置作用，紧急刹车，使游动系统停止上升，防止碰天车，确保安全。ZJ70D钻机的防碰装置采用三保险防碰系统。一种是安装在井架上段上限制游车上升装置的钢丝绳防碰装置；其次是绞车防碰过圈阀装置；另一种是电子式防碰。在滚筒上安装了滚筒编码器，司钻控制房内安装了电子高度仪或者集成了电子防碰系统的自动送钻控制系统，可对游车高度进行监控和防碰控制，当这三者任何一个动作时，控制气压力表都会显示，从而在阀岛箱位置切断盘刹常供气，进而使得自动制动。

    绞车自动送钻切换或者故障报警停机：从程序段看，当出现下列情况时，即：机械防碰动作时、游车或者顶驱达到高度限制点时、自动送钻挂合时自动送钻系统给出故障信号时、自动送钻未挂合时绞车给出信号刹车时、控制系统急停时、CP急停时，能流会经过防碰释放常开点，实现盘刹刹车，同理控制系统急停和CP急停都是常闭点，当急停按钮或者在触摸屏上的急停位置被紧急按动，这个常闭点因为失电变回常闭，进而使得能流实现刹车。

    3 岗位交接操作流程

    单纯的只靠自动刹车或者紧急刹车是不安全的，对于正在工作的操作人员和设备也是极为不利的，所以只有严格按照规定步骤操作才能更有效的实现安全平稳生产，针对在司钻交接班期间或者起身离开操作岗位时多次发生的顶驱下滑事件，根据70D直流钻机配置和多年的现场操作经验，需要严格按照交接班操作步骤实施。

    4 针对典型故障问题的检查和维修办法

    整个刹车系统要完整实现其功能，离不开PLC程序控制、电路控制、机械动力部分、液压油路部分和执行机构部分，在此，仅针对关键的易损部件进行剖析和梳理。

    （1）司钻房内控制问题。电子刹把、急停按钮，驻车制动旋钮以及辅助刹车手柄是司钻操作的关键，现场检修人员必须了解接线方式，以及电磁比例阀、急刹阀和驻车制动阀的测量方法。

    （2）阀岛的问题。部分直流钻机在PLC程序中未设置电子防碰，过圈防碰和天车防碰还有防碰释放的反馈点，直接是在气路控制里设置了气路阀导，直接控制盘刹常供气，进而起到启动盘刹的作用。直流钻机的阀岛有电阀岛和气控阀岛之分，电阀导相对简单，气控阀岛相对复杂，需要正常维护的同时，保障气源的干燥和清洁，否则部分气控阀组会出现卡住或者生锈从而引起功能缺失。

    （3）常见的机械故障。系统无压力或压力显示过低的可能原因有油箱液位太低、油箱泵入口滤网堵塞、泵压补偿器控制设置没有设置正确或失灵等；油温过高的可能原因有系统安全阀压力设置低于泵恒压压力，或油箱液位太低；泵噪音过大或振动的可能原因有泵吸油滤网堵塞等；主刹车钳刹力不足的可能原因有油压偏低、闸盘上有油、新刹车块没磨合好；主刹车钳刹车滞后的可能原因有刹车块与刹车盘之间的间隙太大、蓄能器充气压力太低、吸油滤网堵塞；紧急刹车钳打不开的可能原因有系统无压力或压力太低、防碰阀没復位；紧急刹车刹车力不足的可能原因有刹车块与刹车盘之间的间隙过大、刹车钳缸蝶簧损坏或密封损坏；刹车块偏磨的可能原因是机械卡阻。

    5 未来刹车系统的展望

    近年来，随着变频电动钻机的发展，变频电动机闭环可控调速的精度优势是直流电机无法做到的，变频电动机功率因数高，对整个电网的冲击较小，谐波也相对较小，而且变频电动钻机有能耗制动，可减除辅助刹车的配置，实现悬停、自动送钻等功能，进一步减小绞车的配置。随着进一步科技的发展，液压盘刹系统也会随着变频电动钻机的升级而逐步更新换代，相信一定会变得越来越方便，越来越安全、经济、可靠。

    参考文献：

    [1]电控液压盘刹装置使用维护手册[S].