李 浩,鄧忠彬,羅小昌,湯佰戰(zhàn)

(中海油能源發(fā)展裝備技術有限公司,天津 300452)

海洋修井機輔助剎車與循環(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)展裝備技術有限公司,天津 300452)

通過對在役的海洋修井機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)濟實用的技術改造方案,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)動機構,完成了設計與改造。通過現(xiàn)場試驗與使用表明,改造后的修井機輔助剎車系統(tǒng)性能良好,完全能滿足現(xiàn)場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

0 引 言

海洋修井機在修井作業(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行操車。正常操作程序為：先開啟鉆臺配電箱處循環(huán)水泵開關,再進入司鉆房內(nèi)掛合輔助剎車。但司鉆在操控主滾筒絞車作業(yè)時精神高度集中,加之在實際作業(yè)中,循環(huán)水泵開關又安放在司鉆房外,而輔助剎車系統(tǒng)開關則安裝在司鉆房內(nèi),兩者相距較遠。故司鉆經(jīng)常忘記啟動冷卻循環(huán)水泵電機,輔助剎車冷卻循環(huán)系統(tǒng)無法工作,造成輔助剎車系統(tǒng)在短時間內(nèi)溫度驟然升高,導致輔助剎車密封和摩擦片高溫損壞。為解決此難題,特需要對輔助剎車與循環(huán)水泵的控制系統(tǒng)進行聯(lián)鎖改造。

1 改造前的方案及其控制原理簡述

1.1 改造前方案簡述

修井作業(yè)時,用輔助剎車(目前海洋修井機使用的大部分為伊頓WCB型,是一種水冷卻、氣動壓緊、彈簧松開的盤式剎車)勻速下放鉆柱,緊急制動和夾持鎖死大鉤載荷。該剎車具有結構緊湊,轉(zhuǎn)動慣量小,操作安全、平穩(wěn)、簡單,工作可靠的特點[1]。其作用為減緩鉆具下降速度的阻尼裝置,下降鉆具時利用輔助剎車產(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,其轉(zhuǎn)子與絞車同軸轉(zhuǎn)動,通過控制其推盤距離以摩擦的方式使絞車帶動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備正常運轉(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,必須啟動循環(huán)水泵,以保證輔助剎車性能。

1.2 控制原理簡述

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,壓縮空氣從輔助剎車氣缸進口處導入壓縮空氣,使活塞及壓緊盤組件向法蘭方向移動并壓緊動彈簧。當壓力上升時,摩擦盤被夾緊在壓力盤和法蘭之間,使與動盤相嚙合的軸停止轉(zhuǎn)動或轉(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中間盤,復位彈簧協(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,含有大量熱量的冷卻水進入循環(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)水泵啟動過程為：按下啟動按鈕SB2,接觸器KM線圈得電,與SB2并聯(lián)的KM輔助常開觸點閉合,常閉觸點斷開,以保證松開按鈕SB2后KM線圈持續(xù)得電,串聯(lián)在電動機回路中的KM主觸點持續(xù)閉合,電動機連續(xù)運轉(zhuǎn),從而實現(xiàn)連續(xù)運轉(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輔助常開觸點斷開,常閉觸點閉合,以保證松開按鈕SB1后KM線圈持續(xù)斷電,串聯(lián)在電動機回路中的KM主觸點持續(xù)斷開,電動機停轉(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述

2.1 改造方案簡述

為了解決此問題,筆者在現(xiàn)用輔助剎車和循環(huán)水泵的基礎上設計了一種自觸發(fā)聯(lián)動系統(tǒng),其設計原理為水泵電機控制回路接入輔助剎車系統(tǒng)氣路進氣壓力開關信號,將該套水泵循環(huán)系統(tǒng)控制形式改造為“氣控電”形式,其設計要點如下。

(1)循環(huán)水泵與輔助剎車不變,重新制作一個隔爆型水泵電機啟停控制箱,將原始水泵控制箱由僅能手動控制改造為手動/自動選擇雙向選擇控制。

(2)在司鉆房內(nèi)的輔助剎車掛合兩位三通控制閥上引出1個分支氣路管線,安裝至該重新制作的隔爆型水泵電機啟?？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啟?？刂葡?改造后的輔助剎車氣控原理圖如圖2所示),以實現(xiàn)輔助剎車控制氣對兩位三通電磁閥的控制。

(3)在司鉆房內(nèi)操作臺上加裝溫控及流量傳感器、報警鈴、報警燈,以實現(xiàn)設備司鉆對輔助剎車系統(tǒng)的監(jiān)控。

圖2 改造后的輔助剎車氣控原理圖

2.2 控制原理簡述

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

若壓力開關故障,可以切換到手動控制模式,當輔助剎車控制手柄動作時,若接觸器或壓力開關任一一個出現(xiàn)故障引起電機不能自動啟動,系統(tǒng)蜂鳴器將會報警。此時將水泵控制箱的主令開關旋到“手動”位置(手動位置為檢修傳感器工況使用),冷卻循環(huán)系統(tǒng)水泵電機啟動,此時壓力開關不起作用,壓力開關在冷卻循環(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 成果應用案例

3.1 改造具體實施步驟

(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啟停控制箱。

(3)在電機控制回路接入輔助剎車系統(tǒng),氣路進氣壓力開關信號。

(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)各項性能指標均達到改造設計要求,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

(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)仍然會自動循環(huán)。

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

(3)系統(tǒng)出現(xiàn)故障會發(fā)出報警音,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,可長時間無故障使用。

(5)整套系統(tǒng)防腐、防爆,安全性好。

4 結 語

此次修井機的改造方案是在岐口18-1平臺修井機改造的基礎上提出的,經(jīng)過認真總結與現(xiàn)場調(diào)研后制定的,用此方案改造的修井機能夠大幅提高修井機的整體性能,減少了維修時間,間接的提高了鉆修井的效率,在現(xiàn)場應用中也取得了很好的效果,值得推廣。

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

[2] 張 勇.電機拖動與控制[M].北京：機械工業(yè)出版社,2011.

[3] 張振勇,劉 燕.HXJ135海洋修井機操作及維護手冊[Z].湖北第四石油機械廠, 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設備電氣專業(yè)的設計及技術管理方面的工作。