陳偉松 ，董 輝 ，胡軍旺

（1.蘭州蘭石石油裝備工程股份有限公司，甘肅蘭州 730314；2.機(jī)械工業(yè)油氣鉆井裝備工程技術(shù)研究中心，甘肅蘭州 730314）

0 引言

絞車在石油鉆井過程中起到提升鉆具、遇險(xiǎn)解卡的作用，是鉆機(jī)的核心設(shè)備。絞車的潤滑是維系絞車正常運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵因素之一。

機(jī)械傳動(dòng)絞車一般采用鏈條傳動(dòng)方式，倒擋靠輸入軸和中間軸的一對齒輪實(shí)現(xiàn)，其輸入軸轉(zhuǎn)向永遠(yuǎn)不變[1]，通過輸入軸帶動(dòng)機(jī)械齒輪油泵給絞車潤滑，跟滾筒軸正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)無關(guān)。交流變頻絞車一般采用齒輪箱傳動(dòng)，外置電動(dòng)齒輪油泵潤滑，潤滑系統(tǒng)靠油泵電機(jī)運(yùn)行，與絞車傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無關(guān)。直流電驅(qū)動(dòng)絞車，傳動(dòng)系統(tǒng)及潤滑系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)通常與機(jī)械絞車相似，但由于直流電機(jī)可正反轉(zhuǎn)，與機(jī)械傳動(dòng)絞車的不同之處在于滾筒軸的正反轉(zhuǎn)靠電機(jī)的正反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)，簡化了傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，但也帶來了另外一個(gè)問題，即直流電驅(qū)動(dòng)絞車的潤滑。直流電驅(qū)動(dòng)絞車與機(jī)械傳動(dòng)絞車相比，輸入軸的轉(zhuǎn)向會發(fā)生變化，導(dǎo)致輸入軸帶動(dòng)的潤滑油泵反轉(zhuǎn)，存在潤滑系統(tǒng)失效現(xiàn)象。

1 直流電驅(qū)動(dòng)絞車潤滑形式

直流電驅(qū)動(dòng)絞車的潤滑一般采用3種方式[2-5]。

（1）采用電動(dòng)齒輪油泵，布置在絞車傳動(dòng)裝置外側(cè)（圖1）。這種潤滑系統(tǒng)與絞車驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)向無關(guān)，可以在任何工況下給絞車鏈傳動(dòng)系統(tǒng)提供潤滑油。缺點(diǎn)是占用空間較大，潤滑系統(tǒng)設(shè)計(jì)較復(fù)雜。直流電驅(qū)動(dòng)絞車的結(jié)構(gòu)比較緊湊，整個(gè)絞車架是一個(gè)封閉的空間結(jié)構(gòu)，油箱位于封閉空間內(nèi)。外置油泵很難直接采用立式結(jié)構(gòu)安裝于油箱上部，所以往往采用臥式油泵，通過管路從油箱中吸油，因此要求絞車能提供安裝油泵和外置式油濾器的空間，致使絞車的結(jié)構(gòu)尺寸增大。

電動(dòng)絞車在鉆機(jī)布置上一般采用上臺布置、就近控制，以增強(qiáng)鉆機(jī)的安全性和可靠性。而臺面布置上能給絞車的位置非常有限,絞車長度尺寸受到限制,因此通常會在絞車的主體部分后側(cè)增加1套分體模塊,將自動(dòng)送鉆電機(jī)和潤滑油泵安裝于該模塊上，致使絞車的寬度增大，重量增加?；?qū)⒆詣?dòng)送鉆裝置架空安裝于傳動(dòng)系統(tǒng)上部，并在絞車架內(nèi)部分割出獨(dú)立空間用于安裝電動(dòng)齒輪油泵（圖2），這種結(jié)構(gòu)由于油泵安裝位置的空間有限,往往存在油泵電機(jī)散熱效果差的問題。

（2）內(nèi)置式齒輪油泵，絞車傳動(dòng)裝置內(nèi)部布置1臺齒輪油泵（圖3），輸入軸通過鏈條傳遞動(dòng)力。優(yōu)點(diǎn)是不占用絞車額外空間位置，可靠性較高，基本不需要維護(hù)。由于常規(guī)直流絞車在下鉆過程中高低速離合器脫開，依靠盤剎控制鉆壓，只有滾筒負(fù)載，整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)無負(fù)載，因此在使用中未出現(xiàn)大的問題。但該類絞車反轉(zhuǎn)時(shí)沒有潤滑，滾筒倒轉(zhuǎn)前必須使絞車得到充分的潤滑，且滾筒不能長時(shí)間倒轉(zhuǎn)。

（3）絞車傳動(dòng)裝置內(nèi)部布置1正1反2臺齒輪油泵，輸入軸通過鏈條給油泵提供動(dòng)力，無論輸入軸正轉(zhuǎn)還是反轉(zhuǎn)，總有1臺油泵工作，給絞車提供潤滑。缺點(diǎn)是占用內(nèi)部空間較大，絞車內(nèi)部潤滑管路的設(shè)計(jì)復(fù)雜，安裝困難，應(yīng)用較少。

圖1 采用外置電動(dòng)齒輪油泵潤滑的絞車

圖2 采用內(nèi)置電動(dòng)齒輪油泵潤滑的絞車

2 基于雙向齒輪油泵的絞車內(nèi)置式潤滑系統(tǒng)[6,7,8]

為了解決直流電驅(qū)動(dòng)絞車反轉(zhuǎn)運(yùn)行過程中的潤滑問題，設(shè)計(jì)一種基于雙向齒輪油泵的內(nèi)置式潤滑系統(tǒng)（圖4）。系統(tǒng)包括雙向齒輪油泵、單向閥、溢流閥、潤滑管道及噴油嘴等，安裝于鏈條驅(qū)動(dòng)的絞車內(nèi)腔。雙向齒輪油泵由絞車輸入軸通過鏈條驅(qū)動(dòng)，潤滑油經(jīng)雙向齒輪油泵通過4個(gè)單向閥組成的橋式回路吸入排出至各潤滑管道及噴油嘴，對絞車各掛鏈條進(jìn)行潤滑。油泵正轉(zhuǎn)時(shí)，潤滑油經(jīng)單向閥a吸入油泵，從單向閥c進(jìn)入潤滑管道；油泵反轉(zhuǎn)時(shí)，潤滑油經(jīng)單向閥d吸入油泵，從單向閥b排出到潤滑管路。

圖 3 內(nèi)置式潤滑油泵

圖4 基于雙向齒輪油泵的絞車內(nèi)置式潤滑系統(tǒng)

4個(gè)單向閥組成的橋式回路可以保證絞車輸入軸正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)均有潤滑油吸入排出，避免了鏈傳動(dòng)絞車中所采用的潤滑系統(tǒng)在輸入軸反轉(zhuǎn)時(shí)鏈條無潤滑的現(xiàn)象。橋式回路同時(shí)可保證潤滑油在絞車停車時(shí)不回流，潤滑管道中無空氣進(jìn)入，主潤滑管道中始終有油存在,當(dāng)油泵工作時(shí)潤滑油能快速通過管道噴灑到鏈條上,系統(tǒng)具有較快的響應(yīng)速度。

潤滑系統(tǒng)在吸入口設(shè)置過濾器，保證吸入油泵的油干凈、清潔；在排出管道設(shè)置溢流閥，保證潤滑系統(tǒng)壓力恒定。該潤滑系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)布局方面,與前述內(nèi)置式潤滑系統(tǒng)基本相同,無需增加絞車的空間尺寸,可以安裝在現(xiàn)有各類直流電驅(qū)動(dòng)絞車上,安裝維護(hù)方便。

3 結(jié)語

內(nèi)置式潤滑油泵供油和電動(dòng)油泵供油是目前直流電驅(qū)動(dòng)絞車常用的潤滑方式，兩種系統(tǒng)各有優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。內(nèi)置式齒輪油泵性能可靠，可有效減少系統(tǒng)維護(hù)工作量，整個(gè)潤滑系統(tǒng)置于封閉空間內(nèi)，減小了潤滑油被污染的概率，但當(dāng)絞車傳動(dòng)系統(tǒng)處于反轉(zhuǎn)時(shí)會出現(xiàn)無潤滑現(xiàn)象，長時(shí)間運(yùn)行會損壞傳動(dòng)系統(tǒng)；電動(dòng)油泵潤滑系統(tǒng)的運(yùn)行不依賴于絞車傳動(dòng)系統(tǒng)，但需增加額外的空間用于安裝電動(dòng)油泵及過濾裝置，空間占用較大、成本增加。

基于雙向齒輪油泵的潤滑系統(tǒng)，具有內(nèi)置式油泵潤滑系統(tǒng)和電動(dòng)齒輪油泵潤滑系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，具有運(yùn)行可靠、故障率低的特點(diǎn)，可以保證絞車在倒轉(zhuǎn)及自動(dòng)送鉆時(shí)均能正常工作。系統(tǒng)響應(yīng)速度快，應(yīng)用效果良好。