钻井绞车液压刹车控制系统改造

李大金

摘 要：目前钻井平台使用的某公司UDBE型钻井绞车液压刹车为气-液共同控制，由于气源的不稳定性，导致控制系统故障，直接影响刹车的的可靠性。改造钻井绞车刹车控制系统，由系统自給的压力油源替代气源，提高了刹车的可靠性。

关键词：钻井绞车；液压控制系统；改造

中图分类号：TH137 文献标志码：A 章编号：2095-2945（2018）01-0054-02

Abstract： At present， the hydraulic brake of UDBE type drilling winch used in the drilling platform is controlled jointly by gas-liquid. Because of the instability of gas source， the failure of the control system will directly affect the reliability of the brake. The brake control system of drilling winch was reformed to replace the gas source by the self-contained pressure oil source of the system， and the reliability of the brake was improved.

Keywords： drilling winch； hydraulic control system； renovation

1 改造原因

目前我公司部分钻井平台使用的是某公司生产的UDBE型钻井绞车，选配EPL-872型液压盘式刹车。该型号绞车同时配备有应急牙嵌离合器，便于在绞车高、低速离合器失效的情况下使用应急使用。在固井或其他特殊作业时，或者在寒冷的冬季，主气源由于凝水结冰、气压波动、过低和失压的情况下，将直接导致刹车应急钳保护性动作，致使钻井绞车功能受限，应急牙嵌离合器不能正常投入工作，产生停产或其他意外次生事故。

2 原理分析

UDBE型钻井绞车液压盘式刹车系统原理如图1。

系统中共有两路控制需要使用压力气源：

一路（图中标注为⑩，下同）是气源通过司钻控制盘的两位三通控制阀（图中标注为3#，下同）来控制二位四通换向阀5#/6#，实现应急钳的压力通断。

另一路（控制阀4#）是气源通过机械式防碰天车控制作用于两位三通控制阀4#，从而控制二位四通换向阀5#/6#，实现应急钳的压力通断。

正常情况下，无论钻井绞车在钻井作业或悬停状态下，都可以根据实际需要，操作控制盘上的两位三通手动换向操作阀3#，使得气源遥控二位四通换向阀5#/6#的位置，间接控制应急钳的启/闭工作状态。

系统缺点分析：

通过上述分析，我们得知，在钻井绞车气源失效或气压不足的情况下：

第一条管路（图中标注为⑩，下同）中，换向阀5#和6#将因气压不能或不足以克服弹簧阻力而处以图中位置，间接导致应急刹车钳处于闭合保护位置，甚至钻井绞车的应急牙嵌离合器也不能使用。

另一路（控制阀4#）管路中，因机械式防碰天车属于打开保护型，正常情况下处于关闭状态，气压的变化或失效仅在防碰天车触碰动作的情况下失去保护作用。

由上分析可知，该系统存在刹车应急钳保护性动作，致使钻井绞车功能受限，应急牙嵌离合器不能正常投入工作和机械防碰天车失效的缺点。因此我们通过改造第一条管路控制模式，将直接避免了刹车应急钳因气压原因导致的“非正常”动作，保证刹车的正常使用。对于机械防碰天车的控制，因发生概率极小，且有电子防碰天车为首要保护屏障和通过临时变更等手段来控制，发生概率几乎为零，故不做改造。

3 改造方案

3.1 液压刹车系统改造

液压刹车系统改造原理如图2。

将钻井绞车液压系统的压力油减压后接入原气控系统，具体为：系统油压P连接减压阀1#入口，减压阀1#出口连接减压阀2#入口，减压阀2#出口连接司钻控制盘的两位三通控制（悬持）阀3#工作口1；司钻控制盘的两位三通控制（悬持）阀3#回油口3与两位三通控制（防碰天车）阀4#回油口3连接并直接连接到油箱。其中：1#、2#减压阀出口压力依次调节为10Bar、14Bar，1#为工作减压阀，2#为备用减压阀；若1#减压阀损坏，2#减压阀投入，以保护阀件不会超压损坏。

若有需要，亦可考虑连接一个额定压力为15Bar的安全阀提供压力保护（本文无）。

3.2 系统测试

（1）系统压力测试。液压系统工作压力为14Mpa，经减压后和原压缩空气压力相当投入系统工作。在非正常情况下（如减压阀卡阻、损坏或失效，频繁使用两位四通阀压力瞬间波动等），可能出现超压情况，需要对系统进行压力测试。

阀元件的测试。系统中涉及到改造的阀元件共有一个两位三通阀、一个两位两通阀和两个两位四通阀，经查询铭牌标示工作压力为35Mpa，满足超压情况下的安全使用要求，仅进行密封性压力试验即可投入使用，试验压力35Mpa，静压30分钟无渗漏无压降。

管线的测试。原气管线工作压力为1.5Mpa，系统改造后虽然可以满足使用，但考虑在上述超压情况，将原管路更换为和液压系统等材质的钢管，并进行压力测试，试验压力35Mpa，静压30分钟无渗漏无压降。

（2）系统流量对整个刹车系统的影响。系统改造后，液压油替代压缩气，需要消耗一定的流量。但是根据上述原理图得知，该路液压油为遥控控制管路，且用户端为盲端，其油流量消耗仅为图示两位三通控制阀3#的泄压消耗，其流量极小，对系统流量几乎不造成影响，完全可以忽略不计。该部分所需要的改造仅为增加一条泄压管线至液压油箱，避免液压油对环境造成污染。

3.3 系统工作过程

钻井绞车在悬持状态时，油压P（图中蓝色管路）经过两个串联的减压阀1#、2#，到达司钻控制盘的两位三通控制阀3#，此时阀3#处于下位（图示位置为上位），两位四通控制阀5#、6#因无控制压力处于图中位置，应急刹车钳处于泄压状态，刹车在弹簧的作用下闭合刹住绞车。

钻井绞车在使用状态时，油压P经过两个串联的减压阀1#、2#，到达司钻控制盘的两位三通控制阀3#，此时阀3#处于上位（图中位置），两位四通控制阀5#、6#得到控制压力处于上位（图示位置为上位），应急刹车钳得压处于打开位置，刹车打开。

因机械式防碰天车属于打开保护型，正常情况下处于关闭位置，不影响上述状态工作。这样系统气源欠压或失压，应急刹车钳均能进行有效控制，符合系统工作要求。

4 结束语

该系统改造后，按照上述描述对液压元件和管路进行了压力试验，符合系统工作基本条件，投入使用后工作正常，说明控制介质由压缩气改造为液压油后能够满足工作要求。

以上的改造方案，仅改造了应急刹钳的工作介质，升级了控制管路，机械防碰天车依然使用压缩气源、系统所有的电控及操作装置等对于钻井绞车任何的操作方式均未作改变，这样的改造，在保证系统工作原理和功能不改变的情况下，有效解决了气源对系统的影响，简化了系统工作介质，提高了刹车系统工作的稳定性和安全性，根本上解决了冬季气源故障对刹车的影响，有效减少了停产时间和其他次生事故的发生。

参考文献：

[1]李盛海.液压机构及其组合[M].北京清华园：清华大学出版社，1992：155-168.

[2]左健民.液压与气压传动[M].北京：机械工业出版社，2007，5.

[3]National oilwell. Universal disc brake system for type 1320-udbe drawworks. 1976：PL 2110212.

[4]娄松磊，王鹏，张勐，等.JD-55型调度绞车制动系统的改进[J].科技创与应用，2015（02）：50.endprint