鉆井氣控制系統(tǒng)PPT課件

1、第六章 鉆井氣控制系統(tǒng)第1頁/共64頁第一節(jié) 概 述鉆機的控制系統(tǒng)是整套鉆機必不可少的組成部分，是鉆機的中樞神經(jīng)系統(tǒng)。第2頁/共64頁 （1）控制要迅速、柔和、準(zhǔn)確及安全可靠； （2）操作要靈活方便、省力，維修以及更換元件容易； （3）操作協(xié)調(diào)，便于記憶。第3頁/共64頁 （1）對于整體起升的井架，在起升時緩沖 的控制，放落時推開井架的控制。 （2）對動力機的啟動、調(diào)速、并車、停車的控制。 （3）對鉆井絞車、鉆井泵、轉(zhuǎn)盤等啟動與停車的控制。 （4）對鉆井絞車滾筒和轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)速及旋轉(zhuǎn)方向的控制。第4頁/共64頁 （5）對鉆井絞車滾筒制動與放松的控制。 （6）對絞車貓頭摘掛的控制。對動力大 鉗、動力

2、卡瓦等起下鉆操作機械的控制。 （7）對輔助裝置，如空氣壓縮機、發(fā)電機以及鉆井液攪拌器的控制。第5頁/共64頁 （1）經(jīng)濟可靠。 （2）空氣的粘度小，管內(nèi)流動壓力損失小，系統(tǒng)簡單，適用于遠(yuǎn)距離輸送和集中供氣。 （3）壓縮空氣在管路內(nèi)流速快，可直接用氣壓信號實現(xiàn)系統(tǒng)的自動控制，完成各種復(fù)雜的動作。 （4）與機械控制相比，氣控制容易布局和操縱，調(diào)速方便易于實現(xiàn)快速的直線往復(fù)運動、擺動和旋轉(zhuǎn)運動。第6頁/共64頁 （5）元件結(jié)構(gòu)簡單，容易實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，系統(tǒng)化，制造容易。 （6）對工作環(huán)境適應(yīng)性好，在寒冷的條件下，仍能保證正常工作，工作安全可靠。 （7）空氣有可壓縮性，因而在載荷時，傳遞運動不夠平穩(wěn)、均勻

3、。 （8）工作壓力不能太高，傳遞效率低，不易獲得較大的力或力矩。 （9）排氣是噪音較大。第7頁/共64頁四、氣動控制系統(tǒng)的組成（1）供氣設(shè)備：是獲得壓縮空氣的裝置。（2）執(zhí)行元件：是以壓縮機為工作介質(zhì)產(chǎn)生機械運動，并將氣體的壓力能變成機械能的能量轉(zhuǎn)換裝置。（3）控制元件：用來控制壓縮空氣的壓力、流量和流動方向，以便使執(zhí)行機構(gòu)完成預(yù)定運動規(guī)律的元件。（4）輔助元件：使壓縮空氣凈化、消聲及元件間連接等所需要的裝置。圖6-1儲氣罐壓縮機至轉(zhuǎn)盤12345主氣路第8頁/共64頁 1:導(dǎo)氣龍頭 2： 3：調(diào)壓繼氣器 4：轉(zhuǎn)盤手柄調(diào)壓閥 5：旋塞閥第9頁/共64頁第二節(jié) 供氣設(shè)備 供氣設(shè)備：供氣設(shè)備是氣控系

4、統(tǒng)的動力源，它提供清潔、干燥且具有一定壓力和流量的壓縮空氣，以滿足不同條件的使用場合對壓縮空氣質(zhì)量的要求。 供氣設(shè)備的組成： 氣壓發(fā)生裝置（如空氣壓縮機） 儲氣罐 壓縮空氣的凈化裝置第10頁/共64頁空氣壓縮機 定義：空氣壓縮機是將機械能轉(zhuǎn)換為氣體壓力能的裝置。（簡稱空壓機，俗稱氣泵） 空氣壓縮機分類：按工作原理分容積式速度式第11頁/共64頁容積式壓縮機 容積式壓縮機是通過運動部件的位移，周期性的改變密封的工作容積來提高氣體壓力。在氣壓傳動中一般多采用容積式空氣壓縮機。容積式壓縮機活塞式膜片式螺桿式第12頁/共64頁速度式壓縮機 速度式壓縮機是通過改變氣體的速度，提高氣體動能，然后將動能轉(zhuǎn)化

5、為壓力能，來提高氣體壓力。速度式壓縮機離心式軸流式混流式第13頁/共64頁二 空氣凈化裝備在氣動傳動中使用的低壓壓縮機多采用油潤滑，由于它排出的壓縮氣體溫度一般在140170之間，使壓縮空氣中的水分和部分潤滑油氣化，在與吸入的灰塵混合，形成了水、油和灰塵的混合氣體。混合氣體中的雜質(zhì)會對整個系統(tǒng)帶來不良影響，因此，在氣動傳動系統(tǒng)中，設(shè)置除氣、除油、除塵和干燥等氣源凈化裝置。常用凈化裝置有冷卻器、空氣過濾器、空氣干燥器、除油器、分水排水器和油霧器。第14頁/共64頁1 冷卻器 冷卻器的作用作用是將空氣壓縮機排除的氣體由140170降至4050，使壓縮空氣中的油霧和水汽迅速達(dá)到飽和，大部分析出并凝結(jié)

6、成水滴和油滴，以便經(jīng)油水分離器排出。按冷卻方式分類水冷式風(fēng)冷式第15頁/共64頁2 空氣過濾器 空氣過濾器的作用是濾除壓縮空氣中含有的液態(tài)水滴、油滴、固體粉塵顆粒及其他的雜質(zhì)。 空氣過濾器的組成：殼體和濾芯。 注意：過濾器使用中要定期清洗和更換濾芯，否則將增加過濾阻力，降低過濾效果，甚至堵塞。第16頁/共64頁3 空氣干燥器 空氣干燥器的作用是降低空氣的濕度，為系統(tǒng)提供所需要的干燥壓縮空氣。（注：若使用有油壓縮機，則要在干燥器入口處安裝除油器。）第17頁/共64頁4 除油器和分水排水器 除油器和分水排水器的作用是濾除壓縮空氣中的油分和水分，并及時排除。第18頁/共64頁5 油霧器 油霧器的作用

7、是將潤滑油霧化后噴入壓縮空氣管道的空氣流中，隨空氣進(jìn)入系統(tǒng)中潤滑相對運動零件的表面。 分類：油霧型和微霧型 使用要求：油霧器要有良好的密封性、耐壓性和滴油量調(diào)節(jié)性能。使用時，應(yīng)合理地調(diào)節(jié)起霧流量等參數(shù)，以達(dá)到最佳潤滑效果。第19頁/共64頁三 儲油罐 儲油罐的作用是儲存空氣壓機排除的壓縮空氣，減小壓力波動；調(diào)節(jié)壓縮機的輸出氣量與用戶耗氣量之間的不平衡狀況，保證連續(xù)、穩(wěn)定的流量輸出；進(jìn)一步沉淀分離壓縮空氣中的水分、油分金和其他雜質(zhì)顆粒。 分類：立式和臥式（立式結(jié)構(gòu)應(yīng)用較為普通） 使用要求：儲氣罐使用時應(yīng)附有安全閥、壓力表和排污閥等附件。此外，儲氣罐還必須符合鍋爐及壓力容器安全規(guī)則的要求，如使用前

8、應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行水壓試驗等。第20頁/共64頁第三節(jié) 執(zhí)行元件 執(zhí)行元件的作用是將壓縮空氣和壓力能轉(zhuǎn)換為機械能，驅(qū)動工作部件工作。 常用組件：氣缸、氣動馬達(dá)和氣動摩擦離合器。第21頁/共64頁一 氣缸 定義：氣缸是輸出往復(fù)直線運動或擺動運動的執(zhí)行元件。第22頁/共64頁 1 1 單作用式氣缸單作用式氣缸一般用于短行程或?qū)钊麠U推力、運一般用于短行程或?qū)钊麠U推力、運 動速度要求不高的場合。動速度要求不高的場合。2.2.薄膜式氣缸薄膜式氣缸 薄膜式氣缸薄膜式氣缸：利用壓縮空氣使膜片變形來推動活塞桿做：利用壓縮空氣使膜片變形來推動活塞桿做直線運動的氣缸。直線運動的氣缸。 薄膜式氣缸由缸體、膜片、膜盤和

9、活塞桿等組成。薄膜式氣缸由缸體、膜片、膜盤和活塞桿等組成。 膜片形狀有盤形膜片和平膜片兩種。膜片形狀有盤形膜片和平膜片兩種。 膜片材料有：夾織物橡膠、鋼片和磷青銅片。常用膜片材料有：夾織物橡膠、鋼片和磷青銅片。常用的為夾織物橡膠，金屬膜片只用于行程較小的膜片式的為夾織物橡膠，金屬膜片只用于行程較小的膜片式氣缸。氣缸。3.3.回轉(zhuǎn)式氣缸回轉(zhuǎn)式氣缸 回轉(zhuǎn)式氣缸由導(dǎo)氣頭體、缸體、活塞、活塞桿等組回轉(zhuǎn)式氣缸由導(dǎo)氣頭體、缸體、活塞、活塞桿等組成。成。 回轉(zhuǎn)式氣缸的缸體連同缸蓋及導(dǎo)氣芯可被攜帶回轉(zhuǎn)；回轉(zhuǎn)式氣缸的缸體連同缸蓋及導(dǎo)氣芯可被攜帶回轉(zhuǎn)；活塞和活塞桿只能作往復(fù)直線運動；導(dǎo)氣頭體外接管活塞和活塞桿只能

10、作往復(fù)直線運動；導(dǎo)氣頭體外接管路，固定不動。路，固定不動。第23頁/共64頁二 氣動馬達(dá) 定義：氣動馬達(dá)是輸出旋轉(zhuǎn)運動機械能的執(zhí)行元件。第24頁/共64頁三 氣動摩擦離合器l定義：氣動摩擦離合器在掛合時用于傳遞轉(zhuǎn)矩，摘開時刻是主動件與被動件分離，動力被切斷。它可使工作機起動平穩(wěn)，換擋方便，并有過載保護作用。l特點： （1）傳動柔和，具有彈性、抗沖擊、吸收振動；（2）操作省力、方便、迅速、易于實現(xiàn)遠(yuǎn)距離集 中控制； （3）結(jié)構(gòu)簡單、壽命長； （4）反應(yīng)快； （5）能準(zhǔn)確地控制所傳遞的扭矩；（6）能補償安裝誤差。第25頁/共64頁圖6-9第26頁/共64頁通風(fēng)型氣胎離合器l 通風(fēng)型氣胎離合器是在普

11、通氣胎離合器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。其特點是：隔熱和通風(fēng)散熱性能好，氣胎本身在工作時不承受扭矩；掛合平穩(wěn)、摘開迅速、摩擦片厚、壽命長；易損件少，更換易損件方便；經(jīng)濟性好。l 通常，造成氣胎離合器損壞的原因是工作過程中，；離合器摩擦片的打滑及半打滑而產(chǎn)生大量的熱，使得氣胎被燒壞，橡膠老化而損壞。第27頁/共64頁 通風(fēng)型氣胎離合器在結(jié)構(gòu)上的主要特點是，增加了一套散熱傳能裝置。散熱傳能裝置主要由扇形體、承扭桿、板簧和擋板等零件組成。 通風(fēng)型氣胎離合器的氣胎外表面與鋼圈相接觸。摩擦片用鉚釘或平頭螺栓固定在扇形體的內(nèi)側(cè)，扇形體中部有導(dǎo)向槽，槽中裝有承扭桿和以一定予壓力壓在承扭桿上的板簧，承扭桿中部為長方形

12、，兩端為圓柱體。它的兩端伸出扇形體，并插進(jìn)與鋼圈相連的擋板上的相應(yīng)孔中。第28頁/共64頁 接合時，壓縮空氣進(jìn)入氣胎，氣胎沿徑向向內(nèi)膨脹，推動扇形體沿著導(dǎo)向槽相對于固定在擋板上的承扭桿向軸心移動，使摩擦片逐漸抱緊摩擦輪，實現(xiàn)掛合。同時板簧也受到壓縮。 由于扇形體和氣胎之間無連接，故摩擦輪與摩擦片工作表面產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩，不經(jīng)過氣胎，而是經(jīng)過扇形體、承扭桿、擋板、鋼圈等零件來傳遞的。 此外，扇形體將發(fā)熱的摩擦片與氣胎隔開，且扇形體內(nèi)部做成了蜂窩狀結(jié)構(gòu)，即在通風(fēng)孔中鑄有許多小散熱片。在擋板上內(nèi)圈相應(yīng)位置上亦開有通風(fēng)孔槽，使工作過程中產(chǎn)生的熱量能盡快散發(fā)到周圍的空氣中而不影響氣胎。 第29頁/共64頁 氣

13、胎的作用只是產(chǎn)生徑向推力和正壓力，不受扭、不受熱。解決了氣胎易燒壞，易老化的難題而大大提高了氣胎的壽命。 摘開離合器時，除氣胎本身的彈性恢復(fù)原狀外，還有板簧的彈力以及旋轉(zhuǎn)的離心力的作用而使摩擦片迅速脫開摩擦輪，從而減少了因打滑產(chǎn)生的熱量，減輕摩擦片的磨損，提高了摩擦片的使用壽命。 通風(fēng)型氣胎離合器，散熱好、壽命長。但結(jié)構(gòu)比普通型復(fù)雜，高速工作時，離心力對離合器工作能力的影響也相應(yīng)加大，因此，它適用于掛合頻繁，轉(zhuǎn)矩大而轉(zhuǎn)速不太高的場合。第30頁/共64頁氣動盤式摩擦離合器圖6-11第31頁/共64頁l 氣動盤式摩擦離合器的工作表面是環(huán)狀平面。工作時，摩擦片沿軸向移動，故又稱為軸向作用式離合器。l

14、 氣動盤式摩擦離合器特點是耗氣量小、傳遞轉(zhuǎn)矩大。國外鉆機多采用這種離合器。l 我國主要發(fā)展胎式氣離合器，也研制盤式離合器，但為數(shù)不多。因為胎式氣離合器綜合技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)較好，特別是通風(fēng)型胎式離合器的出現(xiàn)，提高了其傳遞扭矩的能力和工作壽命，大有發(fā)展前途。第32頁/共64頁氣動摩擦離合器的選用原則如下：l 要求傳遞扭矩不大，掛合不頻繁的場合，如柴油機至變矩器，帶泵，并車處，大多采用普通型胎式離合器，以取其結(jié)構(gòu)簡單，掛合平穩(wěn)柔和，制造和安裝技術(shù)要求低的特點。l 傳遞扭矩大，工作繁重的總離合器以及工作扭矩大，掛合頻繁的絞車低速離合器，轉(zhuǎn)盤離合器，可采用通風(fēng)型胎式離合器，以取其掛合柔合，摘開迅速，通風(fēng)傳熱

15、性能好，傳遞扭矩大，壽命長等優(yōu)點。l 對于5000m以上的超深井鉆機，由于絞車低速離合器要傳遞很大扭矩（M），可考慮選用盤式氣離合器，以取其工作扭矩大，結(jié)構(gòu)緊湊特點，但應(yīng)減少其掛合次數(shù)而必須設(shè)高速離合器。第33頁/共64頁第四節(jié) 控制元件 氣控制元件的作用是調(diào)節(jié)壓縮空氣的壓力、流量、方向以及發(fā)送信號，以保證氣動執(zhí)行元件按規(guī)定的程序正常動作。氣控制元件按功能分類壓力控制閥流量控制閥方向控制閥第34頁/共64頁一 壓力控制閥 壓力控制閥是利用壓縮空氣作用在閥芯上的力和彈簧力相平衡的原理來控制壓縮空氣的壓力，進(jìn)而控制執(zhí)行元件動作順序。 組成：減壓閥、溢流閥、順序閥和調(diào)壓繼氣閥第35頁/共64頁1.減

16、壓閥 減壓閥的作用是將出口壓力調(diào)節(jié)在比進(jìn)口壓力低的調(diào)定值上，并能使輸出壓力保持穩(wěn)定，又稱為調(diào)壓閥。 分類：直動式和先導(dǎo)式 主要用于要求平穩(wěn)啟動和有選擇壓力的控制氣路上，如轉(zhuǎn)盤啟動、絞車高低速啟動、柴油機油門等控制。第36頁/共64頁調(diào)壓閥結(jié)構(gòu)圖第37頁/共64頁調(diào)壓閥原理圖第38頁/共64頁2.溢流閥 溢流閥的作用是當(dāng)系統(tǒng)中的壓力超過調(diào)定值時，使部分壓縮空氣從排氣口溢出，并在溢流過程中保持系統(tǒng)中的壓力基本穩(wěn)定，從而起過載保護作用（又稱為安全閥） 分類：直動式和先導(dǎo)式按其結(jié)構(gòu)可分為活塞式、膜片式和球閥式第39頁/共64頁3.順序閥 順序閥是依靠氣路中壓力的作用來控制執(zhí)行機構(gòu)按順序動作的壓力閥。第

17、40頁/共64頁4.調(diào)壓繼氣器 調(diào)壓繼氣器的控制氣是由調(diào)壓閥供給壓力可變的壓縮空氣，來自主氣路的頂呀壓縮空氣通過調(diào)壓繼氣器后，可以輸出相應(yīng)的壓力可變的壓縮空氣至執(zhí)行機構(gòu)元件。第41頁/共64頁二 流量控制閥 流量控制閥的作用是通過改變閥的通氣面積來調(diào)節(jié)壓縮空氣的流量，控制執(zhí)行元件運動速度。 流量控制閥也稱為調(diào)速閥。 由于氣體的可壓縮性，氣動系統(tǒng)中的流量只能采用節(jié)流的方式進(jìn)行控制。任何一個流量閥都有節(jié)流部分，大多為可調(diào)的?？諝饬鹘?jīng)小孔或縫隙也必然產(chǎn)生顯著的壓力降。 流量控制閥主要包括節(jié)流閥、單向節(jié)流閥、排氣節(jié)流閥和行程節(jié)流閥。 節(jié)流閥如圖6-15。第42頁/共64頁 節(jié)流閥： 節(jié)流閥的結(jié)構(gòu)如圖6

18、-156-15所示。它由閥體、針形閥等組成。 調(diào)節(jié)針形閥的位置，即可控制氣體流量。此閥用于鉆機總離合器的進(jìn)氣管路上和其它氣路中，使離合器掛合較為柔和。圖6-15第43頁/共64頁三 方向控制閥 方向控制閥的作用是控制壓縮空氣的流動方向和氣流的通斷。 方向控制閥一般采用閥芯切換進(jìn)、出氣通道，達(dá)到氣路換向的目的。 方向控制閥的種類與液壓方向閥類似，種類很多。按操縱方式分為手動和氣控兩種。常用的有手動兩通閥、單向閥、三通旋塞閥、氣控二位三通閥(兩用繼氣器)等。第44頁/共64頁1. 單向閥 作用：只允許氣流向一個方向流動。 單向閥包括：單向閥、梭閥和快速排氣閥。 （1）單向閥：氣流正向通過，反向則不

19、通。 （2）梭閥：若有兩個輸入口，一個輸出口，并要求兩個輸入口不允許相通時，就可梭閥進(jìn)行控制。當(dāng)兩個輸入口同時進(jìn)氣時，壓力高的輸入口與輸出相通，低壓口則自動關(guān)閉。第45頁/共64頁 （3）快速排氣閥：用于將氣胎、氣盤、氣缸等執(zhí)行元件內(nèi)壓縮空氣迅速排放出來，提高傳動系統(tǒng)的啟、停靈敏度，延長摩擦零件的壽命。第46頁/共64頁2.換向閥 換向閥的作用是通過改變氣流通道，改變氣流方向，以改變執(zhí)行元件運動方向。 換向閥有： 1）二位三通轉(zhuǎn)閥（二通氣開關(guān)） 2）三位五通轉(zhuǎn)閥（三通氣開關(guān)） 3）二位三通按鈕閥 4）氣動二位三通閥（兩用繼氣器）第47頁/共64頁二位三通轉(zhuǎn)閥（二通氣開關(guān)） 作用：用于控制離合器

20、的進(jìn)氣或放氣，從而決定執(zhí)行機構(gòu)的工作與否。 結(jié)構(gòu)組成：主體、滑閥、蓋、轉(zhuǎn)軸、手柄、手柄套、密封圈、孔用彈性擋圈、密封圈、彈簧墊、彈簧、圓柱頭螺釘、O形圈、定位銷、銘牌。 二位三通轉(zhuǎn)閥結(jié)構(gòu)圖（圖6-16）第48頁/共64頁二位三通轉(zhuǎn)閥結(jié)構(gòu)圖圖6-16第49頁/共64頁三位五通轉(zhuǎn)閥（三通氣開關(guān)） 作用：三通氣開關(guān)是控制兩個相互有聯(lián)鎖關(guān)系的氣離合器的，也就是說這兩個氣離合器不允許同時進(jìn)氣。三位五通閥結(jié)構(gòu)原理圖圖6-17圖6-16第50頁/共64頁二位三通按鈕閥 作用：只要按下按鈕，就可從氣路中分配壓縮空氣至需要供氣處，或?qū)⒛晨刂茩C構(gòu)的壓縮空氣放入大氣。它用于防碰天車氣路中氣路和剎車氣缸放氣。 二位三

21、通按鈕閥結(jié)構(gòu)圖（6-18）。圖6-18第51頁/共64頁 如圖6-19所示，按扭閥它有常開和常閉兩種接法。 常開接法(用于防碰天車氣路系統(tǒng))： 孔B接進(jìn)氣孔，孔C接送氣孔，孔D通大氣孔。 未按下按鈕時：孔B孔C，壓縮空氣通過。 按下按鈕時：孔C孔D(通大氣)，孔B不通。圖6-19第52頁/共64頁常閉接法(用于換檔微動裝置)： 孔D接進(jìn)氣孔；孔C接送氣孔，孔B通大氣孔。 未按下按鈕時，孔D、孔C互不相通，孔C孔B(通大氣)。 按下按鈕時，孔D孔C，壓縮空氣通過。圖6-19第53頁/共64頁氣動二位三通閥（兩用繼氣器） 兩用繼氣器：當(dāng)直接由發(fā)令元件向控制機構(gòu)送氣時，管線長、進(jìn)氣慢、掛檔時間長，而

22、氣摩擦離合器在進(jìn)氣慢、壓力低的情況下，容易打滑發(fā)燒。所以在一些經(jīng)常摘、掛的氣離合器中，常用間接進(jìn)氣，即在管路中加上一個繼氣器(如圖6-20所示)，利用控制氣推開繼氣器的閥門，使干線(較粗的氣管)中的壓縮空氣通過繼氣器很快進(jìn)入離合器中。圖6-20第54頁/共64頁 兩用繼氣器的結(jié)構(gòu)如圖6-21所示，它有兩種接法：常閉接法和常開接法。當(dāng)用做間接進(jìn)氣時采用常閉接法；當(dāng)用做壓風(fēng)機自動控制時，采用常開接法。圖6-21第55頁/共64頁 常閉接法： 孔I接通進(jìn)氣干線，孔接通大氣。當(dāng)控制氣進(jìn)入繼氣器后，推動閥芯壓縮彈簧產(chǎn)生移動，使閥門和外閥密封，而內(nèi)閥和閥門脫開，造成孔I和孔E連通，所以干線氣進(jìn)入控制機構(gòu)。當(dāng)控制氣放空后，則在彈簧的作用下閥門的位置又恢復(fù)到原來的狀態(tài)，控制機構(gòu)的壓縮空氣經(jīng)由孔又放入大氣。 常開接法： 孔接通供氣干線，孔I連通大氣。在平常狀態(tài)(沒有控制氣時)，干線氣通控制機構(gòu)；當(dāng)控制氣作用以后，控制機構(gòu)中的壓縮空氣經(jīng)由孔I放入大氣。它和壓力調(diào)節(jié)閥組成機動壓風(fēng)機的自動控制系統(tǒng)。第56頁/共64頁第五節(jié)