石油礦場機械3

1、石油礦場機械第三章 鉆機起升系統(tǒng)概述 鉆機的起升系統(tǒng)實質上是一臺重型起重機，它是鉆機的核心。它主要由井架鉆井架、天車、游車、大鉤、游動系統(tǒng)鋼繩、絞車和輔助剎車等設備組成。 起升系統(tǒng)的作用主要是起下鉆具、下套管、控制鉆頭送進等。2一、概述 井架是一種具有一定高度和空間的金屬桁架結構。井架是鉆采機械的重要組成部分。1.井架的功用它在鉆井或修井過程中，用于安放天車，懸掛游車、大鉤、吊環(huán)、吊卡等機具承受井中鉆柱重量起下、存放鉆桿、油管及抽油桿保護工人安全方便維修3一、概述2.井架的基本組成 主要包括：井架主體人字臺天車臺二層臺立管平臺工作梯43.井架的使用要求1)應具有足夠的強度、剛度和整體穩(wěn)定性。以

2、保證起下一定深度的鉆桿柱、套管或油管柱。 53.井架的使用要求2)有足夠的工作高度和空間，足夠的鉆臺面積。工作高度大，起下立根長度長，速度快，可節(jié)省時間。井架上下底應有必要的尺寸，以安裝天車，并保證起下操作時游動系統(tǒng)設備暢行無阻；便于在鉆臺上布置設備，安放工具，方便工人操作，使司鉆有良好的視野。63.井架的使用要求 3)應保證拆裝方便，安全，移動迅速。為此，結構應簡單、輕便，并盡可能采用分段或整體運輸，水平安裝及整體起放的安裝移運方法。74.井架型號井架型號的組成：JJ(表示井架)、最大鉤載/井架高度-井架型式、改進序號JJ XX / XX - X形式： 桅性“W” 塔型“T” A形“A”高度

3、：單位m最大鉤載.以kN的1/10表示表示井架. 8二、井架結構類型井架按其主體結構形式可分為四種基本類型：塔形井架；A形井架；桅形井架；前開口井架。1塔形井架 如圖所示，塔形井架是一種橫截面為正方形或矩形的四棱截錐體空間桁架。91塔形井架 井架主體由四扇平面梯形桁架組成,每扇又分為若干桁格，同一高度的四面桁格在空間構成井架的一層，故整個井架也可視為由多層空間桁架組成。塔形井架的主要特點： (1)井架主體部分為封閉結構，整體穩(wěn)定性好，承載能力大。 (2)整個井架由許多單一構件用螺栓聯(lián)接而成，制造簡單，運輸方便。101塔形井架 (3)井架內部空間大，起下操作方便，安全。 (4)拆裝工作量大，高空

4、作業(yè)不安全，搬遷不方便。 塔形井架適用于較少搬遷而要求承載能力大，穩(wěn)定性好的鉆機，如海洋鉆機、超深井鉆機。112.前開口井架 前開口井架亦稱為形井架，如圖所示。 其主要結構特征是： 1)整個井架主體是35段焊接結構組成。段間采用錐銷定位和螺栓聯(lián)接。122.前開口井架132.前開口井架2)通常采取水平拆裝，整體起落和分段運輸?shù)霓k法搬遷井架。搬遷方便、安全、迅速。142.前開口井架3)因受運輸尺寸限制，井架主體截面尺寸較小，使井架內部空間比較狹窄。 為了方便游系設備上下運行和立根排放，井架主體作成前扇敞開，橫截面為開口矩形(即形)的不封閉空間結構，其整體穩(wěn)定性較塔形井架差而較A形井架優(yōu)。 有的前開

5、口井架最上段作成四邊封閉結構以增強其穩(wěn)定性。4)井架各段兩側桁架結構形式相同，背扇則采用特殊腹桿布置形式，如菱形，以保證司鉆視野良好。 由于前開口井架具有結構簡單，移運、搬遷方便、良好的承載能力和整體穩(wěn)定性，而成為應用最廣泛的陸地鉆機井架。 如美國陸地鉆機幾乎全部采用前開口井架。 我國制造的各種鉆機(從1560)都可以配置此類井架。153. A形井架它是由兩個等截面的空間桿件結構或管柱式結構的大腿靠天車臺和二層臺及附加桿件連接而成的“A”字形空間結構。大腿的前方或后方有撐桿支承，或在后方用人字架支承。整個井架仍和前開口井架一樣，采取地面水平組裝，整體起放，分段運輸。16兩個大腿都是由35段封閉

6、的焊接結構用螺栓聯(lián)結的整體結構。大腿斷面依所選型材不同，而采取不同的截面形狀，一般為矩形或三角形。撐桿有桿系柱結構，矩形斷面或管柱結構。A形井架的每根大腿都是封閉的整體結構，承載能力強和穩(wěn)定性好。井架內部空間大，鉆臺寬敞，司鉆視野開闊。由于兩腿間聯(lián)系較弱，致使井架整體穩(wěn)定性較差。3. A形井架17下圖是A形井架利用本身的撐桿來起放井架，安裝方便，起放平穩(wěn)。但撐桿在起放時要在大腿上滑動，且撐桿受力復雜，故井架大腿和撐桿結構較復雜。3. A形井架184桅形井架 桅形井架是一節(jié)或幾節(jié)桿件結構或管柱結構組成的單柱式井架，有整體式和伸縮式兩種。這種井架一般利用液壓缸或絞車整體起放，分段或整體運輸，拆裝移

7、運很方便。194桅形井架 由于井架橫截面尺寸小，為了避免游系設備上下運行不便，并適應井架伸縮或折疊的需要，井架前扇一般做成部分或全部敞開的形截面結構。 同時井架工作時也向井口方向前傾(傾角一般在7以內)。因此，繃繩成了井架不可缺少的基本支承之一，是桅形井架整體結構的主要特征。 桅形井架結構簡單，輕便，但承載能力小，只用于車裝輕便鉆機和修井機。204桅形井架212.井架的基本參數(shù)井架的基本參數(shù)是反映井架特征和性能的技術指標，亦是設計、選擇和使用井架的依據?；緟?shù)主要包括：井架高度最大鉤載二層臺立根容量抗風能力等22三、井架承受載荷的分析一、垂直載荷1.固定載荷G架固=G天自+G架自2.變化載荷

8、G架變=G天動+P垂3.總垂直載荷P總垂=G架固+G架變二、水平載荷1.風載P架風=P1F2.靠在指梁上的立根側向力P2o=p2LSin-ngL/2Cco=0p2=1/2 ng cos/sinp2=1/2 ng cot3.風作用在里根排面上的壓力P34.綳繩、死繩快繩的水平分力23第二節(jié) 鉆機的游動系統(tǒng)鉆機的游動系統(tǒng)由天車、游車、鋼絲繩和大鉤組成。它實質上是用鋼絲繩把天車和游動滑車聯(lián)系起來組成的動滑輪系統(tǒng)。它可以大大降低快繩拉力，從而大為減小鉆井絞車上的載荷。24一、天車天車是安裝在井架頂部的定滑輪組天車主要由天車架、滑輪、軸承、軸承座和輔助滑輪等零部件組成。25天車架是由鋼粱焊接的矩形框架，

9、用以安裝天車滑輪軸并與井架頂部相連接（如下圖所示）。一、天車261.天車的結構特點 三種基本結構形式： 滑輪軸共軸線，并且各滑輪相互平行； 滑輪軸線平行，快繩滑輪在另一根軸上； 滑輪軸不共軸線，并且快繩滑輪偏斜。2.天車的技術規(guī)范技術規(guī)范中所列參數(shù)包含：最大鉤載滑輪數(shù)滑輪尺寸重量安裝尺寸一、天車27一、天車TC-350天車六個滑輪分為兩組，中間由一個軸套隔開。快繩滑輪安裝在兩組天車滑輪之間的前上方，便于快繩直接從井架外側引向滾筒。滑輪軸承為雙列園錐滾子軸承，用鋰基黃油潤滑，每個軸承都單獨有一個鉆在滑輪軸上的潤滑油通道。圖2-2 TC-350天車28 游車是靠鋼繩懸在井架內部作上下往復運動的動滑

10、輪組。游車29游車圖2-3YC-350游車30游車使用與維護保養(yǎng)： 游車在使用前及使用過程中，應經常檢查，發(fā)現(xiàn)故障，立即排除。在使用期間，滑輪軸承發(fā)出噪聲和由于不平穩(wěn)轉動造成的滑輪抖動，表明軸承的間隙過大，應及時更換磨損的軸承 滑輪槽應定期用專門樣板檢查，當滑輪槽半徑磨損至規(guī)定的滑輪槽半徑數(shù)值時，應更換滑輪。潤滑：用黃油槍向軸兩端油杯注入1、2號鋰基潤滑脂，每周一次。31二、大鉤大鉤懸掛在游車下面。結構：一類是獨立大鉤，其提環(huán)掛在游車的吊環(huán)上，可與游車分開拆裝，中型、重型和超重型鉆機大多采用此大鉤。一類是將游車大鉤做成整體結構，二者不能分開。輕便鉆機和車載鉆機大多采用此大鉤。32二、大鉤鉆井工

11、作對大鉤的要求： 1)應具有足夠的強度和工作可靠性； 2)鉤身能靈活轉動，以便上、卸扣； 3)大鉤彈簧行程應足夠補償上、卸扣時鉆桿在垂直方向上的位移； 4)鉤口和側鉤的閉鎖裝置應絕對可靠，啟閉方便； 5)具有緩沖減振功能，能減小拆卸立根時的沖擊。33大鉤的結構鉤身：是鑄鋼件，其上部中空并加工油左旋螺紋，與下體連接，并用止動塊放松，構成大鉤的主鉤部分。鉤身上部安裝轉動鎖緊裝置，下部安裝安全鎖緊裝置，鉤身中部有左右對稱的兩個副鉤及閉鎖裝置。安全鎖緊裝置：由安全銷體、安全鎖塊、安全插銷和彈簧組成。主要功能是掛上水龍頭上提時，安全鎖體就能自動閉鎖。轉動鎖緊裝置：主要有制動輪、制動輪軸、掣子、掣子軸、掣

12、子彈簧、殼體和鎖環(huán)組成。主要功能是，防止水龍帶打扭。安全定位裝置：當大鉤提升空吊卡時，來阻滯鉤身轉動，便于井架工在二層臺上操作。緩沖減震裝置：34 DG-350大鉤的吊環(huán)1與吊環(huán)座3由銷軸2連接，吊環(huán)座3與大鉤中心處的鉤桿13焊接在一起，筒體7和鉤身8用左旋螺紋連接，并用止動塊防止螺紋松動。鉤身和筒體可沿鉤桿上下運動，筒體內裝有5、6兩個壓縮彈簧。35 在工作時，大鉤下的鉆柱載荷通過鉤身作用在筒體上，使彈簧5、6壓縮，通過筒體的臺階端面作用于固定在鉤桿上的止推軸承16的座圈15上，從而使大鉤載荷通過提環(huán)作用于游車上。壓縮彈簧在起鉆時能使立根松扣后向上彈起。36 DG-350大鉤筒體內裝有機油。

13、止推軸承上座圈將油腔分為兩部分，座圈上開有油孔使兩部分油腔相通。由于油流通過孔道的阻尼作用，吸收了起下作業(yè)時鉤身的沖擊振動，可防止鉆桿接頭螺紋損壞。37 筒體上端有一個由六個小彈簧和定位盤4組成的定位裝置，它的作用是借助定位盤與吊環(huán)座環(huán)形接觸面間的摩擦力，防止提升空吊卡時鉤身相對提環(huán)轉動，以便于二層臺井架工操作。38 DG-350大鉤的轉動鎖緊裝置17可以在圓周任一位置將鉤身鎖住。當把“止”端手把向下拉時，鎖緊裝置中的制動輪嵌入大鉤鎖環(huán)的凹槽內，使鉤身不能相對提環(huán)轉動。當將“開”端的手把向下拉時，制動輪脫出大鉤鎖環(huán)凹槽并被卡住，鉤身即可轉動。39三、鋼絲繩鉆機游動系統(tǒng)鋼絲繩起著懸持游車、大鉤和

14、井中全部鉆具的作用。我國鉆機標準中規(guī)定，石油鉆機應保證：在鉆井繩數(shù)和最大鉆柱重量的情況下，鋼絲繩的安全系數(shù)3在最大繩數(shù)和最大鉤載情況下，鋼絲繩的安全系數(shù)2結構：鋼絲繩先由鋼絲繞一根中心鋼絲制成繩股，再有繩股圍繞繩芯捻成繩。繩芯分為油浸纖維芯、油浸麻繩芯和金屬芯。繩芯的作用是支撐繩股、儲油、潤滑鋼絲、減少磨損、受力均勻。鋼絲繩按捻搓方向分為：左旋順捻、左旋逆捻、右旋順捻、右旋逆捻四種。鋼絲繩穿繩方法1、順穿法2、交叉法40鋼絲繩的合理使用：1、不得在鋼絲繩纏亂的情況下承受負荷。2、繩徑與滑輪繩槽相匹配。3、滑輪或滾筒直徑與鋼絲繩直徑比例要合理，二者的比值不得小于18.4、切割時應先用軟鋼絲纏好兩

15、端。5、上繩卡時，兩卡子之間不應小于繩徑的6倍，卡子擰緊程度是鋼絲繩被壓扁1/3為宜。6、應經常檢查鋼絲繩有無斷絲、潤滑狀態(tài)。41四、游動系統(tǒng)鋼絲繩與滑輪力學分析1.運動分析 起下鉆的目的是為了更換新鉆頭，繼續(xù)鉆進。 為了提高鉆井效率，要充分利用絞車功率，以縮短起下鉆時間。為此，首先要了解起下鉆過程的運動規(guī)律和大鉤載荷變化規(guī)律。 如圖2-3所示，設V為大鉤速度，V1V6 為各段鋼繩速度， Vf和Vd 為快繩和死繩速度，Z為有效繩數(shù)，D為滑輪直徑, V和n為天車滑輪旋轉的線速度和轉速。F1F2F3F4F5F64FfVf0FdVdbcV1V2V3V4V5V6a42四、游動系統(tǒng)鋼絲繩與滑輪力學分析則

16、鋼繩速度依次為： Vf=V1=6V=ZV; V2=V3=4V; V5=V4=2V; V6=Vd=0 （2-1）天車滑輪速度依次為： V1=ZV， n1=60ZV/(D); V2=4V， n2=604V/(D); V3=2V， n3=602V/(D); V4=0， n4=0 （2-2）43四、游動系統(tǒng)鋼絲繩與滑輪力學分析由上述分析及(2-1)和(2-2)式可見：其一，在起下鉆過程中，快繩側的鋼絲繩運動速度明顯高于死繩側，其彎曲次數(shù)比死繩側要多出數(shù)倍，快繩側鋼絲繩會疲勞斷絲或斷芯。當鋼絲繩一個螺距上斷絲數(shù)達到繩中全部鋼絲數(shù)10%，或者鋼繩斷芯致使鋼繩直徑小于原始直徑的75%時，應將此段鋼繩報廢，即

17、將報廢段鋼絲繩斬斷，由死繩端儲繩卷筒中放出新繩，重新固定在滾筒上。其二，在起下鉆過程中，快繩一側的滑輪轉速要比死繩一側高數(shù)倍，所以愈靠近快繩處的滑輪輪槽及滑輪軸承磨損愈嚴重。44四、游動系統(tǒng)鋼絲繩與滑輪力學分析因此,當對天車、游車進行檢修時應將其滑輪及軸承進行倒換，即把靠近死繩側的滑輪及軸承與靠近快繩側的滑輪及軸承對換，以均衡它們的壽命。當輪槽磨損嚴重或已經出現(xiàn)波紋狀溝痕時，應更換滑輪，以延長鋼繩的壽命。452.動力分析 三種工況：大鉤懸重靜止、大鉤起升、大鉤下放。 如圖2-1所示，設： Qs，s為起升時游動系統(tǒng)起重量和效率；Qh為鉤載；Gs為游動部件常量； Ff，F(xiàn)1，F(xiàn)2，F(xiàn)z，F(xiàn)d為快繩

18、、各游繩和死繩的拉力； Qs，s為下鉆時游動系統(tǒng)起重量和效率； Ff，F(xiàn)1，F(xiàn)2，F(xiàn)z，F(xiàn)d為下鉆時快繩、各游繩和死繩的拉力。 1）當大鉤懸重靜止時，各段游繩拉力相等，即： Ff=F1=F2=Fz=Fd ； Qs=Qh+Gs=F1+F2+Fz=ZFf； Ff=Qs/Z （2-3）46 在大鉤起升和下放時，鋼繩處于運動狀態(tài)，由于鋼繩與滑輪輪槽間和滑輪軸承的摩擦阻力和鋼繩內部的摩擦阻力(彎曲阻力和由于彎直變化而產生的僵性阻力)，使各繩拉力發(fā)生了變化。 2）當大鉤起升時，有： FfF1F2FzFd 設為一個繩輪的效率，則快繩拉力為 Ff=Qs(1-)/(1-z) （2-4） 游動系統(tǒng)效率為： s=(

19、1-z)/Z(1-) （2-5） 可見，有效繩數(shù)越多，游動系統(tǒng)效率越低。2.動力分析47 3）當下鉆時，有： FfF1F2FzFd 則快繩拉力為 Ff=Qsz(1-)/(1-z) （2-6） 游動系統(tǒng)效率為： s=Zz(1-)/(1-z) （2-7）由上述分析可見，在起鉆和下鉆時各游繩拉力是不同的，其中起鉆時快繩拉力為最大。 當Z相同時可取s s，即： s=s= （z+1）/2 （2-8）2.動力分析48游動系統(tǒng)效率可直接選取鉆機游動系統(tǒng)的效率值49第三節(jié) 鉆井絞車鉆井絞車不僅是起升系統(tǒng)的執(zhí)行部件，而且也是整個鉆機的核心設備，是鉆機三大工作機之一。50鉆井絞車51一、概述1.鉆井絞車的功用 (

20、1)用以起下鉆具，下套管； (2)鉆進過程中控制鉆壓，送進鉆具； (3)借助貓頭進行上、卸鉆具絲扣，起吊重物及進行其它輔助工作； (4)作為轉盤的變速機構或中間傳動機構； (5)整體起放井架。 (6)利用撈砂滾筒，進行提取巖芯筒、試油等工作。52鉆井工藝對絞車的要求1.足夠大的功率和一定的超載能力2.足夠的尺寸和容繩量3.適應起重量變化4.靈敏可靠的剎車機構和強有力的輔助剎車5.一定剛度的支架和底座6.控制臺手柄等相對集中7.滿足上卸鉆具絲扣起吊重物要求532.鉆井絞車的組成盡管各型絞車結構上各式各樣，但究其實質一般都由以下幾部分組成：(1)滾筒、滾筒軸總成，這是絞車的核心工作部件。滾筒應有足

21、夠的容繩量，保證纏繩狀態(tài)良好以延長鋼繩壽命；542.鉆井絞車的組成 (2)絞車具有靈敏可靠的主剎車機構及性能良好的輔助剎車，使其能準確地調節(jié)鉆壓，均勻送進鉆具，在下鉆過程中隨意控制下鉆速度和省力地將最重鉆柱載荷剎住； 下圖為剎車機構示意圖。552.鉆井絞車的組成 (3)貓頭和貓頭軸總成，用以滿足大鉗上、卸扣和其它輔助起重的需要。有的貓頭軸上還裝有撈砂滾筒，用以提取巖心筒；562.鉆井絞車的組成 (4)傳動變速系統(tǒng)，引入并分配動力和傳遞運動，提供足夠的檔速； (5)控制系統(tǒng)，包括牙嵌、齒式、氣動離合器。它們一般都屬于鉆機控制系統(tǒng)的組成部分； (6)潤滑系統(tǒng)，包括黃油潤滑、滴油潤滑和密封、飛濺或強

22、制潤滑； (7)支撐系統(tǒng)，有焊接的框架式支架或密閉箱殼式座架。中型絞車整體運輸，其重量約在10噸以內;重型和超重型絞車要拆散成單元運輸，運輸?shù)膯卧獞?5噸以內，以便移運。57二、絞車的類型絞車的傳動方案決定了它的結構類型，按絞車軸數(shù)大致可歸納為：單、雙軸絞車三軸和多軸絞車獨立貓頭軸多軸絞車：獨立貓頭軸和轉盤轉動裝置構成一個單元，至于鉆臺上，擔負接、卸鉆具和提升一般重物，還可以充當轉盤中間轉動裝置。主絞車置于鉆臺下面后臺上或聯(lián)動機底座上，擔負起、下鉆具、下套管、處理事故等任務，可避免長的上鉆臺鏈條。電驅動絞車58 1.單軸絞車這類絞車的特點是貓頭直接裝在滾筒軸兩端，滾筒活裝在滾筒軸上。為了提供

23、不同的起升速度，在絞車外面設置變速箱分別傳動絞車和轉盤。單軸絞車(左圖) 單軸絞車結構簡單，功率小，重量輕，移運方便，如C-1500型鉆機絞車就是這種類型。其缺點是貓頭轉速偏高，位置過低，操作不便，且滾筒檔速不能獨立安排，影響起下鉆速度。592.雙軸絞車雙軸絞車由貓頭軸和滾筒軸組成，由于貓頭和滾筒分軸，使貓頭的速度和位置都得到改善，解決了貓頭的操作不便問題。其仍然采取外變速方案。如ZJl5D和ZJ20-2型鉆機采用此方案以使絞車結構簡單，重量輕，便于移運。603三軸絞車這類絞車的特點是在雙軸絞車的基礎上增加了引入動力的傳動軸，且貓頭軸亦參加變速傳動。大慶130鉆機和ZJl30-1采用的JCl1

24、4.5絞車即屬此類(下圖)。613三軸絞車 JCl14.5絞車能實現(xiàn)相互獨立的三個低速檔和一個高速檔。由于三軸之間空間較大，不能設置倒檔，該型鉆機在機房設置有倒檔齒輪箱。由于變速機構也兼顧轉盤，取消了外變速箱，但絞車本身卻復雜了，重達20噸，移運時折成三軸一架四個單元運輸，移運和安裝都不方便。624.多軸絞車左圖所示為JC-45絞車。 將四軸以上的絞車稱為多軸絞車，其特點是貓頭軸不參加變速傳動，貓頭中間空出來的位置可加裝輔助撈砂滾筒，而另設中間軸解決變速和傳動的要求。一般可實現(xiàn)6正2倒的滾筒速度，ZJ32J、ZJ45、ZJ45J、ZJ60D等國產鉆機都采用這一方案。635、電驅動絞車由于直流電

25、驅動和交流變頻電驅動鉆機的問世，結構更為簡單的電驅動絞車應運而生。此種絞車利用直流電機或交流變頻電機為動力，分別驅動滾筒軸和貓頭軸。因電動絞車的結構較簡單，一般貓頭軸不分設單元，和主絞車構成一整體。64三、絞車的技術規(guī)范65一、概述2.絞車型號JC XX X 絞車級別：114mm鉆桿，100m為單位絞車代號絞車形式66JC50DB絞車1、總述：絞車基本形式為單軸絞車，其結構主要由滾筒軸、齒輪減速箱、轉盤傳動箱、絞車架及潤滑、氣控、水冷卻系統(tǒng)等組成。其傳動形式為，電機通過齒輪減速箱直接傳動滾筒軸。鉆臺上配有液壓貓頭，以滿足鉆進和起下作業(yè)的要求。絞車的主剎車為液壓盤式剎車，兩個剎車盤集中布置在軸左

26、端；輔助剎車既可用能耗制動，也可用336WCB型伊頓盤式氣剎車。轉盤由獨立驅動電機通過鏈條傳動箱、錐齒輪箱及萬向傳動軸來驅動，獨立驅動電機置于鉆臺面上，并與絞車電機通過右側伊頓CH1250離合器連接，這樣既可實現(xiàn)兩電機并車傳動絞車，也可在一個電機出故障時相互替換使用，以提高絞車和轉盤的可靠性計算機程序控制西門子全數(shù)字矢量變頻器,驅動YJ型低基頻大扭矩變頻調速電機，可實現(xiàn)帶載起動及零轉速輸出最大扭矩67一體化司鉆控制室，司鉆控制室主要包括控制、顯示和監(jiān)視三大功能顯示功能監(jiān)視功能控制功能6869JC50DB70712、絞車的特點1）滾筒軸是由一臺交流變頻電機通過齒輪減速箱驅動的，特殊情況下，可由兩

27、臺電機并車驅動。滾筒提升速度，通過電機實現(xiàn)無級變速。2）減速箱中間軸上裝有伊頓CH1940離合器，以滿足下放空吊卡和起下鉆點動操作。3）下鉆時電動機反轉，則變成發(fā)電機，可充當絞車的輔助剎車進行能耗制動。實現(xiàn)對電網能量反饋，減少制動裝置的能量損耗，節(jié)約能源。根據需要也可在滾筒軸右端安裝一個伊頓336WCB2盤式氣剎車作為絞車的第二輔助剎車。能耗制動在鉆具整個下放過程中，絞車滾筒以反力矩拖動絞車電機反轉，絞車電機這時處于“發(fā)電”工況，產生電磁制動力矩，使游動系統(tǒng)和鉆具的下放以給定值運行。系統(tǒng)通過總線方式實時采集絞車電機的相關電氣參數(shù)，通過PLC系統(tǒng)（可編程邏輯控制器ProgrammableLogi

28、cController）把實際速度與設定速度的差值發(fā)送到變頻系統(tǒng)，通過軟件動態(tài)控制絞車電機的下放速度，實現(xiàn)絞車的數(shù)控能耗制動。722、絞車的特點4）采用雙聯(lián)電動齒輪油泵裝置，對齒輪減速箱強制潤滑。5）減速箱采用收縮盤式結構與滾筒軸相連，安全可靠，減小軸向尺寸。6）主剎車采用液壓盤式剎車，兩個剎車盤集中布置在軸左端，每個剎車盤上裝有兩個工作鉗和一個安全鉗，由司鉆房集中控制。7）裝有過卷閥式和數(shù)碼式防碰裝置，使起下作業(yè)安全可靠。8）油氣水管線布置于鋪板下易于檢修的地方733、絞車提升能力： 電機轉數(shù)（rpm）大鉤載荷（kN）12繩提升速度（m/s）12繩80312380.793010700.821

29、0099860.8811288820.9912078251.0613876281.2215674931.3817374021.52ZJ50/3150DB-1鉆機的最大鉤載3150kN，此時，必須兩臺電機并車。當單電機超載1.5倍時的提升能力：大鉤載荷1857kN，提升速度0.7m/s。交流變頻電機額定轉速803rpm，額定轉矩11876Nm 74JC50DB絞車提升曲線75絞車主要部件1）滾筒軸總成 滾筒軸總成主要由水氣葫蘆、兩個剎車盤、滾筒體、軸和軸承等組成。兩個剎車盤直徑1400mm，厚度75mm，剎車盤內有冷卻水道、進、排水口和放水口。開槽滾筒體由三段鑄、焊而成，滾筒體直徑790mm，纏

30、繩部位長度1555.6mm，總長度2108mm。滾筒軸軸承規(guī)格23052CC/W33（260400104）。滾筒軸的動力由兩臺型號為YJ31F（1000kW，800rpm）交流變頻電機通過3H215.04絞車齒輪減速機傳至滾筒軸 762）絞車齒輪減速機 該減速機的作用是將絞車電機（型號為YJ31F（1000kW，800rpm）交流變頻電機）的動力通過減速器輸入軸與絞車電機之間的齒式聯(lián)軸器傳至滾筒軸，絞車電機也可以通過CH1250伊頓離合器并車共同驅動滾筒軸。所以減速機是JC50DB單軸絞車的外變速機構。該減速機為二級平行軸直齒圓柱齒輪減速器，第一級小齒輪齒數(shù)35，大齒輪齒數(shù)69，第二級小齒輪齒

31、數(shù)34，大齒輪齒數(shù)75，齒數(shù)比4.394，額定功率1840kW，輸入轉速8031800rpm。齒輪箱齒輪和軸承由電動油泵循環(huán)潤滑系統(tǒng)強制潤滑和冷卻，潤滑油為N220。為了保證潤滑油能正常工作，在環(huán)境溫度低于0時啟動設備應對潤滑油進行預熱，預熱溫度8。潤滑油工作溫度為585，最大工作溫升45，齒輪箱的工作環(huán)境溫度為-4045。潤滑油應39個月檢查油質一次 773）轉盤鏈條箱和角傳動箱其作用是將轉盤電機的動力通過LT500/250T離合器和齒式聯(lián)軸器傳給角傳動箱，鏈傳動副采用23排鏈條（140-364），小鏈輪Z21，大鏈輪Z27。角傳動箱中的主動錐齒輪Z25m16左旋，被動錐齒輪Z26m16右旋

32、，每根錐齒輪軸采用兩個不同型式的軸承支撐，靠近錐齒輪端的軸承是22326CC/W33（13028093）雙列調心滾子軸承，遠離錐齒輪端的軸承是NU326（13028058）主要承受徑向載荷的短圓柱滾子軸承，角傳動箱通過一根1574mm的傳動軸和兩根W51.5870萬向軸傳動轉盤，三根軸共采用三個22224C/W33（12021558）雙列調心滾子軸承支撐 78氣控箱剎把（二）JC45絞車79支撐系統(tǒng)（框架式支架或密閉箱殼式座架）80傳動系統(tǒng)（絞車軸、軸承、鏈輪、齒輪、鏈條）81XSZF-40司鉆控制房ZJ40CJD液壓起升系統(tǒng)操縱箱輪轂式離合器控制系統(tǒng)（牙嵌、齒式、氣動離合器，司鉆操作臺、控制

33、閥）8283支撐系統(tǒng)8485第四節(jié) 絞車的剎車機構86第四節(jié) 絞車的剎車機構 鉆井絞車的剎車包括主剎車和輔助剎車。主剎車用于各種剎車制動，輔助剎車僅用于下鉆時將鉆柱下放速度剎慢。 主剎車是機械式的，主要采用帶剎車，即通常所說的剎車機構。 盤式剎車以良好的性能正逐漸為鉆井絞車所接受。由于帶式剎車結構簡單，使用方便，因而今后相當長的時間內完全有可能是帶剎車和盤式剎車并存。 圖所示為PS系列盤式剎車。87一、帶剎車的結構原理1.帶剎車的結構組成 主要由控制部分、傳動部分、制動部分平衡梁和氣剎車等組成。圖所示為單杠桿剎車機構。圖2-6 單杠桿剎車機構88帶剎車的結構組成89剎車機構主要由制動部分(剎帶

34、1，剎車鼓2)、控制部分(剎把4)、傳動部分(傳動杠桿或稱剎車曲軸3)、輔助部分(平衡梁6和調整螺釘7)、氣剎車等組成。剎車時，操作剎把4轉動傳動杠桿3通過曲拐拉曳剎帶1活端使之抱緊剎車毅。剎把4同時轉動司鉆閥5以啟動、調節(jié)氣剎車8的氣缸壓力。氣剎車對傳動杠桿的作用與剎把相同，故起省力作用。平衡梁6是用來均衡左右兩剎帶的松緊程度，以保證它們受力均勻。當剎車塊磨損使剎帶與剎車鼓之間的初始間隙增大，導致剎把剎止角過低時，可以通過調整螺釘，將剎帶與剎車鼓之間的間隙調整到合適的初始間隙。帶剎車的結構組成與工作原理90剎帶由彈簧鋼板制成，用帶彈簧的螺釘掛在絞車外殼上，松開剎車時，彈簧使剎帶均勻脫離剎車鼓

35、; 剎車塊鉚接在剎帶上，它由耐熱、耐磨，具有較大摩擦系數(shù)的石棉塑膠或石棉編制品壓制而成。剎帶91帶剎車的優(yōu)缺點優(yōu)點：1、包角可達270甚至330，其制動力矩隨包角的增大而增大，以適應重型絞車的需要。2、采用雙杠桿剎車機構既省力又安全。3、機構簡單緊湊，便于維修。缺點：1、剎車時滾筒軸受一軸向彎曲力，其植為向量和。2、只能用于單向制動，反向制動力矩小e倍 ，所以設計時注意滾筒的旋轉方向。3、活動端和固定端的剎車塊磨損不均衡。922.剎把調節(jié)與剎帶、剎車塊的調整 隨著剎車塊磨損量的增加，剎把終剎位置逐漸降低，影響操作時就需調節(jié)剎帶使剎把終剎位置恢復至合適高度。當磨損到一定程度后，剎車帶需進行整圓或

36、更換新帶。剎車塊磨損量達到一定厚度時就要更換。3.剎車機構的潤滑 要按規(guī)定對各部件注入潤滑脂或潤滑油，保持機構潤滑狀況良好。93二、帶剎車機構的基本計算1.絞車的工作計算 1）滾筒的纏繩直徑 滾筒任意一層纏繩直徑可表示為： De=D0+d+2(e-1)d （2-9） 式中 D0為滾筒直徑；e為纏繩層數(shù)；De為任意一層(或最外層)纏繩直徑；為修正系數(shù)；d為鋼繩直徑。 2）滾筒的平均工作直徑為： Da=(D2+De)/2 （2-10）式中 D2為第二層纏繩直徑；De為最外層纏繩直徑。94 3）滾筒纏繩總長為： L=D1n+Zl （2-11） 式中 D1為第一層纏繩直徑；n為層纏繩圈數(shù)；Z為有效繩數(shù)

37、；l為立根長度。 4）快繩速度為： Vfmin=D2n/60 （2-12） Vfmax=Den/60 （2-13） Vfa=Dan/60 （2-14） 5）大鉤速度為： Vfmin=Vfmin/=D2n/60Z （2-15） Vfmax=Vfmax/Den/60Z （2-16） Vfa=Vfa/Dan/60Z （2-17） 952.絞車的制動計算下鉆操作的特點是在起鉆過程中作為系統(tǒng)負載的鉆柱載荷成為下鉆過程中系統(tǒng)的動力，帶動整個系統(tǒng)運動，而絞車上必須裝置包括機械剎車和輔助剎車的制動裝置來吸收鉆柱下放時釋放的能量。 制動裝置把吸收的能量轉變?yōu)闊崮芤萆⒌嚼鋮s水或空氣中。圖2-6 下鉆操作示意圖96

38、2.絞車的制動計算 開始下鉆前要稍提鉆柱，撒掉吊卡(或卡瓦)，摘開離合器，剎住鉆柱。下鉆開始時，司鉆將剎把抬起，完全松開剎帶，整個系統(tǒng)在鉆柱作用下以接近自由落體加速度加速。到此時開始剎車，由于制動裝置即滾筒吸收了能量，隨著制動力矩的增大，下落加速度逐漸減小。圖2-7 下鉆示意圖972.絞車的制動計算 當鉆柱下放至接近立根行程終點時，司鉆壓住剎把減速下放，此時制動裝置制動力矩大于鉆柱靜力矩，加速度為負值（慣性力為正，向下）。直至到達終點，完全剎住鉆柱。 MM靜M動圖2-7 下鉆示意圖98 一般安全操作時下鉆速度應控制在22.5米秒以內。在不具備安全可靠，靈活的剎車裝置的情況下，下鉆速度過大，容易

39、發(fā)生溜鉆砸轉盤事故，損壞設備。 顯然，如果鉆柱下放速度較大，且在下放終點前急剎車，就會產生很大的沖擊載荷。因此，司鉆在下鉆行程結束前45米就開始剎車減速，降低鉆柱的下放速度，然后剎住鉆柱，這樣就可以把沖擊載荷減小到最低限度。991.制動力的確定（1）最大制動力矩 由于減速下放所產生的慣性力矩，當下鉆終了剎住鉆柱時刻的制動力矩達到最大。 最大制動力矩為： Mmax=M靜= (QsD2)/(2Z)sd (2-18)（2）最大制動力 因Mmax=FbmaxDd/2，即 Fbmax=Fb=(QsD2)/(ZDd)sd (2-19)式（2-18）和（2-19）中的為動載系數(shù)，其值取決于下鉆操作。這是因為

40、最大制動力矩產生于鉆柱剎止時，此時作用在快繩上的載荷為鉆柱的靜載荷、慣性載荷、振動載荷及沖擊載荷。其中上述前三種載荷與操作無關，而剎止時的沖擊載荷則完全取決于下鉆操作，當下鉆速度低(如以1 ms速度下放)，行程結束前提前45米就開始減速平穩(wěn)剎住鉆柱，沖擊載荷很小，1.5；如以高速(2ms)下放，并在終點急剎車，沖擊載荷較大，2.5。1002.剎帶兩端的拉力 剎帶兩段端拉力的關系：T=teua 制動力與兩端拉力的關系：T=t+Fb 所以得：tmax=Fbmax/(eua-1) Tmax=Fbmaxeua/(eua-1) 3.剎車杠桿傳動比 剎車杠桿指剎把、曲拐軸、曲拐連桿等構件，其作用是將剎把上

41、的操作力放大若干倍以滿足剎止鉆柱時活端總拉力t的需要。 （1）單杠桿剎車機構為： i=t/F=(l/r)cos/sin(+) (2-20)（2）雙杠桿剎車機構為： i=t/F=(l/r)b(cos)/asin(+) (2-21)101液壓盤式剎車目前國內外在用的石油鉆機絞車上，廣泛應用著帶剎車系統(tǒng)。但由于帶剎車系統(tǒng)的固有工作特性的限制，已不能充分滿足深井和超深井作業(yè)和緊急狀態(tài)下剎車的需要，例如:剎車力矩不足，性能不穩(wěn)定，操作費力，剎車不靈敏，耐熱衰減性能差等，致使在鉆井作業(yè)或緊急狀態(tài)剎車時時有溜鉆和頓鉆事故發(fā)生。所以，安全、方便、靈敏的新型盤式剎車應運而生。102液壓盤式剎車盤式剎車為盤鉗式液

42、壓剎車，數(shù)十年前即已在機車，汽車，飛機及礦山提升機等獲得了成功運用。它已被成功地引入到了鉆井絞車?，F(xiàn)國外的盤式剎車絞車已完成系列化推廣運用工作。國內從90年代開始研制盤式剎車，先在修井機絞車上使用，后來開始引入鉆井絞車，現(xiàn)國內新生產的40級別(包括ZJ40/2250)以下的鉆機絞車主要配用盤式剎車，同類級別在用鉆機絞車剎車也開始進行改裝，超重型鉆機盤式剎車絞車已研制成功。根據技術發(fā)展預測，隨著石油鉆機絞車盤式剎車的技術發(fā)展，在新設計的絞車中會主要采用盤式剎車，而在用絞車亦將逐步改造成盤式剎車，盤式剎車取代剎車的進程將逐步加快。 SY-PS盤式剎車1031.液壓盤式剎車的結構組成液壓盤式剎車組成

43、剎車盤開式剎車鉗（安全鉗）閉式剎車鉗（工作鉗）鉗架液壓動力源控制系統(tǒng)其中液壓系統(tǒng)提供制動能量，剎車鉗作為執(zhí)行元件，剎車盤與剎車鉗上的剎車塊組成制動偶件。 如圖所示，為鉆井絞車用盤式剎車的典型結構。104盤式剎車的剎車盤105ZJ50鉆機上的剎車鉗及鉗架106液壓動力源由油箱組件、泵組、控制塊總成、加油組件、電控箱等組成。液壓動力源107剎車鉗結構方案按照剎車鉗缸零油壓時的制動狀態(tài)可分為常開式鉗和常閉式鉗。它們典型的制動工作原理如圖2-13所示。對于常閉鉗制動方案(圖2-13a)，由于碟簧作用力可使剎車塊壓向剎車盤，因此增大進入鉗缸的油壓將抵消一部分碟簧作用力，使制動力下降。反之，降低油壓，則可

44、增加制動力。對于常開鉗制動方案(圖2-13b)，由于油壓作用力可使剎車塊壓向剎車盤，因此，增大進入鉗缸的油壓將使制動力增大，而降低油壓則將使制動力下降。 這樣，操作司鉆手柄，使進入鉗缸的油壓連續(xù)變化，可實現(xiàn)對剎車制動力的連續(xù)調節(jié)。圖2-13108按制動傳導方式可分為杠桿式和固定鉗兩種，如圖2-14所示。杠桿鉗由一中心液缸推動雙活塞反向動作，通過杠桿機構對剎車塊加壓(圖2-14a，b)。固定鉗由兩個對置液缸分居剎車盤兩側，分別通過活塞直接對剎車塊加壓(圖2-14c，d)。 上述每一種又可分為常開式和常閉式兩類。剎車鉗結構方案圖2-14109鉆機盤式剎車全套工作鉗由工作鉗和應急鉗組成。前者用于正常

45、鉆進操作(起下鉆，鉆進)過程；后者作為安全保險用，亦稱安全剎車鉗。一般來說，絞車剎車工作鉗采用常開式的液壓加壓，而應急鉗采用常閉式的彈簧加壓。盤式剎車采用杠桿鉗以便利用杠桿增力倍數(shù)不致使液壓系統(tǒng)工作壓力過高，而采用固定鉗則可以使結構緊湊，可靠性亦較高。液壓系統(tǒng)的設計要保證在緊急情況下安全鉗回油，工作鉗進油而使它們同時剎止剎車盤(雙剎保險)，在油泵斷電時能利用儲能器臨時工作。剎車鉗結構方案1103.液壓盤式剎車的特點與帶剎車相比，盤式剎車具有以下優(yōu)點:1)剎車平穩(wěn)、性能穩(wěn)定、熱衰退性較小。2)整體剎車盤，內部有水冷內腔，可把連續(xù)剎車產生的熱量很快帶到剎車盤外面，不使剎車盤過熱，具有較好的剎車性能

46、、摩擦系數(shù)穩(wěn)定、使用壽命較長。 3)采用高合金鋼制造剎車盤，剎車盤表面具有較高的硬度，耐磨性能好，使用壽命長，更換易損件次數(shù)較少。 4)鉆井實踐表明:盤式剎車具有充足的儲備剎車力矩，特別是在水剎車或電磁渦流剎車出現(xiàn)故障時，也能剎住最大載荷。 司鉆的控制力小，具有靈敏的操作手感。5)液壓系統(tǒng)工作壓力為6.85MPa，最大壓力為13.7Mpa，實際使用只需要四分之一的設計壓力就可以剎住最大鉆柱載荷，使用安全可靠。 1113.液壓盤式剎車的特點6)盤式剎車容易控制和掌握，剎車時沒有噪音，對環(huán)境污染較少，工人勞動條件改善。7)更換剎車鉗最多不超過15分鐘，此外，由于剎車塊壽命長，更換次數(shù)也大大減少。8

47、)盤式剎車與自動送鉆裝置相結合，可實現(xiàn)優(yōu)良的自動送鉆功能。這種一體化技術，具有優(yōu)良的鉆井性能和鉆井質量，還具有較好的各種技術經濟指標。9)液壓控制系統(tǒng)還可實現(xiàn)遙控盤式剎車，這一優(yōu)點對于井口存在著危險的井進行鉆井是非常重要的，可以確保操作人員的安全。 10)采用微機監(jiān)控盤式剎車，如果鉆機提升系統(tǒng)出現(xiàn)超速、超載荷或超位以及鉆機功率不足時，盤式剎車可以自動剎車，確保安全作業(yè)。1124. 盤式剎車的發(fā)展 盤式剎車經過十多年的實踐，基本結構沒有大的變化，其中發(fā)展主要體現(xiàn)于以下方面: 1)剎車盤的結構改進：除有風冷和水冷結構之外，由于剎車力矩儲備較大，在中小型石油鉆機中，有可能減少為一個剎車盤。只用一個剎車盤，簡化剎車結構、降低成本、提高指標。2)剎車鉗的結構改進：取消雙活塞液缸和杠桿增力機構，改為兩個液缸直接控制剎車塊。 將工作剎車鉗由常開式改為常閉式結構，用工作剎車鉗代替緊急剎車鉗。在每個剎車盤上只用一種常閉式工作剎車鉗。減少品種、通用性和互換性好，易損件儲備品種也大大地減少。3)自動送鉆與盤式剎車一體化技術：這種一體化技術是繼盤式剎車問世以來，又派生出來的一種新技術，它具有送鉆更均勻、鉆井質量高、取芯率高、井眼軌跡偏移小、經濟效益好、事故少等優(yōu)點，具有更高的技術經濟指標。 美國GH-Bear自動送鉆裝置與GHTTE型盤式剎車一體化技術就是其中一例。 此外，