海洋修井机辅助刹车与循环水泵控制系统改造*

李 浩,邓忠彬,罗小昌,汤佰战

(中海油能源发展装备技术有限公司,天津 300452)

海洋修井机辅助刹车与循环水泵控制系统改造*

李 浩,邓忠彬,罗小昌,汤佰战

(中海油能源发展装备技术有限公司,天津 300452)

通过对在役的海洋修井机辅助刹车操作方式现状的分析,找到了辅助刹车密封和摩擦片频繁损坏的根源,提出了经济实用的技术改造方案,在辅助刹车系统与循环水泵之间建立了一种自触发的联动机构,完成了设计与改造。通过现场试验与使用表明,改造后的修井机辅助刹车系统性能良好,完全能满足现场所有修井工况的要求。

辅助刹车;循环水泵;司钻房;海洋修井机

0 引 言

海洋修井机在修井作业的通常情况下,司钻在操车过程中需要经常挂合绞车辅助刹车离合器进行操车。正常操作程序为：先开启钻台配电箱处循环水泵开关,再进入司钻房内挂合辅助刹车。但司钻在操控主滚筒绞车作业时精神高度集中,加之在实际作业中,循环水泵开关又安放在司钻房外,而辅助刹车系统开关则安装在司钻房内,两者相距较远。故司钻经常忘记启动冷却循环水泵电机,辅助刹车冷却循环系统无法工作,造成辅助刹车系统在短时间内温度骤然升高,导致辅助刹车密封和摩擦片高温损坏。为解决此难题,特需要对辅助刹车与循环水泵的控制系统进行联锁改造。

1 改造前的方案及其控制原理简述

1.1 改造前方案简述

修井作业时,用辅助刹车(目前海洋修井机使用的大部分为伊顿WCB型,是一种水冷却、气动压紧、弹簧松开的盘式刹车)匀速下放钻柱,紧急制动和夹持锁死大钩载荷。该刹车具有结构紧凑,转动惯量小,操作安全、平稳、简单,工作可靠的特点[1]。其作用为减缓钻具下降速度的阻尼装置,下降钻具时利用辅助刹车产生阻力矩,以平衡由于钻具重力作用施于绞车上的驱动力矩,使钻具得以以匀速下降。

辅助刹车与绞车(主滚筒)装在同一旋转轴上,在向井内下放钻具时,其转子与绞车同轴转动,通过控制其推盘距离以摩擦的方式使绞车带动游车大钩缓慢且均匀的下放,但由于采用连续磨合状态下的张力控制,辅助刹车自身会产生大量的热量。因此,辅助刹车通常采用循环水冷却的方式来保证设备正常运转。辅助刹车水冷却系统主要包括循环水泵、水箱及管路。因此,在辅助刹车工作前,必须启动循环水泵,以保证辅助刹车性能。

1.2 控制原理简述

1.2.1 辅助刹车的工作原理

辅助刹车总成安装在绞车同一旋转轴上,工作时,压缩空气从辅助刹车气缸进口处导入压缩空气,使活塞及压紧盘组件向法兰方向移动并压紧动弹簧。当压力上升时,摩擦盘被夹紧在压力盘和法兰之间,使与动盘相啮合的轴停止转动或转速受到限制,改变供气压力,从而可以改变刹车带扭矩,辅助刹车中部安装有一个中间盘,复位弹簧协助活塞和压紧盘,中间盘脱开和回位。所产生的大量热量通过铜合金静摩擦盘后面的特殊型腔的冷却水流散发。此时,含有大量热量的冷却水进入循环水泵将冷却水中的热量发散至空气中。

1.2.2 循环水冷却系统的工作原理

循环水泵将冷却水通过水管线分别向主刹车和辅助刹车供水冷却,经过主、辅刹车的冷却水水温升高通过回水管线经散热器使水温迅速下降,流回冷却水箱后,再由循环水泵吸入、排出,形成冷却循环回路。

原始改造前的循环水泵与辅助刹车电路如图1所示,循环水泵启动过程为：按下启动按钮SB2,接触器KM线圈得电,与SB2并联的KM辅助常开触点闭合,常闭触点断开,以保证松开按钮SB2后KM线圈持续得电,串联在电动机回路中的KM主触点持续闭合,电动机连续运转,从而实现连续运转控制。

循环水泵停止过程为：按下停止按钮SB1,接触器KM线圈断电,与SB1并联的KM辅助常开触点断开,常闭触点闭合,以保证松开按钮SB1后KM线圈持续断电,串联在电动机回路中的KM主触点持续断开,电动机停转。

图1 改造前的循环水泵与辅助刹车电路原理图[2]

2 改造方案及其控制原理简述

2.1 改造方案简述

为了解决此问题,笔者在现用辅助刹车和循环水泵的基础上设计了一种自触发联动系统,其设计原理为水泵电机控制回路接入辅助刹车系统气路进气压力开关信号,将该套水泵循环系统控制形式改造为“气控电”形式,其设计要点如下。

(1)循环水泵与辅助刹车不变,重新制作一个隔爆型水泵电机启停控制箱,将原始水泵控制箱由仅能手动控制改造为手动/自动选择双向选择控制。

(2)在司钻房内的辅助刹车挂合两位三通控制阀上引出1个分支气路管线,安装至该重新制作的隔爆型水泵电机启停控制箱,即辅助刹车挂合后,一路压缩空气可通往新制作的隔爆型水泵电机启停控制箱(改造后的辅助刹车气控原理图如图2所示),以实现辅助刹车控制气对两位三通电磁阀的控制。

(3)在司钻房内操作台上加装温控及流量传感器、报警铃、报警灯,以实现设备司钻对辅助刹车系统的监控。

图2 改造后的辅助刹车气控原理图

2.2 控制原理简述

当水泵控制箱的主令开关旋到“自动”位置,整套循环水泵系统装置便处于自动控制状态,此时,如果司钻房挂合辅助刹车离合器,全自动水泵控制箱内的压力开关将收到气压信号,当气源压力达到0.6～0.8 MPa工作压力时,压力开关闭合,启动循环水泵电机,冷却循环系统工作产生的压力通过压力开关打开刹车离合器进气阀,辅助刹车正常工作[3]。

若压力开关故障,可以切换到手动控制模式,当辅助刹车控制手柄动作时,若接触器或压力开关任一一个出现故障引起电机不能自动启动,系统蜂鸣器将会报警。此时将水泵控制箱的主令开关旋到“手动”位置(手动位置为检修传感器工况使用),冷却循环系统水泵电机启动,此时压力开关不起作用,压力开关在冷却循环系统工作产生的压力情况下打开刹车离合器进气阀,辅助刹车正常工作(改造后的循环水泵与辅助刹车电路原理图如图3所示)。

图3 改造后的循环水泵与辅助刹车电路原理图

3 成果应用案例

3.1 改造具体实施步骤

(1)将原始水泵控制箱拆除,包括所有电气线路。

(2)安装隔爆型水泵电机启停控制箱。

(3)在电机控制回路接入辅助刹车系统,气路进气压力开关信号。

(4)改造辅助刹车,并调整刹带间隙。(5)通电通气调试。

(6)完成改造善后工作。

第一套冷却循环系统与辅助刹车系统于2015年5月改造完成后并投入使用。该套系统各项性能指标均达到改造设计要求,完成多次大修井作业,未发生摩擦片烧损等故障现象。修井机改造方案完全可以满足现代钻修井工艺的要求。

3.2 改造后的优点

(1)即使在操作人员忘记打开冷却循环系统情况下,冷却循环系统仍然会自动循环。

(2)在冷却循环系统故障或电机损坏情况下,辅助刹车操作会自锁在不挂合状态下,需要检修后才能挂合辅助刹车离合器,使修井机正常作业。

(3)系统出现故障会发出报警音,提示系统需要检查。

(4)系统工作电压范围宽,稳定性好,抗干扰能力强,可长时间无故障使用。

(5)整套系统防腐、防爆,安全性好。

4 结 语

此次修井机的改造方案是在岐口18-1平台修井机改造的基础上提出的,经过认真总结与现场调研后制定的,用此方案改造的修井机能够大幅提高修井机的整体性能,减少了维修时间,间接的提高了钻修井的效率,在现场应用中也取得了很好的效果,值得推广。

[1] 黄粤川,郝正鹏.ZJ70DZ型钻机用伊顿436WCB型刹车失效分析[J].石油矿场机械,2006,35(增刊)：82-83.

[2] 张 勇.电机拖动与控制[M].北京：机械工业出版社,2011.

[3] 张振勇,刘 燕.HXJ135海洋修井机操作及维护手册[Z].湖北第四石油机械厂, 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,工程师,主要从事海洋修井机设备电气专业的设计及技术管理方面的工作。