直流钻机绞车润滑系统改进

陈伟松 ，董 辉 ，胡军旺

（1.兰州兰石石油装备工程股份有限公司，甘肃兰州 730314；2.机械工业油气钻井装备工程技术研究中心，甘肃兰州 730314）

0 引言

绞车在石油钻井过程中起到提升钻具、遇险解卡的作用，是钻机的核心设备。绞车的润滑是维系绞车正常运转的关键因素之一。

机械传动绞车一般采用链条传动方式，倒挡靠输入轴和中间轴的一对齿轮实现，其输入轴转向永远不变[1]，通过输入轴带动机械齿轮油泵给绞车润滑，跟滚筒轴正转或反转无关。交流变频绞车一般采用齿轮箱传动，外置电动齿轮油泵润滑，润滑系统靠油泵电机运行，与绞车传动系统的运动状态无关。直流电驱动绞车，传动系统及润滑系统的结构通常与机械绞车相似，但由于直流电机可正反转，与机械传动绞车的不同之处在于滚筒轴的正反转靠电机的正反转实现，简化了传动结构，但也带来了另外一个问题，即直流电驱动绞车的润滑。直流电驱动绞车与机械传动绞车相比，输入轴的转向会发生变化，导致输入轴带动的润滑油泵反转，存在润滑系统失效现象。

1 直流电驱动绞车润滑形式

直流电驱动绞车的润滑一般采用3种方式[2-5]。

（1）采用电动齿轮油泵，布置在绞车传动装置外侧（图1）。这种润滑系统与绞车驱动电机的转向无关，可以在任何工况下给绞车链传动系统提供润滑油。缺点是占用空间较大，润滑系统设计较复杂。直流电驱动绞车的结构比较紧凑，整个绞车架是一个封闭的空间结构，油箱位于封闭空间内。外置油泵很难直接采用立式结构安装于油箱上部，所以往往采用卧式油泵，通过管路从油箱中吸油，因此要求绞车能提供安装油泵和外置式油滤器的空间，致使绞车的结构尺寸增大。

电动绞车在钻机布置上一般采用上台布置、就近控制，以增强钻机的安全性和可靠性。而台面布置上能给绞车的位置非常有限,绞车长度尺寸受到限制,因此通常会在绞车的主体部分后侧增加1套分体模块,将自动送钻电机和润滑油泵安装于该模块上，致使绞车的宽度增大，重量增加。或将自动送钻装置架空安装于传动系统上部，并在绞车架内部分割出独立空间用于安装电动齿轮油泵（图2），这种结构由于油泵安装位置的空间有限,往往存在油泵电机散热效果差的问题。

（2）内置式齿轮油泵，绞车传动装置内部布置1台齿轮油泵（图3），输入轴通过链条传递动力。优点是不占用绞车额外空间位置，可靠性较高，基本不需要维护。由于常规直流绞车在下钻过程中高低速离合器脱开，依靠盘刹控制钻压，只有滚筒负载，整个传动系统无负载，因此在使用中未出现大的问题。但该类绞车反转时没有润滑，滚筒倒转前必须使绞车得到充分的润滑，且滚筒不能长时间倒转。

（3）绞车传动装置内部布置1正1反2台齿轮油泵，输入轴通过链条给油泵提供动力，无论输入轴正转还是反转，总有1台油泵工作，给绞车提供润滑。缺点是占用内部空间较大，绞车内部润滑管路的设计复杂，安装困难，应用较少。

图1 采用外置电动齿轮油泵润滑的绞车

图2 采用内置电动齿轮油泵润滑的绞车

2 基于双向齿轮油泵的绞车内置式润滑系统[6,7,8]

为了解决直流电驱动绞车反转运行过程中的润滑问题，设计一种基于双向齿轮油泵的内置式润滑系统（图4）。系统包括双向齿轮油泵、单向阀、溢流阀、润滑管道及喷油嘴等，安装于链条驱动的绞车内腔。双向齿轮油泵由绞车输入轴通过链条驱动，润滑油经双向齿轮油泵通过4个单向阀组成的桥式回路吸入排出至各润滑管道及喷油嘴，对绞车各挂链条进行润滑。油泵正转时，润滑油经单向阀a吸入油泵，从单向阀c进入润滑管道；油泵反转时，润滑油经单向阀d吸入油泵，从单向阀b排出到润滑管路。

图 3 内置式润滑油泵

图4 基于双向齿轮油泵的绞车内置式润滑系统

4个单向阀组成的桥式回路可以保证绞车输入轴正转或反转均有润滑油吸入排出，避免了链传动绞车中所采用的润滑系统在输入轴反转时链条无润滑的现象。桥式回路同时可保证润滑油在绞车停车时不回流，润滑管道中无空气进入，主润滑管道中始终有油存在,当油泵工作时润滑油能快速通过管道喷洒到链条上,系统具有较快的响应速度。

润滑系统在吸入口设置过滤器，保证吸入油泵的油干净、清洁；在排出管道设置溢流阀，保证润滑系统压力恒定。该润滑系统在结构布局方面,与前述内置式润滑系统基本相同,无需增加绞车的空间尺寸,可以安装在现有各类直流电驱动绞车上,安装维护方便。

3 结语

内置式润滑油泵供油和电动油泵供油是目前直流电驱动绞车常用的润滑方式，两种系统各有优点和缺点。内置式齿轮油泵性能可靠，可有效减少系统维护工作量，整个润滑系统置于封闭空间内，减小了润滑油被污染的概率，但当绞车传动系统处于反转时会出现无润滑现象，长时间运行会损坏传动系统；电动油泵润滑系统的运行不依赖于绞车传动系统，但需增加额外的空间用于安装电动油泵及过滤装置，空间占用较大、成本增加。

基于双向齿轮油泵的润滑系统，具有内置式油泵润滑系统和电动齿轮油泵润滑系统的优点，具有运行可靠、故障率低的特点，可以保证绞车在倒转及自动送钻时均能正常工作。系统响应速度快，应用效果良好。