钻机液压系统故障分析与排除

娄鸣鹤

（大庆钻探工程公司钻井三公司，黑龙江大庆 163413）

0 引言

钻机液压驱动是利用高性能油液作为工作介质来提供动力，可以实现对钻井系统的自动控制，已经被广泛应用到油气资源的开采中。钻机设备多配置液压盘刹、液压动力钳、液压绞车、平移装置等。可以实现无级调速，有着较为平稳的传动性能，对过载进行自动保护，自动控制程度较高，输出功率和扭矩都比较大。但受到液压油质量、过滤、密封性、冷却系统等方面的影响，如果油液中渗入空气或杂质会对液压系统的稳定性造成影响，会存在振动现象，液压油黏度等特性也会变差。

1 钻机液压传动原理

钻机的液压系统是由多种类型的液压件构建而成。把电机输出的机械能转变为液压油的压力能，通过对液压系统的压力和流量进行调节来实现对液压系统的控制，在液压执行机构中把液压能转变为机械动能，从而驱动执行机构动作。液压源是由三相异步电机、液压油泵组成，液压油泵把液压油从油箱中泵出，通过加压后转变为液压能，可以为液压系统提供能量。液压执行元件主要有液压马达和液压缸，可以把液压油具备的液压能转变为驱动力，从而使负载动作。液压控制元件主要有电液比例阀、换向阀和溢流阀等，可以实现对液压流量和压力的控制，起到很好的保护作用。液压系统的辅助元件主要有油箱、蓄能器等。

2 钻机液压系统的调试

在对钻机液压系统进行安装和调试以前，应该在无尘装配间中对每个液压元件进行彻底的清洗和检查，核实液压部件的性能可以满足设计要求。对液压元件和管路进行清洁对于保证液压系统稳定性发挥着重要作用，禁止杂质和灰尘进入液压系统。第一次试装配之后，可以采用浓度为20%的盐酸进行清洗，再利用浓度10%碳酸氢钠进行中和，利用温水进行冲洗，干燥之后再进行装配和调试。钻机液压系统的安装调试需要按流程开展。

2.1 外观检查

确认每个液压元件和液压管的连接正确，液压油泵和控制阀门的进出油和回油口位置是否按要求安装。防尘措施是否设置的齐全，液压元件的保护是否到位。液压油箱液位能否满足液压系统安全运行，液压控制阀、液压管接头是否达到安装调试的要求，压力表是否安装在便于观察的位置。如果液压系统存在问题，需要解决之后再进行试运行。

2.2 空载试车

在空载情况下，可以对钻机液压系统回路和液压元件等的可靠性进行测试，检查能否达到设计要求，执行元件能否按要求进行动作。使液压油泵在卸荷条件下运行，对卸荷压力数值进行检测，查看是否在正常卸荷区间。一般将卸荷压力设置在液压系统工作压力的10%～20%。检查液压系统是否存在着刺耳的噪声，液压油箱液面是否有泡沫，如果存在泡沫现象则表明系统中存在空气。在运行液压泵之前，需要把系统中的所有溢流阀门都处于打开状态，启动之后不存在问题后方可将系统压力调整为正常数值，避免对油泵产生损伤。

液压油泵可以根据最大设计行程进行多次往复运动，或者让油压马达以特定速度运行，从而有效地将液压系统中的空气排放出来。利用刚性挡块等使执行元件停止运行，然后缓慢地调整压力控制阀并观察压力表，让液压系统达到额定压力，再对安全阀和压力继电器等保护装置进行检查，查看液压元件是否存在漏油问题。液压系统管路和元件中充满了液压油，油箱液位则会下降，需要向油箱中加装液压油，使液压油箱液位达到合理高度。液压系统执行元件在空载情况下，可以按照设定的工作循环运行，对执行元件的动作进行检查能否达到设计要求，再对液压系统的启动平稳性进行检查，查看是否存在爬行和冲击问题。

2.3 负载试车

钻机液压系统的空载试车，是使液压系统工作在额定压力，对系统的输出功率、扭矩和运行特性等进行检查和调试。运行噪声和振动能否工作在合理区间，每个液压管路是否存在漏油问题，液压执行元件运行是否平稳，液压油运行温度是否正常。在进行负载试车过程中，需要以较低的负载运行，如果液压系统运行不存在异常，再缓慢提高负载来进行调试，避免对液压系统元件造成伤害。

3 钻机液压传动系统故障和排除措施

3.1 液压执行元件不动作或动作速度较慢

钻机液压系统执行元件的运行速度，是由进入到执行元件流量来决定的，当出现该类故障，需要先对导致流量减小的原因进行分析。先检查液压泵附近的压力表数值，如果没有系统压力可以对回油管进行检查，回油管内不存在液压油，则表明液压泵并没有从液压箱中把液压油打出来，也可能是液压泵运行方向不对，或油泵存在着较大泄漏，或液压油吸油阻力提升。当液压系统回油管路溢流阀产生回油现象，可以调整溢流阀压力，如果没有起到效果，有可能是溢流阀开口部位被卡住，也可能是调整弹簧断开，再就是主阀门阻尼孔堵塞，液压油泵内的液压油都从溢流阀中流走。可以拆卸下溢流阀进行彻底清洗，达到性能要求后再装回原位。对溢流阀进行清洗之后，如果系统故障还没有完全消除，则可能存在着压力油路和液压泵相关的控制阀卡阻，使系统处于回流状态，或者由于阀体本身的泄漏较大。这就要拆卸相关的控制阀进行清洗，使其恢复到最初性能。如果还不能排除故障，则存在着液压泵自身泄漏问题，或者存在着密封不良现象，如果存在着严重故障则需要进行修理或换新。

3.2 加载后液压马达运行速度较低

当钻机液压系统在较低负载或空载条件下，为了达到设定需要，当增加负载时液压马达的运行速度降低，可以按着上述介绍的故障排除方法进行解决。该种类型的故障主要是因为液压元件存在着较大的液压泄漏。可以调整溢流阀来设定压力，表明液压泵、换向阀等元件不存在问题，多是由于换向阀后面的元件存在故障，可以逐步进行排除来解决。

3.3 执行机构顺序动作无法准确实现

液压系统的顺序动作等存在的自循环，是通过控制器输出控制信号来实现的，电液控制阀接收到信号后对液压系统压力和流量进行调整。形成该类故障多是因为电液控制元件没有准确输出信号，或者给出控制信号没有正确执行，主要原因如下。

（1）采用行程开关及电磁阀对液压系统压力和流量控制，上述元件可能存在故障。

（2）采用压力继电器输出控制信号，该液压元件存在卡阻现象。

（3）上述两种原因都可以从电路系统中排查出来，如果不存在上述问题，则表明控制阀没有按着输出的控制信号进行动作，多是由于控制阀被杂质卡住，或者存在着较大的油液泄漏，应该对故障元件进行清洗或修复。

3.4 噪声或振动

液压系统产生的运行噪声多是由于振动导致，也有可能是液压油中存在着空气、液压油泵中输出流量存在着较多的波动、没有合理选择液压元件或液压管路没有固定牢靠等。液压系统存在振动多是因为液压管没有正确安装，需要采取纠正措施。如果液压管路不存在问题，多是由于液压油中存在空气，或是液压油泵吸油高度大，吸油管路存在着较大的阻力而引起的，再就是液压油箱透气性不好，液压油黏度过高或过滤器存在堵塞而引起的。

3.5 液压油温度高

液压系统产生的功率损失会引起液压油温过高，如果钻机液压系统温度过高，则可以从如下方面进行分析。

（1）存在着严重泄漏问题。如果液压油泵运行压力设置偏大，执行元件由于长时间使用产生磨损而出现间隙过大，液压密封装置受损，液压油黏度较低等。这些因素都可能引起液压系统泄漏，从而使液压系统存在能量损失，需要根据不同的原因采取相应解决措施。

（2）卸荷回路无法正常工作。当液压系统不再需要液压油时，具有压力的油会从溢流阀回流到油箱中，这就会产生较大的热量。需要全面检查卸荷回路中的控制阀，使卸荷回路可以正常工作。

（3）没有根据使用要求选用合理黏度的液压油，液压系统运行就会产生较大的压力损失。

（4）进行换向操作时产生冲击问题，会使液压系统存在不必要能量损失，就会把能量转化为热能，需要合理调整缓冲装置，避免操作过程中存在冲击问题。

（5）液压散热系统设计不合理，无法把液压系统运行中的热量释放出去，需要对冷却器等进行全面检查。

4 结论和建议

钻机液压系统比较复杂，存在着较多的控制阀和执行元件，对钻机液压系统故障进行分析需要结合实际情况，需要在设计和安装阶段做好质量控制。应该避免空气进入到液压系统中，若混入空气应该采取合理办法排放出来，避免液压系统存在振动和噪声，使执行机构产生爬行，液压油也会产生变质。需要保证液压管路和阀组的清洁，如果液压系统中混入杂质，可能会导致液压阀被卡住，使阀体孔道被堵住而无法卸压，也会加大运行部件的磨损，从而使液压系统无法正常工作。需要科学合理地设置滤油器和安全防护装置，对过滤器进行定期清理，液压油到使用寿命需要进行更换。还应该避免出现漏油和运行温度过高的问题。

钻机液压系统产生故障之后，不可以盲目进行拆卸液压元件，需要按照液压原理图入手，充分了解液压系统运行过程。对可能存在故障的部位进行检查，修理完成后进行调试和试车，从而高效地处理好钻机液压系统故障。