新型闸板防喷器翻转装置的研制与应用

杨峰，顾明峰，李洪宾，曲成，吴瑞东，岳贺涛，常海鹏

（1.中国石油冀东油田分公司井下作业公司， 河北 唐山 063000）（2.盐城工学院汽车工程学院， 江苏 盐城 224000）

闸板防喷器是带压作业装置的核心部分之一，其主要功用是对井口环空及油管内部有效密封[1-2]。为确保闸板防喷器能够有效控制井内压力，须定期对其进行检修、清洗作业，并更换上、下法兰盘、胶芯等易损耗的功能部件[3]，以规避井喷事故发生。在检修防喷器作业过程中，经常需对其进行0～180°的翻转[4]。然而，闸板防喷器规格种类繁多，且质量普遍在2t以上，翻转难度系数较大，人工劳动强度高[5]。此外，翻转10t以上的大型防喷器至90°和180°两种角度时，其易受惯性力冲击引发主体侧滑及吊车钢绳脱落，极大威胁工人生命安全，并造成防喷器的损坏[6-7]。

鉴于此，本文通过对防喷器翻转动作剖析，进一步对升降机构和翻转机构结构优化，研制了一套新型高稳定性的闸板防喷器翻转装置[8]，并设计了远程控制系统。

1 防喷器翻转装置的结构设计

1.1 结构

新型闸板防喷器翻转装置结构图如图1所示，其主要由工作平台、升降机构和翻转机构等部分组成。其中升降机构包括支撑平台、液压伸缩油缸、旋转支座等；翻转机构包括随行支架、固定支架、回转支架、翻转马达等。

1.2 工作原理

图1 新型闸板防喷器翻转装置结构示意图

新型闸板防喷器翻转装置采用四组规格相同的液压伸缩油缸调节支撑平台垂直位置，协同丝杆传动调节随行支架水平位移以实现防喷器精确定位和夹紧，并通过电机驱动回转支架0～360°旋转完成防喷器翻转作业。其主要工作流程如图2所示，采用吊车将闸板防喷器垂直放至支撑平台顶部旋转支座上，根据防喷器规格完成下法兰与限位槽的轴向配合及水平位置调节，并通过液控系统调节支撑平台高度，使其上升至回转支架中心位置。定位完成后，通过电控系统开启调距马达1，驱动升降机构和随行支架通过丝杆传动沿轨道水平位移至固定支架侧，以实现固定端缸头线配合。此外，通过调距马达2调节随行支架水平位移至升降机构侧，以实现移动端缸头配合。夹持动作完成后，四组液压伸缩油缸同步运动带动支撑平台下降至初始高度，并通过翻转马达驱动回转支架旋转以达到闸板防喷器翻转的目的。

图2 闸板防喷器翻转装置工作流程图

1.3 技术参数

新型闸板防喷器翻转装置的主要技术参数如下：

(1)翻转马达最大翻转力矩：15000Nm；

(2)支撑平台起升高度：300mm；

(3)工作平台运送距离：900mm；

(4)系统额定压力：16MPa；.

(5)系统工作压力：10MPa；

(6)马达：380V-15kW；

(7)防喷器翻转停位角度：0～360°。

2 关键技术研究

2.1 升降机构

升降机构是闸板防喷器翻转装置的重要组成部分之一，其主要用于调节防喷器垂直方向位移。该机构由旋转支座、销轴、支撑平台、液压伸缩油缸和底座组成，底座安装在工作平台滑动轨道上并通过丝杆分别与固定支架和移动支架相连，液压伸缩油缸固定在支撑平台和底座之间。其中，旋转支座是精确调节闸板防喷器位置的关键部件，如图3所示，其上壳体表面设有限位槽用于多种型号防喷器下法兰安全吊放及固定，下壳体通过销轴固定在支撑平台上，上壳体和下壳体间内置推力球轴承用于调节防喷器水平方向角度。在作业过程中，由液控系统提供工作压力，液压伸缩油缸有效工作行程为300mm，能够满足不同型号闸板防喷器的平稳升降工作。

图3 旋转支座实物图

2.2 翻转机构

翻转机构是闸板防喷器翻转机构的核心部位，该机构由夹持组件和翻转组件构成。其中，夹持组件包括随行支架、固定支架、调距马达和丝杆，翻转组件包括回转支架、卡套接头、卡套、卡套中心距调节杆和翻转马达。回转支架规定在固定支架和随行支架顶端，如图4所示，两组卡套接头通过卡套中心距调节杆固定在回转支架上，根据闸板防喷器规格更换相应的卡套并根据杠头距离调节卡套的中心距。随行支架安装在工作平台滑动轨道上，通过调距马达驱动丝杆传动实现水平方向位移并以卡套为承力点将防喷器悬挂，卡套内部为锥形孔与防喷器缸头进行线接触配合以减轻磨损。

图4 回转支架结构示意图

翻转马达是闸板防喷器翻转装置的主要动力来源，其作业质量的好坏直接影响整套装置的工作性能及安全性能。考虑到闸板防喷器质量普遍较大，为确保防喷器翻转过程的平稳性和安全性，本装置将翻转马达输出轴、回转支架旋转中心及防喷器质心置于同一轴心线上，以减小回转半径从而降低转动惯性力对回转支架的冲击。同时为满足防喷器任意角度的停顿，翻转马达配备制动迅速、安全可靠的制动器，以避免断电时带来的安全隐患。

1.2 方法 两组孕妇均定期到绍兴市妇幼保健院实施常规性的孕期检查。基础检查包括心电图、血尿常规、肝肾功能、血糖等。常规产前检查包括胎儿监护、产前诊断筛查等内容。观察组在常规检查的基础上，实施步行锻炼，即在陪护人员的陪同下，于餐后1 h进行步行运动，每次运动时间至少1 h，每周运动5次以上，运动时间截止至分娩前1 d。在运动中，出现呼吸急促、心慌气短、子宫疼痛、阴道流血等情况应立即就医。对照组进行常规检查，运动情况自行把握。

2.3 控制系统

闸板防喷器翻转装置设有独立的控制平台，控制箱采用液控系统和电控系统混合控制。其中，液控系统选用齿轮泵为动力源，控制支撑平台的升降，工作台显示液压伸缩油缸实时工作压力并可根据防喷器规格设定不同的压力值，有效地避免因压力不足或过高对回转机构的损坏；电控系统通过控制马达的正反转来实现防喷器的夹持作业和翻转作业。整套装置通过控制箱进行远程控制，极大地保证了翻转防喷器作业过程的安全性，控制箱对各执行元件的动作命令如表1所示。

表1 系统动作命令流程表

3 现场应用

如图5所示，新型闸板防喷器翻转装置已应用于冀东油田井控车间维修现场，并针对不同型号闸板防喷器共计完成2300余次翻转作业，成功率达100%。其在作业过程中，升降机构能够安全有效地完成防喷器高度调节，且翻转机构能够在1min内实现0～360°之间的任意角度翻转。

图5 装置现场应用图

经江苏省机械研究设计院有限责任公司机械检测中心的检测，新型闸板防喷器翻转装置各项指标符合标准要求，现已经开始在盐城市金巨石油机械制造有限公司批量成产，实物如图6所示。

图6 新型闸板防喷器翻转装置实物图

4 结论

(1)研制的新型闸板防喷器翻转装置采用旋转支座限位槽及卡套中心距调节组件的设计，有效解决了传统设备通用性差的不足，并通过液控与电控系统的结合实现了升降机构和翻转机构的协同作业，由控制平台远程操作实现了对闸板防喷器任意角度的停位翻转。

(2)该装置已应用于冀东油田井控车间维修现场，其应用结果表明该装置结构设计合理、操作简便。且翻转过程精准稳定、安全可靠，可适用于不同型号闸板防喷器的翻转作业，大大提高了翻转效率。其具有良好的经济和社会效益，且应用前景广阔。

◆参考文献

[1] 雷群，李益良，李涛，等. 中国石油修井作业技术现状及发展方向[J].石油勘探与开发，2020，(1)：155-162.

[2] 马卫国，陈婷，徐杏娟，等. 带压作业闸板防喷器胶芯密封性能分析[J].石油矿场机械，2017，46(3)：29-32.

[3] 唐洋，耿海涛，钟林，等. 闸板防喷器密封原理与失效分析[J].润滑与密封，2013，38(2)：91-94.

[4] 王庆. 撬装式自动翻转系统的设计与研究[D].北京：北京石油化工学院，2019.

[5] 马永刚，丁小鹏，李国宏，等. 石油钻机用防喷器装卸系统研制及应用[J].石油矿场机械，2010，39(12)：64-67.

[6] 苏磊. 防喷器自动翻转系统开发与应用[J].西部探矿工程，2018，(8)：96-98.

[7] 李然，李呈祥，沈长渠，等. 油水井管杆一体化带压作业机的研发与应用[J].石油机械，2019，47(12)： 94-99.

[8] 盐城市金巨石油机械制造有限公司. 一种闸板防喷器翻转装置[P].中国专利：CN201820850133.1，2019-01-04.