钻机液压系统维护及保养措施

2022-07-06唐晓庆马振国张新桥

设备管理与维修 2022年3期

唐晓庆，马振国，张新桥

（中国石油集团渤海石油装备制造有限公司辽河钻采装备分公司，辽宁盘锦 124010）

0 引言

ZJ40 钻机液压系统主要应用盘刹液压站和综合液压站，盘刹液压站主要是保障绞车及后台联动，综合液压站主要就是保障钻机左右上座中起升液压绞车动力来源。ZJ40 钻机起升主要通过左右两台液压绞车保证钻机及井架起升，为了控制钻机整体平稳起升必须要控制好综合液压站，尽量保证左右液压绞车同步同速进行提升左右，每次起升前都要认真检查液压动力源、介质、管线是否完好，确定所有准备工作到位后再进行整体底座及井架的起升。

1 钻机液压系统组成和原理

1.1 液压系统组成

钻机液压系统主要由液压泵作为动力元件，液压泵为液压系统提供压力油，是系统的动力源，作用是将原动机的机械能转化为液体的压力动能。钻机液压系统的主要执行元件是液压动力马达，液压动力马达可驱动工作机构实现往复旋转运动，液压马达的回转运动带动钢丝绳实现钻机整体的起升和下放，其职能是将液压能转换为机械能并对外做功。各种阀利用这些元件可以控制和调节液压系统中液体的压力、流量和方向，是钻机液压系统中的重要控制元件。

控制元件保证执行元件按照预期的要求进行工作，液压元部件可以确保执行组件能够按照预期的要求工作，辅助部件主要包括液压油箱、机油滤油器、管线和快速管接头、冷却器和压力表等。辅助部件的作用是为系统正常工作时便于监控和进行压力检测。液压介质通过节流阀和换向阀通过管道进入液压绞车。工作介质，即传动液体，通常称为液压油。液压系统就是通过工作介质实现运动和动力传递的，液压油还可以对液压元件中相互运动的零件起润滑作用。液压系统在钻机设备工作起到重要的作用，只有安全可靠的液压系统作为保障才能高效快速地进行钻机作业。

1.2 液压系统原理

ZJ40 钻机的液压控制是利用注入头马达带动综合液压泵从油箱吸油，将综合液压站的机械能转换为液体的压力能（图1）。通过控制节流阀和换向阀使介质经过管线进入液压绞车，控制控制箱调节左右液压绞车工作，为了保证钻机起升和下放可以平稳进行，必须严格控制液压绞车左右绞车同速操作。

图1 ZJ40 钻机液压原理

本套ZJ40 钻机液压系统常用节流控制阀或速度调节阀分别控制两个不同的调节执行元件的流量使之相等，以保证同步，把液压绞车左右的管路串联，以保证进入两液液压绞车的介质流量相同，从而保证左右起升液压绞车同速工作。控制液压绞车的速度主要通过控制箱用来控制单个速度执行元件的来实现对液压绞车的调速控制，可以用节流阀或调速阀来控制流量。节流控制阀调节液压油进入液压绞车的进入量大小来控制液压绞车的速度，系统中过多的介质通过备用旁路流回油箱，从而控制液压绞车的转动速度。

通过液压驱动绞车转动带动起升钢丝绳，当钻机进行起升作业通过控制液压管路，控制挡位有正反两个挡位进行操作，当需要绞车进行提升左右和下放作业分别将控制挡位的手臂放置到相应操作杆上即可实现液压操作。综合液压站还可以为作为钻机其他临时液压设备的动力源，如钻机增加液压猫头或者增加平移导轨，都可以利用综合液压作为动力源，这样既能节省钻机成本，又能充分利用钻机已配套的设备，将固有设备进行充分利用，为提质增项降低成本提供强有力的支持。

ZJ40 钻机整套完整的液压系统包括以下循环系统：①溢流阀调节设定液压综合控制站的最高压力，当工作压力大于溢流阀的设定工作压力时，溢流阀的开度相应调节增大，以降低液压泵的输出压力，保持系统压力维持在正常工作压力范围，用于改变系统的局部压力；②如果有减压阀接在回路上，减压阀后的压力可以降低；③如果连接了增压器，增压器后的压力高于作为增压器回路的液压源的压力；④当系统不需要过高压力工作或只需要维持低压工作时，系统压力降低到零压力或低压是通过减压回路的低压回路，用于减少或吸收系统局部范围内的压力波动带来的介质变化带来的对液压稳定性的冲击，保持综合液压系统压力稳定，使钻机能够平稳运行。

2 液压系统故障分析与维护保养

2.1 液压系统故障分析

2.1.1 油泵噪声

钻机液压单元油泵需要严格控制空气进入油泵而产生气穴，油箱内油面太低，会从吸油管吸入空气。因此，油箱中注入液压油的量要控制得当，保证油位高度适宜，油量充足。应保证综合液压站的油泵吸油口完全深入到油位中，距注入油面高度应控制在140～160 mm。综合液压站所有进、出油管要保证密封性，不能有漏气位置，密封圈要经常更换，防止常用件老化给设备运行带来不必要的麻烦及停工。液压滤油器选择要根据厂家指导进行选择，滤网不可过密，安装在主阀芯与阀体之间的节流口部位。阀体、阀芯及阀座等零件的几何形状和尺寸对流体噪声有很大影响，必须在元件设计上给予足够重视。尽量防止由于装配精度不合适造成油泵零件磨损、松动等引起的振动与噪声。

机油滤清器插入机油油位的深度要适宜。通常情况下，机油滤清器应控制在油箱2/3 油位以下。油泵的密封部分是每次使用检查的重点，尤其要防止空气进入；要控制油泵的转速，转速过高或者过低都对设备整体运转带来不利影响，如转速太高容易造成“吸空”现象。主阀芯和阀体之间经常会产生节流，对阀体和阀芯本体的破损会加速。同时，设备部件阀体、阀芯和阀座的几何形状和尺寸，对产生流体噪声也有着重要影响，设计人员在设计过程中必须对液压部件的设计给予足够重视。在控制加工及装配时的精度一定要多次认真检测，保证加工数据满足精度要求，更要尽量防止因装配精度不当造成油泵漏油，或者因为零部件磨损严重而引起的振动和噪声。吸油口漏气、机油不足也是液压油泵在正常运行工作中产生噪声的重要原因，在工作中需要维护人员重点关注与检测。

2.1.2 油泵排量不足或无排量

液压油泵工作时转速压力不足，导致油泵吸油吸入量不够。油泵的驱动装置打滑或功率不足是导致吸入量不足的主要原因。吸油口过高导致吸油时吸入空气，油泵进入油量不足会导致设备噪声较大。钻机应用现场液压系统漏气的原因中，管接头密封不良是主要的漏气原因。滤油器或吸油管有堵塞多数是由于油液被污染或者液压油油脂洁净度不够导致的，要定期清洗或者更换过滤网，保证滤网目数满足设备使用要求，目数过大或者过小都会给设备带来不必要的使用困难。油箱中要控制油位液面适宜，油量不足或油泵安装位置距油面过高都会使油泵在工作时吸入困难，加大空气被吸入的风险，也会造成流量不足或者设备工作振动。油液黏度也是油泵排量不足的重要原因，黏度过大液体的流动性不足会导致设备吸入困难。

2.1.3 油泵温升过高

滑阀与阀孔装配精度不满足会导致配合过紧或过松，在设备运行过程产生高温。滑阀移动困难一般都是由于装配过紧形成干摩擦，机械效率下降并使油泵发热；移动困难，引起振动和噪声；装配间隙预留较大容易造成液体泄漏，相对运动容易造成振动使设备表面形成的油膜被破坏。液压设备出油口油路中存有空气时，易产生液体振动和噪声。系统中应该尽量控制元件共振，设备共振会增大设备整体振动并加剧元部件的磨损。维护人员要对设备元件安装和管路定期进行检查和维护，如紧固件是否松动等，防止松动设备在长期运行中带来的振动使液压油温度升高，影响整体液压工作性能。

2.2 液压系统的维护保养

钻机液压系统的日常维护和保养必须设置专业的液压技术人员进行，定期检查油位、管线接头及连接件处密封等情况，定期检测油质。易损坏的零部件要配备齐全，以备不时之需，遇到问题时能够及时解决，尽量避免钻机在工作进行中操作液压设备出现故障，确保液压系统能够正常运行。为了更好地维护钻机液压部件，需要定期对液压系统进行油质检测与更换，保证润滑油的油量和油质清洁。只有保证液压系统整体正常运行和工作，才能更大程度地发挥辅助液压系统的工作效能，提高钻井作业效率。