電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)絞車與盤式剎車互鎖控制方案

劉春友，曹崇輝，趙玉霞，于金魁，樊一江

( 1.海城市石油機(jī)械制造有限公司，遼寧 海城 114200；2.甘肅藍(lán)科石化高新裝備股份有限公司，蘭州 730070；3.新疆石油工程建設(shè)監(jiān)理有限公司，新疆 克拉瑪依834000；4.中石化寧波工程有限公司 電控室，浙江 寧波 315103)①

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電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)絞車與盤式剎車互鎖控制方案

劉春友1，曹崇輝2，趙玉霞3，于金魁1，樊一江4

( 1.海城市石油機(jī)械制造有限公司，遼寧 海城 114200；2.甘肅藍(lán)科石化高新裝備股份有限公司，蘭州 730070；3.新疆石油工程建設(shè)監(jiān)理有限公司，新疆 克拉瑪依834000；4.中石化寧波工程有限公司 電控室，浙江 寧波 315103)①

摘要：交流變頻鉆機(jī)配套的盤式剎車系統(tǒng)若沒有與鉆機(jī)的電控系統(tǒng)進(jìn)行互鎖會(huì)造成誤操作而損壞鉆井設(shè)備。盤式剎車的操作與過去的帶式剎車操作完全不同，司鉆有時(shí)會(huì)誤操作，使電氣系統(tǒng)的過載保護(hù)系統(tǒng)頻繁起動(dòng)，這種情況不僅會(huì)損壞設(shè)備，同時(shí)存在安全隱患。設(shè)計(jì)了盤式剎車系統(tǒng)與絞車主電機(jī)電控系統(tǒng)的互鎖控制系統(tǒng)，不但避免了由于誤操作對(duì)設(shè)備造成的損壞，也提高了盤式剎車的安全性和可靠性。

關(guān)鍵詞：電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)；絞車；盤式剎車；控制系統(tǒng)

隨著我國鉆機(jī)技術(shù)的不斷進(jìn)步，鉆井公司對(duì)鉆機(jī)的安全性與自動(dòng)化程度及減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度的要求越來越高，因此盤式剎車被廣泛應(yīng)用到交流變頻鉆機(jī)上，并實(shí)現(xiàn)了智能化司鉆控制[1]。由于盤式剎車和過去的帶式剎車操作完全不一樣，盤式剎車的操作沒有帶剎的剎把那么明顯直觀，因此容易造成誤操作[2]。當(dāng)鉆機(jī)在正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，操作失誤使盤剎在絞車主電機(jī)供電沒有關(guān)閉的情況下突然工作，或者在剎把處于剎位時(shí)絞車主電機(jī)啟動(dòng)，這都會(huì)造成鉆機(jī)電氣系統(tǒng)的過載保護(hù)單元頻繁起動(dòng)，會(huì)損壞盤剎裝置與鉆機(jī)設(shè)備，并且會(huì)發(fā)生危險(xiǎn)。因此，為杜絕操作失誤而損壞設(shè)備現(xiàn)象，海城市石油機(jī)械制造有限公司為遼河鉆探公司生產(chǎn)提供的ZJ-70DB型鉆機(jī)具有盤式剎車與鉆機(jī)電控系統(tǒng)的互鎖控制功能，能避免司鉆誤操作造成損壞設(shè)備的發(fā)生，確保鉆機(jī)設(shè)備在使用過程中更加安全。

1鉆機(jī)電控系統(tǒng)與盤式剎車系統(tǒng)不互鎖的問題

國內(nèi)交流變頻鉆機(jī)配套的盤式剎車系統(tǒng)為獨(dú)立系統(tǒng)，這種盤式剎車系統(tǒng)比傳統(tǒng)的帶式剎車系統(tǒng)操作起來更加簡單，系統(tǒng)更加靈敏，因此在鉆機(jī)的控制系統(tǒng)中普遍應(yīng)用。雖然盤式剎車比帶式剎車使用更加方便，操作更加靈敏，但還是存在一些問題。

1)絞車電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)工作鉗剎車。

由于盤剎和過去的帶剎的操作完全不一樣，盤式剎車的操作單元沒有帶式剎車剎把那么明顯直觀，因此容易造成誤操作。當(dāng)鉆機(jī)絞車電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)并起鉆時(shí)，司鉆有可能操作盤剎，使工作鉗工作，使絞車滾筒處于制動(dòng)工況，造成電機(jī)過載，盤剎受到?jīng)_擊，損傷絞車和盤剎。

2)工作鉗制動(dòng)時(shí)啟動(dòng)絞車電機(jī)。

由于盤式剎車的電子剎把沒有帶剎剎把那么明顯直觀，有時(shí)司鉆會(huì)在剎把處于剎位或工作鉗制動(dòng)時(shí)，啟動(dòng)絞車電機(jī)。這樣會(huì)造成設(shè)備電氣系統(tǒng)過載保護(hù)頻繁啟動(dòng)，損壞設(shè)備和盤剎裝置。

3)緊急制動(dòng)時(shí)絞車電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

緊急制動(dòng)時(shí)，盤剎只起到剎車作用，不能切斷絞車動(dòng)力，絞車還在電機(jī)驅(qū)動(dòng)下繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，不能達(dá)到緊急制動(dòng)的要求[3]，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成設(shè)備損壞及人員傷亡。

綜上所述可見，鉆機(jī)盤式剎車控制系統(tǒng)只是獨(dú)立的剎車系統(tǒng)，由于司鉆房中操作面板上操作開關(guān)眾多，司鉆容易誤操作而造成巨大的安全事故與財(cái)產(chǎn)損失。

2盤式剎車系統(tǒng)和絞車主電機(jī)互鎖控制原理

1)通過盤式剎車與絞車電控系統(tǒng)的互鎖結(jié)合，使剎車系統(tǒng)與絞車主電機(jī)互鎖。當(dāng)絞車主電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，給PLC輸入一個(gè)信號(hào)，使PLC輸出干接點(diǎn)信號(hào)，從而使絞車剎把功能解除。當(dāng)PLC鎖住主電機(jī)系統(tǒng)時(shí)，恢復(fù)絞車剎把功能。

2)當(dāng)盤剎工作鉗制動(dòng)時(shí)，盤剎系統(tǒng)給PLC輸入一個(gè)信號(hào)，使PLC輸出一個(gè)信號(hào)控制絞車主電機(jī)，使其無法啟動(dòng)。

3)緊急剎車時(shí)，盤剎在安全鉗與工作鉗制動(dòng)時(shí)輸入給PLC一個(gè)信號(hào)，使PLC輸出一個(gè)信號(hào)，使絞車主電機(jī)失去動(dòng)力。

3典型應(yīng)用案例

盤式剎車電控系統(tǒng)原理如圖1。

盤式剎車的液控原理如圖2。

3.1盤式剎車系統(tǒng)與絞車主電機(jī)互鎖

1)當(dāng)電機(jī)在正常運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，PLC會(huì)輸出干接點(diǎn)信號(hào)2，使剎把功能失效，防止電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)下由于操作失誤把剎把拉至剎位[4-5]，造成設(shè)備電氣系統(tǒng)過載保護(hù)頻繁起動(dòng)，損壞設(shè)備。當(dāng)需要?jiǎng)x住絞車時(shí)，PLC鎖住電機(jī)系統(tǒng)，解除干接點(diǎn)信號(hào)2，剎把恢復(fù)功能，可以實(shí)現(xiàn)剎把對(duì)工作鉗的控制，拉動(dòng)電子剎把，電子剎把會(huì)輸出一個(gè)電信號(hào)經(jīng)電控箱放大后控制比例閥(序號(hào)27)，比例閥(序號(hào)27)會(huì)根據(jù)信號(hào)的大小輸出相應(yīng)的壓力油來控制繼動(dòng)閥(序號(hào)26)，繼動(dòng)閥會(huì)輸出相應(yīng)壓力值的液壓油進(jìn)入左右工作鉗，使工作鉗抱死實(shí)現(xiàn)工作制動(dòng)。

1—高壓球閥Ⅰ；2—高壓球閥Ⅱ；3—油箱；4—防爆電加熱器；5—液位液溫計(jì)；6—空濾器；7—回油過濾器；8—管路過濾器；9—手搖泵；10—高壓球閥；11—柱塞泵；12—防爆電機(jī)；13—冷卻器；14—單向閥；15—常開電磁卸荷溢流閥；16—高壓過濾器；17—壓力表；18—板式球閥；19—蓄能器；20—測壓軟管；21—液壓接頭；22—防爆電磁氣閥；23—?dú)饪負(fù)Q向閥；24—防爆電磁換向閥；25—液控?fù)Q向閥；26—繼動(dòng)閥；27—比例減壓閥；28—壓力開關(guān)；29—防爆液位控制器；30—防爆溫度控制器；31—液控單向閥。

2)需要懸停時(shí)，擰下面板上的駐車閥按鈕，駐車閥DT2得電或失電，控制駐車電磁換向閥(序號(hào)24)得電、失電。轉(zhuǎn)換開關(guān)“剎”位為失電，安全鉗制動(dòng)；轉(zhuǎn)換開關(guān)“松”位為得電，安全鉗松閘。同時(shí)PLC輸出干接點(diǎn)信號(hào)1使絞車主電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。

3)緊急剎車時(shí)，緊急制動(dòng)操縱鍵為一個(gè)急停按鈕，使急剎車閥得電或失電，控制電磁換向氣閥(序號(hào)23)得電、失電。按下按鈕，電磁鐵失電，系統(tǒng)處于緊急制動(dòng)狀態(tài)，同時(shí)給PLC一個(gè)信號(hào)，PLC給電機(jī)一個(gè)信號(hào)使電機(jī)斷電，達(dá)到緊急剎車的目的。

3.2天車防碰系統(tǒng)與盤式剎車系統(tǒng)互鎖

絞車過卷防碰與下砸時(shí)，過卷閥/閥島動(dòng)作，使氣路斷開，控制氣控?fù)Q向閥(序號(hào)22)換向，切斷氣源，實(shí)現(xiàn)緊急制動(dòng)。能夠及時(shí)地實(shí)現(xiàn)快速剎住絞車滾筒的目的，使整個(gè)控制系統(tǒng)更加的安全、可靠，徹底消除安全隱患，保證鉆井生產(chǎn)的安全進(jìn)行。

4結(jié)論

1)如果電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)的盤式剎車與絞車主電機(jī)不進(jìn)行互鎖控制，容易產(chǎn)生誤操作，損壞設(shè)備。

2)設(shè)計(jì)的盤式剎車系統(tǒng)與絞車主電機(jī)電控系統(tǒng)的互鎖控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了盤式剎車系統(tǒng)與絞車主電機(jī)互鎖控制、天車防碰系統(tǒng)與盤式剎車系統(tǒng)互鎖控制，提高了設(shè)備的安全性能，實(shí)現(xiàn)了鉆機(jī)的智能化司鉆控制。

3)該技術(shù)還可以在修井機(jī)中推廣應(yīng)用。

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文章編號(hào)：1001-3482(2016)07-0084-03

收稿日期：①2016-01-29

作者簡介：劉春友(1971-)，男，遼寧海城人，工程師，2004年畢業(yè)于中國石油大學(xué)(北京)，現(xiàn)從事石油機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)及管理工作。

中圖分類號(hào)：TE951

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

doi：10.3969/j.issn.1001-3482.2016.07.019

Interlock Control Scheme of Drawworks and Disc Brake for Electric Rig

LIU Chunyou1，CAO Chonghui2，ZHAO Yuxia3，YU Jinkui2，F(xiàn)AN Yijian4

(1.HaichengPetroleumMachineryManufactureCo.，Ltd.，Haicheng114200，China；2.LanpecTechnologiesLimited，Lanzhou730070，China；3.XinjiangPetroleumEngineeringConstructionSupervisionCo.，Ltd.，Karamay834000，China；4.Electric&InstrumentDepartment，SinopecNingboEngineeringCompanyLimited，Ningbo315103，China)

Abstract：Because the disc brake operation is different from the used belt brake so that the drilling operator sometimes maybe mal-operate to start overload protection frequently.At this situation the mal-operation not only damages equipment but also is in the danger.For solving the problem the interlock between the disc brake and electric control system is developed and designed.This design can avoid damaging equipment caused by mal-operation and increase the safety and reliability of disc brake.

Keywords：electric rig；drawworks；disc brake；control system