陳偉松 ,董 輝 ,胡軍旺
(1.蘭州蘭石石油裝備工程股份有限公司,甘肅蘭州 730314;2.機(jī)械工業(yè)油氣鉆井裝備工程技術(shù)研究中心,甘肅蘭州 730314)
絞車在石油鉆井過(guò)程中起到提升鉆具、遇險(xiǎn)解卡的作用,是鉆機(jī)的核心設(shè)備。絞車的潤(rùn)滑是維系絞車正常運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵因素之一。
機(jī)械傳動(dòng)絞車一般采用鏈條傳動(dòng)方式,倒擋靠輸入軸和中間軸的一對(duì)齒輪實(shí)現(xiàn),其輸入軸轉(zhuǎn)向永遠(yuǎn)不變[1],通過(guò)輸入軸帶動(dòng)機(jī)械齒輪油泵給絞車潤(rùn)滑,跟滾筒軸正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)無(wú)關(guān)。交流變頻絞車一般采用齒輪箱傳動(dòng),外置電動(dòng)齒輪油泵潤(rùn)滑,潤(rùn)滑系統(tǒng)靠油泵電機(jī)運(yùn)行,與絞車傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無(wú)關(guān)。直流電驅(qū)動(dòng)絞車,傳動(dòng)系統(tǒng)及潤(rùn)滑系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)通常與機(jī)械絞車相似,但由于直流電機(jī)可正反轉(zhuǎn),與機(jī)械傳動(dòng)絞車的不同之處在于滾筒軸的正反轉(zhuǎn)靠電機(jī)的正反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn),簡(jiǎn)化了傳動(dòng)結(jié)構(gòu),但也帶來(lái)了另外一個(gè)問(wèn)題,即直流電驅(qū)動(dòng)絞車的潤(rùn)滑。直流電驅(qū)動(dòng)絞車與機(jī)械傳動(dòng)絞車相比,輸入軸的轉(zhuǎn)向會(huì)發(fā)生變化,導(dǎo)致輸入軸帶動(dòng)的潤(rùn)滑油泵反轉(zhuǎn),存在潤(rùn)滑系統(tǒng)失效現(xiàn)象。
直流電驅(qū)動(dòng)絞車的潤(rùn)滑一般采用3種方式[2-5]。
(1)采用電動(dòng)齒輪油泵,布置在絞車傳動(dòng)裝置外側(cè)(圖1)。這種潤(rùn)滑系統(tǒng)與絞車驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)向無(wú)關(guān),可以在任何工況下給絞車鏈傳動(dòng)系統(tǒng)提供潤(rùn)滑油。缺點(diǎn)是占用空間較大,潤(rùn)滑系統(tǒng)設(shè)計(jì)較復(fù)雜。直流電驅(qū)動(dòng)絞車的結(jié)構(gòu)比較緊湊,整個(gè)絞車架是一個(gè)封閉的空間結(jié)構(gòu),油箱位于封閉空間內(nèi)。外置油泵很難直接采用立式結(jié)構(gòu)安裝于油箱上部,所以往往采用臥式油泵,通過(guò)管路從油箱中吸油,因此要求絞車能提供安裝油泵和外置式油濾器的空間,致使絞車的結(jié)構(gòu)尺寸增大。
電動(dòng)絞車在鉆機(jī)布置上一般采用上臺(tái)布置、就近控制,以增強(qiáng)鉆機(jī)的安全性和可靠性。而臺(tái)面布置上能給絞車的位置非常有限,絞車長(zhǎng)度尺寸受到限制,因此通常會(huì)在絞車的主體部分后側(cè)增加1套分體模塊,將自動(dòng)送鉆電機(jī)和潤(rùn)滑油泵安裝于該模塊上,致使絞車的寬度增大,重量增加?;?qū)⒆詣?dòng)送鉆裝置架空安裝于傳動(dòng)系統(tǒng)上部,并在絞車架內(nèi)部分割出獨(dú)立空間用于安裝電動(dòng)齒輪油泵(圖2),這種結(jié)構(gòu)由于油泵安裝位置的空間有限,往往存在油泵電機(jī)散熱效果差的問(wèn)題。
(2)內(nèi)置式齒輪油泵,絞車傳動(dòng)裝置內(nèi)部布置1臺(tái)齒輪油泵(圖3),輸入軸通過(guò)鏈條傳遞動(dòng)力。優(yōu)點(diǎn)是不占用絞車額外空間位置,可靠性較高,基本不需要維護(hù)。由于常規(guī)直流絞車在下鉆過(guò)程中高低速離合器脫開(kāi),依靠盤剎控制鉆壓,只有滾筒負(fù)載,整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)無(wú)負(fù)載,因此在使用中未出現(xiàn)大的問(wèn)題。但該類絞車反轉(zhuǎn)時(shí)沒(méi)有潤(rùn)滑,滾筒倒轉(zhuǎn)前必須使絞車得到充分的潤(rùn)滑,且滾筒不能長(zhǎng)時(shí)間倒轉(zhuǎn)。
(3)絞車傳動(dòng)裝置內(nèi)部布置1正1反2臺(tái)齒輪油泵,輸入軸通過(guò)鏈條給油泵提供動(dòng)力,無(wú)論輸入軸正轉(zhuǎn)還是反轉(zhuǎn),總有1臺(tái)油泵工作,給絞車提供潤(rùn)滑。缺點(diǎn)是占用內(nèi)部空間較大,絞車內(nèi)部潤(rùn)滑管路的設(shè)計(jì)復(fù)雜,安裝困難,應(yīng)用較少。
圖1 采用外置電動(dòng)齒輪油泵潤(rùn)滑的絞車
圖2 采用內(nèi)置電動(dòng)齒輪油泵潤(rùn)滑的絞車
為了解決直流電驅(qū)動(dòng)絞車反轉(zhuǎn)運(yùn)行過(guò)程中的潤(rùn)滑問(wèn)題,設(shè)計(jì)一種基于雙向齒輪油泵的內(nèi)置式潤(rùn)滑系統(tǒng)(圖4)。系統(tǒng)包括雙向齒輪油泵、單向閥、溢流閥、潤(rùn)滑管道及噴油嘴等,安裝于鏈條驅(qū)動(dòng)的絞車內(nèi)腔。雙向齒輪油泵由絞車輸入軸通過(guò)鏈條驅(qū)動(dòng),潤(rùn)滑油經(jīng)雙向齒輪油泵通過(guò)4個(gè)單向閥組成的橋式回路吸入排出至各潤(rùn)滑管道及噴油嘴,對(duì)絞車各掛鏈條進(jìn)行潤(rùn)滑。油泵正轉(zhuǎn)時(shí),潤(rùn)滑油經(jīng)單向閥a吸入油泵,從單向閥c進(jìn)入潤(rùn)滑管道;油泵反轉(zhuǎn)時(shí),潤(rùn)滑油經(jīng)單向閥d吸入油泵,從單向閥b排出到潤(rùn)滑管路。
圖 3 內(nèi)置式潤(rùn)滑油泵
圖4 基于雙向齒輪油泵的絞車內(nèi)置式潤(rùn)滑系統(tǒng)
4個(gè)單向閥組成的橋式回路可以保證絞車輸入軸正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)均有潤(rùn)滑油吸入排出,避免了鏈傳動(dòng)絞車中所采用的潤(rùn)滑系統(tǒng)在輸入軸反轉(zhuǎn)時(shí)鏈條無(wú)潤(rùn)滑的現(xiàn)象。橋式回路同時(shí)可保證潤(rùn)滑油在絞車停車時(shí)不回流,潤(rùn)滑管道中無(wú)空氣進(jìn)入,主潤(rùn)滑管道中始終有油存在,當(dāng)油泵工作時(shí)潤(rùn)滑油能快速通過(guò)管道噴灑到鏈條上,系統(tǒng)具有較快的響應(yīng)速度。
潤(rùn)滑系統(tǒng)在吸入口設(shè)置過(guò)濾器,保證吸入油泵的油干凈、清潔;在排出管道設(shè)置溢流閥,保證潤(rùn)滑系統(tǒng)壓力恒定。該潤(rùn)滑系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)布局方面,與前述內(nèi)置式潤(rùn)滑系統(tǒng)基本相同,無(wú)需增加絞車的空間尺寸,可以安裝在現(xiàn)有各類直流電驅(qū)動(dòng)絞車上,安裝維護(hù)方便。
內(nèi)置式潤(rùn)滑油泵供油和電動(dòng)油泵供油是目前直流電驅(qū)動(dòng)絞車常用的潤(rùn)滑方式,兩種系統(tǒng)各有優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。內(nèi)置式齒輪油泵性能可靠,可有效減少系統(tǒng)維護(hù)工作量,整個(gè)潤(rùn)滑系統(tǒng)置于封閉空間內(nèi),減小了潤(rùn)滑油被污染的概率,但當(dāng)絞車傳動(dòng)系統(tǒng)處于反轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)出現(xiàn)無(wú)潤(rùn)滑現(xiàn)象,長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行會(huì)損壞傳動(dòng)系統(tǒng);電動(dòng)油泵潤(rùn)滑系統(tǒng)的運(yùn)行不依賴于絞車傳動(dòng)系統(tǒng),但需增加額外的空間用于安裝電動(dòng)油泵及過(guò)濾裝置,空間占用較大、成本增加。
基于雙向齒輪油泵的潤(rùn)滑系統(tǒng),具有內(nèi)置式油泵潤(rùn)滑系統(tǒng)和電動(dòng)齒輪油泵潤(rùn)滑系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn),具有運(yùn)行可靠、故障率低的特點(diǎn),可以保證絞車在倒轉(zhuǎn)及自動(dòng)送鉆時(shí)均能正常工作。系統(tǒng)響應(yīng)速度快,應(yīng)用效果良好。