頂驅(qū)液壓油箱加油口形式及透氣帽方案討論

劉鵬騁

（大慶鉆井工程技術(shù)研究院，黑龍江大慶 163413）

液壓系統(tǒng)是當(dāng)前絕大多數(shù)頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置（以下簡(jiǎn)稱頂驅(qū)）的重要組成部分，是實(shí)現(xiàn)頂驅(qū)多項(xiàng)功能的關(guān)鍵系統(tǒng)。各品牌頂驅(qū)，結(jié)合各自頂驅(qū)的需求設(shè)計(jì)了不同的液壓系統(tǒng)。

1 問題提出

某DQ40 型頂驅(qū)為適應(yīng)ZJ40 型及以下鉆機(jī)的使用，進(jìn)行了小型化設(shè)計(jì)。為此，液壓系統(tǒng)的儲(chǔ)油箱尺寸也同步設(shè)計(jì)減小尺寸，在保證液壓系統(tǒng)正常工作的前提下盡量減少油箱的容積。加注液壓油后，液面距油箱頂部空間較小。在一些工況下，液壓油從油箱口處的透氣帽滲出，特別是當(dāng)頂驅(qū)放置在運(yùn)輸架內(nèi)處于橫臥狀態(tài)時(shí)，液壓油開始大量自油箱內(nèi)流出，不僅造成液壓油浪費(fèi)，還影響頂驅(qū)外觀，污染環(huán)境。

2 現(xiàn)狀

此頂驅(qū)采用開式液壓系統(tǒng)，油箱為長(zhǎng)方體，豎直安裝于頂驅(qū)后側(cè)，油箱的整體結(jié)構(gòu)和組成如圖1所示。由圖2看見，加油口設(shè)置在油箱頂部偏后位置，并加裝透氣帽。頂驅(qū)正常使用過程中，透氣帽實(shí)現(xiàn)油箱與外部大氣的連通，過濾空氣中灰塵，排出液壓油受熱產(chǎn)生的少量含油混合氣體，維持油箱內(nèi)外的氣壓平衡。

由于油箱尺寸的減小，正常加注液壓油后，液面距油箱頂部距離小，在頂驅(qū)下行過程遇顛簸時(shí)會(huì)有液壓油濺到透氣帽上，積累到一定程度后透過透氣帽的過濾材料滲出。當(dāng)頂驅(qū)放倒處于橫臥位置時(shí)，由于箱內(nèi)液壓油較多，液壓油一定會(huì)淹沒至透氣帽位置，因此大量的液壓油會(huì)透過透氣帽流出，不僅造成浪費(fèi)還污染環(huán)境，影響頂驅(qū)外觀。頂驅(qū)每次投入使用前現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)人員不得不登高進(jìn)行加注液壓油作業(yè)，無形中增加了安全風(fēng)險(xiǎn)。所以，亟待解決頂驅(qū)放倒后液壓油箱向外流淌液壓油的情況。

3 改進(jìn)油箱口形式方案

3.1 方案一

現(xiàn)有油箱的加油口位置從圖2中可以看到，當(dāng)頂驅(qū)處于放倒位置時(shí)，其在油箱中心線偏下，這就很容易造成液面將加油口淹沒從而發(fā)生流出液壓油的情況。因此，將加油口向前移動(dòng)，使其盡量靠近油箱前壁，加油口就可能處于液面之上。對(duì)于一般油箱來說，這種改動(dòng)基本可以解決液壓油自透氣帽流出的問題，但是此頂驅(qū)的油箱在尺寸設(shè)計(jì)上進(jìn)行了壓縮，箱內(nèi)裝的液壓油較多，液面上方留出的空間有限，不能完全將加油口讓出，且在運(yùn)輸過程中，箱內(nèi)液體的運(yùn)動(dòng)也容易沖入透氣帽從而流出油箱。

3.2 方案二

將加油口在油箱外部延長(zhǎng)一段距離，使加油口的位置高于油箱的前壁。此方案可以在原加油口位置引出管線，也可以在油箱前側(cè)箱板引出加油口。圖3和圖4分別是兩種方案設(shè)置加油口的示意圖。

由圖3 和圖4 中可以看到，當(dāng)頂驅(qū)處于平臥放置時(shí)，油箱處于平躺姿態(tài)，箱內(nèi)液面不會(huì)達(dá)到油口位置，并且在頂驅(qū)運(yùn)輸過程中液體在箱內(nèi)運(yùn)動(dòng)達(dá)到油口的可能性也極大地降低。對(duì)比圖3和圖4所示方案，圖4的方案優(yōu)于圖3 方案。圖4 所示方案的引出管內(nèi)不會(huì)有液體且完全在液面以上，這就允許油箱在平臥姿態(tài)時(shí)可以向后方有更大的傾角而不會(huì)導(dǎo)致液壓油液面立即到達(dá)透氣帽下沿，適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)吊裝和運(yùn)輸途中爬坡的需求。

3.3 方案三

按透氣帽與加油口的連接形式，制作一個(gè)油孔蓋，替代透氣帽安裝位置，將油箱加油孔完全密閉。使用過程為：井位轉(zhuǎn)移時(shí)，在頂驅(qū)放倒前，由服務(wù)人員高處作業(yè)，將透氣帽取下，換上油孔蓋；到達(dá)新井位，頂驅(qū)豎立完成后，由服務(wù)人員再次高處作業(yè)，用透氣帽換下油孔蓋。油孔蓋可以完全杜絕在頂驅(qū)放倒?fàn)顟B(tài)下箱內(nèi)液壓油自加油孔流出的情況。但是，這要求專人保管好油孔蓋且要增加高空作業(yè)，從而增加了工作量和作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。

也可以考慮選用開關(guān)閥門或者是合適的排氣閥。兩者的主要區(qū)別在于，開關(guān)閥門與使用油孔蓋類似，需要服務(wù)人員在頂驅(qū)豎立、放倒作業(yè)前操作開關(guān)閥門，使其處于打開或關(guān)閉狀態(tài)；而排氣閥參數(shù)選擇合適的情況下，可以實(shí)現(xiàn)加油口自動(dòng)關(guān)閉和開啟，不需要人員操作。與油孔蓋相比，應(yīng)用閥門不用每次拆卸和保管閥門，較為方便。

4 結(jié)論

通過對(duì)以上方案的分析表明，不同的加油口及透氣帽布置形式都可以在一定的范圍內(nèi)解決頂驅(qū)放倒后液壓油自油箱淌出的問題狀況。具體得出以下結(jié)論：

（1）方案一對(duì)于油箱內(nèi)液面上方空間較大的油箱適合使用，簡(jiǎn)單、方便，無需特殊設(shè)計(jì)改造，但不能完全杜絕液壓油流出，特別是在吊裝和運(yùn)輸作業(yè)過程中液壓油流出的可能性很大。

（2）方案二設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，安裝方便，尤其是方案二的第二種形式，在正常作業(yè)的條件下，可以有效防止液壓油流出，且不需要人員專門操作。但方案二增加了油箱的外形尺寸，不利于狹小空間的安裝，存在被磕碰變形的情況。

（3）方案三的油孔蓋和開關(guān)閥加裝方便，可以從根本上防止液壓油流出，但使用時(shí)需要人員在高空操作，增加安全風(fēng)險(xiǎn)。排氣閥需選擇合適工作參數(shù)，增加一定的設(shè)計(jì)工作量，成本稍高，但無需人員操作，方便有效。