石油鉆機(jī)生產(chǎn)作業(yè)過(guò)程中,需要限定大鉤的活動(dòng)范圍,以避免由于人為操作失誤,大鉤碰撞天車(chē)或砸到鉆臺(tái)面而引發(fā)重大事故,傳統(tǒng)的防碰機(jī)構(gòu),分為電子式和觸碰式,都有明顯的缺陷,出于安全性及經(jīng)濟(jì)性的綜合考慮,開(kāi)發(fā)了一種全新的機(jī)械式防碰裝置,該裝置采用通用標(biāo)準(zhǔn)元件,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,價(jià)格低廉,安全可靠,已投產(chǎn)并獲得了國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利。
石油鉆機(jī)生產(chǎn)作業(yè)過(guò)程中,采用絞車(chē)驅(qū)動(dòng)大鉤,完成鉆井修井等作業(yè),由于大鉤工作時(shí)載荷大,運(yùn)行速度快,一旦碰到天車(chē)或鉆臺(tái),將引發(fā)重大事故。
目前國(guó)內(nèi)大部分油田及鉆機(jī)生產(chǎn)廠家,普遍采用兩種防碰裝置:電子防碰儀和天車(chē)防碰閥。電子式防碰儀具有靈敏度高等優(yōu)點(diǎn),但是價(jià)格昂貴,同時(shí)由于井場(chǎng)環(huán)境惡劣,電子元件容易失效,導(dǎo)致安全事故的發(fā)生。 觸碰式防碰機(jī)構(gòu)核心部件為一防碰閥,當(dāng)絞車(chē)滾筒纏繩達(dá)到設(shè)定高度時(shí),鋼絲繩觸碰閥桿,絞車(chē)緊急制動(dòng),大鉤停止運(yùn)行,這種機(jī)構(gòu)只能防止大鉤碰撞天車(chē),而無(wú)法避免大鉤碰撞鉆臺(tái)。綜上所述,以上兩種方式均存在明顯缺陷,因此開(kāi)發(fā)一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,可靠性高、經(jīng)濟(jì)性好的防碰裝置顯得尤為必要。
機(jī)械式防碰裝置的結(jié)構(gòu)及工作原理
1.1.設(shè)計(jì)依據(jù):因?yàn)榇筱^是通過(guò)絞車(chē)來(lái)驅(qū)動(dòng)的,所以控制大鉤的運(yùn)行位置完全可以靠控制絞車(chē)滾筒上鋼絲繩的纏繞圈數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn),但是,滾筒的轉(zhuǎn)動(dòng)速度很快,直接記錄鋼絲繩纏繞圈數(shù)不易實(shí)現(xiàn),因此,我們?cè)O(shè)計(jì)了一套減速機(jī)構(gòu),可以把滾筒的高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為計(jì)量機(jī)構(gòu)的緩慢旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),計(jì)量機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)有觸點(diǎn),觸點(diǎn)觸碰行程開(kāi)關(guān),絞車(chē)緊急剎車(chē)氣缸動(dòng)作,實(shí)現(xiàn)緊急剎車(chē),避免碰撞事故的發(fā)生。
1.2.結(jié)構(gòu)組成:
1.2.1.傳動(dòng)機(jī)構(gòu):主要包括小鏈輪(1),大鏈輪(2),鏈條(3),渦輪蝸桿減速機(jī)(4)等部分;小鏈輪通過(guò)螺栓連接在絞車(chē)滾筒軸頭上,大鏈輪固定在減速器的輸入端,二者之間通過(guò)鏈條連接。
1.2.2.計(jì)量機(jī)構(gòu):主要由限位盤(pán)一(7),限位盤(pán)二(6),壓緊螺母等組成;限位盤(pán)一安裝在減速器輸出軸上,通過(guò)壓板壓緊,限位盤(pán)二與限位盤(pán)一同軸安裝,通過(guò)壓緊螺母與限位盤(pán)一固定;
1.2.3.執(zhí)行機(jī)構(gòu):主要由按鈕閥(9)及緊急剎車(chē)氣缸組成;
工作原理:
下面以本裝置在4000米鉆機(jī)上的應(yīng)用為例,說(shuō)明本裝置的工作原理:
4000米鉆機(jī)絞車(chē)最大纏繩高度為4層,每層纏繞圈數(shù)為33圈,即總纏繞圈數(shù)最多為n=132圈。我們選擇小鏈輪齒數(shù)為Z1=13,大鏈輪齒數(shù)Z2=39,減速器傳動(dòng)比為i 2=60,則傳動(dòng)裝置總傳動(dòng)比為:
i=i1*i2=39/13*60=180
大鉤工作時(shí),絞車(chē)滾筒軸帶動(dòng)小鏈輪做高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),小鏈輪通過(guò)鏈條將運(yùn)動(dòng)傳遞給大鏈輪,大鏈輪驅(qū)動(dòng)減速器工作。經(jīng)過(guò)兩級(jí)減速以后,絞車(chē)滾筒軸的高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)闇p速器輸出軸的緩慢旋轉(zhuǎn),且旋轉(zhuǎn)角度最大為:θ=360°*n / i =360°*132 / 180=264°
由于限位盤(pán)隨減速器輸出軸同步旋轉(zhuǎn),即使?jié)L筒鋼絲繩全部纏繞或者下放,限位盤(pán)的旋轉(zhuǎn)角度小于等于264°,我們?cè)谙尬槐P(pán)圓周范圍內(nèi)設(shè)置兩個(gè)觸點(diǎn),再配合行程開(kāi)關(guān),便可控制大鉤的行程,同時(shí)考慮井架和鉆臺(tái)的高度不同,大鉤工作范圍也不盡相同,設(shè)計(jì)成兩個(gè)可調(diào)觸點(diǎn),即限位盤(pán)做成分體式,中間用壓緊螺母連接,等行程有變動(dòng)時(shí),調(diào)節(jié)觸點(diǎn)位置便可實(shí)現(xiàn)。限位盤(pán)觸點(diǎn)到達(dá)設(shè)定位置即可觸碰按鈕閥,緊急剎車(chē)氣缸動(dòng)作,大鉤緊急剎車(chē)。
本裝置具有以下優(yōu)點(diǎn):
2.1.可以通過(guò)更換鏈輪或減速器的方式來(lái)拓寬本裝置的使用范圍,也可以通過(guò)調(diào)節(jié)觸點(diǎn)位置實(shí)現(xiàn)小范圍的調(diào)節(jié),所以使用范圍廣泛
2.2.減速器及鏈輪等核心部件全部為標(biāo)準(zhǔn)件,價(jià)格低廉
2.3.機(jī)械傳動(dòng)裝置安全可靠,特別適用于井場(chǎng)惡劣環(huán)境
現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用
本裝置于2012年11月份進(jìn)行試制,并在本公司鉆機(jī)上進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn),效果良好,之后向海內(nèi)外廣大客戶(hù)大禮推廣,于2013年1月份成功應(yīng)用于兩臺(tái)印度XJ550修井機(jī),驗(yàn)收人員反映良好。
該裝置的成功應(yīng)用,證明該裝置性能完全符合設(shè)計(jì)要求。