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1、 钻井柴油机运转故障分析与防控装置应用 Summary:针对机械钻机动力系统出现意外故障非正常运转,研制使用由油控阀和管线连接组成的预防装置,该装置能保持原有的柴油机本车离合器挂合、分离操作特性;能应对柴油机润滑油压力突然发生的变化;能保证柴油机欠压自动停车装置的正常动作,保证柴油机的安全;能对生产提出预警,减少设备故障对生产造成的影响,保障了工程质量和安全。Keys:柴油机;预防装置;应用;安全前言某钻井队两台柴油机作为钻井动力,其中一台柴油机润滑油泵突然发生故障,自带的欠压自动停车装置起作用,柴油机停止运转。但是因为该柴油机的本车离合器未脱开,联动机组上的力矩反传回来,致使柴油机在无润滑润
2、滑情况下继续被驱动运转,造成柴油机零部件磨损加剧、拉缸。经操作人员及时操作气开关,使离合器脱开,才避免事故继续加剧。这种柴油机在违章和润滑油路出现意外故障的情况下,受外力驱动非正常运转的故障现象称为“车带车”,不仅发生在正运转的柴油机组上,也可能发生在正维修的机组上。车带车现象造成柴油机零部件磨损加剧、拉缸、烧瓦、抱轴等严重故障,甚至机器报废,如果处理不及时还会危及人身安全。1柴油机车带车故障分析在采用皮带传动的机械钻机中,每台柴油机通过万向轴、减速箱、气胎离合器和联动机进行并车和传递功率。气胎离合器以压缩空气为操纵动力源,由钢圈和橡胶与纤维制成的空心气胎通过螺栓连接在一起组成。气胎内缘装有摩
3、擦片,在0.5-1MPA压缩空气作用下,气胎膨胀使摩擦片向内收缩压紧钢制摩擦毂,由此产生摩擦力。当两台或两台以上柴油机组在并车运行过程时,其工作原理是:控制气(压缩空气)经气开关输出给控制本车离合器的气器,继气器在控制气的作用下迅速动作,离合器主气源经继气器输给本车离合器,使离合器挂合,传递扭矩断开时,操作气开关使控制气断开,气开关与继气器之间的余气经气开关上的放气孔排放掉;继气器在没有控制气的情况下,依靠弹簧的作用力切断离合器主气源,离合器以及气管线内的压缩空气,经继气器放气孔和离合器快速放气阀排放,从而达到快速分离和挂合的作用。在生产过程中,一般使用两台或两台以上柴油机并车运行,若其中一台
4、柴油机的润滑油压力因故障突然下降超过极限值或丧失,本车的欠压自动停车装置将进行保护停车,此时该柴油机应处于停机状态,但由于此时本车离合器仍在挂合状态,其他仍在继续运转的柴油机输出力矩经传动机组、本车离合器传输到故障柴油机上,导致故障柴油机在缺少润滑油的情况下被外力带动运转,造成机件磨损加剧,烧瓦、抱轴,甚至造成机器报废等严重故障。在钻井作业现场为保证生产继续进行,常有一边生产一边维修设备的现象$如果被修理的柴油机因误操作挂合了本车离合器,其他在运转柴油机的力矩也必然经联动机组(本车离合器传输到在修的柴油机上,导致在修柴油机突然运转,发车带车现象突然运转的柴油机会直接危害到维修人员的人身安全,防
5、范不及时将会造成机毁人亡等重大安全事故。2柴油机车带车预防装置“车带车”现象的根本原因是柴油机在违章操作和意外情况下,受外力驱动发生非正常运转的现象。柴油机只要运转就会产生机油压力,如果把柴油机的机油压力变化与本车离合器的控制相关联,就能防止“车带车”现象的发生。柴油机的机油压力变化是液态信号,本车离合器的控制是气态信号,关联液态信号与气态信号,即以柴油机的润滑油压力作为设计基本条件,以柴油机本车离合器的挂合、分离状态为反映状态。可采取的方法有液+电+气控制和液+气控制。液+电+气控制,控制精度高,可扩展相应的报警功能,但是钻井队施工是露天作业,没有固定场所,搬家频繁,经常拆装设备,使用液+电
6、+气控制,给现场增加拆装工作量,增加了安全用电的风险,而且成本较高,环境因素故障率相对较高;液+气控制,结构:简单,成本低,组件易于安装,安装空间小,安装一次就可永久性使用,不会增加钻井队设备搬迁时的工作量,其控制精度完全可以满足现场需要。油控阀是预防装置中利用液态信号来控制气态信号的元件。通过设计油控阀的动作来控制本车离合器的挂合分离,实现柴油机自动阻隔外来载荷力矩。油控阀的下端通过油管线与柴油机润滑油路相连,利用柴油机的压力润滑油进入油腔内实现通断。当油压大于限定值时,活塞在油压作用下,克服弹簧的弹力作用向上移动,同时通过活塞杆将阀门向上移动,使阀门上部气室与下部气室的压缩空气贯通。当油压
7、小于或等于限定值时,阀门在调压弹簧的作用力下向下移动,关闭阀门,阻断压缩空气通路,保证后续气控元件不能动作。(1)设计方案1::在气开关与控制本车离合器的继气器之间设置油控阀,油控阀的润滑油管线与柴油机润滑油路相连。正常情况下,挂合气开关后,控制气进入油控阀,油控阀在正常机油压力作用下保持在打开状态,使压缩空气通过油控阀进入继气器,驱动继气器动作,保证主气源顺利通过继气器,送往本车离合器的气胎,使离合器挂合。当柴油机机油压力故障或压力丧失,油控阀由于没有润滑油压力来源,阀门在弹簧的作用下关闭气路,断开通往继气器的控制气,使主气源不能到达本车离合器的气胎,并保持分离状态,柴油机不能受外力驱动发生
8、非正常运转。(2)设计方案2:在压缩空气通往气开关之前设置油控阀,油控阀的机油管线与柴油机润滑油路相连。正常情况下,油控阀在正常润滑油压力作用下保持在打开状态,使压缩空气进入气开关$操作气开关,压缩空气进入继气器,驱动继气器动作,并保证主气源顺利通过继气器,送往本车离合器的气胎,使离合器挂合。当柴油机机油压力故障或压力丧失,油控阀由于没有机油压力来源,阀门在弹簧的作用下关闭气路,断开通往气开关的控制气,使主气源不能到达本车离合器的气胎,并保持分离状态,柴油机不能受外力驱动发生非正常运转。3应用实例(1)油控阀动作值的设定。在柴油机运转过程中,润滑油压力是利用本车机油泵和被润滑机件之间的间隙而产
9、生的。如果机油压力过高,将会造成油管刺漏和破坏密封,使润滑效能降低;如果润滑油压力过低,则摩擦表面得不到很好的润滑,使机件早期损坏,以至于发生烧瓦、抱轴等严重故障。(2)机油压力采集点的设定。柴油机工作时,通过润滑油泵将油底壳中的润滑油吸出,并以一定的压力送到润滑油泵支架内部油腔内,然后分成两路:一路经离心滤清器滤清后又流回油底壳内;另一路则打开单向1调压阀,经机油冷却器和机油滤清器送往主油道。由此可见,机油冷却器是距离润滑油压力源最近的零部件,选择机油冷却器作为机油压力采集点,既不影响其他部件的正常运行和柴油机操作维护,也不影响美观,而且当柴油机机油压力变化时,可以准确及时地将变化信号传递给
10、油控阀。2013年在某钻井队*井作业现场对车带车预防装置设计方案进行了试验。当柴油机润滑油压力升至500kPa时,油控阀开始动作,控制离合器的继气器动作,约3.5S后本车离合器挂合。手动释放机油压力至420kPa时,油控阀开始动作,控制离合器的继气器开始漏气;继续泄压,当润滑油压力降至330kPa时,油控阀完全关闭,离合器分离.试验证明:虽然330KPa的动作值小于设定值350KPa.,但是能实现液体控制气体,说明在不添加其他动力源的情况下选择液+气控制方案可行,油控阀关联柴油机的润滑油压力变化与本车离合器的控制是可行的。Reference1.邓辉.柴油机故障诊断及排除方法的研究J.黑龙江科技信息.2013(15) -全文完-