钻机辅助刹车现场使用分析和选择

《钻机辅助刹车现场使用分析和选择》由会员分享，可在线阅读，更多相关《钻机辅助刹车现场使用分析和选择（3页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、钻机辅助刹车现场使用分析和选择钻机绞车的刹车是整个钻机必不可少的组成部分，是其安全运转的重要保障之一。绞车的主刹 车和辅助刹车相互配合,缺一不可。高速运转的绞车刹车,先用辅助刹车连续制动，吸收下钻过程中 游动系统大多数能量，最后用主刹车完成驻车制动。目前主刹车用液压盘刹是主流，而辅助刹车多 选用电磁刹车和伊顿刹车，在DB变频钻机上也可利用电机能耗制动作为刹车。这几种刹车在使用中 各有优缺点，下面就现场情况进行分析。一、电磁涡流刹车这是一种将钻具下钻时产生的巨大机械能转换成电能再转换为热能的非摩擦式能量转换装置。 这种能量的转换是通过电磁感应原理而不是各种形式的磨擦副完成，没有任何磨损件，制动时

2、产生 的热量，通过空气或水排出。从转矩T= Km PI2 n式中（T为制动转矩;P为定子磁极对数;Km为刹 车的结构系数;I为电磁刹车励磁电流;n为转子转速）可看出,T*I 2.，在理论上当转速在50rpm时 制动力矩可达到最大力矩的 75%。其工作原理决定了电磁刹车的定子和转子之间必须有相对运动， 也就是说滚筒不能完全刹死，刹车性能平稳、柔和，不会造成急刹车，这是一个非常有用的工作特 性，特别有利于在高速和重载情况下刹车。磁曲丰剝车刀那Ilfl皱司钻通过调节开关手柄角度，控制刹车的励磁电流，改变了制动转矩，控制钻具下放速度。速 度的精度以及动态品质方面都要求不高，采用比较简单的闭环调节系统即

3、可满足钻井要求。刹车力 矩非常稳定，正常情况下最大力矩可以认为是不变的。电磁刹车整体安装，通过联轴器与绞车滚筒轴相联，安装实际很简便，附件少，井队人员就可 完成安装和校正工作。随着盘刹的日益普及，电磁刹车逐渐体现出更大的优越性，电信号容易检测 可以方便的与盘刹形成安全连锁，当电磁刹车断电或出现故障时盘刹自动刹车，同时与盘刹的连锁 可以省去体积庞大的后备安全电源系统，既简化了整个系统，刹车的安全性又得到有效提高。电磁 刹车可以与钻机上广泛使用的游车电子防碰有效结合，在高速下钻时及时有效先减速预警然后使电 子防碰动作，盘刹刹死滚筒，整个防碰和刹车系统更加高效和完善。二、伊顿刹车伊顿优点是制动力矩大

4、，体积小，重量轻，在40以下钻机上可以达到较充分体现。但40以上 钻机使用各方面存在一些问题。安装必需附件后其整体占用空间较大，与电磁刹车相比并不占太大优势。这些附件包括封闭的 防护罩，冷却水管线（每个刹车盘两根），50 以上钻机在气缸侧的支撑轴承等。护罩对平时的观察 和维护保养造成众多不便。气缸侧支撑轴承在更换摩擦副时必须拆除，工作量大，技术要求比较高伊顿刹车是气控盘式刹车，气控阀的质量和性能要求非常严格。在钻机上的气源存在相当多的 水分和油污，会腐蚀阀件和密封，对各元器件性能和寿命产生不良影响，往往使用一年多就发生刹 车滞后现象；在冬季时常发生气路结冰现象，能造成伊顿刹车彻底瘫痪。因为气控

5、刹车信号和压力 信号采集和处理困难，与盘刹很难形成安全连锁。伊顿刹车摩擦盘和摩擦片之间的摩擦必然会产生一些粉末，这些粉末和环境中的灰尘在齿式连 接器、夹管上逐渐积累，造成刹车指令与刹车动作不同步，部分刹车盘工作不灵活，不同步，极大 地降低了刹车力，同时造成个别盘受力过大，加速损害。总体来说伊顿刹车的优良性能随着使用时 间的推移有一个较快的递减过程，保险系数快速降低。安装时从螺栓扭矩、刹车盘与支架对中性、水平度等以及使用中需要维护的地方从气路、冷却 系统到间隙调整以及各种对配件质量等都要求严格，这些都和整个刹车性能息息相关，对使用条件 和人员素质要求较高。三、能耗制动交流变频钻机可采用电机能耗制

6、动方式刹车，具有电机“悬停”特性，能以“零速度”输出和 负载力矩相同并同步变化的转矩，保持绞车滚筒静止。变频器输出的频率为零，电压和电流不为零 最大转矩受变频器容量限制。这种刹车方式充分利用采用矢量控制或直接转矩控制变频器的固有特 性，司钻操作灵活，钻具起放平稳。现在钻机电控系统用的主流变频器是西门子6SE70/S120系列和ABB的ACS800系列，它们都具 有驱动电机零速度而输出最大转矩的特性，在编码器速度反馈的控制方式下实现“悬停”功能。理 论上有很多的优点，但在实际使用中也有不少要特别注意和改进的地方。首先要注意电机的速度不为零,主刹车就不能制动,否则极易造成变频器报警停机和柴油机跳闸

7、 等问题，甚至损坏控制系统或机械系统。司钻操作要非常注意及时减速到零，防止钻具下放或上提 不到位。电机“悬停”不能作为“驻车制动”。能耗制动和悬停对整个电控系统性能和安装要求很严格，和速度检测环节（编码器）、制动系统、 通讯系统、控制线连接、抗干扰性等都密切联系，任何一处出现问题都会导致制动失效，出现严重 后果。能耗制动只有“正常”和“不能用”两个状态，使用起来受各方面的影响太多，处理问题往 往比较麻烦。绞车变频器的启动和盘刹互相连锁，变频器不启动，盘刹就一直刹车。虽安全性提高，可电控 系统出问题，井下钻具没有办法上下活动和旋转，对井下安全造成一定影响。四、结论钻机选择刹车类型要综合考虑总体安

8、全性、易操控性、成本、安装空间等多种因素，其中安全 性是第一位的，而且要做到本质安全化，然后考虑操控性和适应性。绞车刹车要避免高速急刹车，这是一条基本安全 准则。急刹车产生的过大冲击负荷会对井架、大绳、 绞车造成损害，甚至顿钻等恶性事故。另外在起、放 井架过程中急刹车能造成大绳顿断或是跳槽，一旦发 生处理起来既危险又困难。在实际钻井施工中曾多次 发生这种惨痛事故。这一点上电磁刹车具有明显的优 势，可以与盘刹形成比较完美的组合。相比其他两种 刹车，刹车力矩较小，体积稍大，但总体性能很好。 电磁刹车下一步发展方向应该选用新型导磁材料和优 化结构，一方面提高制动力矩，一方面减少体积，同 时增大散热能力。目前辅助刹车性能比较种类力矩特性适应性性能影响因素成本易损件操控性伊顿刹车硬较差较多高多较好电磁刹车柔和好少较低少较好能耗制动硬较差多低较少好伊顿刹车现场使用中由于使用原因以及自身特点,易出现刹车件磨损过快、水腔漏水、刹车性能 恶化等问题, 对各方面要求较高，给现场使用和维护带来了诸多不便，消耗件较多，使用成本太高 性价比较低，影响了其在钻机上的使用。能耗制动虽能减少刹车方面的投资，减少绞车尺寸，操作方便省事，但这建立在整套变频控制 系统高可靠性的基础之上，实际使用受限较多，安全性和可靠性需要切实的提高。绞车变频器和盘 刹联锁的程序还需优化，增加手动解锁点，以备应急操做。