钻井气控制系统

图6-9
通风型气胎离合器
通风型气胎离合器是在普通气胎离合器的基础 上发展起来的。其特点是：隔热和通风散热性能 好，气胎本身在工作时不承受扭矩；挂合平稳、 摘开迅速、摩擦片厚、寿命长；易损件少，更换 易损件方便；经济性好。 通常，造成气胎离合器损坏的原因是工作过程 中，；离合器摩擦片的打滑及半打滑而产生大量 的热，使得气胎被烧坏，橡胶老化而损坏。
• 注意：过滤器使用中要定期清洗和更换滤芯，否
则将增加过滤阻力，降低过滤效果，甚至堵塞。
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空气干燥器
• 空气干燥器的作用是降低空气的湿度，为 系统提供所需要的干燥压缩空气。（注： 若使用有油压缩机，则要在干燥器入口处 安装除油器。）
4 除油器和分水排水器
• 除油器和分水排水器的作用是滤除压缩空 气中的油分和水分，并及时排除。
钻井机械辅助设备系统研究
第六章 钻井气控制系统
第一节 概
述
• 钻机的控制系统是整套钻机 必不可少的组成部分，是钻 机的中枢神经系统。
一、钻井工艺对控制系统的要求
• （1）控制要迅速、柔和、准确及安全可靠； ）控制要迅速、柔和、准确及安全可靠； • （2）操作要灵活方便、省力，维修以及更 2）操作要灵活方便、省力， 换元件容易； 换元件容易； • （3）操作协调，便于记忆。 ）操作协调，便于记忆。
一 气缸
• 定义：气缸是输出往复直线运动或摆动运 动的执行元件。
一般用于短行程或对活塞杆推力、 1· 单作用式气缸一般用于短行程或对活塞杆推力、 动速度要求不高的场合。 运 动速度要求不高的场合。 2.薄膜式气缸 2.薄膜式气缸 薄膜式气缸：利用压缩空气使膜片变形来推动活塞 杆做直线运动的气缸。 杆做直线运动的气缸。 薄膜式气缸由缸体、膜片、膜盘和活塞杆等组成。 薄膜式气缸由缸体、膜片、膜盘和活塞杆等组成。 膜片形状有盘形膜片和平膜片两种。 膜片形状有盘形膜片和平膜片两种。 膜片材料有：夹织物橡胶、钢片和磷青铜片。 膜片材料有：夹织物橡胶、钢片和磷青铜片。常用的 为夹织物橡胶，金属膜片只用于行程较小的膜片式气缸。 为夹织物橡胶，金属膜片只用于行程较小的膜片式气缸。 3.回转式气缸 回转式气缸由导气头体、缸体、活塞、活塞杆等组成。 回转式气缸由导气头体、缸体、活塞、活塞杆等组成。 回转式气缸的缸体连同缸盖及导气芯可被携带回转； 回转式气缸的缸体连同缸盖及导气芯可被携带回转； 活塞和活塞杆只能作往复直线运动；导气头体外接管路， 活塞和活塞杆只能作往复直线运动；导气头体外接管路， 固定不动。 固定不动。
二、钻井控制系统的作用
• （1）对于整体起升的井架，在起升时缓冲 ）对于整体起升的井架， 的控制，放落时推开井架的控制。 的控制，放落时推开井架的控制。 • （2）对动力机的启动、调速、并车、停车 ）对动力机的启动、调速、并车、 的控制。 的控制。 • （3）对钻井绞车、钻井泵、转盘等启动与 ）对钻井绞车、钻井泵、 停车的控制。 停车的控制。 • （4）对钻井绞车滚筒和转盘的转速及旋转 ） 方向的控制。 方向的控制。
空气压缩机
• 定义：空气压缩机是将机械能转换为气体压力 能的装置。（简称空压机，俗称气泵） • 空气压缩机分类：
按工作原理分
容积式
速度式
容积式压缩机
• 容积式压缩机是通过运动部件的位移，周期性 的改变密封的工作容积来提高气体压力。在气 压传动中一般多采用容积式空气压缩机。
容积式压缩机
活塞式
膜片式
通风型气胎离合器在结构上的主要特点是，增 加了一套散热传能装置。散热传能装置主要由 扇形体、承扭杆、板簧和挡板等零件组成。 通风型气胎离合器的气胎外表面与钢圈相接触。 摩擦片用铆钉或平头螺栓固定在扇形体的内侧， 扇形体中部有导向槽，槽中装有承扭杆和以一 定予压力压在承扭杆上的板簧，承扭杆中部为 长方形，两端为圆柱体。它的两端伸出扇形体， 并插进与钢圈相连的挡板上的相应孔中。
• • • • •
1:导气龙头 2： 3：调压继气器 4：转盘手柄调压阀 5：旋塞阀
第二节
供气设备
• 供气设备 供气设备：供气设备是气控系统的动力源， 它提供清洁、干燥且具有一定压力和流量 的压缩空气，以满足不同条件的使用场合 对压缩空气质量的要求。 • 供气设备的组成 供气设备的组成： • ①气压发生装置（如空气压缩机） • ②储气罐 • ③压缩空气的净化装置
气胎的作用只是产生径向推力和正压力，不受 扭、不受热。解决了气胎易烧坏，易老化的难 题而大大提高了气胎的寿命。 摘开离合器时，除气胎本身的弹性恢复原状外， 还有板簧的弹力以及旋转的离心力的作用而使 摩擦片迅速脱开摩擦轮，从而减少了因打滑产 生的热量，减轻摩擦片的磨损，提高了摩擦片 的使用寿命。 通风型气胎离合器，散热好、寿命长。 通风型气胎离合器，散热好、寿命长。但结构 比普通型复杂，高速工作时，离心力对离合器 比普通型复杂，高速工作时， 工作能力的影响也相应加大，因此， 工作能力的影响也相应加大，因此，它适用于 挂合频繁，转矩大而转速不太高的场合。 挂合频繁，转矩大而转速不太高的场合。
• 分类：立式和卧式（立式结构应用较为普通） • 使用要求：储气罐使用时应附有安全阀、压力表
和排污阀等附件。此外，储气罐还必须符合锅炉 及压力容器安全规则的要求，如使用前应按标准 进行水压试验等。
第三节 执行元件
• 执行元件的作用是将压缩空气和压力能转 换为机械能，驱动工作部件工作。 • 常用组件：气缸、气动马达和气动摩擦离 合器。
三、钻井气控制系统的特点
• （1）经济可靠。 ）经济可靠。 • （2）空气的粘度小，管内流动压力损失小， ）空气的粘度小，管内流动压力损失小， 系统简单，适用于远距离输送和集中供气。 系统简单，适用于远距离输送和集中供气。 • （3）压缩空气在管路内流速快，可直接用 ）压缩空气在管路内流速快， 气压信号实现系统的自动控制， 气压信号实现系统的自动控制，完成各种 复杂的动作。 复杂的动作。 • （4）与机械控制相比，气控制容易布局和 ）与机械控制相比， 操纵， 操纵，调速方便易于实现快速的直线往复 运动、摆动和旋转运动。 运动、摆动和旋转运动。
接合时，压缩空气进入气胎，气胎沿径向向内 膨胀，推动扇形体沿着导向槽相对于固定在挡 板上的承扭杆向轴心移动，使摩擦片逐渐抱紧 摩擦轮，实现挂合。同时板簧也受到压缩。 由于扇形体和气胎之间无连接，故摩擦轮与摩 擦片工作表面产生的转矩，不经过气胎，而是 经过扇形体、承扭杆、挡板、钢圈等零件来传 递的。 此外，扇形体将发热的摩擦片与气胎隔开，且 扇形体内部做成了蜂窝状结构，即在通风孔中 铸有许多小散热片。在挡板上内圈相应位置上 亦开有通风孔槽，使工作过程中产生的热量能 尽快散发到周围的空气中而不影响气胎。
二、钻井控制系统的作用
• （5）对钻井绞车滚筒制动与放松的控制。 ）对钻井绞车滚筒制动与放松的控制。 • （6）对绞车猫头摘挂的控制。对动力大 ）对绞车猫头摘挂的控制。 动力卡瓦等起下钻操作机械的控制。 钳、动力卡瓦等起下钻操作机械的控制。 • （7）对辅助装置，如空气压缩机、发电机 ）对辅助装置，如空气压缩机、 以及钻井液搅拌器的控制。 以及钻井液搅拌器的控制。
气动摩擦离合器的选用原则如下：
要求传递扭矩不大，挂合不频繁的场合，如柴油机 至变矩器，带泵，并车处，大多采用普通型胎式离合 器，以取其结构简单，挂合平稳柔和，制造和安装技 术要求低的特点。 传递扭矩大，工作繁重的总离合器以及工作扭矩大， 挂合频繁的绞车低速离合器，转盘离合器，可采用通 风型胎式离合器，以取其挂合柔合，摘开迅速，通风 传热性能好，传递扭矩大，寿命长等优点。 对于5000m以上的超深井钻机，由于绞车低速离合器 要传递很大扭矩（M＞100KN.m），可考虑选用盘式气 离合器，以取其工作扭矩大，结构紧凑特点，但应减 少其挂合次数而必须设高速离合器。
气动盘式摩擦离合器
图6-11
气动盘式摩擦离合器的工作表面是环状平面。 工作时，摩擦片沿轴向移动，故又称为轴向 作用式离合器。 气动盘式摩擦离合器特点是耗气量小、传 递转矩大。国外钻机多采用这种离合器。 我国主要发展胎式气离合器，也研制盘式 离合器，但为数不多。因为胎式气离合器综 合技术经济指标较好，特别是通风型胎式离 合器的出现，提高了其传递扭矩的能力和工 作寿命，大有发展前途。
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四、气动控制系统的组成
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（1）供气设备：是获得压缩空气的装置。 压缩机 （2）执行元件：是以压缩机为工作介质产生 至 机械运动，并将气体的压力能变成机械能 转 盘 的能量转换装置。 （3）控制元件： 控制压缩空气的压力、 量 动 ，以 执行机 成 1 运动 的元件。 气 气 （4） 元件： 压缩空气 、 元 件 的装置。
第四节 控制元件
• 气控制元件的作用是调节压缩空气的压力、流 量、方向以及发送信号，以保证气动执行元件 按规定的程序正常动作。
气控制元件按功能分类
压力控制阀
流量控制阀
方向控制阀
一 压力控制阀
• 压力控制阀是利用压缩空气作用在阀芯上 的力和弹簧力相平衡的原理来控制压缩空 气的压力，进而控制执行元件动作顺序。 • 组成：减压阀、溢流阀、顺序阀和调压继 气阀
二 气动马达
• 定义：气动马达是输出旋转运动机械能的 执行元件。
三 气动摩擦离合器
定义：气动摩擦离合器在挂合时用于传递转矩， 摘开时刻是主动件与被动件分离，动力被切断。 它可使工作机起动平稳，换挡方便，并有过载保 护作用。 特点： （1）传动柔和，具有弹性、抗冲击、吸收振动； （2）操作省力、方便、迅速、易于实现远距离集 中控制； （3）结构简单、寿命长； （4）反应快； （5）能准确地控制所传递的扭矩； （6）能补偿安装误差。
5 油雾器
• 油雾器的作用是将润滑油雾化后喷入压缩空气管 道的空气流中，随空气进入系统中润滑相对运动 零用要求：油雾器要有良好的密封性、耐压性和
滴油量调节性能。使用时，应合理地调节起雾流 量等参数，以达到最佳润滑效果。