钻井气控制系统

1、钻井机械辅助设备系统研究，第六章钻井气体控制系统，第一节，总结出钻机控制系统是整个钻机的重要组成部分，是钻机的中枢神经系统。一是钻井技术对控制系统的要求，(1)控制应快速、柔和、准确、安全可靠；(2)操作应灵活、方便、省力，部件的维护和更换应方便；(3)操作协调，易于记忆。第二，钻井控制系统的作用，(1)对于整体提升井架，在提升过程中控制缓冲，在下放过程中推动井架打开。(2)控制动力机的启动、调速、并联运行和停车。(3)控制钻井绞车、钻井泵和转盘的启停。(4)控制钻井绞车滚筒和转盘的转速和旋转方向。二是钻井控制系统的功能；(5)控制钻井绞车滚筒的制动和松开。(6)控制绞车猫头的提升和悬挂。动力

2、钳、动力卡瓦等的控制。(7)空气压缩机、发电机、钻井液搅拌器等辅助设备的控制。第三，钻井气体控制系统的特点，(1)经济可靠。(2)空气粘度小，管内流动压力损失小，系统简单，适合长距离输送和集中供气。(3)压缩空气在管道中的速度很快，可以通过气压信号直接实现系统的自动控制，完成各种复杂的动作。(4)与机械控制相比，气动控制易于布置和操作，易于实现快速直线往复运动、摆动和旋转运动。(3)钻井气体控制系统的特点；(5)部件结构简单，易于实现标准化和系统化，易于制造。(6)对工作环境有良好的适应性，在寒冷条件下仍能保证正常工作和安全可靠地工作。(7)空气是可压缩的，因此加载时传递运动不平滑和不均匀。(

3、8)工作压力不能太高，传动效率低，难以获得大的力或扭矩。(9)排气噪音大。4.气动控制系统的组成(1)供气设备：获取压缩空气的装置。(2)执行机构：是以压缩机为工作介质，产生机械运动，将气体的压力能转化为机械能的能量转换装置。(3)控制元件：用于控制压缩空气的压力、流量和流向，使执行机构完成预定运动规律的元件。(4)辅助部件：净化和消音压缩空气以及部件间连接所需的装置。1:气嘴2: 3:调压继电器4:转盘手柄调压阀5:旋塞阀，第2节供气设备：供气设备是空气控制系统的动力源，它提供一定压力和流量的干净、干燥的压缩空气，以满足不同条件和场合下的压缩空气质量要求。供气设备的组成：气压发生装置(如空气

4、压缩机)、储气罐中压缩空气的净化装置、空气压缩机，定义：空气压缩机是将机械能转化为气压能的装置。(简称空气压缩机，俗称气泵)空气压缩机的分类：容积式压缩机，它周期性地改变密封的工作容积，通过移动部件的位移来增加气体压力。通常，正排量空气压缩机用于气动传动。速度压缩机通过改变气体速度、提高气体动能、然后将动能转换成压力能来提高气体压力。2.空气净化设备中，用于气动传动的低压压缩机大多是用油润滑的。由于其排出的压缩气体的温度一般在140-170之间，压缩空气中的水分和一些润滑油被蒸发，与吸入的粉尘混合，形成水、油和粉尘的混合气体。混合气体中的杂质会对整个系统产生不利影响。因此，气源净化装置如脱气、

5、脱脂、除尘、干燥等都设置在气动传输系统中。常用的净化装置包括冷却器、空气过滤器、空气干燥器、除油器、水分离器和油分离器1冷却器，该冷却器用于将从空气压缩机排出的气体从140170减少到4050，使得压缩空气中的油雾和水蒸气迅速达到饱和，并且它们中的大部分被分析并冷凝成水滴和油滴，从而通过油水分离器排出。2空气过滤器，用于过滤压缩空气中的液体水滴、油滴、固体尘粒和其他杂质。空气过滤器的组成：外壳和滤芯。注意：滤芯在使用过程中应定期清洗和更换，否则会增加过滤阻力，降低过滤效果，甚至堵塞。3空气干燥器，空气干燥器的功能是降低空气湿度并为系统提供干燥的压缩空气。(注意：如果使用油压缩机，应在干燥器的入

6、口处安装一个除油器。)、4除油器和排水装置，用于过滤压缩空气中的油和水，并及时清除。5油雾喷射器，其功能是向压缩空气管道的气流中喷射润滑油，并利用进入系统的空气润滑相对运动部件的表面。分类：油雾型和微雾型。操作要求：油雾器应具有良好的密封性能、耐压性能和油滴调节性能。使用时，应合理调整雾化流量等参数，以达到最佳润滑效果。三个储油罐，用于储存空压机排出的压缩空气，减少压力波动；调节压缩机输出气体量与用户气体消耗量之间的不平衡，确保连续稳定的流量输出；进一步沉淀和分离压缩空气中的水分、油、金和其他杂质颗粒。分类：垂直和水平(通常使用垂直结构)。操作要求：使用时，安全阀、压力表、排水阀等附件应附在储

7、气罐上。此外，气罐还必须满足锅炉和压力容器的安全规则要求，如使用前按标准进行水压试验。在第三部分中，致动器用于将压缩空气和压力能转换成机械能，以驱动工作部件工作。常用部件：气缸、气动马达和气动摩擦离合器。气缸，定义：气缸是输出往复直线运动或摆动运动的致动器。1单作用气缸一般用于短行程或对活塞杆推力和运行速度要求不高的场合。2.薄膜气缸薄膜气缸：利用压缩空气使隔膜变形，推动活塞杆直线运动的气缸。膜片缸由缸体、膜片、膜片板和活塞杆组成。隔膜形状包括圆盘隔膜和平板隔膜。隔膜材料有：夹层织物橡胶、钢板和磷青铜板。通常使用织物橡胶，金属隔膜仅用于行程较小的隔膜气缸。3.旋转气缸旋转气缸由导气头、气缸体、

8、活塞和活塞杆等组成。旋转气缸的气缸体与气缸盖和导气芯一起可以被携带和旋转；活塞和活塞杆只能做往复直线运动；导风头的外接管是固定的。第二，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。三个气动摩擦离合器，定义：气动摩擦离合器用于在接合时传递扭矩，当分离时，驱动部分与从动部分分离，电源切断。它能使工作机平稳启动，换档方便，并具有过载保护功能。特点：(1)柔软的传动、弹性、抗冲击和减震；(2)操作省力、方便快捷，易于实现远程集中控制；(3)结构简单，使用寿命长；(4)反应迅速；(5)能精确控制传递的扭矩；(6)安装误差可以补偿。6-9通风气动离合器通风气动离合器是在普通气动离合器的基础上发

9、展起来的。具有良好的隔热、通风和散热性能，充气轮胎本身在工作时不承受扭矩；啮合稳定，脱离迅速，摩擦片厚，使用寿命长；易损件少，易损件容易更换；经济状况良好。气动离合器的损坏通常是由工作过程引起的。年代散热与能量传递装置主要由扇形体、扭杆、板簧和挡板组成。充气轮胎离合器的充气轮胎外表面与钢圈接触。摩擦片用铆钉或平头螺栓固定在扇形的内侧。扇形中间有一个导向槽，导向槽内装有扭杆和以一定的预压力压在扭杆上的板簧。扭杆的中间为矩形，两端为圆柱形。其两端伸出扇形并插入与钢圈连接的挡板上的相应孔中。接合时，压缩空气进入充气轮胎，充气轮胎沿径向向内膨胀，推动扇形体沿导向槽相对于固定在挡板上的轴承扭杆向轴线移动

10、，使摩擦片逐渐包围摩擦轮实现接合。同时，板簧也受到压缩。由于扇形体和充气轮胎之间没有连接，摩擦轮和摩擦片工作面产生的扭矩通过扇形体、扭杆、挡板和钢圈而不是充气轮胎传递。此外，扇形体将加热摩擦片与充气轮胎分开，扇形体的内部被制成蜂窝结构，即许多小散热片被铸造在通风孔中。在挡板上内圈的相应位置还设有排气槽，这样工作过程中产生的热量可以尽快散发到周围的空气中，而不会影响充气轮胎。充气轮胎的功能只是产生径向推力和正压力，没有扭转或热量。它解决了充气轮胎容易燃烧和老化的问题，大大延长了充气轮胎的使用寿命。当离合器分离时，排气轮胎本身的弹性恢复到其原始状态，片簧的弹力和旋转的离心力使摩擦片迅速脱离摩擦轮，

11、从而减少滑动产生的热量，减少摩擦片的磨损，延长摩擦片的使用寿命。通风充气轮胎离合器散热好，使用寿命长。然而，结构比普通类型更复杂，离心力对离合器高速工作时的工作能力影响更大。因此，它适用于频繁啮合、大扭矩和低转速的场合。气动盘式摩擦离合器，图6-11，气动盘式摩擦离合器的工作面为环形平面。工作时，摩擦片沿轴向移动，故又称轴向离合器。气动盘式摩擦离合器具有耗气量小、扭矩传递大的特点。这种离合器广泛用于国外钻机。轮胎空气离合器主要在中国发展，盘式离合器也在发展，但很少。由于轮胎空气离合器具有较好的综合技术经济指标，特别是通风轮胎离合器的出现，提高了其扭矩传递能力和使用寿命，具有很大的发展前景。气动

12、摩擦离合器的选择原则是：在传动扭矩不大、接合不频繁的地方，如柴油机到液力变矩器，带泵并联运行，多采用普通轮胎离合器，其特点是结构简单，接合平稳，制造和安装技术要求低。传动扭矩大、工作重的总离合器、低速离合器和工作扭矩大、接合频繁的绞车转盘离合器可采用通风轮胎离合器，具有接合灵活、分离迅速、通风传热性能好、传动扭矩大、使用寿命长的优点。对于5000米以上的超深井钻机，由于绞车低速离合器需要传递较大扭矩(m 100 kn m)，盘式空气离合器工作扭矩大，结构紧凑，可以考虑，但需要设置高速离合器，以减少其接合次数。空气控制元件的功能是调节压缩空气的压力、流量和方向，并根据规定的程序发送信号以确保气动

13、执行器的正常运行。一种压力控制阀，该压力控制阀利用压缩空气的作用力溢流阀的作用是当系统压力超过设定值时，使部分压缩空气从排气口溢出，并在溢出过程中保持系统压力基本稳定，从而起到过载保护的作用(也称安全阀)。分类：直动式和先导式按其结构可分为活塞式、隔膜式和球阀式；3.顺序阀，取决于空气回路，4。压力调节继电器，其控制空气由压力调节阀提供可变压力的压缩空气。来自主气路顶部的压缩空气经过压力调节继电器后，可以将相应的压力可变的压缩空气输出到执行元件。流量控制阀的功能是通过改变阀门的通风面积来调节压缩空气的流量和控制执行器的移动速度。流量控制阀也称为速度控制阀。由于气体的可压缩性，气动系统中的流量只

14、能通过节流来控制。任何流量阀都有一个节流部分，其中大部分是可调的。流经小孔或缝隙的空气将不可避免地产生显著的压降。流量控制阀主要包括节流阀、单向节流阀、排气节流阀和行程节流阀。节流阀如图6-15所示。节流阀：节流阀的结构如图6-15所示。它由阀体、针阀等组成。气流可以通过调整针阀的位置来控制。该阀用于钻机主离合器的进气管道和其他气体管道，使离合器接合更加柔和。图6-15，三通控制阀，方向控制阀的功能是控制压缩空气的流向和气流的通断。方向控制阀一般用阀芯来切换进、出口通道，从而达到使气路反向的目的。方向控制阀的类型类似于液压方向阀。根据操作方式，可分为手动和气动控制。常用的有手动二通阀、单向阀、

15、三通旋塞阀、气动二位三通阀(两用继电器)等。单向阀，功能：只允许空气单向流动。止回阀包括：止回阀、梭阀和快速排气阀。(1)单向阀：气流正向通过，但反向受阻。(2)梭阀：如果有两个输入端口和一个输出端口，并且两个输入端口不允许相互连通，则梭阀可用于控制。当两个进气口同时进入空气时，高压进气口与输出口连通，低压口自动关闭。(3)快速排气阀：用于快速排出充气轮胎、气盘、气缸等执行机构的压缩空气，以提高传动系统的启停灵敏度，延长摩擦部件的使用寿命。换向阀的作用是通过改变气流通道来改变气流方向，从而改变执行机构的运动方向。换向阀包括：1)二位三通旋转阀(二通开关)，2)三位五通旋转阀(三通开关)，3)二

16、位三通按钮阀，4)气动二位三通阀(两用空气继电器)和二位三通旋转阀(二通开关)，用于控制离合器的进气或放气，从而决定执行机构是否工作。结构组成：主体、滑阀、盖、转轴、手柄、手柄套、密封圈、孔卡环、密封圈、弹簧垫、弹簧、圆柱头螺钉、O形圈、定位销和铭牌。二位三通旋转阀(图6-16)、二位三通旋转阀(图6-16)、三位五通旋转阀(三向开关)结构图、功能：三向开关以互锁关系控制两个空气离合器，即两个空气离合器不允许同时进气。三位五通阀、二位三通按钮阀的结构示意图，功能：按下按钮，压缩空气可以从气路分配到需要供气的地方，或者控制机构的压缩空气可以进入大气。用于防撞天车气路中的气路和制动缸放气。两位三通

17、按钮阀结构图(6-18)。如图6-19所示，按钮阀有两个c图6-19，常闭连接(用于移动微动装置):孔d与进气口相连；孔c传输气孔，孔b连接大气孔。当按钮未被按下时，孔D和孔C不相互连通，孔C向大气开放。当按下按钮时，压缩空气通过孔d和孔c。图6-19，气动二位三通阀(两用空气继电器)，两用空气继电器：当空气从启动元件直接送到控制机构时，管路长，进气慢，换档时间长，而进气慢，压力低时，空气摩擦离合器容易打滑发热。因此，在一些经常断开和悬挂的空气离合器中，通常采用间接进气，即在管道上增加一个继电器(如图6-20所示)，继电器的阀门被控制空气推开，这样干线(较粗的气管)中的压缩空气就可以通过继电器快速进入离合器。图6