電驅動鉆機絞車與盤式剎車互鎖控制方案

劉春友，曹崇輝，趙玉霞，于金魁，樊一江

( 1.海城市石油機械制造有限公司，遼寧 海城 114200；2.甘肅藍科石化高新裝備股份有限公司，蘭州 730070；3.新疆石油工程建設監理有限公司，新疆 克拉瑪依834000；4.中石化寧波工程有限公司 電控室，浙江 寧波 315103)①

?

電驅動鉆機絞車與盤式剎車互鎖控制方案

劉春友1，曹崇輝2，趙玉霞3，于金魁1，樊一江4

( 1.海城市石油機械制造有限公司，遼寧 海城 114200；2.甘肅藍科石化高新裝備股份有限公司，蘭州 730070；3.新疆石油工程建設監理有限公司，新疆 克拉瑪依834000；4.中石化寧波工程有限公司 電控室，浙江 寧波 315103)①

摘要：交流變頻鉆機配套的盤式剎車系統若沒有與鉆機的電控系統進行互鎖會造成誤操作而損壞鉆井設備。盤式剎車的操作與過去的帶式剎車操作完全不同，司鉆有時會誤操作，使電氣系統的過載保護系統頻繁起動，這種情況不僅會損壞設備，同時存在安全隱患。設計了盤式剎車系統與絞車主電機電控系統的互鎖控制系統，不但避免了由于誤操作對設備造成的損壞，也提高了盤式剎車的安全性和可靠性。

關鍵詞：電驅動鉆機；絞車；盤式剎車；控制系統

隨著我國鉆機技術的不斷進步，鉆井公司對鉆機的安全性與自動化程度及減輕工人勞動強度的要求越來越高，因此盤式剎車被廣泛應用到交流變頻鉆機上，并實現了智能化司鉆控制[1]。由于盤式剎車和過去的帶式剎車操作完全不一樣，盤式剎車的操作沒有帶剎的剎把那么明顯直觀，因此容易造成誤操作[2]。當鉆機在正常運轉時，操作失誤使盤剎在絞車主電機供電沒有關閉的情況下突然工作，或者在剎把處于剎位時絞車主電機啟動，這都會造成鉆機電氣系統的過載保護單元頻繁起動，會損壞盤剎裝置與鉆機設備，并且會發生危險。因此，為杜絕操作失誤而損壞設備現象，海城市石油機械制造有限公司為遼河鉆探公司生產提供的ZJ-70DB型鉆機具有盤式剎車與鉆機電控系統的互鎖控制功能，能避免司鉆誤操作造成損壞設備的發生，確保鉆機設備在使用過程中更加安全。

1鉆機電控系統與盤式剎車系統不互鎖的問題

國內交流變頻鉆機配套的盤式剎車系統為獨立系統，這種盤式剎車系統比傳統的帶式剎車系統操作起來更加簡單，系統更加靈敏，因此在鉆機的控制系統中普遍應用。雖然盤式剎車比帶式剎車使用更加方便，操作更加靈敏，但還是存在一些問題。

1)絞車電機運轉時工作鉗剎車。

由于盤剎和過去的帶剎的操作完全不一樣，盤式剎車的操作單元沒有帶式剎車剎把那么明顯直觀，因此容易造成誤操作。當鉆機絞車電機運轉并起鉆時，司鉆有可能操作盤剎，使工作鉗工作，使絞車滾筒處于制動工況，造成電機過載，盤剎受到沖擊，損傷絞車和盤剎。

2)工作鉗制動時啟動絞車電機。

由于盤式剎車的電子剎把沒有帶剎剎把那么明顯直觀，有時司鉆會在剎把處于剎位或工作鉗制動時，啟動絞車電機。這樣會造成設備電氣系統過載保護頻繁啟動，損壞設備和盤剎裝置。

3)緊急制動時絞車電機正常運轉。

緊急制動時，盤剎只起到剎車作用，不能切斷絞車動力，絞車還在電機驅動下繼續運轉，不能達到緊急制動的要求[3]，嚴重時會造成設備損壞及人員傷亡。

綜上所述可見，鉆機盤式剎車控制系統只是獨立的剎車系統，由于司鉆房中操作面板上操作開關眾多，司鉆容易誤操作而造成巨大的安全事故與財產損失。

2盤式剎車系統和絞車主電機互鎖控制原理

1)通過盤式剎車與絞車電控系統的互鎖結合，使剎車系統與絞車主電機互鎖。當絞車主電機正常運轉時，給PLC輸入一個信號，使PLC輸出干接點信號，從而使絞車剎把功能解除。當PLC鎖住主電機系統時，恢復絞車剎把功能。

2)當盤剎工作鉗制動時，盤剎系統給PLC輸入一個信號，使PLC輸出一個信號控制絞車主電機，使其無法啟動。

3)緊急剎車時，盤剎在安全鉗與工作鉗制動時輸入給PLC一個信號，使PLC輸出一個信號，使絞車主電機失去動力。

3典型應用案例

盤式剎車電控系統原理如圖1。

盤式剎車的液控原理如圖2。

3.1盤式剎車系統與絞車主電機互鎖

1)當電機在正常運轉的情況下，PLC會輸出干接點信號2，使剎把功能失效，防止電機正常運轉下由于操作失誤把剎把拉至剎位[4-5]，造成設備電氣系統過載保護頻繁起動，損壞設備。當需要剎住絞車時，PLC鎖住電機系統，解除干接點信號2，剎把恢復功能，可以實現剎把對工作鉗的控制，拉動電子剎把，電子剎把會輸出一個電信號經電控箱放大后控制比例閥(序號27)，比例閥(序號27)會根據信號的大小輸出相應的壓力油來控制繼動閥(序號26)，繼動閥會輸出相應壓力值的液壓油進入左右工作鉗，使工作鉗抱死實現工作制動。

1—高壓球閥Ⅰ；2—高壓球閥Ⅱ；3—油箱；4—防爆電加熱器；5—液位液溫計；6—空濾器；7—回油過濾器；8—管路過濾器；9—手搖泵；10—高壓球閥；11—柱塞泵；12—防爆電機；13—冷卻器；14—單向閥；15—常開電磁卸荷溢流閥；16—高壓過濾器；17—壓力表；18—板式球閥；19—蓄能器；20—測壓軟管；21—液壓接頭；22—防爆電磁氣閥；23—氣控換向閥；24—防爆電磁換向閥；25—液控換向閥；26—繼動閥；27—比例減壓閥；28—壓力開關；29—防爆液位控制器；30—防爆溫度控制器；31—液控單向閥。

2)需要懸停時，擰下面板上的駐車閥按鈕，駐車閥DT2得電或失電，控制駐車電磁換向閥(序號24)得電、失電。轉換開關“剎”位為失電，安全鉗制動；轉換開關“松”位為得電，安全鉗松閘。同時PLC輸出干接點信號1使絞車主電機停止運轉。

3)緊急剎車時，緊急制動操縱鍵為一個急停按鈕，使急剎車閥得電或失電，控制電磁換向氣閥(序號23)得電、失電。按下按鈕，電磁鐵失電，系統處于緊急制動狀態，同時給PLC一個信號，PLC給電機一個信號使電機斷電，達到緊急剎車的目的。

3.2天車防碰系統與盤式剎車系統互鎖

絞車過卷防碰與下砸時，過卷閥/閥島動作，使氣路斷開，控制氣控換向閥(序號22)換向，切斷氣源，實現緊急制動。能夠及時地實現快速剎住絞車滾筒的目的，使整個控制系統更加的安全、可靠，徹底消除安全隱患，保證鉆井生產的安全進行。

4結論

1)如果電驅動鉆機的盤式剎車與絞車主電機不進行互鎖控制，容易產生誤操作，損壞設備。

2)設計的盤式剎車系統與絞車主電機電控系統的互鎖控制系統實現了盤式剎車系統與絞車主電機互鎖控制、天車防碰系統與盤式剎車系統互鎖控制，提高了設備的安全性能，實現了鉆機的智能化司鉆控制。

3)該技術還可以在修井機中推廣應用。

參考文獻：

[1]閆運巧，董瑞情.鉆井電氣控制基礎[M].北京：石油工業出版社，2007： 238-241.

[2]王新忠，閻偉，馬俊江，等.《石油鉆機液壓盤式剎車》標準技術分析[J].石油機械，2011，39(4)：72-74.

[3]孟慶杰 .鉆機剎車控制系統連鎖的改進[J].中國石油化工標準與質量，2013(1)：198.

[4]王志云 .液壓盤式剎車裝置可靠性分析[J].科技信息，2009(19)： 66-67.

[5]王新忠，林珍，亓和平，等.石油鉆機用盤式剎車的安全保護功能[J].石油礦場機械，2007，36(3)： 44-46.

文章編號：1001-3482(2016)07-0084-03

收稿日期：①2016-01-29

作者簡介：劉春友(1971-)，男，遼寧海城人，工程師，2004年畢業于中國石油大學(北京)，現從事石油機械產品設計及管理工作。

中圖分類號：TE951

文獻標識碼：A

doi：10.3969/j.issn.1001-3482.2016.07.019

Interlock Control Scheme of Drawworks and Disc Brake for Electric Rig

LIU Chunyou1，CAO Chonghui2，ZHAO Yuxia3，YU Jinkui2，FAN Yijian4

(1.HaichengPetroleumMachineryManufactureCo.，Ltd.，Haicheng114200，China；2.LanpecTechnologiesLimited，Lanzhou730070，China；3.XinjiangPetroleumEngineeringConstructionSupervisionCo.，Ltd.，Karamay834000，China；4.Electric&InstrumentDepartment，SinopecNingboEngineeringCompanyLimited，Ningbo315103，China)

Abstract：Because the disc brake operation is different from the used belt brake so that the drilling operator sometimes maybe mal-operate to start overload protection frequently.At this situation the mal-operation not only damages equipment but also is in the danger.For solving the problem the interlock between the disc brake and electric control system is developed and designed.This design can avoid damaging equipment caused by mal-operation and increase the safety and reliability of disc brake.

Keywords：electric rig；drawworks；disc brake；control system