頂驅液壓油箱加油口形式及透氣帽方案討論

劉鵬騁

（大慶鉆井工程技術研究院，黑龍江大慶 163413）

液壓系統是當前絕大多數頂部驅動鉆井裝置（以下簡稱頂驅）的重要組成部分，是實現頂驅多項功能的關鍵系統。各品牌頂驅，結合各自頂驅的需求設計了不同的液壓系統。

1 問題提出

某DQ40 型頂驅為適應ZJ40 型及以下鉆機的使用，進行了小型化設計。為此，液壓系統的儲油箱尺寸也同步設計減小尺寸，在保證液壓系統正常工作的前提下盡量減少油箱的容積。加注液壓油后，液面距油箱頂部空間較小。在一些工況下，液壓油從油箱口處的透氣帽滲出，特別是當頂驅放置在運輸架內處于橫臥狀態時，液壓油開始大量自油箱內流出，不僅造成液壓油浪費，還影響頂驅外觀，污染環境。

2 現狀

此頂驅采用開式液壓系統，油箱為長方體，豎直安裝于頂驅后側，油箱的整體結構和組成如圖1所示。由圖2看見，加油口設置在油箱頂部偏后位置，并加裝透氣帽。頂驅正常使用過程中，透氣帽實現油箱與外部大氣的連通，過濾空氣中灰塵，排出液壓油受熱產生的少量含油混合氣體，維持油箱內外的氣壓平衡。

由于油箱尺寸的減小，正常加注液壓油后，液面距油箱頂部距離小，在頂驅下行過程遇顛簸時會有液壓油濺到透氣帽上，積累到一定程度后透過透氣帽的過濾材料滲出。當頂驅放倒處于橫臥位置時，由于箱內液壓油較多，液壓油一定會淹沒至透氣帽位置，因此大量的液壓油會透過透氣帽流出，不僅造成浪費還污染環境，影響頂驅外觀。頂驅每次投入使用前現場服務人員不得不登高進行加注液壓油作業，無形中增加了安全風險。所以，亟待解決頂驅放倒后液壓油箱向外流淌液壓油的情況。

3 改進油箱口形式方案

3.1 方案一

現有油箱的加油口位置從圖2中可以看到，當頂驅處于放倒位置時，其在油箱中心線偏下，這就很容易造成液面將加油口淹沒從而發生流出液壓油的情況。因此，將加油口向前移動，使其盡量靠近油箱前壁，加油口就可能處于液面之上。對于一般油箱來說，這種改動基本可以解決液壓油自透氣帽流出的問題，但是此頂驅的油箱在尺寸設計上進行了壓縮，箱內裝的液壓油較多，液面上方留出的空間有限，不能完全將加油口讓出，且在運輸過程中，箱內液體的運動也容易沖入透氣帽從而流出油箱。

3.2 方案二

將加油口在油箱外部延長一段距離，使加油口的位置高于油箱的前壁。此方案可以在原加油口位置引出管線，也可以在油箱前側箱板引出加油口。圖3和圖4分別是兩種方案設置加油口的示意圖。

由圖3 和圖4 中可以看到，當頂驅處于平臥放置時，油箱處于平躺姿態，箱內液面不會達到油口位置，并且在頂驅運輸過程中液體在箱內運動達到油口的可能性也極大地降低。對比圖3和圖4所示方案，圖4的方案優于圖3 方案。圖4 所示方案的引出管內不會有液體且完全在液面以上，這就允許油箱在平臥姿態時可以向后方有更大的傾角而不會導致液壓油液面立即到達透氣帽下沿，適應現場吊裝和運輸途中爬坡的需求。

3.3 方案三

按透氣帽與加油口的連接形式，制作一個油孔蓋，替代透氣帽安裝位置，將油箱加油孔完全密閉。使用過程為：井位轉移時，在頂驅放倒前，由服務人員高處作業，將透氣帽取下，換上油孔蓋；到達新井位，頂驅豎立完成后，由服務人員再次高處作業，用透氣帽換下油孔蓋。油孔蓋可以完全杜絕在頂驅放倒狀態下箱內液壓油自加油孔流出的情況。但是，這要求專人保管好油孔蓋且要增加高空作業，從而增加了工作量和作業風險。

也可以考慮選用開關閥門或者是合適的排氣閥。兩者的主要區別在于，開關閥門與使用油孔蓋類似，需要服務人員在頂驅豎立、放倒作業前操作開關閥門，使其處于打開或關閉狀態；而排氣閥參數選擇合適的情況下，可以實現加油口自動關閉和開啟，不需要人員操作。與油孔蓋相比，應用閥門不用每次拆卸和保管閥門，較為方便。

4 結論

通過對以上方案的分析表明，不同的加油口及透氣帽布置形式都可以在一定的范圍內解決頂驅放倒后液壓油自油箱淌出的問題狀況。具體得出以下結論：

（1）方案一對于油箱內液面上方空間較大的油箱適合使用，簡單、方便，無需特殊設計改造，但不能完全杜絕液壓油流出，特別是在吊裝和運輸作業過程中液壓油流出的可能性很大。

（2）方案二設計簡單，安裝方便，尤其是方案二的第二種形式，在正常作業的條件下，可以有效防止液壓油流出，且不需要人員專門操作。但方案二增加了油箱的外形尺寸，不利于狹小空間的安裝，存在被磕碰變形的情況。

（3）方案三的油孔蓋和開關閥加裝方便，可以從根本上防止液壓油流出，但使用時需要人員在高空操作，增加安全風險。排氣閥需選擇合適工作參數，增加一定的設計工作量，成本稍高，但無需人員操作，方便有效。