石油工程机装备 第五章 起升系统工作原理与设备(2).ppt

第五章 起升系统工作原理与设备 第三节 刹车机构特性绞车有主、辅刹车一、刹车功用与使用要求1. 功用 ①刹慢或刹住滚筒，控制放速，悬持钻具； ②调节钻压，送进钻具2. 要求：安全，省力，寿命长二、结构与原理1. 结构 以单杠杆刹车机构为例 由刹把4；传动杠杆（或称刹车曲轴3）；刹带1；刹鼓2；平衡梁6和调整螺钉7；气刹车等组成2.作用原理刹车时，操作刹把4转动传动杠杆3，通过曲拐拉拽刹带1活动端抱住刹车鼓扭动刹把手柄可控制司钻阀5启动气刹车气刹车起省力作用平衡梁：均衡左、右刹带受力 当刹块磨损时，用螺钉7调整间隙 刹带1不工作时，用弹簧拉起； 刹车块则铆在钢带上3. 气刹车与防碰天车 气刹车：减轻司钻的负载 （旋转刹把气缸拉刹带活端） 防碰天车：游车超高使气缸刹车防碰天车 控制钢绳,重垂,三、刹带两端的拉力刹带包角为 ，摩擦系数为 ，刹带死端拉力 ，活端拉力 力按欧拉公式计算: 制动力 ：设 为刹车鼓半径，制动力矩：根据下钻钩载算出 ， 和 作为刹车机构的设计依据压力分布规律曲线,切向力平衡方程,死端,活端,四、刹车杠杆工作分析 1.单杠杆刹车机构 活端拉力t，刹把长 ,曲拐臂长r，传动效率 ： 刹把力↓：增力倍数： 或 的大小取决于 与r的比值。

与 也随 变化， 和 是定值 刹把的最佳倾角 ＝45～30° 单杠杆用于轻、中型钻机上 双杠杆用于重、超重型钻机上单杠杆刹车机构图,,,t,活端力,刹把角,结构角,2．双杠杆刹车机构 两套单杠杆组成 设 为刹把力↓， 为刹带活端拉力， 为连杆上的拉力， 、 分别为二轴至连杆的垂直距离（虚线所示） 力矩关系：（P力对轴1的矩） （F中间连杆对轴1的矩）（t 力对轴2的矩）（F对轴2的矩）增力倍数：,双杠杆车机构图,,,,增力倍数：单杠杆 ；双杠杆 ≈80 确保 ＝45～30°时， =40～25kgf，刹车就比较省力 3. 带刹的优点 （1）制动力矩随 增大，能满足重载需要 （2）双杠杆省力、安全 （3）简单，方便 4. 带刹缺点 （1）滚筒轴受一弯曲力，值为 、 的向量和 （2）只能单向制动 （3）活端和死端的刹块磨损不一致五、盘式刹车 1985年美国GH、NSCO、EMSCO三家公司开始将盘式刹车用于钻机绞车我国90年开始在修井机上改装盘式刹车，95年胜利机械厂生产的钻机已采用盘式刹车 1. 结构组成 包括：刹车盘（滚筒两侧）、刹车液缸、刹车钳（或刹车杠杆）、刹车块、液控系统等。

刹车液缸,液压盘式刹车机构,主要包括：工作钳、安全钳、刹车盘和钳架，根据用户需要，执行机构可以布置在绞车滚筒的一端或两端 通过工作钳和安全钳不同型号和不同数量的配置，如1+1；2+1；2+2；3+1等，可以适用于ZJ70, ZJ50, ZJ40等不同型号、不同类型的钻机、修井机及通井机液压盘式刹车机构,主刹车钳,,应急刹车钳,2. 刹车钳类型 全套刹车包括：工作钳（下钻及钻进用）；应急钳（安全钳）①杠杆钳液缸在刹车盘外缘，双活塞反向动作②固定钳两个液缸对置于刹车盘外侧，活塞直接对刹块加压 3.工作方式 常开式：液压加压刹车； 常闭式：用弹簧加压刹车，用液压松刹常闭式,,常开式,,杠杆钳,,固定钳,,工作钳 工作钳采用常开式单作用油缸给油刹车、杠杆原理传力、弹簧复位的工作原理工作钳的压力通过司钻操作刹把进行无级调节，以刹住不同的钩载 工作钳参与工作制动和紧急制动安全钳 安全钳采用常闭式单作用油缸给油松刹、杠杆原理传力的工作原理，与工作钳形成安全互锁 安全钳参与驻车制动和紧急制动刹车盘 刹车盘是刹车系统的核心部件之一，与刹车块组成刹车副按结构形式分为：水冷式、风冷式和实心刹车盘三种。

胜利钻机机械厂生产的 型钻机上，JC32绞车为盘式刹车（图6-37） 该刹车钳属于常闭式用于安全钳,4. 单钳制动力矩式中 —块的正压力， ；—有效摩擦半径， ；—摩擦系数设 为单块单位压力， 则单块摩擦力矩:单钳的制动力矩:,为微弧长；为微面积5. 优点（盘式刹车与带式刹车相比）①刹车盘散热性好【有1/10 盘面摩擦发热】；②刹车块的吃水稳定性好 （由于比压大和离心作用不易存水和油污物）；③比压分布均匀，摩擦副的寿命较长；④双向制动（带式单向）；⑤操作省力；⑥有应急钳，刹车可靠；6.盘刹缺点：比压比带式大二倍，摩擦表面温度高，对刹块材料要求高汽车盘式刹车,第四节 辅助刹车与滚筒轴相联，下钻时起作用 一、水刹车1. 作用 下钻时刹慢滚筒，保持钻具均速下放 2. 结构 定子、转子、各自之上有叶片，结构图参看P29定子,定子,转子,,叶片,,3. 作用原理下钻时，滚筒带水刹车转子旋转，运动中倾斜的叶片，迎面去切割水涡流，形成阻力矩4． 制动力矩① ，当 低时 很小 ②水室充满度反映了刹车能力 5. 制动功率式中 —力矩和功率系数；—滚筒转速，r/min；—水室外径，m；—水室水环内径，当水室充满时即水室内径，m。

转速与制动力矩关系曲线,1.结构 主要由左、右定子和转子组成，定子中固嵌线圈二、电磁涡流刹车 新型辅助刹车 利用电磁感应原理实现制动 无损制动，性能好，广泛应用2.原理 定子通直流，产生固定磁场 当滚筒带动转子转动时，转子产生涡电流 涡流形成旋转磁场，与固定磁场作用产生制动力矩3．特性 （M-n曲线） 调节线圈的电流可改变M-n曲线 当转速低时，仍有较大制动力矩 滚筒转速较低时，M随n增加迅速增大，中、高速段力矩几乎不变图5-25 DS电磁涡流刹车的M-n特性,第五节 井架 一、功用、组成与要求1．功用 （1） 安放天车，悬挂游车、大钩及工具 （2） 起下钻、下套管 （3）存放立根2．结构组成图5-26所示井架组成1）主体为空间桁架；（2）天车台，装天车和天车架；（3）天车架，安装、维修天车之用；（4）二层台，包括井架工操作的台和存靠立根的指梁；（5）立管平台，水龙带操作台；（6）工作梯3．钻井工艺对井架的基本要求（1）足够的承载能力2）足够的工作高度、空间、钻台面积3）拆装、移运方便二、整体结构类型 1. 塔架 塔架是四棱锥，截面为正方形。

分四扇，每扇分若干桁架 主要特征： （1）封闭结构，整体稳定好，承载能力大 （2）单构件连接 （3）井架内空间大 （4）单件拆装工作量大，高空作业，不安全 国外用四柱腿式塔架塔型井架,塔型井架,2. 前开口井架 又称П形或K形架， 主要特征： （1）地面组装，整体起放，分段运输（4～5段） （2）前扇敞开、截面为П形 （3）结构不封闭，两侧结构相同Π型井架,整体起升井架,3．A形井架主要特征：（1） 两大腿通过天车台、二层台连成“A”字形在大腿的前方或后方有撑杆支承，或后方有人字架支承2） 地面组装，整体起放，分段运输4～5段3）整体稳定性不理想4．桅形井架（1）有整体式和伸缩式两种桅架是用液缸或绞车整体起放2）桅架向井口方向倾斜，靠绷绳稳定3）桅架简单、轻便、但承载能力小，用于车装轻便钻机和修井机桅形井架,绷绳,三、井架基本载荷1．恒载井架的恒载：井架自重、设备、工具重2．最大静载即最大钩载3．工作绳拉力 快绳和死绳合力 近似计算作用力,式中 —工作绳拉力，kN；—游绳拉力，kN；—最大钩载，kN；—游系重量（包括大钩、游车、钢绳），kN；—有效绳数4．风载风是空气的运动，由动能变为压力能。

风压取决于风速、空气的密度及结构形状、风向和面积风载计算式： 式中 —风载，N；—承风面，即垂直于风向的井架外廓面积，—计算风压，Pa式中 —基本风压，Pa；—工作风压系数，一般取0.3～0.4；—风压高度变化系数；—风压体型系数（与结构有关）；—风振系数上述各系数可查阅有关气象标准（略）基本风压 ：即气温15℃时距离地面10m处的静压力式中 —15℃时空气的密度， ；—风速，m/s，各风力对应不同的风速5级风速（10.7m/s）】,立根排放,二层台,立根盒,钻杆立根排放,5．立根载荷 立根重水平力及立根风载 水平作用到井架上 ①立根重水平载荷计算： （垂直反力为 ）—立根线密度，kg/m；—立根长，m；—立根数； —立根与钻台面的倾角，一般 ②立根风载，按风载法计算 承风面积为： —每排立根数； —立根接头外径，m6．绷绳载荷：桅架需计入绷绳拉力第六节 天车、游车、大钩和钢丝绳天车、游车、钢丝绳和大钩，统称为游动系统一、天车和游车天车：是装在井架顶部的定滑轮组。

游车：是作往复运动的动滑轮组游系结构：指的是游车轮数×天车轮数结构特点：天车、游车都是多个绳轮通过滚动轴承装在一根心轴上游车,二、大钩有单钩、双钩和三钩钻机用三钩（主钩＋两吊环钩）1. 组成：大钩由钩身、钩杆、钩座、提环、止推轴承和弹簧组成2. 要求：①有足够的强度和工作可靠性；②钩身能灵活转动，以便上、卸扣；③大钩弹簧行程有补偿上、卸钻杆时的距离；④钩口闭锁绝对可靠、闭启方便；⑤大钩有缓冲减振功能，减小拆卸立根的冲击三、钢丝绳结构：选用钢绳（6股19丝）6×（19）纤维绳芯或（6股19丝）6×（19）＋7×7金属绳芯纤维绳芯,金属绳芯,要求：有效绳数最大钻柱重量情况下，安全系数不小于3；最大绳数和最大钩载情况下，安全系数不小于2。