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绞车液压盘式刹车装置的制作方法

2020-09-04 05:58

  目前,电驱动钻机的动力一般采用多台柴油发电机组成的电网供电,在用的直流电驱动绞车和交流变频电驱动绞车主刹车均采用液压盘式刹车,辅助刹车采用电磁涡流刹车或能耗制动方式。液压盘式刹车主要由液压站、操作机构、制动执行机构组成,设备之间用液压管线与电缆连接。制动执行机构由常开式和常闭式液动刹车钳组组成,常开式液动刹车钳具有软刹车特性,作为工作前用于正常钻井时绞车工作制动,常闭式液动刹车钳只有硬刹车特性,用于驻车与紧急制动。

  直流电驱动绞车由于其直流驱动电机特性,在正常作业时只能实现提升功能,其悬停与辅助刹车功能必须通过手动控制工作钳夹紧力来实现,绞车送钻时工作钳对刹车盘上施加一定的摩擦力实现绞车缓慢送钻。交流变频电驱动绞车由于其交流变频电机特性,配合能耗制动单元,在正常工作时,可以通过旋转磁场提供转矩保证绞车悬停功能;绞车需要制动时,电机进入发电状态,产生与绞车轴旋转方向相反的制动力矩,机械能转化为电能并由能耗制动单元消耗,因此其与盘刹工作钳功能重复。而目前国内交流变频钻机绞车液压盘式刹车装置仍旧沿用工作钳与安全钳双重盘刹制动方式,盘式刹车装置较为复杂,液压站占用钻台空间,相应布置的制动执行机构也使绞车尺寸难以降低,对于交流变频电驱动绞车而言功能重复,节能效果差。

  本实用新型的目的是提供一种绞车液压盘式刹车装置,解决了现有技术盘刹系统的常开与常闭双刹车机构液压系统复杂,独立液压站占用钻台空间大,能耗偏高的问题。

  本实用新型采用的技术方案是,一种绞车液压盘式刹车装置,包括两个并列设置的气动油泵,每个气动油泵气缸进口分别连通有一个调速阀,两个调速阀均与电磁换向阀出口端连通,电磁换向阀进口端与储气瓶及气源处理模块出口端连通;

  每个气动油泵的吸油口与油箱连通,每个气动油泵的出油口与单向阀一进口端连通,两个单向阀一出口端一路通过溢流阀接回油箱,两个单向阀一出口端另一路同时与单向阀二进口端连通;

  单向阀二出口端分为四路,第一路与蓄能器组连通,第二路与压力传感器连通,第三路与手动换向阀供油口连通,手动换向阀出油口与单向调速阀连通,手动换向阀回油口直接回油至油箱,单向调速阀通过两个三通阀与两个常闭刹车钳油缸对应连通,此路为常闭;第四路与两个并列设置的电磁换向阀供油口连通,两个电磁换向阀的回油口直接与油箱连通,该两个电磁换向阀出油口各自通过上述的一对三通阀与常闭刹车钳油缸对应连通,此路为常通。

  两个常闭刹车钳油缸进口管路上分别安装有一个刹车钳油压传感器,蓄能器组出口管路上安装有系统油压传感器,储气瓶出口管路上安装有气源压力传感器。

  本实用新型的有益效果是,绞车刹车盘上只安装常闭刹车钳组,常闭刹车钳组开闭动作由蓄能器组提供液压压力实现。正常工作时蓄能器组液压油通过电磁换向阀组控制常闭刹车钳组打开或关闭动作;应急状态下本地操作手动换向阀使液压油通过三通阀常闭刹车钳组打开或关闭动作。蓄能器组液压源由互为备用的两台气动泵提供液压动力,储气瓶储存定量压缩气体作为备用。具体包括:

  1)其中的刹车钳仅为常闭式刹车钳,钳体油缸不通液压油时,刹车钳处于刹车状态,通过控制液压油实现驻车、紧急制动,绞车下放与自动送钻功能由绞车交流变频主电机和自动送钻电机实现,适用于各种钻井工况,较常规盘式刹车配置简洁、体积小、能耗低。

  2)常规盘刹液压站采用恒压变量泵供液,小容量蓄能器稳压与储能,当油泵供油不足时,蓄能器起临时补充功能,油泵需长时间、多频次启停运转。本液压系统采用气动油泵与多个大容量蓄能器组合供液的方式,蓄能器组作为主要供液源,气动油泵根据压力参数采用低启高停的方式,具备较低能耗,配置性价比高,维护方便。

  3)本液压系统集成在绞车内,取消独立液压站及相应液压管线,简化了钻台布置,对于陆地钻机、海洋模块钻机都具有高度的适用性,有效提高钻井作业工作效率。

  图中,1.常闭刹车钳,2.蓄能器组,3.电磁换向阀,4.手动换向阀,5.气动油泵,6.刹车钳油压传感器,7.系统油压传感器,8.气路电磁换向阀,9.气源处理模块,10.储气瓶,11.气源压力传感器,12.单向阀一,13.调速阀,14.油滤,15.油箱,16.溢流阀,17.单向阀二,18.三通阀,19.单向调速阀。

  参照图1,本实用新型的结构是,包括两个并列设置的气动油泵5,每个气动油泵5气缸进口分别连通有一个调速阀13,两个调速阀13均与电磁换向阀8出口端连通,电磁换向阀8进口端与储气瓶10及气源处理模块9出口端连通;

  每个气动油泵5的吸油口与油箱15连通,每个吸油口管路中设置有油滤14,每个气动油泵5的出油口与单向阀一12进口端连通,两个单向阀一12出口端一路通过溢流阀16接回油箱15,两个单向阀一12出口端另一路同时与单向阀二17进口端连通;

  单向阀二17出口端分为四路,第一路与蓄能器组2连通(根据绞车刹车钳数量配置),第二路与压力传感器7连通,第三路与手动换向阀4供油口连通,手动换向阀4出油口与单向调速阀19连通,手动换向阀4回油口直接回油至油箱15,单向调速阀19通过两个三通阀18与两个常闭刹车钳1油缸对应连通,此路为常闭;第四路与两个并列设置的电磁换向阀3供油口连通,两个电磁换向阀3的回油口直接与油箱15连通,该两个电磁换向阀3出油口各自通过上述的一对三通阀18与常闭刹车钳1油缸对应连通,此路为常通。

  两个常闭刹车钳1油缸进口管路上分别安装有一个刹车钳油压传感器6,蓄能器组2出口管路上安装有系统油压传感器7,储气瓶10出口管路上安装有气源压力传感器11。

  常闭刹车钳1油缸分别安装在刹车盘支架上,其技术原理与现有技术一致,不再重复。

  在工作时,外界的气源通过气源处理模块9之后,一路进入储气瓶10储存,储气瓶10内压缩空气在主气源气压不足时作为临时补充;另一路在电磁换向阀8得电时,通过两个调速阀13分别进入两个气动油泵5气缸,为油泵提供动力;

  两个气动油泵5各自通过单向阀(12、17)为蓄能器组2提供液压油,减压溢流阀16在油压超过设定压力时打开,使液压油溢流回油箱15;

  绞车需要运转时,两个电磁换向阀3同时得电,蓄能器组2内液压油通过两个电磁换向阀3分别向两个常闭刹车钳1油缸供油,常闭刹车钳1打开,释放绞车刹车盘;

  绞车正常起升、下放、悬停,由交流变频电驱动电机实现,需要驻车及紧急刹车时,两个电磁换向阀3同时失电复位,两个常闭刹车钳1油缸内液压回流至油箱15,常闭刹车钳1在弹簧作用下复位,实现驻车与紧急刹车;

  在系统失电或其他原因导致两个电磁换向阀3无法动作时,手动换向阀4提供旁路应急操作使常闭刹车钳1刹车或松开,操作单向调速阀19调节常闭刹车钳1的抱紧力,可以实现绞车应急下放功能;

  三个压力传感器(6、7、11)分别对常闭刹车钳1的油缸油压、系统油压、气源气压进行监测,气源压力不足、油泵供液不足、液压管线泄漏等情况发生时,对应的压力传感器及时提供监测报警;常闭刹车钳1在油缸液压下降时,常闭刹车钳1在弹簧作用下慢慢抱死,避免意外事故发生。