鉆井設備綜合試車裝置設計與應用

肖紅斌 龍耀軍 簡彩燕

摘要：石油鉆機設備一般均具有體積龐大、機型繁雜等特點，目前國內的石油鉆機修理廠大都不配備試車裝置，鉆機設備進行大中修后只能憑檢驗人員的經驗進行檢測驗收，無法保障修理鉆機的最終質量。石油鉆機空載運轉試驗臺，采取空載試車形式，以變頻調速電動機為動力源，通過變頻器調速、萬向軸連接到被測試設備?？梢詫J30、ZJ40、ZJ50、ZJ70等型號鉆機的主要運動部件（包括絞車、鉆井泵、聯動機、并車箱、轉盤）進行空載運轉測試，對噪聲、振動、溫度等數據進行采集及分析。具有結構緊湊、操作安全方便、無級變速范圍大、數據分析簡單可靠等特點。

關鍵詞：鉆井設備；試車裝置設計；應用

1、必要性分析

鉆井生產作為野外作業的一個行業，設備的使用條件比較惡劣，遭受風吹、日曬、雨淋，并且負荷、振動較大，因此，一般的鉆井設備的維修周期較短，需要根據使用情況、使用時間、保養情況等對設備進行必要的大中修作業。但由于鉆井設備均體積和質量巨大，機型繁雜等特點，如果配備專用的試驗設備，鉆井設備型號較多，導致投入較大，因此一般的鉆井設備機修廠沒有試驗裝置。石油鉆機設備修理均采用哪個部件損壞就進行更換，憑經驗認為可以，沒有必要的試驗檢測新配件與其他零部件的配合度如何，導致在現場運轉時出現軸承溫度過高、鏈條異響等情況的出現，然后再運到修理廠修復，反反復復，浪費了大量的運輸和生產成本。

2、設計主要數據分析和確定

2.1總體結構設計分析

根據前期調研和現在鉆井設備的特點，可采用調速電機作為動力源，這樣就省去了龐大繁雜的變速機構，節省了空間；連接方式為萬向軸，因為現在鉆井設備大多數動力輸出均采用萬向軸，采用萬向軸通用性較好；電機安裝在加工的專用可調式底座上，通過調節底座的高度來實現電機輸出軸的中心高，保證電機的中心高同被測試設備的中心高保持一直，從而實現一機多用，滿足各種型號鉆井設備的測試工作。

2.2主要參數分析及確定

2.2.1 試車裝置轉速和電機功率計算。

確定試車臺實現對大部分大修及中修鉆井設備提供第一手的試驗運轉數據，對軸承溫度、設備振動、齒輪鏈條跳動等進行直觀的觀察記錄，這樣就需要對使用單位的鉆井設備進行分析。如：30型、40型、50型鉆井設備，通過鉆井設備大部分的數據采集，可以得出鉆井設備的大部分輸入轉速基本在120rpm至970rpm之間，所以確定調速電機的轉速范圍在0至1000轉之間。

功率最大為F1600鉆井泵，功率為1600KW，按照一般設備空轉熱能損耗的比例在5%至10%之間的比例，因此確定電機功率最大為1600*10%=160KW，并且這樣根據轉矩=9550*功率/轉速的公式得出最大扭矩=9550*160/1000=15.28KN.M。

2.2.2 動力源---調速電機型號的選擇。

因電磁調速電機結構簡單、價格經濟、調速范圍廣、速度調節平滑、啟動力矩大、控制功率小、有速度負反饋等特點，故采用普通電機加電磁滑差離合器的形式，一般為YCT系列，功率范圍為10至90KW；選用兩種電機功率為45KW、型號：YCT315-4B，轉速132rpm---1320rpm和160KW、型號：YVP-355M1-6-160KW，轉速為0---1000rpm之間；45KW電機主要應用于設備單軸運轉試驗或符合較輕的設備，如聯動機、減速箱、并車箱單軸、轉盤等；160KW電機應用于較大負荷，如絞車、泥漿泵等。

2.2.3 機械結構選擇確定。

現在鉆井設備一般采用萬向軸進行動力傳遞，如40、50型絞車、F1600（F1300）泥漿泵、并車箱等等，因此該試車裝置采用萬向軸來進行動力傳遞，一端與調速電機連接，一端與鉆井設備連接盤連接。根據電機扭矩大小，選擇合理型號、大小扭矩的萬向軸，根據計算得出最大扭矩，選擇最大疲勞扭矩為20KN.M的萬向軸完全滿足要求；選用十字軸可伸縮式萬向聯軸器，型號為SWC225-BH，因在相同扭矩下重量輕、伸縮調整量大等優點，適合于試車時頻繁的調速調整需求。

3、實證應用檢測。

通過科學有效的監測儀器，數據采集、前后對比論證，制定嚴格的設備檢測制度，實時監測設備運行過程中的各類參數，對設備空載運行情況進行觀察，以盡早發現設備修理更換的零件可能存在的故障，變生產現場補救維修為試驗現場發現維修，達到保證設備的良好運行，起到節能增效的目的，這些均是該試驗臺設計應用的初衷。

3.1、數據檢測設備選擇

采用紅外線測溫儀、便攜式振動分析儀、便攜式噪聲測試儀，在鉆井設備試運轉過程中起到了數據采集的作用。

3.1.1 EL-815便攜式噪聲測試儀

設備小巧輕便，精確度達到+1.4dB，頻率量程 31.5HZ-8KHZ，動態范圍50dB，測量范圍達到30dB-130dB，液晶屏顯示4位數，直觀方便，顯示更新2次/秒，并具有最大最小值鎖定功能，數據采集很方便。

3.1.2 紅外線測溫儀

是一種非接觸式帶激光瞄準器的儀器，可以設置最大值、最小值、最大值和最小值之間的差值、平均值、底限報警和高線報警等模式，能夠為大部分表面溫度提供快速、簡潔、準確、無污染的測試，測溫范圍為-60℃-760℃，最大顯示為4位液晶顯示，0.1℃的顯示分辨率，±1℃的顯示精度，適合于目前我陸上石油鉆井企業石油鉆井設備的監測特點。

3.2、項目實施應用

對結構簡單的小型的設備，通常只應用一種監測工具，就可以有效達到預期的目的，而對于大型的結構較為復雜的鉆井設備，可以將上述幾種監測儀器結合使用，從零件溫度、噪聲等幾個方面來檢查維修后設備存在的故障，同樣能夠取得良好的效果。

首先根據不同設備的結構特點，制定出相應的數據表格，就溫度測量而言，試驗設備分別在怠速轉速（30%轉速）、磨合轉速（70%轉速）、工作轉速三種狀態下記錄不同時間段的溫度變化，可以將其實驗時間比例分為1：2：5的比例，這樣就不會出現大的質量事故，有問題的話就能在低轉速下就能及時發現。尤其重點觀察工作轉速情況下得溫度變化值，并做好詳細的記錄。以時間順序來記錄每次的監測數據。如：大慶Ⅱ型鉆機聯動機JS1000型減速箱中修試車。首先怠速運行300rpm半小時，沒有明顯的溫度變化和振動，磨合轉速700rpm運行1小時后，期間發現軸承座溫度有一定升高，但幅度不大，再進行工作轉速1000rpm運轉，1小時后就發現軸承座外部溫度異常，上升較快，達到了80°，果斷停車，停止試車，然后逐步檢查測量，發現發熱軸承的游隙較小，小于允許范圍的下偏差，經過對軸承座進行修理后再組裝，游隙達到標準，再試車沒有發現問題，這樣一臺JS1000型減速箱完成修理、試車的全部過程，質量達到要求。如果不是在試車時發現了問題，在井場繼續使用，勢必會導致該軸承溫度過高，如不發現及時就會燒毀軸承，甚至導致整根軸報廢。再如：45絞車大修試車。輸入工作轉速375rpm，首先運轉100rpm20分鐘，出現摩擦聲響，觀察后得出護罩變形導致，校正后解決，運轉200rpm，潤滑油泵供油，發現有一個潤滑噴油嘴噴油小，經停機檢查，是油嘴堵塞，更換后解決，運轉375rpm四小時，未發現其它異常，試車完畢。

總之，依據設備運行過程中的溫度、轉速、振動等變化，及時、準確掌握設備運行參數，掌握設備的狀況，通過一些列統計表格和分析，對一臺設備不同轉速的運行狀態對比，分析設備性能以及可能存在的問題，對有故障先兆的設備及時查找原因。通過建立設備試車參數數據庫，可以更加提高試車的精準度，以后只要對比以往的試車數據即可判斷設備修理的質量。

4、預期效果與認識

鉆井設備大修的試車臺主要是針對設備在故障發生的預測，經過多臺次、各種型號鉆井設備（包括絞車、泥漿泵、聯動機）的試車試驗證明，在設備到達井場前能及早發現處理隱患及時修理，減少設備相關部件的損害提高設備可靠性；充分發揮設備的使用性能，避免因設備故障導致生產停工而造成經濟損失，節約運輸、維修材料費用、節約工人的維修時間、降低了工人的勞動強度、減少設備的返修時間，具有很好的經濟效益和社會效益。