直流鉆機絞車潤滑系統改進

陳偉松 ，董 輝 ，胡軍旺

（1.蘭州蘭石石油裝備工程股份有限公司，甘肅蘭州 730314；2.機械工業油氣鉆井裝備工程技術研究中心，甘肅蘭州 730314）

0 引言

絞車在石油鉆井過程中起到提升鉆具、遇險解卡的作用，是鉆機的核心設備。絞車的潤滑是維系絞車正常運轉的關鍵因素之一。

機械傳動絞車一般采用鏈條傳動方式，倒擋靠輸入軸和中間軸的一對齒輪實現，其輸入軸轉向永遠不變[1]，通過輸入軸帶動機械齒輪油泵給絞車潤滑，跟滾筒軸正轉或反轉無關。交流變頻絞車一般采用齒輪箱傳動，外置電動齒輪油泵潤滑，潤滑系統靠油泵電機運行，與絞車傳動系統的運動狀態無關。直流電驅動絞車，傳動系統及潤滑系統的結構通常與機械絞車相似，但由于直流電機可正反轉，與機械傳動絞車的不同之處在于滾筒軸的正反轉靠電機的正反轉實現，簡化了傳動結構，但也帶來了另外一個問題，即直流電驅動絞車的潤滑。直流電驅動絞車與機械傳動絞車相比，輸入軸的轉向會發生變化，導致輸入軸帶動的潤滑油泵反轉，存在潤滑系統失效現象。

1 直流電驅動絞車潤滑形式

直流電驅動絞車的潤滑一般采用3種方式[2-5]。

（1）采用電動齒輪油泵，布置在絞車傳動裝置外側（圖1）。這種潤滑系統與絞車驅動電機的轉向無關，可以在任何工況下給絞車鏈傳動系統提供潤滑油。缺點是占用空間較大，潤滑系統設計較復雜。直流電驅動絞車的結構比較緊湊，整個絞車架是一個封閉的空間結構，油箱位于封閉空間內。外置油泵很難直接采用立式結構安裝于油箱上部，所以往往采用臥式油泵，通過管路從油箱中吸油，因此要求絞車能提供安裝油泵和外置式油濾器的空間，致使絞車的結構尺寸增大。

電動絞車在鉆機布置上一般采用上臺布置、就近控制，以增強鉆機的安全性和可靠性。而臺面布置上能給絞車的位置非常有限,絞車長度尺寸受到限制,因此通常會在絞車的主體部分后側增加1套分體模塊,將自動送鉆電機和潤滑油泵安裝于該模塊上，致使絞車的寬度增大，重量增加。或將自動送鉆裝置架空安裝于傳動系統上部，并在絞車架內部分割出獨立空間用于安裝電動齒輪油泵（圖2），這種結構由于油泵安裝位置的空間有限,往往存在油泵電機散熱效果差的問題。

（2）內置式齒輪油泵，絞車傳動裝置內部布置1臺齒輪油泵（圖3），輸入軸通過鏈條傳遞動力。優點是不占用絞車額外空間位置，可靠性較高，基本不需要維護。由于常規直流絞車在下鉆過程中高低速離合器脫開，依靠盤剎控制鉆壓，只有滾筒負載，整個傳動系統無負載，因此在使用中未出現大的問題。但該類絞車反轉時沒有潤滑，滾筒倒轉前必須使絞車得到充分的潤滑，且滾筒不能長時間倒轉。

（3）絞車傳動裝置內部布置1正1反2臺齒輪油泵，輸入軸通過鏈條給油泵提供動力，無論輸入軸正轉還是反轉，總有1臺油泵工作，給絞車提供潤滑。缺點是占用內部空間較大，絞車內部潤滑管路的設計復雜，安裝困難，應用較少。

圖1 采用外置電動齒輪油泵潤滑的絞車

圖2 采用內置電動齒輪油泵潤滑的絞車

2 基于雙向齒輪油泵的絞車內置式潤滑系統[6,7,8]

為了解決直流電驅動絞車反轉運行過程中的潤滑問題，設計一種基于雙向齒輪油泵的內置式潤滑系統（圖4）。系統包括雙向齒輪油泵、單向閥、溢流閥、潤滑管道及噴油嘴等，安裝于鏈條驅動的絞車內腔。雙向齒輪油泵由絞車輸入軸通過鏈條驅動，潤滑油經雙向齒輪油泵通過4個單向閥組成的橋式回路吸入排出至各潤滑管道及噴油嘴，對絞車各掛鏈條進行潤滑。油泵正轉時，潤滑油經單向閥a吸入油泵，從單向閥c進入潤滑管道；油泵反轉時，潤滑油經單向閥d吸入油泵，從單向閥b排出到潤滑管路。

圖 3 內置式潤滑油泵

圖4 基于雙向齒輪油泵的絞車內置式潤滑系統

4個單向閥組成的橋式回路可以保證絞車輸入軸正轉或反轉均有潤滑油吸入排出，避免了鏈傳動絞車中所采用的潤滑系統在輸入軸反轉時鏈條無潤滑的現象。橋式回路同時可保證潤滑油在絞車停車時不回流，潤滑管道中無空氣進入，主潤滑管道中始終有油存在,當油泵工作時潤滑油能快速通過管道噴灑到鏈條上,系統具有較快的響應速度。

潤滑系統在吸入口設置過濾器，保證吸入油泵的油干凈、清潔；在排出管道設置溢流閥，保證潤滑系統壓力恒定。該潤滑系統在結構布局方面,與前述內置式潤滑系統基本相同,無需增加絞車的空間尺寸,可以安裝在現有各類直流電驅動絞車上,安裝維護方便。

3 結語

內置式潤滑油泵供油和電動油泵供油是目前直流電驅動絞車常用的潤滑方式，兩種系統各有優點和缺點。內置式齒輪油泵性能可靠，可有效減少系統維護工作量，整個潤滑系統置于封閉空間內，減小了潤滑油被污染的概率，但當絞車傳動系統處于反轉時會出現無潤滑現象，長時間運行會損壞傳動系統；電動油泵潤滑系統的運行不依賴于絞車傳動系統，但需增加額外的空間用于安裝電動油泵及過濾裝置，空間占用較大、成本增加。

基于雙向齒輪油泵的潤滑系統，具有內置式油泵潤滑系統和電動齒輪油泵潤滑系統的優點，具有運行可靠、故障率低的特點，可以保證絞車在倒轉及自動送鉆時均能正常工作。系統響應速度快，應用效果良好。