4500系列艾里遜液力變速箱防爆改造技術

滕 湃，鄧忠彬，丁 輝，向 丹，吳 堅，杜玉文

(1.中海油服油田生產事業部 天津300452；2.珠海京楚石油技術開發有限公司 廣東珠海519015)

0 引 言

由于目前渤海區域海洋修井機上使用的美國艾里遜公司的Allison 750變速箱使用時間大多超過20年，且Allison 750變速箱停產時間超過10年，已經沒有原廠的變速箱配件供應。為保障現有的海洋修井機繼續正常運行，在4500系列艾里遜液力變速箱替代應用技術研究[1]基礎上，需采用Allison第5代4500 OFS電控變速箱，對其電控部分做2區防爆改造處理[2]，來替代機械式的Allison750變速箱。

為滿足Allison 4500 OFS變速箱在海洋修井機鉆臺2區防爆運行要求，基于Allison 4500 OFS變速箱控制系統的結構和功能特點，需要進行如下方面的防爆改造：

①Allison 4500 OFS變速箱本體防爆改造。主要是對換擋器接口、3個轉速傳感器(變速箱泵輪、渦輪和變數箱輸出)接口作膠封防爆處理以及油標尺的防爆處理。

②Allison 4500 OFS變速箱TCM設計制作。基于TCM在變速箱控制電路中的防爆使用要求，設計制造TCM防爆控制箱，并進行防爆取證(其防爆等級不低于Exd IIB T4 Gb，防護等級不低于IP56)。

③Allison 4500 OFS防爆電源控制箱(DY)設計制作。為了滿足變速箱控制系統的供電要求和海洋修井機的使用情況，設計制作DC12V防爆電源控制箱(DY)，并進行防爆取證(其防爆等級不低于Exd IIB T4 Gb，防護等級不低于IP56)。

④Allison 4500 OFS變速箱換擋器防爆改造，并進行防爆取證(其防爆等級不低于Exd IIB T4 Gb，防護等級不低于IP56)。

1 Allison 4500 OFS變速箱防爆改造整體方案

目前渤海區域Allison 750變速箱工作在修井機鉆臺，屬于II區防爆。根據現場防爆要求和使用情況制定的專項改造方案包括變速箱本體防爆改造、變速箱TCM防爆改造、防爆電源控制箱(DY)改造、變速箱換擋器防爆改造，主要技術參數如表1所示。

表1 Allison 4500 OFS_P變速箱主要技術參數Tab.1 Main technical parameters of Allison 4500 OFS_P gearbox

2 Allison 4500 OFS變速箱防爆改造技術方案

2.1 變速箱本體防爆改造

變速箱本體防爆改造是對換擋器接口、3個轉速傳感器(變速箱泵輪、渦輪和變數箱輸出)接口作膠封防爆處理，其膠封長度按照GB 3836.9—2014《爆炸性環境 第9部分：由澆封型m保護的設備》[3]有關規定執行，以達到無火花防爆要求。這類方法具有牢固的聚合力，抗拒爆炸性強，使用制造簡單方便。

2.1.1 膠封材質

A膠：6010(E-44)(以下簡稱A膠)溶于苯、甲苯、二甲苯、丙酮等有機溶劑，流動性好，易與輔助材料(過氧化鉀乙丙酮)催化劑、LYMFB-1隔離密封膠泥、丙酮、502膠混合。B膠：650聚酰胺固化劑(以下簡稱B膠)。

2.1.2 樹脂的基本參數

樹脂的基本參數如表2所示。

表2 樹脂A/B基本參數Tab.2 Basic parameters of resin A/B

2.1.3 樹脂調配比例及固定時間

用量：環氧樹脂用量80%，固化劑用量20%，均勻攪拌，固定時間比例如表3所示。

表3 樹脂調配固定時間比例Tab.3 Fixing time ratio of resin

2.1.4 固化和耐沖擊強度及耐溫度性能指標

①介電常數：25℃，1MHz 4.0±0.1

②絕緣強度：25℃，kV/mm＞15

③硬度：SHORE-D＞80

④耐沖擊度(kgf/mm)：＞5.1

⑤體積電阻(25℃，Ω)：140

⑥表面電阻(25℃，Ω)：120

⑦壓縮強度(kgf/mm)：＞30

⑧固化收縮率(%)：＜0.5

⑨固化后運行最低溫度(℃)：≥-40

⑩固化后允許最高運行溫度(℃)： ≤+240

2.1.5 注意事項及操作要領

①需按配比配膠，配比是重量比，而非體積比。

②配膠時，需先將A膠充分攪拌均勻，氣溫低時，A膠較粘稠或有結塊現象，不影響產品的性能，必要時可加溫降低粘稠度或融化后攪均使用，便于消泡、滲透，溫度過高時會影響到可使用時間。

③A、B膠取用后及時密封，以免影響產品性能。

④A、B膠取出后需及時混合均勻使用，以免固化不完全，并盡量在短時間內使用完已混合的膠液。這是因為混合的膠液會馬上開始反應放出熱量，其粘稠度會逐漸上升，并逐漸固化，且混合在一起的膠量越多，放出的熱量也越多，反應也越快，從而影響到可使用時間。環境溫度等因素也會影響到可使用時間及固化時間。

⑤可使用時間指按配比混合均勻后的100g膠液在25℃時，粘稠度增加1倍的時間，并非指可使用時間之后，膠液絕對可用或不可用。

⑥注膠時，最好順著要封膠物件內壁慢慢注入，便于排走要封膠物件內的空氣，減少氣泡的產生，注膠后膠液會逐漸滲透到產品的縫隙中，必要時可分多次注膠，利于排泡、滲透。

⑦ 室溫固化或室溫靜置一段時間再加溫固化，便于消泡以獲得更好的絕緣效果。

⑧有極少數人長時間接觸膠液會產生輕度皮膚過敏，建議使用時戴防護手套，粘到皮膚上可用丙酮、天那水或酒精等擦去，并用清潔劑清洗干凈。

⑨大量使用前，請先小量試用，掌握產品的使用技巧，以免差錯。

⑩在室外或顆粒漂浮物過多的場合，調配好的A、B膠液應盡快使用封好封口，以免風沙等異物混入其中導致膠液變臟無法使用。

2.2 變速箱TCM防爆改造

變速箱箱體材質為316L不銹鋼，外觀結實美觀，厚度不小于6mm(根據箱內電氣元件的布局設計箱體大小，根據箱體大小決定箱體材質厚度，隔爆箱最小厚度不小于3mm)，箱體固定采用內六角螺栓、材質要求為316L不銹鋼，箱體蝕刻標識(應包括防爆標識、采集箱中英文名稱、型號、防爆標志、防爆等級、防爆合格證號、額定參數、產品編號、生產日期、生產廠家等)；箱體防爆等級不低于Exd IIB T4Gb，防護等級不低于IP56；進出線口共計9個(蝕刻永久性文字標識)，配置8個鎧裝黃銅鍍鎳填料函(與相應的鎧裝電纜相匹配)和1個防爆黃銅鍍鎳絲堵(預留)，防爆等級均不低于ExdIIB/IP66，本體蝕刻防爆標識及規格，并配四氟密封墊，提供產品防爆合格證；繪制帶電警示標識或貼警示牌，帶安全接地標識及接地螺栓或接地柱；內部配置可拆卸式安裝面板，用于固定信號采集板；額定電壓為DC 24V、額定電流30A；內配TCM單元和接線端子排；接線端子排滿足進線和出現的接線和貼標；箱體制作外形尺寸如圖1所示。

圖1 變速箱TCM防爆箱Fig.1 Transmission TCM explosion-proof box

2.3 防爆電源控制箱(DY)改造

防爆電源控制箱箱體材質為316L不銹鋼，外觀結實美觀，厚度不小于6mm(根據箱內電氣元件的布局設計箱體大小，根據箱體大小決定箱體材質厚度，隔爆箱最小厚度不小于3mm)箱體固定采用內六角螺栓、材質要求為316L不銹鋼，箱體蝕刻標識(應包括防爆標識、采集箱中英文名稱、型號、防爆標志、防爆等級、防爆合格證號、額定參數、產品編號、生產日期、生產廠家等)；箱體防爆等級不低于Exd IIB T4Gb，防護等級不低于IP56；進出線口共計3個(蝕刻永久性文字標識，需蝕刻的標牌內容分別為正常230V，應急230V，DC 24V)，配置3個鎧裝黃銅鍍鎳填料函(與3C×4mm2鎧裝電纜相匹配)，防爆等級均不低于ExdIIB/IP56，本體蝕刻防爆標識及規格，并配四氟密封墊，提供產品防爆合格證；箱體繪帶電警示標識或貼警示牌，帶安全接地標識及接地螺栓或接地柱；內部配置可拆卸式安裝面板，用于固定信號采集板；帶合格證書及圖紙，圖紙必須經審核確認后方可生產；箱體額定電壓為AC 220V、額定電流16A；內配接線端子排；接線端子排滿足進線和出現的接線和貼標；安裝方式為直立式安裝方式。

箱體接口定義見表4，箱體外形見圖2。

圖2 變速箱防爆電源控制箱Fig.2 Transmission explosion-proof power supply box

表4 變速箱防爆電源控制箱接口定義Tab.4 Transmission explosion-proof power supply box interface definition

2.4 變速箱換擋器防爆改造

變速箱換擋器材質為316L不銹鋼，外觀結實美觀，厚度不小于6mm(根據箱內電氣元件的布局設計箱體大小，根據箱體大小決定箱體材質厚度，隔爆箱最小厚度不小于3mm)箱體固定采用內六角螺栓、材質要求為316L不銹鋼，箱體蝕刻標識(應包括防爆標識、采集箱中英文名稱、型號、防爆標志、防爆等級、防爆合格證號、額定參數、產品編號、生產日期、生產廠家等)；防爆等級不低于Exd IIB T4 Gb，防護等級不低于IP56；進出線口1個，配置1個鎧裝黃銅鍍鎳填料函，防爆等級均不低于ExdIIB/IP56，本體蝕刻防爆標識及規格，并配四氟密封墊，提供產品防爆合格證；箱體繪帶電警示標識或貼警示牌，帶安全接地標識及接地螺栓或接地柱；額定電壓為DC24V、額定電流16A。變速箱換擋器外形如圖3所示。

圖3 變速箱防爆換擋箱箱Fig.3 Transmission explosion-proof shift box

3 結 論

將一臺Allison 4500系列電控液力變速箱作為技術驗證機，將以上防爆改造技術應用于該機后，送至專業防爆驗證機構進行試驗，獲得的結論證明該機完全符合海洋修井機2區防爆要求(取得防爆證書)，可實現對Allison 750變速箱的替換應用。雖然該防爆技術可完全滿足油田環境的防爆要求，但是在一些接口端子的防爆處理上會造成變速箱后期維修的難度加大，這一問題有待進一步試驗其他防爆處理方式，在既保證2區防爆要求，又滿足衰減后的電控信號有足夠強度的情況下方可改善。