1、第三章 钻井井架和钻井绞车,本章主要内容及重点:第一节 井架的类型和基本参数第二节 井架承载分析第三节 钻井绞车(重点)第四节 绞车的刹车机构(重点)第四节 刹车机构的分析与计算,本章学习要求,1、明确井架的类型及组成2、了解井架的承载分析3、掌握绞车的结构类型和绞车的刹车机构4、了解刹车机构的计算分析,第一节 井架的类型和基本参数,井架是钻机提升系统重要系统之一，它在钻井过程中，用于起下钻杆、油 管和下套管的专用工具，也是安放和悬挂游动系统吊环、吊卡等，并承受井中钻柱重量，在起下钻作业时要存放钻杆和套管。 井架是具有一定高度和空间的金属桁架结构，必须具有足够的承载能力、足够的强度、刚度和整体
2、稳定性。 强度指金属抵抗永久变形和断裂的能力。 硬度指材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕或画痕的能力。 塑性指材料在外力作用下产生永久变形而不被破坏的能力。 刚度金属材料受外力作用时抵抗弹性变形的能力。,一、井架的功用、基本组成及使用要求,1、井架的功用 主要用于安放和悬挂天车、游车、大钩、吊环、液气大钳、液压绷扣器、吊钳、吊卡等提升设备与工具。2、井架的基本组成 石油场矿用的各种井架主要由以下几部分组成：（1）主体（2）人字架（3）天车台（4）二层台（5）工作梯（6）立管平台此外，还有钻台和底座。3、井架的使用要求 即井架的使用安全技术要求。,除了对井架要定期检测以外，井架的使用安全技术
3、要求主要有：,(1)要经常教育职工爱惜井架，合理使用井架，做好对井架的保养维护，时刻保持井架完好。井架在起升之后和下放以前，要进行彻底的检查，以证实没有部件发生变形和所有的螺栓齐全紧固并配备合适的锁定垫圈。没有办理安装质量验收和交接手续的井架不能使用。(2)上下绞车时，必须由井队干部负责指挥，力求达到平稳施工。(3)钻井队要定期、定人、定部位对井架进行检查和维护。定期检查要求每个白班和下套管前各进行一次。定人检查要求每个班的井架工负责检查。定部位检查要求每个井架工各承包一部分井架结构进行检查。在风、雨多发季节，钻井队要班班对井架绷绳及绷绳坑进行检查。对天车、猴台、指梁，死绳固定器、转盘、钻机、
4、钻杆盒大梁、立管台、二层台的固定情况，由井队安全员每周检查一次。对查出的问题，要立即组织整改。(4)不准随便割、拆、换井架的横梁、拉筋、螺丝、卡子、零件、附件。(5)下套管之前对井架进行全面检查、整改，钻具要分立两边矗立，尽可能使井架受力平衡。要封闭好指梁，防止大绳进入。下完套管时，若发现井架无安全保障，应立即将套管坐在转盘上，停止活动套管。,井架底座,井架底座,底座特点:(1) 底座符合API Spec 4F规范，允许使用API会标。 (2) 底座基本结构分两种：叠箱式,块装式,双升式(弹弓式)和旋升式。(3) 叠箱式和块装式结构： 前台底座较高，满足安装标准防喷器的要求；后台底座较低， 适
5、应于安装较重的主绞车和传动机组。(4) 双升式和弹弓式结构: 钻机及台面设备可低位安装，井架在钻台低位时起升。钻台带左、右两个液压缸，钻台起升时作为缓冲器，下放时作为顶推的动力。,司钻控制台,二、井架结构类型及基本参数(一)井架结构类型 塔形井架 T A形井架 A桅形井架 W前开口井架 K （我国电动钻机主要采用，如下张幻灯片） 闭式塔形井架 H （海洋钻井用） 目前，在国内外石油矿场上使用的井架种类繁多，但就结构型式来讲，一般可分为塔型井架T和A型井架两种。,塔型井架T （见P40）,塔型井架主体为塔形钢结构，采用螺栓连接，整体稳定性好，承载能力大。 塔型井架是从井架底座往上分层一次性组装完
6、成的，依其前扇结构是否封闭，又可分为闭式和开式两类。 闭式塔型井架（常用于海洋钻井）的主要特征是：井架的横截面为正方形，立面是梯形。为了工作方便，在井架的前扇下部装有大门，因而前扇下部不能封闭，但是整个井架主体仍是一个封闭的整体结构，所以它的总体稳定性好，承载能力大。其缺点是拆装井架必须高空作业，安全系数小，拆装时间长。此类井架多用于深井钻机和海洋钻机。 开式塔型井架的主要特征是：主体是由35段构架组成，各段均为焊接结构，段与段之间采用螺栓、销子或公母锥座螺栓等连成一体。这种井架采用分段地面拆装、整体起放和分段运输的方法，拆装方便、迅速、安全。一般多用于中深井钻机。,T塔型井架,A型井架,A型
7、井架的大腿截面有矩形或三角形等，承载能力和局部稳定性都比较好，各段间采用销子连接，井架低位安装，利用人字架依靠绞车动力整体起放。 A型井架是从地面分段，在地面组装完成后，再用绞车、动力液压缓冲等辅助设施一次性起升完成。A型井架的主要特征是：从总体结构形式看，整个井架是由两个构架式或管柱式的大腿靠天车台和井架上部的附加杆件与二层台连接成“A”字形的空间结构，大腿前面和后面装有撑杆，以便起升和支撑井架用。A形井架的两个大腿可分为35段，并用螺栓连接成一个整体，因而整个井架可在地面分段拆装、分段运输和整体起放，方便而安全。由于这种井架主要靠两条大腿承载，承受载荷时能均匀分布，而每条大腿又是封闭的整体
8、结构，所以承载能力和稳定性都较好，但其总体稳定性较差。,A型井架,K型井架（前开口）,K型井架主体为“K”型截面，大腿为片状桁架结构，各段间采用销子连接。井架低位安装，利用人字架依靠绞车动力整体起放。,K型井架,前开口型井架特点： （1）井架符合APISpec4F规范，允许使用API会标。 （2）井架断面形状为“K”型，即前开口型，截面为形空间桁架结构 （3）井架主体为片状架结构，便于拆装和运输。 （4）井架大腿、人字架等主要受力件采用H型钢制造。 （5）井架低位安装，整体起放。 （6）井架的左右调节通过增减井架支座下方的垫片实现，前后调节通过人字架后支座处的偏心轮实现。,桅形井架 W典型自升
9、式井架简介,自升式井架是指伸缩式井架（见下张幻灯片图）和整体起放井架。整体起放井架是指井架在地面拼装好，穿上钻井时用的提升系统钢丝绳和起升大绳后，再用钻机绞车把它拉起和放倒。桅型井架，工作时井架向井口方向倾斜，靠绷绳保持井架的稳定和承载能力。,伸缩式井架,(二) 井架的基本参数（见P43表3-1、专门有石油井架检测实验室） 井架代号JJ / 用阿拉伯数字表示改进序号 井架型式：T、K、A、W、H 井架有效高度，m 最大钩载，以10KN为单位计 井架代号,(三)井架的维护和保养, 润滑 定期向井架的旋转部位加注理基润滑脂，注油期限为每次起升前及每次下放前必须各注油一次。每三个月必须注一次。 维护
10、及保养,补充了解以下内容：, 井架主要结构、原理 井架现场安装 井架的起升 井架的下放 井架的拆卸,井架的使用安全技术要求,除了对井架要定期检测以外，井架的使用安全技术要求主要有：(1)要经常教育职工爱惜井架，合理使用井架，做好对井架的保养维护，时刻保持井架完好。井架在起升之后和下放以前，要进行彻底的检查，以证实没有部件发生变形和所有的螺栓齐全紧固并配备合适的锁定垫圈。没有办理安装质量验收和交接手续的井架不能使用。(2)上下绞车时，必须由井队干部负责指挥，力求达到平稳施工。(3)钻井队要定期、定人、定部位对井架进行检查和维护。定期检查要求每个白班和下套管前各进行一次。定人检查要求每个班的井架工
11、负责检查。定部位检查要求每个井架工各承包一部分井架结构进行检查。在风、雨多发季节，钻井队要班班对井架绷绳及绷绳坑进行检查。对天车、猴台、指梁，死绳固定器、转盘、钻机、钻杆盒大梁、立管台、二层台的固定情况，由井队安全员每周检查一次。对查出的问题，要立即组织整改。(4)不准随便割、拆、换井架的横梁、拉筋、螺丝、卡子、零件、附件。(5)下套管之前对井架进行全面检查、整改，钻具要分立两边矗立，尽可能使井架受力平衡。要封闭好指梁，防止大绳进入。下完套管时，若发现井架无安全保障，应立即将套管坐在转盘上，停止活动套管。,第二节 井架承载分析,在井架工作过程中，井架不仅承受垂直方向的载荷，还承受水平方向的载荷
12、。井架既承受静载荷又承受动载荷。这些载荷随着工作时间及条件的变化而变化。因此，对于这样复杂的组合载荷，有必要做以下一些具体分析，请同学们了解。,一、井架承受的基本载荷,1、垂直载荷（1）固定载荷：不随时间而变动的载荷。（2）变动载荷：随游动系统的有效绳数、死绳的固定位置、快绳与死绳和井架中心垂直线所成的夹角以及钻井的工作条件各种影响因素而改变的载荷。包括：大钩上静载荷，它随着工作条件而改变；大钩上附加动载荷，也随工作条件而改变，快绳与死绳垂直分力，也随着固定位置的不同及与井架中心所成的角度不同而改变。2、水平方向载荷（1）风作用在井架构件上的压力；（见P47）（2）靠在指梁上立根重量的水平分力
13、；（3）风作用在立根排面上的压力；（4）井架绷绳拉力的水平分力。,二、垂直载荷的计算,1、固定载荷的计算2、变动载荷的计算（1）天车载荷（2）快绳与死绳垂直分力,三、水平载荷的计算,（1）风作用在井架上的载荷（2）放在钻杆盒内的立根自重的水平分力P2。如图35所示。（3）风作用在立根排面上的压力P3，取决于迎风面立根数目，可不计。（4）井架绷绳的水平分力P4，一般数值小，不计。（5）快绳及死绳水平拉力P5，一般因倾角小也忽略不计。附:风速与风压表3-2,作业 ：,井架的作用是什么？叙述井架的基本组成。指出井架代号JJ315/44.5K2的具体含义。,第三节 钻井绞车概述,绞车是起升系统的重要设
14、备，也是钻机的核心设备，是钻机的三大工作机之一，重量近30t。一、 绞车的功用 在钻井过程中，悬挂钻具，送进钻柱、钻头，控制钻压。提供几种不同的起升速度和起重量，满足在起下作业中，起下钻具和下套管。 利用绞车的猫头机构紧卸钻具和起吊重物。 作为转盘的变速机构和中间传动机构。当采用整体起升式井架（自升式井架）钻机，用来起放井架。 利用绞车的捞砂滚筒，进行提取岩心筒、试油等工作。帮助安装钻台设备，完成其他辅助工作。,单滚筒绞车,双滚筒绞车,气动绞车,YJ系列液压绞车,YJ系列绞车是以进口液压马达为动力、采用液控刹车制动、具有体积小、重量轻、嗓音低、提升扭矩大、效率高、安装简便等优点，已被广泛应用于
15、油田钻井修井及矿山、建筑和港口等需要起吊拖动的行业。压绳器与液压绞车配合使用，结构简单、设计合理，仅依靠特制弹簧的力量压紧钢丝绳，避免了绞车滚筒上的乱绳现象。,二、钻井工艺对绞车的要求 绞车应具有足够的起升能力（功率）； 绞车钢绳应具有足够的破断能力； 绞车各零部件应具有足够的强度和刚度。 绞车滚筒的尺寸应能满足缠绳的要求，保持良好的缠绳状态以延长使用寿命。 绞车应具有变速功能以适应起升重量的变化，提高起升系统的功率利用率。 绞车应具有灵敏而可靠的制动机构确保操作安全。 绞车结构应充分考虑运移要求，满足钻机搬迁的要求。 绞车的操作、控制应该简单、方便。,三、现代绞车的结构方案（详见P49） 1
16、、首先学习有关结构 钻井绞车结构繁多，但最能体现绞车结构特点的是绞车轴数。具体分： 单轴绞车结构方案 如3-6a 双轴绞车的结构方案 如3-6b 三轴的结构方案 如3-6c 五轴绞车的结构方案 如3-6d （5）主、辅两单轴结构方案 如3-6e 另外，独立猫头轴多轴绞车和电驱动绞车各有特点。 现代钻机应用最广泛的为三轴（猫头轴、滚筒轴、刹车传动轴即输入轴, 见图210）通过链条传动。四轴(猫头轴、滚筒轴、中间轴和输入轴)通过链条传动。猫头轴作用：猫头轴驱动左端的猫头旋转， 用于起吊钻杆单根和其他需要吊上钻台的重物，必要时上卸钻具或套管丝扣。 是绞车的传动中间轴，为滚筒和转盘提供三种不同的转速。
17、 作为转盘传动轴，通过气离合器，为转盘提供动力。,猫头 两个猫头轴上的死猫头，刚性地安装在绞车猫头轴的两端，并与绞车猫头轴一起旋转，用于起下钻的上卸扣和起吊重物。内、外摩擦猫头的滚筒用滚子轴承支承在猫头轴上，通过安装在滚筒一端法兰内的摩擦离合器控制滚筒的动作，它能独立地转动。外摩擦猫头通常在起下钻时用来拧紧要下人井内的钻具接头丝扣；内摩擦猫头通常用在起钻时卸松钻具接头丝扣。猫头操作是一项十分危险的作业，稍有不慎就会造成人员伤亡或重大经济损失。随着钻井科学技术的进步，顶部驱动装置、液气大钳、自动上扣器、气(电)动小绞车等设备和设施已投入使用，猫头终将被逐步淘汰。,2、绞车的结构组成,钻井绞车是一
18、台多职能的起重工作机。尽管各型绞车结构上差异不小，但究其实质，都具有类似的功能机构和部件。一般组成： 滚筒、滚筒轴总成 这是绞车的核心部件。 主动机构 包括机械刹车和水刹车（或电磁刹车）。 猫头和猫头轴总成 用以上卸丝扣、起吊重物；有的重型钻机绞车上还包括捞砂滚筒，用以提取岩心筒。 传动系统 引入并分配动力和传递运动，对于内变速绞车除传动轴、滚筒轴 及猫头轴外，还包括链条、齿轮、轴系零件及转盘 中间传动轴等。 控制系统 包括压嵌式、齿式启动离合器，司钻控制台，控制阀等。 润滑系统 包括黄油润滑、滴油润滑、强制润滑和密封传动时的飞溅润滑。 支撑系统 有焊接的框架式支架或密闭箱壳式座架。, 绞车型
19、号 JC 绞车形式：机械驱动无标记 Y液马达驱动绞车 D直流电驱动绞车 DJ交流电驱动绞车 DB交流变频电驱动绞车 绞车级别：采用114mm钻杆，以100m为单位计的名义钻探 绞车代号注意：标准绞车的主要技术参数是名义井深。如表33中绞车型号,四、绞车技术特性,绞车的特性参数包括快绳拉力、绞车功率、绞车的各档转速、滚筒的直径和长度刹车鼓的直径等。此外滚筒缠绳的平均工作直径和缠绳容量也是设计计算中常用的技术特性。 这里介绍绞车刹车机构基本计算。包括： 1、滚筒直径D筒和滚筒长度L筒 D筒=(1730)d绳 L筒=（1.62）D筒 L筒长的复合公式： L筒=2Htg 2、刹车鼓直径D鼓 D鼓=（1
20、.82.3） D筒 3、滚筒平均工作直径D平, 滚筒的缠绳直径,3/4圈落入前一层绳槽时,1/4圈由一槽跳向另一槽时， h=d绳每一整圈缠绳在滚筒半径上的平均增量为,绳径修正系数,滚筒缠绳直径变化,滚筒原始直径D0,e为缠绳层数, 滚筒的平均工作直径, 滚筒的缠绳总长下完一根立根，游车在最下位置时，滚筒上还应保留一层钢丝绳，以便排绳。,4、滚筒上的容绳量M 5、缠绳层数e 6、绞车滚筒各挡的转速,注意： 绞车在工作中，滚筒的实际工作直径是变化的。 实际工作中，滚筒的缠绳在上式的基础上再加十圈左右的容量，以便排绳。 若已知绞车的输入转速，则通过各挡的传动比也可推算出各挡的滚筒转速ni。z1 、z
21、2分别表示主从动轮的齿数五、绞车技术规范（表23）,作业,1、绞车的功用是什么？2、井架的作用是什么？3、叙述井架的基本组成。4、指出井架代号JJ315/44.5K2的具体含义。5、填空题：_是起升系统的重要设备，也是钻机的核心设备，是钻机的三大工作机之一。钻井绞车的结构繁多，但最能体现其结构特点的是绞车的_。井架承受的基本载荷包括 和 两大方面。 时井架垂直方向的载荷最大。 井架的最大变动载荷发生在 时。,第四节、典型绞车的结构 见P53,概述： 1、整个绞车装在一个用金属焊接的绞车架上，它是由底座和四根支架组成。 2、在支架上有三根轴，即滚筒轴、猫头轴和传动轴，都是通过轴承座固定在井架上。
22、这三根轴即构成了绞车的起升机构和带动转盘的传动机构。 3、绞车各轴之间都是由链传动副传动的。 4、绞车外都有护罩，以保证操作安全，防止传动机构受外界的污染，并避免润滑油外溅。,盘式刹车,发电机,电动单轴绞车：由交流或直流电机、齿轮减速器、液压盘刹、绞车架、滚筒轴总成、自动送钻装置和绞车控制系统等组成。与同类绞车相比，零部件少、体积小、重量轻；滚筒轴是由一台直流或交流变频电机通过齿轮减速箱驱动（也可由两台电机并车驱动），可在0140HZ范围内实现平滑调速；采用双级齿轮减速器传动、传动效率高、振动小，噪声低、使用寿命长；主刹车为液压盘式刹车，辅助刹车为能耗制动或EATON刹车；滚筒装有“里巴斯”绳
23、槽,配有独立数控交流变频传动装置及计算机自动控制系统，可实现自动送钻；对下钻工况、钻进工况进行实时监控和分析，实现最优钻井。,直流电驱动链传动绞车：采用直流电机驱动，分体式或整体式结构；滚筒的高、低速端均为通风型气胎离合器;主刹车为液压盘式刹车、辅助刹车为电磁涡流刹车；采用气换档、链传动结构。链条稀油润滑、轴承为油脂润滑;滚筒装有“里巴斯”绳槽,可带自动送钻装置。,机械驱动绞车：滚筒的高、低速端带有通风型气胎离合器，刹车轮辋（或刹车盘）采用循环水强制冷却，表面经中频淬火、耐磨性好、使用寿命长；主刹车采用液压盘式刹车或带刹车、辅助刹车配电磁涡流刹车或EATON刹车（水冷或风冷）；所有换档离合器均
24、为渐开线花键齿式离合器，采用气控换档或气胎离合器换档结构，换挡简洁方便可靠；滚筒装有“里巴斯”绳槽,可带自动送钻装置。,一、绞车的传动机构,以JC114.5型绞车为例。1、传动轴2、猫头轴3、滚筒轴,注意下列概念：,滚筒是铸钢或板焊的的后臂筒，摩擦系数大，耐热。离合器是控制系统，进行频繁启动，将传动系统随时分离或接合。绞车滚筒直径和滚筒长度是绞车的技术性能参数。 单筒轴按绞车滚筒数目分 多筒轴,滚筒、滚筒轴是绞车的执行部件，即执行轴、刹车传动轴，是绞车的核心，主要功能是卷绕和放出钢绳,使大钩-游车实现往复运动以起下钻柱。有的绞车还有辅助滚筒（也称捞沙滚筒）。输入轴 从钻机并车厢获得动力，与猫头
25、轴通过不同齿数链轮的配对实现变速。绞车底座其上安装有刹车曲轴、平衡梁、刹车气缸等，这些机构与包在滚筒刹车轮毂上的刹带组成绞车的主刹车。滚筒轴右端装有辅助刹车，与主刹车一起构成绞车的制动系统。绞车支架顶端有处油管，通过各支管分别润滑各副链条。绞车外部装有护罩，以保证操作安全，并防止绞车传动机构受外界影响，同时避免润滑油外溅。结合教材图形学习不同的绞车结构。,主刹车（采用PSZ751液压盘式刹车、带刹车）绞车的机构有 辅助刹车（采用336WC伊顿刹车、水刹车、电磁涡流刹车） 主刹车用于各种刹车制动，辅助刹车仅用于钻柱刹慢，吸收下钻能量，使钻柱匀速下放。见P60图35,二、绞车的刹车机构,绞车刹把,
26、刹车块,刹车块适用于石油钻机、修井机、通井机等采用新型无石棉，半金属复合材料模压成型，其材料无污染，性能优良，其参数指标达到石油天然气行业标准SY/T5023-94。 常温摩擦系数 热摩擦系数 密度 冲击功 磨损率 0.42 0.36 1.9 0.5J/cm2 0.6610-7mm/N.m,带式刹车 （圆形钢带） 块式刹车1、 主刹车按结构原理分 盘式刹车 控制部分（刹把） 传动部分（刹带轴、刹把轴、曲拐、连杆）2、 带刹车的结构组成 制动部分（两根刹带、 刹带块、刹带吊耳及机械 换挡机构） 辅助部分 （平衡梁） 气动部分 （刹车气缸） 带刹车的任务是控制下放速度或停止被下放载荷所带动的滚筒的
27、旋转速度，以达到调节钻压、送进钻具、悬挂钻具的目的。为此，要求刹车装置能平稳送钻、灵活省力和安全可靠。,带刹车的结构原理见P6061,明确以下绞车主刹车机构,注意以下住刹车机构的制作材料和刹车机构安装情况。1、刹带2、平衡梁3、刹车的曲轴,刹车不可靠会发生重大溜钻事故，造成设备损坏、井下事故，甚至危及工人的安全。 保证操作安全 绞车外有护罩作用 传动机构不受外界影响 避免润滑油外溅,带刹车的有缺点,优点：1、包角可达270甚至330，其制动力矩随包角的增大而增大，以适应重型绞车的需要。2、采用双杠杆刹车机构既省力又安全。3、机构简单紧凑，便于维修。缺点：1、刹车时滚筒轴受一轴向弯曲力，其植为向
28、量和。2、只能用于单向制动，反向制动力矩小e倍 ，所以设计时注意滚筒的旋转方向。3、活动端和固定端的刹车块磨损不均衡。,注意： 刹带一般为6mm厚的圆形钢带，用带弹簧的螺钉挂在绞车外壳上，不工作时可脱离刹车鼓。刹车带对刹车毂的包角为=1.5 钢带的内壁衬有石棉改性树脂材料压制而成的刹车块，耐热而耐磨。刹车块用沉头铜螺钉铆在钢带上。刹把调节与刹带、刹车块的更换 刹车机构的润滑 油脂润滑（黄油）一般润滑方式 滴油润滑 飞溅润滑 强制润滑,绞车,双滚筒绞车,防爆灯,三、绞车的使用和保养要求,1、操作规范（1）绞车的安装与固定（2）辅助刹车的安装与找正2、润滑3、保养要求4、绞车的易损零件5、绞车的故
29、障与排除 （见表35）,绞车的使用安全技术要求主要有：,(1)下钻时，为节约时间，合理地利用绞车功率，应根据大钩负荷，按规定选择合理的起升速度和挡位。(2)链条是绞车的主要传动件，更换链条时应整盘更换。(3)挂合换档离合器时，动作要平稳，严禁猛烈撞击。(4)绞车传动轴未停止转动前不得改变传动方向。(5)挂合气胎离合器时动作要平稳。(6)在上提钻具的过程中需要刹车时，必须先摘开低速或高速气胎离合器。 (7)下钻过程中严禁用水或油浇刹车鼓，以免造成刹车鼓龟(皲）裂或刹车灵。(8)起下钻前应先检查防碰天车。 (9)绞车运转过程中护罩必须整齐、装牢，严禁在运转过程中从事加注润滑脂或润滑油等进入绞车内部
30、或靠近运转部位的作业。(10)刹把在4050应能刹住。在负载条件下不得调节刹带。(11)遇到游车下放速度过慢、刹带离不开刹车毂的情况时，应设法调节，但不允许用撬杠撬刹带。(12)每班应检查一次活绳端固定情况。,第五节 刹车机构的分析与计算,一、刹车制动力的确定二、刹带两端拉力的计算三、刹车杠杆机构的分析与计算1、单杠杆刹车机构2、双杠杆刹车机构例题：P69,补充了解：液压盘式刹车,盘式刹车于十九世纪处问世，在机车、汽车、飞机及矿山提升机上获得飞速发展。1985年美国GH、NSCO、EMSCO 三家公司开始将盘式刹车用于钻井绞车。我国1990年开始在修井机上改装盘式刹车，1995年胜利机械厂生产
31、的钻机已用盘式刹车。,盘式刹车结构,刹车盘、刹车液缸、刹车钳刹车钳或刹车杠杆、刹车块、钳架以及液压控制系统等用于制动滚筒。全套刹车钳有：一为工作钳，用于下钻或钻进过程；二为应急钳，作为安全保险用。,详细组成,液压盘式刹车由刹车盘、开式刹车钳（安全钳）、闭开式刹车钳（工作钳）、钳架、液压动力源、控制系统等组成。 1) 刹车装置总成 刹车装置总成由钳架、刹车盘、刹车钳等组成。刹车盘通过滚筒轮缘与滚筒组装成一体，刹车钳安装在钳架上，它是盘式刹车实现刹车的主要部件。 刹车钳由浮式杠杆开式钳（常开钳）和浮式杠杆闭式钳（常闭钳）组成。常开钳是工作钳，用于控制钻压、各种情况下刹车（如下钻、进钻）。常闭钳（安
32、全钳）用于悬持情况下驻刹。 开式钳的工作原理 闭式钳的工作原理,2) 液压动力源 液压动力源由油箱组件（参考下图）、泵组、控制块总成、加油组件、电控箱等组成。 3) 操作台（主要是控制系统） 操作台由刹车阀组件、驻刹阀组件、控制阀组、管路、压力表等组成。操作台位于钻台操作室中，司钻通过操作台上的控制手柄对SY型盘式刹车集中控制。,注意：,1、 盘式刹车内设冷却水道，因为温度是引起带刹车失效的主要原因，当温度超过300以上，可使刹车毂发生热疲劳裂纹，刹车块摩擦系数大大下降，磨损率显著提高。 2、如何通冷却水？一定要在下钻一开始就通，以免由于刹车盘温度过高，突然通水，由汽化造成较高的内压，致使冷却
33、水不能正常循环。冷却水由专门的水泵供水，并使用软水，以免内积水垢，影响热传导。 3、一个金属工艺学概念：淬火热处理工艺，将合金钢加热一定温度，随即在水油或空气中急速冷却以提高合金硬度和强度。,刹车系统工作原理（以SY型盘式刹车为例）, 工作刹钳由开式钳承担。操作司钻阀向开式钳输入不同压力油，即产生刹车力。工作刹车的刹车力仅是液压力。 驻刹车由闭式钳承担。驻刹车的刹车力是碟簧力。 紧急刹车由开式钳和闭式钳共同承担。 防碰天车由闭式钳承担。 蓄能器在系统失电情况下，分别向开式钳和闭式钳提供刹车压力油，可分别进行68次刹车。辅助刹车 辅助刹车的功用：帮助主刹车进行下钻，在下钻时通过制动滚筒轴来制动下
34、钻载荷。 水刹车（过去常用；水冷却） 钻机的辅助刹车有 电磁涡流刹车（电磁感应原理和磁粉式电磁刹车； 水冷却） 伊顿盘式刹车（据美国伊顿公司产；气控制刹车）,绞车的辅助刹车机构有水刹车和电磁刹车两种。电磁刹车又可分为感应式电磁刹车（又称为涡流刹车）和磁粉式电磁刹车。影响水刹车制动力矩的主要因素有：水刹车尺寸愈大，则制动力矩愈大；叶片越多，则制动力矩越大；水刹车转子转速越高，则水的流量越大；水刹车内液面越高，则制动力矩越大。所以，现场一般采用分级调水位的办法，来改变制动力矩的大小。,辅助水刹车的功用、结构与原理,1、作用：在下钻时刹慢滚筒，保持钻具以安全的速度匀速下放。2、结构：旋转主轴（借助离
35、合器与滚筒轴相连）及固定其上的转子和定子组成。转子和定子上有许多叶片，呈辐射状分布，两叶片间形成水室，下部有进水口，顶部有出水口。3、作用原理：下钻时滚筒轴转动带动转子旋转。在转子水室中水因离心力作用被甩到外缘，并受迫被导流入定子水室；在定子水室由外缘流向心部，然后又受迫被导流入转子水室，于是在各水室中液流液流都形成小涡流在不断循环。简单的说，就是运动的转子叶片，迎面去切割高速循环的小涡流，遇到很大阻力，形成制动力矩。 水刹车工作原理实质就是通过叶片和液流的相互作用，以吸收下钻时产生的大部分动能，并转化成热能释放，从而减轻带刹车的负担。,使用水刹车时的安全技术要求主要有：,电磁涡流刹车,电磁涡
36、流刹车是适用于海洋和陆地钻机上的新型辅助刹车。他利用电磁感应原理进行无损制动，无易损件，制动性能好，使用寿命长，操作维修简单。蜗电流形成旋转磁场，与固定磁场相互作用便产生制动力矩。,电磁涡流刹车 目前钻机中几乎全采用的是电磁涡流刹车。电磁刹车的尺寸和外型跟水刹车类似，它跟滚筒轴的连接方法也相同。1）电磁涡流刹车的代号2）电磁涡流刹车的技术参数3）电磁涡流刹车的工作原理 当交流电通过整流器(变成直流电)和变阻器(改变和控制电流)通至电磁刹车线圈时，线圈变成电磁铁而产生磁场，旋转的转子通过磁场，在转子里面产生涡流电，从而在线圈和转子之间产生阻力(制动力)刹车。阻力的大小直接随电流的大小而变化。司钻
37、通过调节变阻器来控制电流的大小，改变电磁刹车的制动力矩。,4）电磁涡流刹车的的特性 由图看出：当主轴的转速n接近于零时，制动力矩M很小；高速段制动力矩M很大且基本恒定不变，此时制动力矩与主轴转速无关。5）电磁涡流刹车的的特性点 电磁涡流刹车只能使钻柱下放速度放慢，不能使钻柱完全停下来，要完全刹主下放钻柱，必须用主刹车（带刹车或盘式刹车）。盘式辅助刹车 美国伊顿公司生产的WCB系列水冷却盘式刹车，是目前比较理想的辅助刹车，它特别适用于大转动惯量的制动以及快速散热。1）伊顿盘式刹车的代号2）伊顿盘式刹车的技术参数3）伊顿盘式刹车的结构组成 4）伊顿盘式刹车的工作原理 当来自钻机气控制系统的压缩空气
38、从气缸上的进气孔进入气缸后，推动活塞向左移动，活塞推动压紧盘移动，压紧盘克服弹簧力向左移动，将动摩擦盘压紧，从而产生制动力矩。当切断气缸进气孔处的压缩空气时，压紧盘在弹簧的作用下向右移动，推动活塞复位，同时动摩擦盘脱离两个静摩擦盘，使得盘式刹车处于非工作状态。,3、蓄能器,1、蓄能器的功用：用来储存和释放液体压力能的装置。 作辅助动力源 保压和补充泄露 吸收压力冲击，降低噪声。 2、蓄能器的结构类型 重锤式 弹簧式 活塞式蓄能器 气体式 气囊式蓄能器 （惰性气体和氮气） 3、蓄能器的使用和安装,美国伊顿WCB系列刹车水箱,本章小结,1、井架的功用和基本组成。2、井架的类型和基本参数。3、井架承
39、受的基本载荷。4、绞车的功用和钻井工艺对它的要求。5、绞车的结构方案有五种。6、绞车的基本参数。7、绞车的刹车机构。8、绞车的维护保养。,作业:,1.填空：绞车的刹车机构包括_机构和_ 机构。绞车主刹车，即_ 刹车。带刹车机构主要由_ 、_、 _ 、_和 _等组成。辅助刹车主要有_ 、_ 和_等。2、判断题： 主刹车用于各种刹车制动，辅助刹车仅用于钻柱刹慢，吸收下钻能量，使钻柱匀速下放。（ ）下钻过程中可以用水浇刹车鼓。（ ）水刹车的工作水温可以大于75。（ ）绞车在运转过程中可以加注润滑脂或润滑油。（ ）轴承损坏常常表现为磨损、发烧、锈蚀和断裂。（ ） 下完一根立根，游车在最下位置时，滚筒上
40、还应保留一层钢丝绳，以便排绳。 ( ) 绞车在工作中，滚筒的实际工作直径是不变的。( ) 绞车滚筒直径主要根据钢绳的结构和直径的大小来决定。( ) 大钩起升功率利用率高就能保证起钻的实际机动起升时间T起少 。 天车各轴端的黄油杯应每周润滑一次。 大钩主钩用于起钻作业，侧钩用于悬挂水龙头进行钻进作业。 搬运和安装大钩时，大钩应使用起重机吊装，不得直接在地面上拖拉。,3、(P66)分析题：绞车刹把压至最低位置仍刹不住车的原因是什么？解决的方法是什么？转盘旋转缓慢，转盘或滚筒开动不灵的原因是什么？如何处理？4、计算题：已知130型钻机滚筒D0=650mm，d绳=28mm，L筒=840mm，共缠绳e=4层，有效绳数z=10，立根长度=25m。求绞车平均工作直径D平；绞车滚筒上的容绳量M。（滚筒上钢绳被压扁时直径上的增量取2mm),
