4500系列艾里逊液力变速箱防爆改造技术

滕 湃，邓忠彬，丁 辉，向 丹，吴 坚，杜玉文

(1.中海油服油田生产事业部 天津300452；2.珠海京楚石油技术开发有限公司 广东珠海519015)

0 引 言

由于目前渤海区域海洋修井机上使用的美国艾里逊公司的Allison 750变速箱使用时间大多超过20年，且Allison 750变速箱停产时间超过10年，已经没有原厂的变速箱配件供应。为保障现有的海洋修井机继续正常运行，在4500系列艾里逊液力变速箱替代应用技术研究[1]基础上，需采用Allison第5代4500 OFS电控变速箱，对其电控部分做2区防爆改造处理[2]，来替代机械式的Allison750变速箱。

为满足Allison 4500 OFS变速箱在海洋修井机钻台2区防爆运行要求，基于Allison 4500 OFS变速箱控制系统的结构和功能特点，需要进行如下方面的防爆改造：

①Allison 4500 OFS变速箱本体防爆改造。主要是对换挡器接口、3个转速传感器(变速箱泵轮、涡轮和变数箱输出)接口作胶封防爆处理以及油标尺的防爆处理。

②Allison 4500 OFS变速箱TCM设计制作。基于TCM在变速箱控制电路中的防爆使用要求，设计制造TCM防爆控制箱，并进行防爆取证(其防爆等级不低于Exd IIB T4 Gb，防护等级不低于IP56)。

③Allison 4500 OFS防爆电源控制箱(DY)设计制作。为了满足变速箱控制系统的供电要求和海洋修井机的使用情况，设计制作DC12V防爆电源控制箱(DY)，并进行防爆取证(其防爆等级不低于Exd IIB T4 Gb，防护等级不低于IP56)。

④Allison 4500 OFS变速箱换挡器防爆改造，并进行防爆取证(其防爆等级不低于Exd IIB T4 Gb，防护等级不低于IP56)。

1 Allison 4500 OFS变速箱防爆改造整体方案

目前渤海区域Allison 750变速箱工作在修井机钻台，属于II区防爆。根据现场防爆要求和使用情况制定的专项改造方案包括变速箱本体防爆改造、变速箱TCM防爆改造、防爆电源控制箱(DY)改造、变速箱换挡器防爆改造，主要技术参数如表1所示。

表1 Allison 4500 OFS_P变速箱主要技术参数Tab.1 Main technical parameters of Allison 4500 OFS_P gearbox

2 Allison 4500 OFS变速箱防爆改造技术方案

2.1 变速箱本体防爆改造

变速箱本体防爆改造是对换挡器接口、3个转速传感器(变速箱泵轮、涡轮和变数箱输出)接口作胶封防爆处理，其胶封长度按照GB 3836.9—2014《爆炸性环境 第9部分：由浇封型m保护的设备》[3]有关规定执行，以达到无火花防爆要求。这类方法具有牢固的聚合力，抗拒爆炸性强，使用制造简单方便。

2.1.1 胶封材质

A胶：6010(E-44)(以下简称A胶)溶于苯、甲苯、二甲苯、丙酮等有机溶剂，流动性好，易与辅助材料(过氧化钾乙丙酮)催化剂、LYMFB-1隔离密封胶泥、丙酮、502胶混合。B胶：650聚酰胺固化剂(以下简称B胶)。

2.1.2 树脂的基本参数

树脂的基本参数如表2所示。

表2 树脂A/B基本参数Tab.2 Basic parameters of resin A/B

2.1.3 树脂调配比例及固定时间

用量：环氧树脂用量80%，固化剂用量20%，均匀搅拌，固定时间比例如表3所示。

表3 树脂调配固定时间比例Tab.3 Fixing time ratio of resin

2.1.4 固化和耐冲击强度及耐温度性能指标

①介电常数：25℃，1MHz 4.0±0.1

②绝缘强度：25℃，kV/mm＞15

③硬度：SHORE-D＞80

④耐冲击度(kgf/mm)：＞5.1

⑤体积电阻(25℃，Ω)：140

⑥表面电阻(25℃，Ω)：120

⑦压缩强度(kgf/mm)：＞30

⑧固化收缩率(%)：＜0.5

⑨固化后运行最低温度(℃)：≥-40

⑩固化后允许最高运行温度(℃)： ≤+240

2.1.5 注意事项及操作要领

①需按配比配胶，配比是重量比，而非体积比。

②配胶时，需先将A胶充分搅拌均匀，气温低时，A胶较粘稠或有结块现象，不影响产品的性能，必要时可加温降低粘稠度或融化后搅均使用，便于消泡、渗透，温度过高时会影响到可使用时间。

③A、B胶取用后及时密封，以免影响产品性能。

④A、B胶取出后需及时混合均匀使用，以免固化不完全，并尽量在短时间内使用完已混合的胶液。这是因为混合的胶液会马上开始反应放出热量，其粘稠度会逐渐上升，并逐渐固化，且混合在一起的胶量越多，放出的热量也越多，反应也越快，从而影响到可使用时间。环境温度等因素也会影响到可使用时间及固化时间。

⑤可使用时间指按配比混合均匀后的100g胶液在25℃时，粘稠度增加1倍的时间，并非指可使用时间之后，胶液绝对可用或不可用。

⑥注胶时，最好顺着要封胶物件内壁慢慢注入，便于排走要封胶物件内的空气，减少气泡的产生，注胶后胶液会逐渐渗透到产品的缝隙中，必要时可分多次注胶，利于排泡、渗透。

⑦ 室温固化或室温静置一段时间再加温固化，便于消泡以获得更好的绝缘效果。

⑧有极少数人长时间接触胶液会产生轻度皮肤过敏，建议使用时戴防护手套，粘到皮肤上可用丙酮、天那水或酒精等擦去，并用清洁剂清洗干净。

⑨大量使用前，请先小量试用，掌握产品的使用技巧，以免差错。

⑩在室外或颗粒漂浮物过多的场合，调配好的A、B胶液应尽快使用封好封口，以免风沙等异物混入其中导致胶液变脏无法使用。

2.2 变速箱TCM防爆改造

变速箱箱体材质为316L不锈钢，外观结实美观，厚度不小于6mm(根据箱内电气元件的布局设计箱体大小，根据箱体大小决定箱体材质厚度，隔爆箱最小厚度不小于3mm)，箱体固定采用内六角螺栓、材质要求为316L不锈钢，箱体蚀刻标识(应包括防爆标识、采集箱中英文名称、型号、防爆标志、防爆等级、防爆合格证号、额定参数、产品编号、生产日期、生产厂家等)；箱体防爆等级不低于Exd IIB T4Gb，防护等级不低于IP56；进出线口共计9个(蚀刻永久性文字标识)，配置8个铠装黄铜镀镍填料函(与相应的铠装电缆相匹配)和1个防爆黄铜镀镍丝堵(预留)，防爆等级均不低于ExdIIB/IP66，本体蚀刻防爆标识及规格，并配四氟密封垫，提供产品防爆合格证；绘制带电警示标识或贴警示牌，带安全接地标识及接地螺栓或接地柱；内部配置可拆卸式安装面板，用于固定信号采集板；额定电压为DC 24V、额定电流30A；内配TCM单元和接线端子排；接线端子排满足进线和出现的接线和贴标；箱体制作外形尺寸如图1所示。

图1 变速箱TCM防爆箱Fig.1 Transmission TCM explosion-proof box

2.3 防爆电源控制箱(DY)改造

防爆电源控制箱箱体材质为316L不锈钢，外观结实美观，厚度不小于6mm(根据箱内电气元件的布局设计箱体大小，根据箱体大小决定箱体材质厚度，隔爆箱最小厚度不小于3mm)箱体固定采用内六角螺栓、材质要求为316L不锈钢，箱体蚀刻标识(应包括防爆标识、采集箱中英文名称、型号、防爆标志、防爆等级、防爆合格证号、额定参数、产品编号、生产日期、生产厂家等)；箱体防爆等级不低于Exd IIB T4Gb，防护等级不低于IP56；进出线口共计3个(蚀刻永久性文字标识，需蚀刻的标牌内容分别为正常230V，应急230V，DC 24V)，配置3个铠装黄铜镀镍填料函(与3C×4mm2铠装电缆相匹配)，防爆等级均不低于ExdIIB/IP56，本体蚀刻防爆标识及规格，并配四氟密封垫，提供产品防爆合格证；箱体绘带电警示标识或贴警示牌，带安全接地标识及接地螺栓或接地柱；内部配置可拆卸式安装面板，用于固定信号采集板；带合格证书及图纸，图纸必须经审核确认后方可生产；箱体额定电压为AC 220V、额定电流16A；内配接线端子排；接线端子排满足进线和出现的接线和贴标；安装方式为直立式安装方式。

箱体接口定义见表4，箱体外形见图2。

图2 变速箱防爆电源控制箱Fig.2 Transmission explosion-proof power supply box

表4 变速箱防爆电源控制箱接口定义Tab.4 Transmission explosion-proof power supply box interface definition

2.4 变速箱换挡器防爆改造

变速箱换挡器材质为316L不锈钢，外观结实美观，厚度不小于6mm(根据箱内电气元件的布局设计箱体大小，根据箱体大小决定箱体材质厚度，隔爆箱最小厚度不小于3mm)箱体固定采用内六角螺栓、材质要求为316L不锈钢，箱体蚀刻标识(应包括防爆标识、采集箱中英文名称、型号、防爆标志、防爆等级、防爆合格证号、额定参数、产品编号、生产日期、生产厂家等)；防爆等级不低于Exd IIB T4 Gb，防护等级不低于IP56；进出线口1个，配置1个铠装黄铜镀镍填料函，防爆等级均不低于ExdIIB/IP56，本体蚀刻防爆标识及规格，并配四氟密封垫，提供产品防爆合格证；箱体绘带电警示标识或贴警示牌，带安全接地标识及接地螺栓或接地柱；额定电压为DC24V、额定电流16A。变速箱换挡器外形如图3所示。

图3 变速箱防爆换挡箱箱Fig.3 Transmission explosion-proof shift box

3 结 论

将一台Allison 4500系列电控液力变速箱作为技术验证机，将以上防爆改造技术应用于该机后，送至专业防爆验证机构进行试验，获得的结论证明该机完全符合海洋修井机2区防爆要求(取得防爆证书)，可实现对Allison 750变速箱的替换应用。虽然该防爆技术可完全满足油田环境的防爆要求，但是在一些接口端子的防爆处理上会造成变速箱后期维修的难度加大，这一问题有待进一步试验其他防爆处理方式，在既保证2区防爆要求，又满足衰减后的电控信号有足够强度的情况下方可改善。