机械式钻机润滑油报警装置的设计与应用

庞应刚 李志武 王荆滕

摘 要：针对目前临盘油田普遍使用的机械式钻机的强制润滑系统监控方面存在的不足，设计了润滑油压力监控报警装置，实时显示润滑油压力，同时在润滑油压力过低或过高时报警，及时发现设备润滑系统出现的问题，提醒操作人员及时排除润滑油路故障，保证设备可靠润滑，延长设备的使用寿命，为钻井作业的顺利进行提供保障。

关键词：钻井；润滑；油压；报警系统

一、设备润滑故障分析

润滑油是用在各种类型机械上以减少摩擦、保护机械和加工件的液体润滑剂，主要起润滑、冷却、防锈、清洁、密封以及缓冲等作用。油路阻断、供油量小、油质不洁和用油不当是构成工程机械设备润滑故障的四大要素。随着公司标准化管理和监管力度的加强，润滑油品使用不当和油质不洁造成设备润滑故障的情况基本可以杜绝，要求井队定期检测润滑油质量，做到按质换油。为加强机械钻机设备润滑油路阻断和供油量少的问题的监控，新型电动钻机安装有润滑系统监测系统，而对于机械式钻机这方面一直欠缺。

二、 机械式钻机润滑系统存在的缺陷

钻井设备常采用的润滑方式主要有强制润滑、带油环润滑、飞溅润滑和复合润滑几种。其中强制润滑因其油压稳定、冷却润滑效果好、可靠性的优点，在钻机绞车和传动箱是重要的钻井设备普遍使用。以ZJ50L钻机为例，其绞车、传动箱、钻井泵的链条和轴承采用强制润滑系统。在绞车和传动箱的输入轴上装有驱动润滑油泵的链轮，润滑油泵安装在动力机组机架上。齿轮润滑油泵将润滑油从油箱内抽出后输入润滑油路，通过喷嘴对链条、直角箱、轴承进行润滑，保障设备可靠运转。润滑油压力应在设备规定的压力范围内，才能使设备可靠润滑，充分发挥设备的效能。为保证油路系统内压力恒定，在管路上设有压力表和节流阀。油路中的滤清器，应经常清洗，保证吸油畅通。在使用过程中由于润滑油泄漏、缺油、润滑油泵故障以及润滑油路堵塞等原因造成润滑油压力过低或过高，使轴承、直角箱、链条得不到充分润滑，致使磨损加剧、温度升高甚者产生干摩擦。实践证明，干摩擦在短时间内产生的热量足以使金属熔化，造成机件的损坏甚至卡死（轴承在缺油时出现抱轴等故障，主要原因就在于此）。若司钻或司机不能及时发现，将会使轴承等过度磨损，缩短设备的使用寿命，严重时烧坏设备，如果在钻井过程中作业设备突然发生故障，后果不堪设想。

三、 润滑系统监控改进

1、结构和工作原理

报警系统组成：继气器、中压管线、调压阀、气喇叭、气开关组成。如图1所示。其中两用继气器为主要的控制原件。

继气器工作原理：继气器由控制室、常闭气室、常开气室和一个活动阀芯构成，是利用气体压力来使阀芯运动而使气体改变流向的。按控制方式不同分为加压控制、卸压控制和差压控制三种。加压控制是指所加的控制信号K端压力是逐渐上升的.当气压增加到阀芯的动作压力时，主阀便换向，I口与G口接通；卸压控制是指所加的气控信号K端压力是减小的，当减小到某一压力值时，主阀换向Ⅱ口与G口接通；差压控制是使主阀芯在两端压力差（K口-Ⅱ口）的作用下换向。如图2。

报警器的工作原理充分利用继气器工作原理，以被控设备机油压所产生的力对继气器控制阀产生控制伸缩气缸向左动作，迫使主气流作用于气笛，实现对被控设备润滑油欠压高压的自动报警。润滑油报警由低压报警部分和高压报警部分两部分组成。

1）、低压报警部分：中压油管线接继气器控制端K，继气器气源端I封住。原工作进气端G接气喇叭，排气端Ⅱ接气源。当润滑油压正常时油压平衡气源压力。当绞车齿轮油泵发生故障或绞车停止运转时，压缩空气推动阀芯移动，改变气体流动方向，气体就会进入司钻控制台内控制喇叭的气路，喇叭就会响起来。因为润滑油压在0.08～0.15MPa 之间，气源压力为0.8-1MPa，油压无法平衡气源压力，使报警装置失效。为此在气源管线上在增加了调压阀，调节气源压力，使其报警压力为0.1MPa。

2）、高压报警部分：中压油管线接继气器控制端K，继气器原气源端I 口接气喇叭，工作进气端G口接调压气源，排气端Ⅱ口堵住，调节调压阀使其报警压力0.3MPa（由于不同型号设备的喷嘴直径不同，夏季、冬季采用的潤滑油粘度不同，润滑油压力报警范围不同，可以通过调压阀调节不同的报警范围）。

绞车润滑油管线上接中压管线至司钻房内分成两路，一路安装润滑压力表，用于监控该润滑系统压力，另一路接压力报警系统。传动箱润滑油管线上直接接压力报警系统。对气喇叭进行改进使其声音与井控长鸣信号区分。这样，操作人员就能及时发现问题加以解决，从而避免了因润滑、冷却不好而引起的设备故障。

2、技术要求

工作气源压力0.8～l MPa，调节调压阀低压起控压力不大于0.1MPa，高压起控压力0.3MPa。

3.操作要求

（1）被控设备每次启动前，需对本监控器做1～ 3次报警检查。

（2）被控设备启动后，应将气开关手柄扳至开位。

（3）被控设备停运转时间较长时，应将气开关手柄扳至关位。

（4 ）随时观察各外接接头是否紧固，管线是否不破不裂，发现外接接头松动或管线破裂时应及时维修。

4.主要故障与排除方法

（1）调压阀漏气。漏气原因出于阀芯与阀座密封不良或调压阀调整不当。应更换阀件、更换密封件和重新调节调压阀。

（2）排气孔漏油漏油原因出于活塞的O形橡胶圈损坏，及时更换。

（3）继气器长期排气的原因出于阀芯被卡、密封件受埙或上次检修时安错了方向等。应清洗阀芯、更换密封件和重新正确安装，甚至更换整个继气器。

（4）报警气喇叭不呼鸣气笛失灵的原因出于风鸣元件损坏或调节不当、或气开关损坏。应检修、更换气喇叭元件或开关。

四、 结束语

机械式钻机润滑油压力报警装置结构简单，组成的元器件性能稳定、耐用、安全可靠，现场工人一般都可掌握安装和维修工作且维护费用低。

该装置已经在临盘油田普遍使用的机械式钻机安装使用，在使用期间该报警功能发挥正常，避免了绞车与传动箱因缺润滑油和油管堵塞等将酿成的隐患事故发生，保证传动箱、绞车可靠运转，起到了很好的监控作用，保证了设备的安全、可靠运转，解决了设备监控设计方面存在的不足，延长了设备的使用寿命。