浅析新型石油钻机盘刹系统检测装置

陈元欣，马超，刘登

（中国石油宝鸡石油机械有限公司钻机分公司，陕西 宝鸡 721000）

在石油钻机中，自盘式刹车在具体操作上十分省力，具有便捷性，反应速度极为灵敏，因此，工作具备可靠性特征，具有广泛的应用，代替了已有的带式刹车。从目前形势看，部分厂家或者是科研机构，利用容易操控，寿命较长的优势，对自动送钻系统进行开发。在石油钻机中，盘式刹车是十分主要的装置，是重要的制动工具，在钻机中发挥着关键性作用。假如刹车出现失效的情况，将导致设备出现损坏的现象，更严重的是会出现人员伤亡。基于这样的情况，分析了盘刹系统失效原因，并设计了相关的自动检测报警装置，具有一定的现实意义。

1 盘刹失效方式

1.1 刹车块造成磨损

对于盘刹而言，主要是依靠刹车块，对刹车盘造成挤压，出现摩擦力最终发挥刹车作用，因而刹车块是一种易损件。之所以出现失效形式，是由于过度磨损造成的，导致刹车盘以及刹车块间存在较大的间隙，减少了刹车块在刹车盘中作用的发挥，最终摩擦力较低，造成刹车力十分不理想，在这样的情况，极容易造成事故的出现。对于刹车块的磨损来讲，是一种动态过程，具体而言，是表面膜生成，然后剥落，最后再生的一种过程。在摩擦过程中，会出现氧化磨损、黏着磨损等。如果摩擦温度十分低，磨损则为磨粒磨损为主，表面膜剥落则呈现出疲劳剥落。反之，温度较高时，磨损是粘着磨损，表面膜的剥落则是呈现出黏着撕裂。除此之外，在摩擦时，由于有机物会出现碳化以及环化和热氧化等情况，因此，会加快磨损刹车块，在摩擦表面层存在一些裂纹，刹车块出现开裂，导致疲劳磨损。在对刹车块进行利用过程中，磨损寿命会受到一些因素影响，例如，工作时的温度，或者是制动盘和刹车块之间的滑动速度等。在正常情况下，刹车块磨损量应为固定值，在工作过程中，如果钳单边磨损为2mm，应对拉簧拉力进行调整，确保刹车块及时松刹能够返回，同时间隙保持适当状态。作为维护人员，应时常进行检查。在一定时间范围内，如果盘刹利用次数较多，或者是刹车距较长，应加大检查力度。这样做的目的不仅能够加大维护人员实际工作量，还能加大维修停工时间，减少损失。钻井工作具有一定的连续性，在钻井过程中，是不能随随便便就进行停工，会导致两次检查间隔较长，刹车块具有很大的磨损量，最终刹车失效。

1.2 油压较低

对于盘刹液压系统中的油压而言，不仅能够打开安全钳，同时也是工作钳刹车力的主要来源。假如油压很低，将造成不能及时打开安全钳，同时还能加快磨损刹车盘，加重绞车负荷。另外，由于工作钳不能拥有一定的刹车力，造成刹车距离不断增大，最终引发事故的出现。在油压低的报警下，可以对一些故障进行判断，例如，管线刺漏，或者是管线堵塞等。

1.3 液面较低

在系统中，和最低液面相比，液面更低，则会发生温升、或者是不溶解造成空气凝聚等。如果电加热器出现外露的情况，将会造成局部温度变高，油液分解变质，最终系统发生故障。

1.4 油温高

液压油工作温度是固定的，如果高于最高值数，则油液老化将会加快，同时密封件的实际利用寿命也会缩短。基于这样的情况，应对油箱中的油液温度进行监控。油温如果变高，则代表液压油遭受到污染，或者是柱塞泵磨损。油温如果在短时间内一下变高，应马上停机对其进行检查。

1.5 液压站失电

如果液压站出现失电的现象，液压泵没有工作，安全钳刹车，确保游车没有下滑。另外，工作钳受蓄能器作用影响，确保完成打开以及刹车动作。

1.6 硬件原因

对于盘刹控制回路来讲，主要是指断气、断电刹车。在电控系统中，当刹车指令发出后，气路电磁阀会出现断气以及换向等动作，对回路断电进行控制，盘刹电磁阀失电刹车。元器在长久利用下，其可靠性较低，同时压力开关以及继电器等，经常会发生黏连这样的情况。应该断开时没有断开，造成刹车失灵。另外，在液压系统中，元器当出现故障以后，将会导致工作钳以及安全钳其压力会出现异常的现象。

1.7 软件设计原因

对于盘刹自动刹车系统，具有较多的控制对象，同时也是一种钻井工艺。从软件设计角度讲，会出现没有认真考虑一些环节，导致出现设计缺陷，刹车在一定情况下出现失效的情况。在软件设计过程中，以下几种情况是经常容易出现错误的，最终给刹车失效留有了安全隐患。具体为以下几点内容：第一，对于控制系统，绞车挡位和反馈信号，与其互锁存在着不严密的情况，同时挡位信号和反馈存在不一致情况，更严重的是会出现反馈信号丢失的现象，盘刹缺乏自动刹车。在这样的情况下，假如挡位为空挡状态，绞车电机启动，同时和盘刹松开条件相吻合，盘刹松开将造成溜钻的现象。第二，绞车在实际运行过程中，盘刹液压站电机，如果是断电停机的情况，盘刹没有自动刹车。第三，绞车在运行时，盘刹液压力站液压系统故障，将会造成系统油压较低，同时盘刹没有自动刹车。第四，在控制系统中，如果通讯突然中断，盘刹不能进行自动刹车。第五，主电机，或者是滚筒编码器存在故障情况，盘刹也是不能进行自动刹车的。在软件设计过程中，如果存在以上这些错误，刹车失效将会带来十分严峻的后果。

2 盘刹系统自动检测装置原理

对盘刹系统失效原因进行综合分析后，基于失效原因将该装置进行设计，例如图1，从总体上讲，是由两部分构成的，一种是传感器系统，另一种是司钻房内报警以及显示装置等。

图1

2.1 传感器系统

（1）刹车块磨损检测传感器。在刹车钳本体上，将刹车块磨损检测传感器进行安装，主要是对刹车块的磨损进行检测。依据刹车块单边磨损厚度，对传感器以及刹车块磨损面报警间隙进行有效调整。如果刹车块磨损厚度和传感器设定尺寸相吻合，则司钻警装置会马上报警，同时蜂鸣器也会出现警报声。在这样的情况下，条件允许时，应对刹车块以及刹车盘距离进行有效的调整，这样才能确保和规定尺寸相吻合。另外，应对传感器以及刹车块磨损面报警间隙进行良好调整，在这个过程中，如果没有对刹车块以及刹车盘距离进行调整，则应按下复位按钮，关闭蜂鸣器，但指示灯会保持亮的状态，直至将刹车块间隙调整好。在这个状态下，作为操作人员，应时时小心，由于刹车距离会出现增大的可能，在重负荷下会出现刹不死的情况，最终造成事故的出现。另外，对于操作人员，应进行相关的技能培训，确保其对系统能够熟练地操作，避免违章操作。针对溜钻事故，应冷静处理，及时将盘刹刹车按钮按下，保证人员设备是安全状态。依据说明书，对盘刹刹车片磨损情况进行检查，对盘刹液压站蓄能器中的氮气压力进行检查，当不足时应及时补充。

而传感器能够降低检查次数，还能发现一些问题，例如，刹车盘以及刹车块之间的间隙问题等，能够在真正意义上减少劳动，增强安全性能。

（2）其他传感器。在装置中，包含压力以及液面和温度传感器，具体而言，主要是刹车液压油压力和液压油液面以及液压油温度等。当液面或者是压力出现异常情况，司钻房中的报警装置，会出现蜂鸣，并且指示灯也会十分亮。给予操作人员提示，使其依据指示情况进行检查，防止出现重大事故。

2.2 司钻房中报警以及显示装置

在装置外壳中，以及现场防爆要求进行设计，并和现场实际相吻合。其是由指示灯以及蜂鸣器构成的，发挥自身的报警以及指示功能作用。

3 结语

综上所述，在该装置中，将刹车块磨损量检测传感器进行了利用，有效地监控了盘刹系统，真正提升了安全性能。该套设备从结构上看十分简单，同时维护具有便利性，并且制造成本较低。不仅能够进行司钻远程监控，同时还能实现声光一体报警。依据防爆标准，进行全面设计制造，最终和现场防爆要求相吻合。