气控系统修井机培训

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第十二章气控系统第一节主要性能参数修井机的气控系统分为运载车气路和车上气路两部分，共用一套气源装置，分别用来控制运载车的行驶与车上部分的修井作业。修井机的气控制系统主要有以下四部分组成：1．气源装置：是获得压缩空气的装置。主要包括空气压缩机、空气净化处理装置和储气罐。2．控制元件：用来控制压缩空气的压力、流量和方向的阀件。主要有单向阀、安全阀、减压阀、换向阀等。3．执行元件：是将气体的压力能转化为机械能的元件。主要有作直线运动的气缸，作回转运动的马达以及气动摩擦离合器等。4．辅助元件：包括管线、接头以及维护装置。修井机气路系统主要参数（见表12-1）表12-1修井机气路系统主要参数型号项目XJ40XJ60XJ80XJ120XJ150空压机型号TUFLO1000空压机排量700L/min工作压力0.85MPa气包容积0.2m3环境温度-20°C~40°C第二节结构与工作原理一、气源装置气源装置(见图12-1)由空气压缩机、空气净化装置和储气罐三部分组成。主要参数:空压机型号TUFLO1000；空压机转速1250转/分；空压机排量700L/min；工作压力0.85MPa；最高压力1MPa；空压机控制方式自动；干燥器工作方式自动再生、自动加热；气包容积0.2m3(两只串联)。 图12-1气源处理系统图12-2气源处理三联件空气压缩机为活塞式四缸V型排列，由柴油机皮带驱动，用柴油机冷却水进行冷却。发动机运转后，空压机即开始工作。压缩气经干燥器进入气包，从主气包出来，过截止阀、气源处理三联件及防凝器，完成压缩气的制备。空压机的进气口设有过滤器，防止灰尘损坏空压机。空压机不断向气包内送入压缩气，当主气包内压力达到工作压力（0.85MPa）后，反馈管线起动空压机的控制机构，切断空压机的进气口，改为压缩气在两缸内循环，降低功耗。同时，向干燥器送去控制气。干燥器接到信号后，下部的排气口打开。干燥的压缩气从上部向下反冲，带走干燥剂吸附的水分和污物，一同排入大气，实现干燥剂的自动再生。一般情况，空压机运转90s，排气3s。如果排气时间太短就可能聚积水分。干燥器内有直流电加热器，保证排气口(排湿口)不结冰。加热机构用电直接从电瓶引出，不受电源总开关的控制。温度感应自动开关在7℃会自动断电。电路上还串联一只气控电开关，气路有气时接通，无气时，切断电路，避免浪费。空压机侧装有一个调压阀，出厂时已经调到限定压力，如果发现压力偏低，可以卸去端盖，旋开锁紧螺母，用平口起子逆时针旋转调节螺钉即为升压；反之降低压力。气源处理三联件(见图12-2)为过滤器、减压阀和油雾器的组合，这是气源处理装置的基本组合。该三联件为德国进口元件。过滤精度为40μm，带金属保护罩， 防止元件机械损坏。过滤器下部设有放水阀，在冷凝水达到最大允许量之前必须人工排放，以免水进入系统。建议每天排放。过滤器进一步滤除了压缩空气中的微粒。油雾器向压缩气中加入油雾，润滑气路阀件，滴油速度与气体流量成正比，滴入速度用调节螺钉调节。油雾器可在工作中不停气加油。调压阀可以设定并保持需要的压力。防凝罐的作用是使气路系统在冬天也能正常工作，防凝罐内加酒精。气流从酒精防凝罐经过，将蒸发了的酒精带走，降低水份的凝点，防止管路及气动元件结冰。当气温低于0℃时防凝罐加注酒精，以防管线或容器中的水冻结。在加入酒精前，应关闭防凝罐之前的球阀，断开气路，待防凝罐内确无气压时方可打开注入口加注酒精。贮气罐的作用之一是用来贮存一定量的压缩空气，调节空压机输出气量与耗气量之间的不平衡状况，保证连续稳定的气流输出。作用之二是当出现空压机停机等意外事故时，可用贮气罐中贮存的压缩空气实施紧急处理，保证安全。作用之三是减小空压机输出气流脉动，稳定管道内的压力。此外，还能降低压缩空气温度，分离压缩空气中的部分水份和油份。贮气罐上装有安全阀，调定压力为1.1MPa（160psi）。贮气罐下部装有放水阀，工作时要每天排放积水。气源部分有三重限压装置，保证压力不超过1MPa,空压机出厂时，出气压力调定为0.85MPa，达到该气压值时，便不再向气包内输气；空压机最高压力1MPa；气包上的安全阀在气包内的压力达到1MPa时,自动开启,向外排气,限制压力继续升高。二、运载车气控系统运载车气控系统重要阀件选用进口件，用梭阀实现油门、熄火的多点控制。给气行车刹车、断气驻车刹车，辅助刹车采用下坡缓速器。气悬挂系统保证气悬桥承载恒定。运载车的气控系统分为驾驶室内控制和发动机仪表板控制两大部分，后者为载车绞车共用。其主要气控回路有：空压机自动控制；干燥器自动反冲(再生)；油门开度、熄火、起动暂通；传动箱换档；行车刹车、驻车刹车、下坡缓速；双锁阀用气转换；百叶窗开闭；气悬挂气控；轮间闭锁、桥间闭锁、差速箱闭锁等。以下为12×8运载车的主要气控回路。⑴油门开度、熄火、起动暂通(图12-3)。 1、9．暂通阀2、10.熄火阀3.暂通气缸4.脚油门阀5.油门气缸6.常开气控阀7.梭阀8.熄火缸图12-3油门、熄火、起动暂通气路控制油门开度的是一只膜片气缸。它的行程与缸内压力近似成正比。驾驶室内的脚油门阀是一只脚踏调压阀，其出气压力与踏板的行程成正比，因此油门开度与脚油门阀的行程成正比。熄火缸是一只单作用缸。按下熄火阀，向熄火缸内供气，熄火缸将油门推杆推至熄火位置，发动机熄火。松开熄火阀，熄火阀自动复位。气缸内的压缩气由熄火阀排出，气缸在自身弹簧的作用下退回。油门推杆退至怠速位置，准备下次起动。熄火时，熄火阀同时向气控通断阀供气，切断油门气路，膜片缸内的压缩气由通断阀排出，避免油门与熄火干涉。起动暂通的作用是在起动发动机时，强迫发动机的低油压保护机构失效。CAT3412发动机设有自动熄火功能。发动机由于意外原因而引起冷却水温过高、机油压力过低，有可能损坏发动机时，发动机自动切断燃油停机。发动机起动时，机油压力为零，就需要用暂通气缸迫使保护机构失效。发动机起动后，在机油压力的作用下，暂通手柄停留在运转位置，暂通气缸是一只单作用缸，断气后，自动复位。无气起动时可用手(或工具)将暂通手柄扳至运转位置.⑵传动箱换档。液力传动箱换档采用换档阀(B-2804)控制八位气缸(IA-479)换档。其中六个前进档，一个空档，一个倒档。驾驭室内换档阀六档被封闭，载车只有五个前进档。在起下钻时严禁使用倒档，以防损坏传动箱。⑶行车刹车、驻车刹车、下坡缓速(图12-4)。 1、7刹车继气阀2.前桥刹车气阀3.快排阀4.手刹阀5.脚刹阀6.后桥刹车气阀a.推杆b.下气室c.复位弹簧d.驻车弹簧e.上气室图12-4刹车气路12×8运载车的刹车全部采用气控。右脚控制行车刹车，左脚控制下坡缓速，驻车刹车由手动操作。行车刹车、驻车刹车共用一只刹车气室。脚刹阀的出气压力，与司机施加于踏板的作用力成正比，此气作为信号送到刹车继气阀。刹车继气阀是一只气控调压阀，输出压力是信号压力的1.1倍。该阀有三个出气口，分别通向三根车桥的快排阀。通过快排阀，分为两路通向左右刹车气室。一旦某个出气口下游的管线破裂，刹车继气阀将自动限制该出气口的气量，不使另外两出气口的压力下降过多，实现安全刹车。图12-5双锁阀气路脚刹阀踏板松开后，快排阀下游管线、刹车气室的压缩气由快排阀排出，刹车继气阀到快排阀管线的压缩气由刹车继气阀排出，脚刹阀到刹车继气阀管线的压缩气由脚刹阀排出。因此松开制动踏板，制动立即解除。不同强度、不同频率地踩下制动踏板，可以实现点刹、弱刹、强刹或刹死。脚刹阀、刹车继气阀的主气由气源就近供给，不经双锁阀。驻车刹车是排气刹车，捺下手刹阀，下气室内的压缩气由快排阀排出。强力弹簧将推杆推出，并维持推出状态，实现驻车刹车。拔出手刹阀，向下气室内供气，弹簧被压缩，推杆缩回，制动解除。如果主气路发生故障，双层气室将自动刹车。这时为了使车辆移动，需将刹车气室的释放螺钉旋出，使车辆解除制动。⑷双锁阀气路(图12-5)。 双锁阀是一只二位四通换向阀，它与载车、绞车摘挂机构联动。挂载车时，向驾驭室内供气，绞车气路放气，车辆可以行驶，而绞车无法动作。挂绞车时，向车上气路供气，驾驶室气路放气，这时，可以操作绞车，驾驶室内各阀件(脚刹阀除外)均无气，防止误操作。图12-6气悬挂气路⑸气悬桥气控(见图12-6)。气悬桥的气囊由气悬挂控制阀调定气压并维持恒定，使气悬桥承载恒定。气囊或管线破裂后，保护阀限制向气悬控制阀的供气量，使主气压力不致下降过多。这一点，与刹车继气阀类似。⑹百叶窗气控回路(图12-7)。图12-7百页窗控制气路百叶窗气缸是一只单作用气缸，无气时将百叶窗定位在开启位置，气缸有气，百叶窗关闭。水温开关安装在发动机水套上。水温开关是常开型，无气时百页窗自行打开，有气时由气缸关闭，停车时空压机不工作，所以百叶窗打开。发动机运转时气路有气，这时如果发动机水温低于88℃则水温开关是开启状态，百叶窗关闭。水温超过88℃时，水温开关关闭，百叶窗既打开。如果水温开关失效，闸阀处于开启状态，百叶窗则处于常闭状态；关闭闸阀，则百叶窗处于打开状态。三、车上气控系统修井机车上部分的气控制系统主要包括:主滚筒离合控制回路,捞砂滚筒控制回路,防碰控制回路,转盘控制回路,辅助刹车控制回路、气动卡瓦控制回路等。⑴主滚筒离合控制回路（图12-8）主滚筒离合由组合调压阀2控制其挂合、脱开及发动机油门的大小。该阀具有三位四通阀和双向调压阀的功能。阀手柄置于中位时，主滚筒推盘离合器脱离，发动机油门怠速；向上方推动10°，主滚筒推盘离合器挂合，继续向上方推动，可增大发动机油门开度，加大发动机转速。手柄向下拉动，控制发动机油门，此时具有手油门作用。组合调压阀的进气由防碰复位阀的防碰位置经过常开气控阀1来，这样只有在防碰阀打开的情况下，才能进行主滚筒的操作，而且肘阀打开进行刹车制动的同时，关闭常开气控阀1，断掉组合调压阀2的气源，使主滚筒离合器从快排阀4快速排气，离合器脱开。起下钻时，挂好档位，向上推动主滚筒组合阀手柄10° ，主滚筒结合，在有载荷下主滚筒不旋转，液力变矩器此时如同一个主离合器离开工况；继续向上推动手柄，加大发动机转速，主滚筒开始旋转，大钩上升。当需要大钩停止运动时，左手松开主滚筒控制组合阀手柄，手柄自动回中位，主滚筒离合器脱开，发动机回到怠速运转，右手压紧刹把使大钩静止。大钩向下行靠自重下落，操纵刹把控制大钩下落速度。警告：当气压低于0.7MPa（100psi）时，不得挂合离合器。图12-8主滚筒控制气路图12-9捞砂滚筒控制气路⑵捞砂滚筒控制回路（图12-9）捞砂滚筒由组合调压阀1控制挂合、脱开及油门，手柄上推10°为离合器挂合，手柄继续上推为逐渐加大油门。⑶天车防碰及紧急刹车控制回路（图12-10）天车防碰复位控制阀为三位四通换向阀，修井机正常工作时，将手柄向上搬至防碰位置，当游车大钩提升到设定高度时，钢丝绳在滚筒上的缠绕圈数达到一定高度，使肘阀6的顶杆推开，使控制气通过梭阀5，打开常闭气控阀4，主气通过阀4到气缸3进行刹车制动。同时控制气到常开气控阀，使之关闭，断掉进入主滚筒控制阀气源。待故障排除后，须将防碰肘阀推杆复位，将防碰复位阀手柄向下搬向复位位置，辅助刹车及气缸活塞复位，刹车气缸恢复原状，解除刹车。此时，仍须将控制阀手柄搬回到防碰位置，以保证下次安全使用。司钻还可操作紧急制动阀1，在危险情况下，实现主滚筒的刹车制动。操作紧急制动阀制动的工作原理与防碰肘阀制动的工作原理相同。警告：该系统是防护装置，不宜频繁操作，应尽量防止大钩过量上升。 图12-10天车防碰控制回路图12-11辅助刹车控制回路⑷辅助刹车控制回路（见图12-11）辅助刹车由一个两位三通阀1和一个手轮调压阀2串联起来控制，调压阀2设定好相应钻柱重量所需的空气压力，然后操纵阀1手柄，使辅助刹车挂合或脱开。图12-13XJ80/XJ100转盘控制回路图12-12XJ150转盘控制回路⑸转盘控制回路XJ150修井机转盘控制（见图12-12）由三位四通阀与手柄调压阀组成，转盘挂合控制阀是一个三位四通阀，阀的手柄向前推，转盘传动箱离合器挂合，带动转盘旋转，阀的手柄向后拉，离合器脱开，转盘就停止旋转。在旋转钻进作业停止时，将三位四通阀的手柄向后拉，即可通过制动气缸阻止转盘由于钻杆变形能量的释放引起的转盘及相应传动部件的急速反转，避免传动件的损坏，手轮调压阀的手轮顺时针转角越大，制动力也越大。如需解除制动，先将手轮调压阀手轮逆时针旋转，使转盘缓慢旋转，将转盘反扭矩缓慢释放，正常工作时三位四通阀置中位，手轮调压阀开启至最大位置。XJ80、XJ120修井机转盘控制（见图12-13） 只用操作一个定位组合调压阀即可完成对转盘挂合、油门、脱开及反扭矩惯性刹车的控制。阀1手柄向上推15度，压缩空气由该阀的a口至转盘离合气囊,使转盘挂合,同时a口的压缩空气打开双气控阀2的B口，手柄继续向上推，阀1的a、c口时出气，c口的压缩空气压力可调，作为阀2的进气，由B口排出到油门气缸；阀1手柄向下时，b、c口出气打开双气控阀2的A口到惯刹气缸。⑹气动卡瓦控制阀气动卡瓦控制阀为三位四通阀，在起下钻作业需卡持井下钻柱时，将阀的手柄往前推，井口气动卡瓦即可将钻柱卡紧。当需解除气动卡瓦时，将手柄向后拉即可。第三节维护保养与故障排除气控系统的故障会给正常的钻井作业带来严重的影响，因此维护保养好钻机的气控系统是很重要的，通常应注意以下几个方面。1、压缩空气压力不足为了使气控制系统正常工作，必须保证供给一定数量和压力的压缩空气，否则会出现动作失灵或出力不足事故，因此要经常检查各气控元件以及管线接头等处的密封。在动力机停止时，不允许有空气的漏失声。若出现压力不足时应从以下几方面检查：⑴压力表失灵，更换；⑵空压机进气滤网堵塞，清洗滤网；⑶空压机内部零件磨损，修理或更换；⑷调压阀调整不正确，正确调整或更换；⑸空压机皮带过松转速低，调整皮带；⑹气路系统严重漏失，检查堵漏。2、减少压缩空气的污染气路系统的故障主要原因为压缩空气的污染，如果有污物、杂质进入气管线或元件内就会引起堵塞和锈蚀，加速元件磨损，缩短寿命，同时可能导致元件误动作。最终将影响系统的安全性和可靠性。压缩空气中杂质的主要来源有：⑴由系统外部的大气中经压缩机吸入的。主要为各种粉尘，水蒸气，油雾气等；⑵由系统内部自发产生的。主要有管道内的金属氧化物，因磨损产生的金属和密封件粉末及压缩油氧化物等；⑶装配或维修时混入的，主要为螺纹飞边毛刺焊渣铸砂等。针对以上情况，要做到以下几个方面：定期更换或清理过滤器滤芯，为了经济合理地使用过滤器，当通过过滤器的压缩空气的压降超过0.35bar 时，应及时更换滤芯，方法是先关闭气源，排空过滤杯内的压缩空气，并移去过滤杯，旋下旧滤芯，换上新滤芯；清洗过滤器时，应先关闭进口气压，使管路及容器中的压力降到零后再来清洗。只能用温水清洗塑料容器，用温水或肥皂水清洗其它零件。从气流的相反方向对着滤芯吹气。除去表面杂质；用干净干燥的压缩空气吹干零件和壳体内部的通孔。定期排放三联件中过滤器内及贮气罐内积水；定期给油雾气内加润滑油；维修组装时要保证洁净，减少污染。3、故障排除当出现气控系统的故障时，不可随便拆开阀件，要先弄清原因，有时并不是阀件本身有毛病，而是由于气路管线堵塞或空气压力降低等原因引起。要逐步分段检查，先检查控制阀及控制管线，打开接头，检查通气情况。若控制气畅通，再检查工作气路，分别检查阀件的进气口和工作气口，若进气口有气，而阀在工作位置工作气口没有气，则说明该阀有问题，这时方可打开阀件进行检查。阀件失灵一般为阀芯产生水锈，使阀芯运动阻力加大；或为密封件上附有杂质而产生漏气现象。这时只要打开阀件，用干净绸布擦拭掉锈斑或杂质，并涂以干净润滑油，重新装好，即可恢复使用。若是密封件或其他部件损坏，则应予以更换。气路系统常用阀件的故障与排除方法见表12-2表12-2常用气控阀件的故障与排除方法名称故障原因及排除司钻调压阀转盘调压阀捞砂调压阀漏气密封圈坏，或阀芯磨损，更换手柄不灵活定位螺钉顶住活塞，间隙太小，调节；油污卡住阀芯，清理阀失灵弹簧坏，更换两用气控阀漏气密封圈坏，更换；混入杂质，清理排气口漏气缸壁生锈，活动阀芯几次，用手堵住放气口直至消除快排阀漏气密封圈坏，更换；有污物，拆下清理排气不畅离合器管路漏气，检修换向阀漏气密封圈或阀门坏，更换不换向阀门锈死或污物卡死，清理肘阀串气或不出气调整顶杆压帽至合适位置导气龙头漏气密封圈坏，更换温度高加注润滑脂刹车气缸串气密封圈坏，更换动作慢活塞杆生锈，清理涂润滑脂双导龙头漏气密封圈失效，更换注意：每班排放贮气罐及过滤器内的积水。要定期检查油量及时补充。贮气罐属于压力容器，使用时应遵守国家有关压力容器的规定。 在维修或拆运时，要用软木塞或橡胶塞把管线、接头及阀件接口塞好。警告：安全阀不可随便调整。空压机运转时不可加注酒精，应在酒精罐内无气压时加注。