盘式刹车恒钻压自动送钻技术研究

采用自动化测控仪表、电液比例元件和悬重传感器等元器件建立了自动送钻闭环控制系统。以数字ＰＩＤ调节器为控制单元,恒悬重控制代替恒钻压控制,并考虑与现有绞车结构的相容性、液压回路的衔接性、自动送钻与手动送钻的共存性及安全保障性,研制了相应的盘式刹车恒钻压自动送钻装置。现场试验表明,该装置实现了恒钻压自动外事作业,提高了机械钻速,减小了钻压波动。     

盘式刹车自动送钻技术

９９６年石油大学（北京）研制的ＰＺＳ—１型盘式刹车自动送钻装置,是恒钻压自动送钻装置,采用ＰＩＤ调节器控制,控制性能良好,但无法直接设置钻压,无法实现手动与自动操作间的无扰切换,可操作性、可靠性和安全性较差。据此,又研制了盘式刹车微机控制自动送钻装置,其特点是用微机代替了ＰＩＤ调节器,并增设了速度负反馈回路,钻压调节、安全监控、无扰切换由微机控制,解决了现场确定ＰＩＤ系数难的问题,自动送钻过程平稳,可防止溜钻和井斜。提出了盘式刹车钻压优化自动送钻的观点,其原理与恒钻压送钻装置基本相同,不同之处是预期钻压参考值随一定的条件变化。恒钻压自动送钻是钻压优化自动送钻的特例     

论盘式刹车—自动送钻一体化技术

分析了钻机带刹车自动送钻装置缺点的基础上，指出盘式刹车－自动送钻一体化技术是钻机发展的方向之一，进而讨论了发展该项技术的几个关键问题，同时提出了建议。     

用盘式刹车取代带刹车的分析与建议

依据ＸＪ３０修井机盘式刹车的热计算与分析，探讨了钻机、修井机盘式刹车的基本热特性，在此基础上对我国钻机、修井机中以盘式刹车取代带刹车的问题提出了建议。     

浅析绞车盘式刹车与自动送钻系统

阐述了2种典型盘式刹车和2种典型的绞车结构形式;分析了国产绞车、盘式刹车的现状和存在的问题;提出了绞车和自动送钻改进意见和科研攻关重点,对今后钻机更新时绞车和盘式刹车结构改进、提高国产钻机的性能和质量,具有一定的启发和指导作用。     

盘式刹车系统的模糊优化设计

本文分析了盘式刹车系统在制动过程中存在的模糊性,指出这种系统不但要求耐磨损、寿命长,以确保刹车安全可靠,而且还应节约能耗,因而必须恰当地选取摩擦系数f及制动正压力F。同时论述了刹车系统的模糊优化设计模型,并举例进行了设计计算。     

盘式刹车试验装置的研究

石油钻机刹车系统的制动力矩与制动表面压力、摩擦表面的摩擦系数和制动半径存在确定关系。在此基础上,研制了由机械、液压、控制和测试４部分组成的盘式刹车试验装置。在装置上进行ＺＪ５０型钻机盘式刹车系统的试验研究。试验中,尽可能地将实物用于试验台。结果表明,该装置可对在用钻机盘式刹车系统的主要元器件进行检验,为进一小研究提供了条件。     

钻机盘式刹车系统钻进特性分析

从分析刹车系统在钻进作业中的作用入手 ,研究了以盘式刹车为主刹车的钻机刹车系统的钻进工作特性。叙述了盘式刹车单独实施钻进作业 ,以及辅助刹车协助盘式刹车实施钻进作业时 ,司钻阀手柄调节角度与钻压波动的关系 ,并以配备盘式刹车的ZJ3 2钻机为例进行了计算和讨论。指出盘式刹车应具有良好的操作柔性和微调节性能 ,避免溜钻和一刹即“死”现象 ;在经济条件允许的情况下 ,可用电磁涡流刹车辅助盘式刹车实施钻进作业。     

盘式刹车设计中的一个新概念—热设计

盘式刹车热设计是指与盘式刹车热状态有关的设计内容，其设计目的是要保持盘式刹车工作时具有合理的或允许的热状态。高强、交变热负荷是盘式镡车技术的主要障碍。文中列举３０ｔ修井机盘式刹车热状态与带杀车的惊人变化。提出热设计主要应从结构方案的热状态优化设计、确定热设计的基本参数、刹车盘的热强度、分析摩擦材料的热性能和校核液压系统温度等方面进行。指出对盘式刹车的热分析与计算是其热设计的基础。为此，讨论了钻机、     

盘式刹车开发与应用探讨

盘式刹车有诸多优点是带刹车无可比拟的,因此深受现场使用者的青睐。但如果仅把盘式刹车作为一种独立的设备来使用,既发挥不了盘式刹车应具有的效能,又增加了投资成本。目前,除结构性能外,未开发出适合国内油田应用的盘式刹车,也是阻碍盘式刹车发展的一个重要因素。     

盘式刹车在深井及超深井钻机上的应用

介绍了盘式刹车的优点，其制动力矩容量大，制动性能稳定，耐热衰退性能好，操作灵敏，维修调整方便，易于遥控和实现自动化操作，并适合系列化、专业化生产。分析了用盘式刹车取代带刹车所能获得的显著经济效益和社会效益。对在深井和越深井钻机上推广盘式刹车提出了若干建议。     

关于发展我国钻机盘式刹车技术的几点认识

我国钻机盘式刹车技术与美国存在较大差距,主要表现在数量少、规格不全、品种少、技术水平低。影响我国盘式刹车技术发展的主要原因,除了技术、经济和管理等方面外,是对盘式刹车的工艺特性和配套控制技术的重要性认识不足,而工艺特性是盘式刹车工作性能的核心,其主要指标是响应特性与微调特性。要进一步加强工艺特性研究与攻关,同步开展配套控制技术的研究与开发,重视使用与维修人员的岗前培训等。设想再用10年左右的时间,争取基本完成包括主体技术和配套技术开发在内的盘式刹车技术的研究与开发,在总体上达到美国20世纪末的技术水平。     

钻机盘式刹车制动力矩特性的理论研究

钻机绞车刹车系统的制动特性是合理设计和使用刹车装置的理论基础。从分析盘式刹车制动力矩与制动钳缸油压的关系、制动钳缸油压与司钻操作手柄转角的关系入手，分析了影响盘式刹车制动力矩的因素，推导出它们之间的函数关系。研究表明，盘式刹车制动时，制动力矩随时间的变化规律与盘式刹车本身的结构和几何尺寸、司钻的操作方式及司钻阀凸轮半径的分布规律有关。紧急制动时，可认为制动力矩是阶跃变化。     

钻机盘式刹车系统优化设计的理论探讨

分析了钻机盘式刹车系统中刹车盘和刹车钳的受力状态,导出了其受力和摩擦面上耗散功率等因素之间的基本关系式。根据能量守恒原理又推导了钻机盘式刹车系统的能量转换表达式。通过进一步分析盘式刹车系统的使用要求和刹车过程中失败的主要形式,提出了刹车盘摩擦表面温度变化的理想曲线和耗散功率变化的理想曲线。建立了钻机盘式刹车系统的优化设计模型,并进行了分析讨论。     

石油钻机盘式刹车工作钳钳型受力分析

分析石油钻机盘式刹车常开式与常闭式两种工作钳的受力时假设两种钳的制动力相同 ,刹车块与刹车盘之间的间隙相同 ,接触面积相同 ,所用弹簧相同。结果表明 ,常开钳的工作正压力随油压的升高而增大 ,常闭钳的工作正压力随油压的降低而增大 ,两种工作钳钳缸内的最大及最小油压值相当。因此 ,采用常开钳作为钻机盘式刹车的工作制动钳 ,具有易建立反馈力与制动力间的正比关系 ,钳缸可在较低的压力下工作以及对弹簧与密封的要求比较低等优点     

盘式刹车制动盘的高温失效机理和寿命计算

使用盘式刹车下放管柱数较多时，等效应力已超过制动盘材料（铸钢）的屈服极限，制动盘产生塑性变形。在分析盘式刹车热应力及温度场特征的基础上，指出热疲劳与蠕变的交互作用是制动盘失效的主要机理。依据热疲劳理论和蠕变理论导出了一次下放管柱作业过程中在变动温度、变动应力作用下制动盘的热疲劳损伤及蠕变损伤的计算公式，并根据疲劳－蠕变线性累积损伤法则导出制动盘破坏的寿命计算公式，认为总损伤φ≥1时，制动盘失效。     

盘式刹车制动盘热应力弹性计算及分析

建立了石油钻采设备用盘式刹车制动盘热应力计算数学模型，并应用有限元方法计算了连续下放管柱时制动盘的热应力场。计算与分析表明，制动盘热应力有如下特征：制动盘周向热应力最大，热应力梯度主要在轴向，摩擦表面层1~2mm处是高热应力区；下放一根管柱时制动盘摩擦表面层的等效效应力具有微观脉动性，连续下放管柱对具有宏观波动性；制动盘摩擦表面层热应力值远大于其机械应力值，在某些工况下热应力峰值已超过常用工程材料的屈服极限。     

超深井钻机刹车盘热疲劳寿命预测

基于刹车盘热疲劳机理和M-C低周疲劳理论公式,对应变幅、温度幅与材料热疲劳寿命之间的关系做了综合分析。根据有限元计算结果,利用疲劳软件FE-fatigue对刹车盘的热疲劳寿命进行了模拟,得出刹车盘寿命云图、损伤云图及最危险节点的雨流循环直方图。综合研究结果表明,刹车盘的热疲劳损伤主要发生在表面层,温度幅越大,热疲劳损伤越严重;刹车盘表面层最危险点的疲劳寿命约为9395次,随着离表面层距离的增加(即温度幅的减小),材料的疲劳寿命逐渐增大,距表面15mm厚度区域可视为无限寿命。     

石油钻机盘式刹车技术的新发展

液压盘式刹车装置能显著提高钻井作业能力和安全性,已得到广泛应用。文章综述了近期钻机盘式刹车的新技术,并提出了钻机盘式刹车的发展方向。