第六章钻机气控制系统

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1、第六章钻机气控制系统第一节概述一、钻井工艺对控制系统的要求(1)控制要迅速、柔和、准确及安全可靠；(2)操作要灵活方便、省力，维修以及更换元件容易；(3)操作协调，便于记忆。二、钻机控制系统的作用(1)对于整体起升的井架，如A形井架和前开口的Ⅱ形井架，在起升时缓冲的控制，放落时推开井架的控制。(2)对动力机的启动、调速、并车、停车的控制。(3)对钻井绞车、钻井泵、转盘等启动与停车的控制。(4)对钻井绞车滚筒和转盘的转速及旋转方向的控制。(5)对钻井绞车滚筒制动与放松的控制。(6)对绞车猫头摘挂的控制。对动力大钳、动力卡瓦等起下钻操作机械的控制。(7)对

2、辅助装置，如空气压缩机、发电机以及钻井液搅拌器的控制。三、钻机气控制系统的特点(1)经济可靠。气控制系统的工作介质是空气，来源方便。使用后可直接排至大气中，即使泄漏也不会造成污染。(2)空气的粘度小，管内流动压力损失小，适用于远距离输送和集中供气，系统简单。(3)压缩空气在管路内流速快，可直接用气压信号实现系统的自动控制，完成各种复杂的动作。(4)易于实现快速的直线往复运动、摆动和旋转运动，调速方便。与机械控制相比，气控制容易布局和操纵。(5)元件结构简单，容易实现标准化、系列化，制造容易。(6)对工作环境适应性好，在寒冷的条件下，仍能保证正常工作。特别

3、是在易燃、易爆、多尘埃、强磁、潮湿和温度变化大等恶劣场合下，工作安全可靠。(7)空气有可压缩性，因而在载荷变化时，传递运动不够平稳、均匀。(8)工作压力不能太高，传动效率低，不易获得较大的力或力矩。（9)排气时噪声较大。四、气动控制系统的组成如图6—1所示，气动控制系统主要由四部分组成。(1)供气设备：是获得压缩空气的装置。主体是空气压缩机(包括储气罐、空气净化装置)。它将原动机(电动机、内燃机等)的机械能转变为气体的压力能。(2)执行元件：是以压缩空气为工作介质产生机械运动，并将气体的压力能变为机械能．的能量转换装置。执行元件包括气缸、摆动气缸、气马达

4、以及气动摩擦离合器等。(3)控制元件：用来控制压缩空气的压力、流量和流动方向，以便使执行机构完成预定运动规律的元件。如各种压力控制阀、流量控制阀、方向控制阀等。(4)辅助元件：使压缩空气净化、消声及元件间连接等所需要的装置。如防凝器、低压警报器、旋转接头(导气龙头)和管件等。第二节供气设备供气设备是气控系统的动力源，它提供清洁、干燥且具有一定压力和流量的压缩空气，以满足不同条件的使用场合对压缩空气质量的要求。供气设备一般包括产生压缩空气的气压发生装置(如空气压缩机)、储气罐和压缩空气的净化装置三部分。一、空气压缩机空气压缩机是将机械能转换为气体压力能的装

5、置(简称空压机，俗称气泵)。如图6—2所示为活塞式空气压缩机的工作原理图。曲柄8作回转运动，通过连杆7和活塞杆4带动气缸活塞3作往复直线运动。当活塞3向右运动时，气缸内工作室容积增大而形成局部真空，吸气阀9打，外界空气在大气压力作用下由吸气阀9进人气缸腔内，此过程称为吸气过程；当活塞3向左运动时，吸气阀9关闭，随着活塞的左移，气缸工作室容积减小，缸内空气受到压缩而使压力升高，在压力达到足够高时，排气阀1被打开，压缩空气进入排气管内，此过程为排气过程。图示为单缸活塞式空气压缩机，大多数空气压缩机是多缸多活塞式的组合。二、空气净化装置常用净化装置有冷却器、空

6、气过滤器、空气干燥器、除油器和分水排水器、油雾器。1．冷却器冷却器的作用是将空气压缩机排出的气体由140～170℃降至40“--50℃，使压缩空气中的油雾和水汽迅速达到饱和，大部分析出并凝结成水滴和油滴，以便经油水分离器排出。冷却器按冷却方式不同分水冷式和风冷式两种。2．空气过滤器空气过滤器的作用是滤除压缩空气中所含的液态水滴、油滴、固体粉尘颗粒及其他杂质。过滤器一般由壳体和滤芯组成。按滤芯采用的材料不同可分纸质、织物-、陶瓷、泡沫塑料和金属等形式。常用的是纸质式和金属式。图6—3(a)为空气过滤器结构原理图。空气进入过滤器后，由于旋风叶片1的导向作用而

7、产生强烈的旋转，混在气流中的大颗粒杂质(如水滴、油滴)和粉尘颗粒在离心力作用下，被分离出来，沉到杯底，空气在通过滤芯2的过程中得到进一步净化。挡水板4可防止气流的漩涡卷起存水杯中的积水。图6—3(b)为空气过滤器的图形符号。过滤器使用中要定期清洗和更换滤芯，否则将增加过滤阻力，降低过滤效果，甚至堵塞。3．空气干燥器空气干燥器的作用是降低空气的湿度，为系统提供所需要的干燥压缩空气。它有冷冻式、无热再生式和加热再生式等形式。如果使用的是有油压缩机。则要在干燥器入口处安装除油器，使进入干燥器的压缩空气中的油雾重量与空气重量之比达到规定要求。4．除油器和分水排水

8、器除油器和分水排水器的作用是滤除压缩空气中的油分和水分，并及时排出。5．油雾器油