[发明专利]一种主辅刹一体化绞车系统及其控制方法

说明书

本发明公开了一种主辅刹一体化绞车系统，包括绞车结构部分和绞车控制部分，绞车结构部分包括主辅刹一体化刹车系统，主辅刹一体化刹车系统通过联轴器连接有滚筒轴总成，滚筒轴总成与滚筒编码器通过螺纹连接，滚筒轴总成通过联轴器还连接有变速箱，变速箱通过离合器连接有自动送钻装置，变速箱通过联轴器连接有主电机，绞车控制部分包括PLC控制系统，PLC控制系统通过工业总线连接有司钻控制房，司钻控制房通过工业控制总线与主辅刹一体化刹车系统的连接。还公开了上述主辅刹一体化绞车系统的控制方法，该系统采用一套刹车系统替代常规的两套刹车系统，减少了系统冗余，简化了刹车机构，减轻了绞车重量，降低了生产成本。

技术领域

本发明属于石油钻采装备技术领域，具体涉及一种主辅刹一体化绞车系统，还涉及该系统的控制方法。

背景技术

绞车是石油钻机的核心设备，其工作性能的好坏直接影响着钻机的钻井质量、钻井效率和钻井成本。随着工业技术和石油装备更新发展需求，钻井绞车有了很大的发展，其主要特征为：形式呈现多样化、功率大型化、性能更先进合理。按照驱动形式进行分类，绞车有机械驱动绞车、电驱动绞车和液压驱动绞车。

绞车的刹车系统由主刹车和辅助刹车组成，用于控制和制动滚筒，可实现调节钻压、下放钻具、控制下放速度以及悬持钻具，主刹车为直接主动的控制和制动滚筒的刹车；辅助刹车为利用其它设备构成制动转矩，控制钻具下放速度，但不能使滚筒制动，其主要有水刹车、电磁涡流刹车、气动盘式刹车及电机能耗制动等。

目前，石油钻井绞车配备的刹车方式主要有四种类型，分别为液压盘式刹车、主电机能耗制动刹车、电磁涡流刹车和伊顿刹车；液压盘式刹车主要由液压控制部分和制动钳两部分组成，可实现工作制动、紧急制动、驻车制动、防碰制动，具有制动容量大、可靠性高、安全性高、刹车灵敏度高、劳动强度低、刹车散热性好、热稳定性好且可遥控操作的特点，然而，其需要配备额外的液压站、液压阀件、刹车钳等，生产成本较高且维护工作量大。主电机能耗制动刹车，在下放钻具时，调速手柄给定下放速度，电动机同向运转，电机转矩加上钻具自重，使钻具下放速度大于变频器给定频率速度，电机转矩变为反向制动转矩，其无需配备新的刹车机构，直接可将动力电机作为主刹车，不产生物理磨损，不损耗电机，可持续反复使用，绿色环保，但是这种刹车方式只能在交流变频主电机驱动的绞车上使用，其他形式的绞车均不能使用。电磁涡流刹车是利用涡流损耗的原理，在进行下钻作业时对下放钻具产生可调的非摩擦式制动，其制动扭矩较大、制动特性较好、工作可靠性高、使用寿命较长，还可任意控制钻具下放速度。伊顿刹车是一种依靠气动压紧和弹簧松开的推推盘式刹车，通过调节气压大小，进而调节刹车力矩的大小，但是其气控调节精确度较低，且长时间使用后磨损程度较大。由此可知，上述几种类型的刹车系统均有优缺点。而基于钻机工作的需求，以及保证绞车的工作安全，无论是哪种形式的绞车，都要配备至少两种形式的刹车，来实现主辅刹车的标准配置。

交流变频电驱动绞车：主刹车常配备为液压推盘式刹车，辅助刹车为主电机能耗制动；直流电驱动绞车：主刹车常配备为液压推盘式刹车，辅助刹车为电磁涡流刹车或伊顿刹车；机械驱动绞车：主刹车常配备为液压推盘式刹车，辅助刹车为电磁涡流刹车或伊顿刹车。

尽管主刹车和辅助刹车的刹车形式在满足钻机正常工况需求的同时，提高了钻机的安全性，但是却需增加了额外的系统，液压盘刹需要配置专用的包括液压站、液压阀组等的液压系统；主电机能耗制动仅限于交流变频绞车；电磁涡流刹车需要专用的控制系统；伊顿刹车则需要配置专用的气控系统和冷却系统，而这些额外的系统既占用钻台空间，造成系统冗余，增加重量，又会带来额外的成本支出。

发明内容

本发明的目的是提供一种主辅刹一体化绞车系统，实现了主辅刹车一体化。

本发明的另一目的是提供上述绞车系统的控制方法。