钻井柴油机运转故障分析与防控装置应用

钻井柴油机运转故障分析与防控装置应用

徐玉亮

胜利石油管理局海洋钻井胜利八号平台徐玉亮

摘要:针对机械钻机动力系统出现意外故障非正常运转，研制使用由油控阀和管线连接组成的预防装置，该装置能保持原有的柴油机本车离合器挂合、分离操作特性；能应对柴油机润滑油压力突然发生的变化；能保证柴油机欠压自动停车装置的正常动作，保证柴油机的安全；能对生产提出预警，减少设备故障对生产造成的影响，保障了工程质量和安全。

关键词:柴油机；预防装置；应用；安全

前言

某钻井队两台柴油机作为钻井动力，其中一台柴油机润滑油泵突然发生故障，自带的欠压自动停车装置起作用，柴油机停止运转。但是因为该柴油机的本车离合器未脱开，联动机组上的力矩反传回来，致使柴油机在无润滑润滑情况下继续被驱动运转，造成柴油机零部件磨损加剧、拉缸。经操作人员及时操作气开关，使离合器脱开，才避免事故继续加剧。这种柴油机在违章和润滑油路出现意外故障的情况下，受外力驱动非正常运转的故障现象称为“车带车”，不仅发生在正运转的柴油机组上，也可能发生在正维修的机组上。车带车现象造成柴油机零部件磨损加剧、拉缸、烧瓦、抱轴等严重故障，甚至机器报废，如果处理不及时还会危及人身安全。

1柴油机车带车故障分析

在采用皮带传动的机械钻机中，每台柴油机通过万向轴、减速箱、气胎离合器和联动机进行并车和传递功率。气胎离合器以压缩空气为操纵动力源，由钢圈和橡胶与纤维制成的空心气胎通过螺栓连接在一起组成。气胎内缘装有摩擦片，在0.5-1MPA压缩空气作用下，气胎膨胀使摩擦片向内收缩压紧钢制摩擦毂，由此产生摩擦力。当两台或两台以上柴油机组在并车运行过程时，其工作原理是：控制气（压缩空气）经气开关输出给控制本车离合器的气器，继气器在控制气的作用下迅速动作，离合器主气源经继气器输给本车离合器，使离合器挂合，传递扭矩断开时，操作气开关使控制气断开，气开关与继气器之间的余气经气开关上的放气孔排放掉；继气器在没有控制气的情况下，依靠弹簧的作用力切断离合器主气源，离合器以及气管线内的压缩空气，经继气器放气孔和离合器快速放气阀排放，从而达到快速分离和挂合的作用。在生产过程中，一般使用两台或两台以上柴油机并车运行，若其中一台柴油机的润滑油压力因故障突然下降超过极限值或丧失，本车的欠压自动停车装置将进行保护停车，此时该柴油机应处于停机状态，但由于此时本车离合器仍在挂合状态，其他仍在继续运转的柴油机输出力矩经传动机组、本车离合器传输到故障柴油机上，导致故障柴油机在缺少润滑油的情况下被外力带动运转，造成机件磨损加剧，烧瓦、抱轴，甚至造成机器报废等严重故障。

在钻井作业现场为保证生产继续进行，常有一边生产一边维修设备的现象$如果被修理的柴油机因误操作挂合了本车离合器，其他在运转柴油机的力矩也必然经联动机组(本车离合器传输到在修的柴油机上，导致在修柴油机突然运转，发车带车现象突然运转的柴油机会直接危害到维修人员的人身安全，防范不及时将会造成机毁人亡等重大安全事故。

2柴油机车带车预防装置

“车带车”现象的根本原因是柴油机在违章操作和意外情况下，受外力驱动发生非正常运转的现象。柴油机只要运转就会产生机油压力，如果把柴油机的机油压力变化与本车离合器的控制相关联，就能防止“车带车”现象的发生。柴油机的机油压力变化是液态信号，本车离合器的控制是气态信号，关联液态信号与气态信号，即以柴油机的润滑油压力作为设计基本条件，以柴油机本车离合器的挂合、分离状态为反映状态。可采取的方法有液+电+气控制和液+气控制。液+电+气控制，控制精度高，可扩展相应的报警功能，但是钻井队施工是露天作业，没有固定场所，搬家频繁，经常拆装设备，使用液+电+气控制，给现场增加拆装工作量，增加了安全用电的风险，而且成本较高，环境因素故障率相对较高；液+气控制，结构:简单，成本低，组件易于安装，安装空间小，安装一次就可永久性使用，不会增加钻井队设备搬迁时的工作量，其控制精度完全可以满足现场需要。油控阀是预防装置中利用液态信号来控制气态信号的元件。通过设计油控阀的动作来控制本车离合器的挂合分离，实现柴油机自动阻隔外来载荷力矩。油控阀的下端通过油管线与柴油机润滑油路相连，利用柴油机的压力润滑油进入油腔内实现通断。当油压大于限定值时，活塞在油压作用下，克服弹簧的弹力作用向上移动，同时通过活塞杆将阀门向上移动，使阀门上部气室与下部气室的压缩空气贯通。当油压小于或等于限定值时，阀门在调压弹簧的作用力下向下移动，关闭阀门，阻断压缩空气通路，保证后续气控元件不能动作。

（1）设计方案1：:在气开关与控制本车离合器的继气器之间设置油控阀，油控阀的润滑油管线与柴油机润滑油路相连。正常情况下，挂合气开关后，控制气进入油控阀，油控阀在正常机油压力作用下保持在打开状态，使压缩空气通过油控阀进入继气器，驱动继气器动作，保证主气源顺利通过继气器，送往本车离合器的气胎，使离合器挂合。当柴油机机油压力故

障或压力丧失，油控阀由于没有润滑油压力来源，阀门在弹簧的作用下关闭气路，断开通往继气器的控制气，使主气源不能到达本车离合器的气胎，并保持分离状态，柴油机不能受外力驱动发生非正常运转。（2）设计方案2：在压缩空气通往气开关之前设置油控阀，油控阀

的机油管线与柴油机润滑油路相连。正常情况下，油控阀在正常润滑油压力作用下保持在打开状态，使压缩空气进入气开关$操作气开关，压缩空气进入继气器，驱动继气器动作，并保证主气源顺利通过继气器，送往本车离合器的气胎，使离合器挂合。当柴油机机油压力故

障或压力丧失，油控阀由于没有机油压力来源，阀门在弹簧的作用下关闭气路，断开通往气开关的控制气，使主气源不能到达本车离合器的气胎，并保持分离状态，柴油机不能受外力驱动发生非正常运转。

3应用实例

（1）油控阀动作值的设定。在柴油机运转过程中，润滑油压力是利用本车机油泵和被

润滑机件之间的间隙而产生的。如果机油压力过高，将会造成油管刺漏和破坏密封，使润滑效能降低；如果润滑油压力过低，则摩擦表面得不到很好的润滑，使机件早期损坏，以至于发生烧瓦、抱轴等严重故障。（2）机油压力采集点的设定。柴油机工作时，通过润滑油泵将油底壳中的润滑油吸出，并以一定的压力送到润滑油泵支架内部油腔内，然后分成两路：一

路经离心滤清器滤清后又流回油底壳内；另一路则打开单向1调压阀，经机油冷却器和机油滤清器送往主油道。由此可见，机油冷却器是距离润滑油压力源最近的零部件，选择机油冷却器作为机油压力采集点，既不影响其他部件的正常运行和柴油机操作维护，也不影响美观，而且当柴油机机油压力变化时，可以准确及时地将变化信号传递给油控阀。

2013年在某钻井队**井作业现场对车带车预防装置设计方案进行了试验。当柴油机润滑油压力升至500kPa时，油控阀开始动作，控制离合器的继气器动作，约3.5S后本车离合器挂合。手动释放机油压力至420kPa时，油控阀开始动作，控制离合器的继气器开始漏气；继续泄压，当润滑油压力降至330kPa时，油控阀完全关闭，离合器分离.试验证明：虽然330KPa的动作值小于设定值350KPa.，但是能实现液体控制气体，说明在不添加其他动力源的情况下选择液+气控制方案可行，油控阀关联柴油机的润滑油压力变化与本车离合器的控制是可行的。

参考文献

1.邓辉.柴油机故障诊断及排除方法的研究[J].黑龙江科技信息.2013(15)