【正文】 主控制柜到頂驅(qū)上部的控制電纜為一條完整的電纜，與主電纜并行安裝。司鉆臺(tái)的面板各按鈕和指示燈說明如下表71：主電纜的作用是將主控制柜的變頻輸出連接到頂驅(qū)上部的主電機(jī)。系統(tǒng)主控PLC 為西門子S7300 系列可編程控制器；CPU 為3152DP；所有遠(yuǎn)程輸入/輸出控制站為ET200X。PLC/MCC 系統(tǒng): 包括各功能單元的直流和交流配電系統(tǒng)。電氣系統(tǒng)的組成：頂驅(qū)電氣系統(tǒng)由驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)兩部分組成。整套電控系統(tǒng)操控靈活，并具有很強(qiáng)的連鎖保護(hù)功能，防止各種誤操作。實(shí)時(shí)反映頂驅(qū)運(yùn)行狀態(tài)和數(shù)據(jù)，采樣周期快。本體子站的控制采用光纖傳輸，信號(hào)傳輸速度快，抗干擾能力強(qiáng)。PLC 對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行邏輯控制，并監(jiān)測(cè)各部分動(dòng)作、故障診斷報(bào)警及程序互鎖防止誤操作。系統(tǒng)選擇全范圍工作時(shí)，可實(shí)現(xiàn)恒扭矩和恒功率自動(dòng)切換，在通常鉆井工況下設(shè)置在恒扭工作模式。由2 臺(tái)整流柜、2 臺(tái)逆變柜、PLC/MCC 控制柜、操作控制臺(tái)、電纜、控制電纜等幾大部分組成。其結(jié)構(gòu)見下圖718所示。三、導(dǎo)入新課頂驅(qū)鉆井系統(tǒng)(Top Drive Drilling System)或簡(jiǎn)稱頂驅(qū)系統(tǒng)(Top Drive System——TDS)，是一套安裝于井架內(nèi)部空間、由游車懸持的頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置。一、教學(xué)目的、要求。其結(jié)構(gòu)見圖717所示。環(huán)形背鉗的主要優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)自動(dòng)定心、 三點(diǎn)同步卡緊、杠桿增力機(jī)構(gòu)。 5）環(huán)形背鉗環(huán)形背鉗是由托座反扭矩支撐筒環(huán)形油缸鉗體鉗頭5 等組成。前傾角度為30，后傾角度為50。4）傾斜機(jī)構(gòu)由傾斜油缸推動(dòng)吊環(huán)吊卡作兩個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)前傾、后傾，并具有自動(dòng)復(fù)位功能使吊環(huán)吊卡自動(dòng)復(fù)位到中位。3） 遙控內(nèi)防噴器控制機(jī)構(gòu)遙控內(nèi)防噴器靠液壓油缸操作換向，可以在司鉆控制臺(tái)上方便的開關(guān)內(nèi)防噴裝置。內(nèi)防噴器和下端轉(zhuǎn)換接頭以及鉆井工具接頭匹配。隨著壓力的升高，在密封環(huán)兩端的面積差上產(chǎn)生的軸向力隨之增加，這個(gè)軸向力使上、下閥座和閥芯進(jìn)一步緊密結(jié)合，從而保證了在高壓下對(duì)液體的密封。此時(shí)如果有低壓液體通過內(nèi)防噴器，由于閥芯與上閥座緊密接觸并有一定預(yù)緊力，液體不會(huì)漏失。它由上部的遙控內(nèi)防噴器和手動(dòng)內(nèi)防噴器組成。1）回轉(zhuǎn)頭回轉(zhuǎn)頭上端與減速箱相接，下端與背鉗套筒連接，獨(dú)立于主軸運(yùn)動(dòng)，其結(jié)構(gòu)見圖所示。其作用是對(duì)鉆柱進(jìn)行操作，可抓放鉆桿、上卸扣，井噴時(shí)遙控內(nèi)防噴器關(guān)閉鉆柱內(nèi)通道。它由背鉗、內(nèi)防噴器及其操縱機(jī)構(gòu)、傾斜機(jī)構(gòu)、吊環(huán)吊卡等組成。鵝頸管下端與沖管相連，上端打開后可以進(jìn)行打撈和測(cè)井等工作。提環(huán)通過提環(huán)銷與減速箱相連，上面吊在游車大鉤上。 5） 提環(huán)提環(huán)為整體式水龍頭提環(huán)，在頂驅(qū)中是非常重要的承載零部件。4）沖管總成沖管總成安裝在主軸和鵝頸管之間。所有軸承均采用SKF 軸承，抗震動(dòng)沖擊。該減速箱采用二級(jí)齒輪傳動(dòng)，傳動(dòng)比大，：1。剎車裝置的安裝結(jié)構(gòu)如下圖所示。在主電機(jī)上端的風(fēng)機(jī)外殼的上端裝有風(fēng)壓開關(guān)及兩個(gè)溫度傳感器，一個(gè)用于監(jiān)測(cè)主電機(jī)溫度，另一個(gè)檢測(cè)控制溫度。 見圖72。（三）頂驅(qū)鉆井系統(tǒng)一般結(jié)構(gòu)組成 DQ70BS 頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置主要由動(dòng)力水龍頭、管子處理裝置、電氣傳動(dòng)與控制系統(tǒng)、液壓傳動(dòng)與控制系統(tǒng)、司鉆操作臺(tái)、單導(dǎo)軌與滑車、以及運(yùn)移架等輔助裝置幾大部分組成。不用轉(zhuǎn)盤、方鉆桿，避免了接單根鉆進(jìn)的頻繁常規(guī)操作，不僅節(jié)省了時(shí)間，且大大減輕了鉆井工人的體力勞動(dòng)強(qiáng)度，降低發(fā)生人身事故的機(jī)率。 (4)頂驅(qū)系統(tǒng)以28m立根鉆水平井、叢式井、斜井時(shí)，不僅減少了鉆柱連接時(shí)間，還減少了測(cè)量次數(shù)，容易控制井底馬達(dá)的造斜方位，節(jié)省了定向鉆井時(shí)間，提高了鉆井效率。(2)起下鉆時(shí)，頂驅(qū)鉆井系統(tǒng)可在任意高度立即循環(huán)鉆井液，實(shí)行倒劃眼起鉆和劃眼下鉆，大大減少了卡鉆事故。20多年來，具有獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)的頂驅(qū)鉆井系統(tǒng)，在全世界油氣勘探開發(fā)領(lǐng)域中發(fā)展迅速，不僅遍及海洋鉆機(jī)，而且在陸地深井、超深井、叢式井及各種定向鉆井中也獲得了廣泛應(yīng)用。五、講授新課第三節(jié) 頂部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（一）（一）概述頂驅(qū)鉆井系統(tǒng)是80年代以來鉆井設(shè)備發(fā)展的四大新技術(shù)(頂驅(qū)、盤式剎車、液壓鉆井泵和AC變頻驅(qū)動(dòng))之一。四、復(fù)習(xí)舊課。七、作業(yè)。六、小結(jié)。(4) 最大工作壓力 水龍頭最大工作壓力應(yīng)與鉆井泵、高壓管匯、水龍帶相匹配，一般為35 MPa。(2) 中心管通孔直徑 目前國產(chǎn)水龍頭中心管、沖管通孔直徑均為75 mm。4．特性參數(shù)(1) 最大靜載荷 水龍頭的主要受力件是主軸承、提環(huán)等，所能承受的最大載荷應(yīng)等于或大于鉆機(jī)的最大鉤載。⑤ 能快速拆裝，更換方便。④ 沖管和中心管同心性好。③ 密封圈數(shù)目少，僅有3 ~ 4個(gè)。這種密封圈可借助鉆井液壓力自行封緊。SL□ □ 最大靜載荷 噸 設(shè)計(jì)方案變更序號(hào) 水龍頭的漢語拼音字頭大寫2. 水龍頭結(jié)構(gòu)組成根據(jù)水龍頭在鉆井過程中所起的作用，其結(jié)構(gòu)一般都可分為三部分，如圖392所示3. 水龍頭結(jié)構(gòu)特點(diǎn)(1) 輔助軸承分置于主軸承兩邊 (2) 浮動(dòng)式快卸沖管總成 特點(diǎn)是：① 沖管浮立在鵝頸管過渡接頭和中心管之間，工作時(shí)不轉(zhuǎn)動(dòng)，但允許略有軸向竄動(dòng)，沖管磨損均勻。 水龍頭的主要部件（主軸承）必須具有足夠的強(qiáng)度和壽命；高壓鉆井液密封系統(tǒng)（或稱沖管總稱）必須工作可靠、有抗高壓、耐磨、耐腐蝕、壽命長(zhǎng)、更換快速、方便；低壓機(jī)油密封系統(tǒng)密封良好，能自動(dòng)補(bǔ)償工作過程中密封元件的磨損；各承載零件，如提環(huán)、殼體、中心管等，應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和剛性；外形應(yīng)圓滑無棱角，注油、放油方便。在鉆井液循環(huán)時(shí)壓力可高達(dá)幾百大氣壓，并以每小時(shí)幾立方米的流量通過水龍頭上的鵝頸管、沖管、中心管、方鉆桿、鉆具、鉆頭達(dá)到井底。中心管是由方鉆桿帶動(dòng)的，它本身不能自動(dòng)旋轉(zhuǎn)。國外稱為“旋轉(zhuǎn)體”及連接兩個(gè)部件的一種裝置，其中的一個(gè)能自由轉(zhuǎn)動(dòng)。七、作業(yè)。六、小結(jié)。(5) 中心矩 轉(zhuǎn)臺(tái)中心至水平軸鏈輪第一排輪齒中心的距離。有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，以150 r / min轉(zhuǎn)速在最大扭矩下運(yùn)轉(zhuǎn)2h，齒輪齒面不得有損傷現(xiàn)象。該載荷經(jīng)轉(zhuǎn)臺(tái)作用到主軸承上，因此決定著主軸承的規(guī)格。5．轉(zhuǎn)盤的特性參數(shù)(1) 通孔直徑 轉(zhuǎn)盤通孔直徑是轉(zhuǎn)盤主要幾何參數(shù)，它應(yīng)比第一次開鉆時(shí)用的最大號(hào)鉆頭直徑至少大10 mm。(3) 轉(zhuǎn)盤制動(dòng)方式也有兩種：① 水平軸上裝有棘輪，如ZP520，這種方案制動(dòng)時(shí)，對(duì)圓錐齒輪有損害。(2) 水平軸兩軸承結(jié)構(gòu)型式 有兩種方案：① 一種是水平軸上用同樣型號(hào)的一對(duì)調(diào)心軸承，分別從水平軸兩端裝配，這種結(jié)構(gòu)不便于更換靠近小齒輪處的軸承油封，如ZP520轉(zhuǎn)盤。軸承磨損后間隙易調(diào)整，可確保主軸承不過度偏磨和圓錐齒輪副的正常嚙合條件。② 輔助軸承離大齒輪遠(yuǎn)，在齒輪徑向力作用下，因輔助軸承有間隙而使轉(zhuǎn)臺(tái)發(fā)生傾斜的程度減小，不致使主軸承產(chǎn)生過度偏磨。起下鉆或下套管時(shí)，鉆桿柱或套管柱可用卡瓦或吊卡座落在轉(zhuǎn)臺(tái)上。2. 轉(zhuǎn)盤的結(jié)構(gòu)組成其結(jié)構(gòu)如圖389所示轉(zhuǎn)盤實(shí)質(zhì)上是一個(gè)結(jié)構(gòu)特殊的角型傳動(dòng)減速器，主要由水平軸（快速軸）總成、轉(zhuǎn)臺(tái)總成、主輔軸承（負(fù)荷軸承、防跳軸承）和殼體等幾部分組成。(7) 結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、易于搬遷。(5) 應(yīng)有靈敏可靠的轉(zhuǎn)臺(tái)鎖緊裝置。(3) 轉(zhuǎn)盤通孔應(yīng)能滿足所用最大級(jí)鉆頭通過。并在鉆柱下滑時(shí)造成的最大軸向載荷即圓錐齒輪傳動(dòng)造成的軸向、徑向載荷作用下有足夠的壽命。如：倒扣、套洗等。(4) 在固井工藝過程中協(xié)助下套管。五、講授新課第三章 鉆機(jī)的旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)第一節(jié) 轉(zhuǎn)盤（一）轉(zhuǎn)盤的功用及鉆井工藝對(duì)轉(zhuǎn)盤的技術(shù)要求1. 轉(zhuǎn)盤的用途(1) 在旋轉(zhuǎn)鉆井法中用來傳遞扭矩和必要的轉(zhuǎn)速，帶動(dòng)鉆具旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)。四、復(fù)習(xí)舊課。三、導(dǎo)入新課地面旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)盤、水龍頭及頂驅(qū)鉆井裝置。二、教學(xué)重、難點(diǎn)。、結(jié)構(gòu)是什么？一、教學(xué)目的、要求。、結(jié)構(gòu)。另外也可以根據(jù)輸入軸轉(zhuǎn)速和經(jīng)過各擋的傳動(dòng)比計(jì)算出滾筒軸各擋的轉(zhuǎn)速。帶槽滾筒從第—層開始纏繩，則 M = Z+π( D筒+ d繩 ) n1 式中 n1 —— 第—層未放開的排數(shù)，n1 = 8～10。 D平 = D2 = D筒 + ( 2φ+1 )d繩 3. 滾筒上的纏繩容量M纏繩容量M由纏在滾筒上的鋼絲繩是否纏完了Z個(gè)立根行程的關(guān)系來確定。因此，光滾筒從D2開始纏繩，纏至第層止，則平均工作直徑為D平 = = D筒 + (φ+1) d繩 式中纏繩層數(shù)取決于提升立根的總長(zhǎng)度和有效繩數(shù)Z的多少。2. 滾筒平均工作直徑D平 滾筒原始直徑 D筒。30＇。當(dāng)滾筒軸的轉(zhuǎn)速n≥l00 r / min時(shí)，λ≤1176?！玪176。因而需用下式進(jìn)行核算。 L筒 = ( ～ ) D筒 L筒過長(zhǎng)會(huì)使快繩進(jìn)天車輪的傾角變大，如圖317所示，對(duì)排繩不利。 d. 由于制動(dòng)性能好，可以增加帶剎車的使用壽命和減輕司鉆的勞動(dòng)強(qiáng)度。b. 可通過調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流靈敏地調(diào)節(jié)力矩和轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)過程不到1秒，／秒，使鉆柱平穩(wěn)地落在轉(zhuǎn)盤或卡瓦上。電磁剎車與水剎車相比，有下列優(yōu)點(diǎn)；a. 制動(dòng)力矩不隨轉(zhuǎn)速變化或變化很小，在較低的下鉆速度下也可發(fā)揮出較高的制動(dòng)力矩。此渦流電形成的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與固定磁場(chǎng)相互作用，產(chǎn)生電磁制動(dòng)力矩。定子中固定嵌裝著激磁線圈（剎車線圈），當(dāng)輸入連續(xù)可調(diào)的直流電流經(jīng)激磁線圈時(shí)（三相380的交流電源經(jīng)三相變壓器降壓輸入整流器，經(jīng)過三相整流橋后，輸出的是可調(diào)直流電流），在線圈周圍產(chǎn)生固定磁場(chǎng)。2. 電磁渦流剎車的結(jié)構(gòu)與工作原理 DS □ □ 以100米為單位計(jì)的適用井深 m 冷卻方式：風(fēng)冷為F；水冷為S或不寫 電磁剎車的漢語拼音字頭 圖348為一典型的電磁渦流剎車結(jié)構(gòu)圖。圖347為各型水剎車的Mn特性曲線。在轉(zhuǎn)子水室中水因離心力作用被甩到外緣，并受迫被導(dǎo)流入定子水室；在定子水室由外緣流向心部，然后又受迫被導(dǎo)流如轉(zhuǎn)子水室，于是在各水室中液流都形成小渦流在不斷循環(huán)。① 結(jié)構(gòu) 如圖446是JC45絞車的SSl200水剎車。、結(jié)構(gòu)。生產(chǎn)實(shí)踐表明：剎車機(jī)構(gòu)是鉆機(jī)的重要的部件，石油礦場(chǎng)機(jī)械工作者對(duì)此切不能等閑視之。、結(jié)構(gòu)。、結(jié)構(gòu)。、結(jié)構(gòu)。注意：安全鉗如不及時(shí)調(diào)整松剎間隙，可能會(huì)發(fā)生緊急制動(dòng)或者駐車制動(dòng)失靈事故。隨著剎車塊的磨損( 單邊磨損1～ mm)，需調(diào)節(jié)拉簧的拉力，使剎車塊在松剎時(shí)既能返回，又不致于間隙過大，剎車塊厚度小于12 mm時(shí)，必須更換。 6) 泵組 液壓站有兩臺(tái)同樣的泵組，交替使用，以延長(zhǎng)泵和電機(jī)的使用壽命。4) 濾油器 自封式吸油濾油器帶有堵塞指示器，當(dāng)指針在紅色區(qū)域時(shí)，濾芯已被堵塞，需清洗或更換。3) 換油連續(xù)工作6個(gè)月必須更換液壓油。1) 液面 必須經(jīng)常檢查液面并及時(shí)補(bǔ)油。但是這少量的維護(hù)對(duì)于得到無故障工作來說卻是很重要的。但盤式剎車存在兩個(gè)缺點(diǎn)：一是比壓比帶式大2倍，摩擦表面溫度高，對(duì)塊的材料要求高；二是多了液壓裝置及其密封圈等易損件。⑤ 每個(gè)剎車鉗皆可獨(dú)立剎止全部鉆桿柱重量，且有應(yīng)急鉗，剎車的可靠性大大提高，剎把力只有100 N左右，操作省力。 ③ 剎車盤的熱變形小，熱疲勞壽命較長(zhǎng)；剎車盤上比壓分布均勻，摩擦副的壽命較長(zhǎng)。盤和塊的熱穩(wěn)定性好(熱衰退小)，摩擦系數(shù)穩(wěn)定，制動(dòng)力矩乎穩(wěn)。安全鉗的工作原理 見圖59(b)所示，安全鉗是常閉式安全型剎車鉗：當(dāng)安全鉗油缸沒有油壓時(shí)，碟簧力通過兩個(gè)杠桿傳遞給剎車塊而作用于剎車盤上，產(chǎn)生正壓力N，實(shí)現(xiàn)剎車；當(dāng)安全鉗油缸有油壓P時(shí)，該油壓力克服碟簧力而使碟形彈簧壓縮，從而通過杠桿帶動(dòng)剎車塊松剎。在N力作用下產(chǎn)生摩擦力，即制動(dòng)力。3. 液控系統(tǒng)的原理、結(jié)構(gòu)工作鉗工作原理 如圖59(a)所示，當(dāng)向油缸內(nèi)給入油壓時(shí)，產(chǎn)生油壓力P = pA，式中A為活塞有效工作面積，p為油壓。③ 過卷保護(hù)：當(dāng)大鉤提升重物上升到某位置，由于操作員失誤或其它原因，應(yīng)該工作制動(dòng)而未實(shí)施制動(dòng)時(shí)，過卷閥會(huì)自動(dòng)換向，實(shí)施緊急剎車，避免碰天車事故。 圖510 剎車鉗結(jié)構(gòu)方案(a) 杠桿鉗液壓加壓式；(b) 杠桿鉗彈簧加壓常閉式；(c) 固定鉗液壓加壓式；(d) 固定鉗彈簧加壓常開式；2. 液壓盤式剎車的功能：① 工作制動(dòng)：通過操作剎車閥的控制手柄，控制工作鉗對(duì)制動(dòng)盤的正壓力，從而為主機(jī)提供大小可調(diào)的剎車力矩，實(shí)現(xiàn)大鉤負(fù)載物的提升和下放。后者兩個(gè)對(duì)置液缸分居剎車盤外側(cè)，活塞直接對(duì)剎車塊加壓。剎車鉗的結(jié)構(gòu)方案可以分為杠桿鉗和固定鉗兩種。制動(dòng)鉗根據(jù)工況不同分為工作鉗和安全鉗。液控部分由液壓泵站和操縱臺(tái)組成，它是動(dòng)力源和動(dòng)力控制機(jī)構(gòu)，為制動(dòng)鉗提供必需的液壓。用浮動(dòng)連桿將他們鉸連在一起，組成雙杠桿剎車機(jī)構(gòu)。2. 雙杠桿剎車機(jī)構(gòu) 雙杠桿剎車機(jī)構(gòu)又叫做復(fù)式杠桿剎車機(jī)構(gòu)。剎帶l是由彈簧板制成，用帶彈簧的螺釘掛在絞車外