第六章鉆機的控制系統本章主要內容：1、鉆井（氣）控制系統的特點與組成；2、氣源裝置、執行元件、控制元件；3、氣動控制基本回路4、鉆機液壓控制系統簡介鉆井機械12/21/20221石油鉆采機械——任連城第六章鉆機的控制系統鉆井機械12/19/2鉆機的控制系統

第一節概述一、控制系統的作用

1、動力機的啟動、調速、并車、停車；2、絞車的啟動、停車、換檔、剎車及緊急停車；3、轉盤的啟動、停車、換檔、倒車；4、鉆井泵的啟動、停車；5、傳動系統的掛合及摘離；6、氣動卡瓦、氣液大鉗、液壓貓頭、其他輔助設備的操作控制；12/21/20222石油鉆采機械——任連城鉆機的控制系統二、控制系統的要求

1）反映靈敏，傳遞迅速，動作準確，平穩柔和；2）操作簡便，安全可靠，容易實現集中控制；3）結構簡單，維修方便，易造好修，成本低廉。鉆機的控制系統12/21/20223石油鉆采機械——任連城二、控制系統的要求鉆機的控制系統12/19/20223石油鉆三、控制方式的選擇

1、機械控制：利用機械離合器、制動裝置等實現控制；2、氣控制：利用氣壓傳動系統實現控制；3、電控制：利用強、弱電控制系統實現控制，如接觸器控制、微機控制（PLC控制）；4、液壓控制：利用液壓傳動系統實現控制；

鉆機的控制系統12/21/20224石油鉆采機械——任連城三、控制方式的選擇鉆機的控制系統12/19/20224石油鉆四、鉆機的氣控制系統

１、氣動控制技術

氣動控制技術是利用壓縮空氣作為傳遞動力或信號的工作介質，配合氣動控制系統的主要氣動元件，與機械、液壓、電氣、電子（包括PLC控制器和微電腦）等部分或全部綜合構成的控制回路，使氣動元件按生產工藝要求的工作狀況、按設定的順序或條件動作。鉆機的控制系統12/21/20225石油鉆采機械——任連城四、鉆機的氣控制系統鉆機的控制系統12/19/20225石２、氣控制系統的特點

1）結構簡單、輕便、安裝維護簡單、使用安全；2）以空氣作介質，排氣處理簡單，經濟、緊湊。3）利用空氣的可壓縮性，可貯存能量，實現集中供氣。可短時間釋放能量，以獲得間歇運動中的高速響應。可實現緩沖。對沖擊負載和過負載有較強的適應能力。4）壓縮空氣工作壓力低(0.7～1MPa)，氣控元件制造精度不是很高，易制造，好維修，操作簡便，工作可靠。5）壓縮空氣不易燃，不污染，使用安全、衛生。6）可靠性高，使用壽命長。鉆機的控制系統12/21/20226石油鉆采機械——任連城２、氣控制系統的特點鉆機的控制系統12/19/20226石油３、氣控制系統的組成

1）氣源系統：空壓機、干燥機及氣源處理裝置。2）控制元件：壓力、流量和方向控制閥以及各種邏輯元件等。3）氣路輔件：包括供氣管線、氣動傳感器、氣液元件，消聲器、連接閥件等：4）執行機構：包括氣離合器、氣缸、氣貓頭、氣馬達、伊頓盤剎等。

鉆機的控制系統12/21/20227石油鉆采機械——任連城３、氣控制系統的組成鉆機的控制系統12/19/2022第二節氣源裝置

由空氣壓縮機和空氣凈化裝置組成，為氣控系統提供干燥、清潔的壓縮空氣。

氣源裝置的組成及工藝流程見下頁圖。鉆機的控制系統12/21/20228石油鉆采機械——任連城第二節氣源裝置鉆機的控制系統12/19/20228石油鉆采氣源裝置的組成及工藝流程1—壓縮機；2—冷卻器；3—油水分離器；4—儲氣罐；5—干燥器；6—分水濾氣器；7—儲氣罐；8—加熱器；9—分配閥鉆機的控制系統12/21/20229石油鉆采機械——任連城氣源裝置的組成及工藝流程1—壓縮機；2—冷卻器；3—油水分離

一空氣壓縮機(氣源制備裝置)目前，鉆機所用的空氣壓縮機主要有兩種：活塞式、螺桿式。鉆機的控制系統12/21/202210石油鉆采機械——任連城一空氣壓縮機(氣源制備裝置)鉆機的控制系統12/19/2１、活塞式壓縮機1)工作原理：

電動機旋轉，通過曲軸連桿帶動活塞在氣缸內作往復運動。工作腔的容積作周期性變化，它與吸、排氣閥的啟閉動作相配合，實現包括吸氣、壓縮、排氣和膨脹4個過程的工作循環，從而不斷吸入、壓縮并排出氣體。

鉆機的控制系統12/21/202211石油鉆采機械——任連城１、活塞式壓縮機鉆機的控制系統12/19/202211石油鉆2)組成

活塞式壓縮機主要由傳動機構、工作部件及機體構成。此外還有潤滑、冷卻、調節等輔助系統。鉆機的控制系統12/21/202212石油鉆采機械——任連城2)組成鉆機的控制系統12/19/202212石油鉆采機械2．螺桿式壓縮機1)工作原理:在空壓機殼體中裝有一對相互嚙合的螺旋轉子，其中一根轉子具有凸面齒形，另一根轉子具有凹面齒形，兩根轉子之間及殼體三者圍成的空間，在轉子回轉過程中沿軸向移動，其容積逐漸減小，這樣，從進口吸入的空氣逐漸被壓縮，并從出口排出。螺桿式空壓機需要加油進行冷卻、潤滑及密封，所以在出口處需設置油分離器。

鉆機的控制系統12/21/202213石油鉆采機械——任連城2．螺桿式壓縮機鉆機的控制系統12/19/202213石油鉆

2)螺桿式壓縮機的組成:主要零部件有：陰螺桿、陽螺桿、機體、軸承、同步齒輪以及密封組件等。鉆機的控制系統12/21/202214石油鉆采機械——任連城2)螺桿式壓縮機的組成:鉆機的控制系統12/19/20223、活塞式壓縮機與螺桿式壓縮機的特性比較

螺桿壓縮機性能優良，具有長時間連續工作能力。它與活塞式壓縮機相比，具有易損件少,大修周期長,耗能少，氣量無級調節等優點，可實現自動控制,無人值守，適應鉆機配套要求。鉆機的控制系統12/21/202215石油鉆采機械——任連城3、活塞式壓縮機與螺桿式壓縮機的特性比較螺桿壓縮機性能

二、氣源處理裝置

1、冷卻器

壓縮機排出的壓縮空氣有很高的溫度，可達150多度，其中也含有許多水、油蒸汽，必須加以冷卻。冷卻的目的：一是降溫，二是讓水、油蒸汽冷凝后除去。冷卻方式：風冷卻；水冷卻。鉆機的控制系統12/21/202216石油鉆采機械——任連城二、氣源處理裝置鉆機的控制系統12/19/20221

2、油水分離器

作用：除去壓縮空氣中的絕大部分水和油；

原理：利用離心、碰撞、吸附等原理來分離。鉆機的控制系統12/21/202217石油鉆采機械——任連城2、油水分離器

作用：除去壓縮空氣中的絕大部分水和油3、干燥器

干燥瓶的作用：進一步清除壓縮空氣中的水分。干燥器類型：冷凍式；吸附式。

1)冷凍式:

將濕空氣冷卻到其露點溫度以下，使空氣中水蒸氣凝結成水滴并清除出去，然后再將壓縮空氣加熱至環境溫度輸送出去。鉆機的控制系統12/21/202218石油鉆采機械——任連城3、干燥器1)冷凍式:鉆機的控制系統12/19/2022進入干燥器的空氣首先進入熱交換器冷卻，經初步冷卻的空氣中析出的水份和油份經分離器排出。然后，空氣再進入致冷器，進一步冷卻到2～5℃，使空氣中含有的水份、油份等由于溫度的降低而進一步大量地析出，經分水排水器排出。冷卻后的空氣再進入熱交換器加熱輸出。鉆機的控制系統12/21/202219石油鉆采機械——任連城進入干燥器的空氣首先進入熱交換器冷卻，經初步冷卻2)吸附式:

吸附式干燥器由兩個干燥瓶和加熱器組成（見下頁圖）。干燥瓶內裝有吸附劑（如硅膠、鋁膠等）。經油水分離器分離后的壓縮空氣進入干燥瓶。干燥瓶內的吸附劑吸收壓縮空氣中的水分，排出干燥氣體。經干燥處理后的壓縮空氣含水量一般不應超過0.01～0.03克／米3。吸水達到飽和后的吸附劑需加熱再生，脫水后備用。兩個干燥瓶輪流使用，一個工作，另一個再生備用。鉆機的控制系統12/21/202220石油鉆采機械——任連城2)吸附式:鉆機的控制系統12/19/202220石油鉆鉆機的控制系統12/21/202221石油鉆采機械——任連城鉆機的控制系統12/19/202221石油鉆采機械——任連城4、分水濾氣器作用：精密過濾壓縮空氣。精度可達95%以上。結構：1）外杯為透明體，可以看到內部積水。2）濾網為粉末燒結體，孔隙小，過濾精度高；強度高。3）濾網下部橡膠罩用以防止氣流將杯底積水攪起。原理：利用離心、碰撞、篩分等原理來分離。鉆機的控制系統12/21/202222石油鉆采機械——任連城4、分水濾氣器鉆機的控制系統12/19/202222石油鉆采第三節氣控制閥

氣控制閥可分為三大類：

壓力控制閥(壓力閥)——作用是：通過控制氣控系統的壓力，實現對作用力、作用力矩的控制。常用壓力閥有：調壓閥（減壓閥）、溢流閥（安全閥）、兩用繼氣器等。

流量控制閥(流量閥)——作用是：通過控制氣體在系統中的流量，實現對執行元件運動速度的控制。常用的有節流閥、快速放氣閥等。

方向控制閥(換向閥)——作用是：通過控制氣體在系統中的流動方向，實現對執行元件運動方向的控制。常用的有：兩通閥、三通旋塞閥、氣控二位三通閥(兩用繼氣器)等。

在控制原理圖中，用一定的符號來表示不同的閥。鉆機的控制系統12/21/202223石油鉆采機械——任連城第三節氣控制閥在控制原理圖中，用一定的符號來表示不同的閥一、壓力控制閥(壓力閥)

它依靠作用在閥心上的氣壓力和彈簧力相平衡以獲得被控制氣體的一定壓力。改變彈簧力即改變原平衡狀態，閥內通道也隨之改變，從而使與壓力閥并聯或串聯的氣路中空氣壓力也相應發生變化。

鉆機的控制系統12/21/202224石油鉆采機械——任連城一、壓力控制閥(壓力閥)鉆機的控制系統12/19/20221、調壓閥（減壓閥）

調壓閥是在一定的進口壓力下，通過調節手柄(或踏板)，可送出不同的出口壓力。調壓閥有單向、雙向兩種。

調壓閥種類繁多，雖然在結構、調壓精度、用途上有所不同，但它們的工作原理基本相同。常見的調壓閥有：直動式調壓閥；內部先導式調壓閥；外部先導式調壓閥；過濾調壓閥等。在控制原理圖中，用一定的圖形符號來表示不同的閥。鉆機的控制系統12/21/202225石油鉆采機械——任連城1、調壓閥（減壓閥）鉆機的控制系統12/19/202225石直動式、先導式調壓閥過濾調壓閥單向壓力順序閥安全閥鉆機的控制系統12/21/202226石油鉆采機械——任連城直動式、先導式調壓閥過濾調壓閥單向壓力順序閥安全閥鉆機的控制

直動式調壓閥1—調節手柄；2、3—調壓彈簧；4—溢流閥口；5—膜片；6—反饋導管；7—閥桿；8—進氣閥；9—復位彈簧；10—溢流口；鉆機的控制系統12/21/202227石油鉆采機械——任連城直動式調壓閥鉆機的控制系統12/19/202227石油鉆采◆工作原理：

1）初始狀態，兩閥口均堵死，無壓力氣輸出；2）順時針旋轉手柄，壓縮彈簧，推動溢流閥座下行，推動閥桿下行，進氣閥開啟，經節流后輸出口有相應氣壓輸出；輸出氣壓經反饋導管進入反饋腔，壓縮膜片，使溢流閥座上移，進氣閥口略減小，輸出氣壓穩定在某一值；調壓閥處于正常工作狀態；3）順時針或逆時針旋轉手柄，可使輸出氣壓增大或減小。4）輸出氣壓只能在低于進氣壓力的范圍內調節。鉆機的控制系統12/21/202228石油鉆采機械——任連城◆工作原理：鉆機的控制系統12/19/202228石油鉆采機◆結構組成主要組成部分是三個工作腔、兩閥：

進氣腔A、出氣腔B、反饋腔C；

進氣閥（位于A、B腔之間）、溢流閥（位于C腔與排氣口之間）。鉆機的控制系統先導式單向調壓閥12/21/202229石油鉆采機械——任連城◆結構組成鉆機的控制系統先導式單向調壓閥12/19/2022工作原理：

調壓閥在進氣（工作與調壓)時，操縱機構(頂舌)將上閥座壓下(圖b)使球形閥下端球面將下閥座放氣通孔關閉。當上閥座繼續向下移動，球形閥上端球面便將上閥座通孔逐漸打開，使氣源由氣室A進入氣室B，同時經孔D進入氣室C。鉆機的控制系統12/21/202230石油鉆采機械——任連城工作原理：鉆機的控制系統12/19/202230石油鉆采機械工作原理：當操縱桿在某一位置停止操作時，氣室B的上閥座通孔及下閥座的放氣孔，由于下閥座與調壓彈簧相互壓力平衡而都關閉(圖c)。此時氣室B的氣體壓力的大小，取決于操縱桿的下壓程度。當氣室B的壓力低于開始調整的壓力時，由于調壓彈簧的作用，又將上閥座自動打開，直到恢復開始調整的壓力后又自動關閉，以保持氣室B的恒壓(圖c)。鉆機的控制系統12/21/202231石油鉆采機械——任連城工作原理：鉆機的控制系統12/19/202231石油鉆采機械工作原理：排氣時，將操縱機構松開(圖a)，上閥座在頂桿套彈簧作用下向上移動復位，關閉氣室A與氣室B的通路，同時打開氣室B的放氣通路，將氣室B的進氣通路內的氣源放掉。調壓閥的工作性能與調壓彈簧有很大關系，要選擇恰當，剛性過大或過小都會影響調壓閥的靈敏性。

鉆機的控制系統12/21/202232石油鉆采機械——任連城工作原理：鉆機的控制系統12/19/202232石油鉆采機械

◆調壓閥在鉆機上的應用：

在鉆機氣控制系統中，調壓閥主要用在要求平穩啟動和有變換操作壓力的執行機構上，如：1）控制剎車氣缸的輸入氣壓，從而得到不同的制動力矩；2）控制轉盤離合器、絞車高低速檔離合器，使轉盤、絞車滾筒能夠平穩的起動；3）控制柴油機油門調節氣缸的輸入氣壓，從而調節柴油機的油門大小，實現柴油機轉速的調節。

注：對于進氣流量較大的執行元件，不能用調壓閥直接供氣，要與調壓繼氣器聯合使用。調壓閥控制調壓繼氣器，調壓繼氣器向執行元件輸入壓力氣。鉆機的控制系統12/21/202233石油鉆采機械——任連城◆調壓閥在鉆機上的應用：鉆機的控制系統12/19/2022

2安全閥（溢流閥）

作用：回路中壓力超過某定值時，用安全閥往外放氣。安全閥在系統中起過載保護作用。安全閥也分為直動式和先導式。結構上分為：活塞式、球閥式、膜片式等。鉆機的控制系統12/21/202234石油鉆采機械——任連城2安全閥（溢流閥）鉆機的控制系統12/19/20球閥式膜片式鉆機的控制系統12/21/202235石油鉆采機械——任連城球閥式膜片式鉆機的控制系統12/19/202235石油鉆采機

工作原理：當系統中壓力在規定范圍內時，作用在球閥上的壓力小于彈簧力，球閥處于關閉狀態；系統壓力升高，作用在球閥上的壓力大于彈簧力時，球閥左移，氣體從溢流口放出，直到系統壓力降至規定壓力以下，球閥在彈簧力的作用下右移并重新關閉。溢流口進氣口鉆機的控制系統12/21/202236石油鉆采機械——任連城工作原理：當系統中壓力在規定范圍內時，作用在球閥上3、調壓繼氣器

調壓繼氣器要與調壓閥聯合使用。調壓繼氣器安裝于執行元件的附近，輸出口與執行元件進氣口直接相連。

◆結構：(見圖)

調壓繼氣器結構原理示意圖鉆機的控制系統12/21/202237石油鉆采機械——任連城3、調壓繼氣器調壓繼氣器結構原理示意圖鉆機的控制系統12/1◆工作原理

（1）當控制口沒有控制信號時，在主彈簧的作用下，移動閥座處于最右端，進氣口與輸出口不通，輸出口與排氣口相通，氣動系統無壓力氣；

鉆機的控制系統12/21/202238石油鉆采機械——任連城◆工作原理鉆機的控制系統12/19/202238石油鉆采機◆工作原理

（2）當向控制口出入一定壓力的信號時，氣壓推力克服主彈簧力，移動閥座左移。當左閥芯將排氣口堵死時，調壓繼氣器處于臨界狀態；繼續增大控制氣壓，移動閥座繼續左移，而閥芯不動。右閥芯與閥座分離，進氣閥開啟，進氣口的氣源氣體經進氣閥口節流后由輸出口輸出。

鉆機的控制系統12/21/202239石油鉆采機械——任連城◆工作原理鉆機的控制系統12/19/202239石油鉆采機

根據節流原理，進氣閥口開啟度越大，輸出氣壓越高；反之，輸出氣壓越低。而進氣閥口的開啟度與控制氣壓成正比關系。結論：輸出氣壓于控制氣壓成正比。控制壓力越高，輸出氣壓越高。鉆機的控制系統12/21/202240石油鉆采機械——任連城根據節流原理，進氣閥口開啟度越大，輸出氣壓越高；反之，

◆調壓繼氣器的應用

調壓繼氣器應用于要求調壓、且供氣量較大的場合。如：控制轉盤離合器、轉盤高低速檔離合器。這些離合器都是通風型氣胎離合器，尺寸較大，耗氣量大。分別控制轉盤、轉盤滾筒的啟動與停車。為使控制靈敏，需要調壓繼氣器與調壓閥配合使用。

鉆機的控制系統12/21/202241石油鉆采機械——任連城◆調壓繼氣器的應用鉆機的控制系統12/19/202241石

二流量控制閥(流量閥)

用來控制執行機構進氣或排氣的流量，以調節執行機構的工作速度。由于空氣的可壓縮性，氣控制系統就不能采用容積調速，只可能采用節流調速。任何一個流量閥都有一個發生節流的部分，大多是可調的。通過調節過流斷面的大小，來調節氣體流量的大小。氣流經小孔或縫隙也必然產生顯著的壓力降。

1、單向節流閥

◆結構和工作原理結構：如下頁圖所示，由節流閥與單向閥構成。鉆機的控制系統12/21/202242石油鉆采機械——任連城二流量控制閥(流量閥)鉆機的控制系統12/19/21、單向節流閥工作原理：當氣源接B口，由A（或C）輸出時，可實現變速進氣和快放氣。鉆機的控制系統12/21/202243石油鉆采機械——任連城1、單向節流閥鉆機的控制系統12/19/202243石油鉆采工作原理：當氣源接A（或C）口，由B輸出時，可實現快速進氣和變速放氣。鉆機的控制系統12/21/202244石油鉆采機械——任連城工作原理：鉆機的控制系統12/19/202244石油鉆采機械2、快速放氣閥

◆作用裝在氣胎離合器、氣缸等耗氣量較大的執行元件的進口管線上。就近、快速放掉執行元件中的壓縮空氣，提高開車、停車的靈敏度，延長摩擦零件的使用壽命。鉆機的控制系統12/21/202245石油鉆采機械——任連城2、快速放氣閥鉆機的控制系統12/19/202245石油鉆采2）快速放氣閥◆結構原理結構：如圖所示。由閥體、閥蓋、導閥、導閥蓋、閥芯等組成。

鉆機的控制系統12/21/202246石油鉆采機械——任連城2）快速放氣閥鉆機的控制系統12/19/202246石油鉆采工作原理：

1)當經過快速放氣閥向執行元件供氣時，壓力氣推動導閥在閥體內向左運動，同時也推動閥芯在導閥內向左運動。使導閥堵死放氣口，閥芯與閥座分離，壓縮氣體沿閥芯的軸向槽向左流動，然后經徑向槽進入執行元件。鉆機的控制系統12/21/202247石油鉆采機械——任連城工作原理：鉆機的控制系統12/19/202247石油鉆采機械工作原理：

2)當氣源被切斷后，執行元件內的壓力氣體推動閥芯、導閥向右運動，放氣口打開，執行元件內的壓力氣體由放氣口快速排空。鉆機的控制系統12/21/202248石油鉆采機械——任連城工作原理：鉆機的控制系統12/19/202248石油鉆采機械三方向控制閥(換向閥)

用來控制氣體流動方向的閥。用閥芯切換進、出氣通道即可使氣路換向。按操縱方式可分為手動和氣控兩種。按照閥芯的運動方式課可分為：滑閥式和轉閥式；按照操作方式可分為：手動式、機動式、氣動式，電磁換向閥；按照工作位數或控制通道數可分為兩位的、三位的、四位的、多位的和兩通的、三通的、四通的、六通的。常用的有：兩通閥、三通旋塞閥、氣控二位三通閥(兩用繼氣器)等。

鉆機的控制系統12/21/202249石油鉆采機械——任連城三方向控制閥(換向閥)鉆機的控制系統12/19/202241、二位三通換向閥（二通氣開關）

◆結構：

有一個供氣口Ⅰ，一個輸出氣口E，一個排氣口A。當通道加多時，同樣的零件也可構成三通閥和四通閥。

◆作用控制一個對象的進氣、排氣。鉆機的控制系統12/21/202250石油鉆采機械——任連城1、二位三通換向閥（二通氣開關）鉆機的控制系統12/19/◆原理：手柄有兩個位置：a）Ⅰ→E，A堵死，向系統供氣；b）Ⅰ堵死，E→A，系統氣體排空。ⅠEA鉆機的控制系統12/21/202251石油鉆采機械——任連城◆原理：ⅠEA鉆機的控制系統12/19/202251石油鉆三通旋塞閥：手柄有兩個位置，或使A與B相通；或使A與C相通；鉆機的控制系統12/21/202252石油鉆采機械——任連城三通旋塞閥：鉆機的控制系統12/19/202252石油鉆采機

2、三位四通換向閥（三通氣開關）

◆結構原理結構見下圖。

有一個供氣口Ⅰ，兩個輸出氣口E1、E2，兩個排氣口A1、A2。手柄有三個位置：a）Ⅰ→E1，E2→A2，向一個系統供氣；b）Ⅰ→E2，堵死，E1→A1，向另一個系統供氣；c）Ⅰ堵死，E1、E2與A聯通

ⅠE1AE2鉆機的控制系統12/21/202253石油鉆采機械——任連城2、三位四通換向閥（三通氣開關）ⅠE1AE2鉆機的控制系ⅠE1AE2鉆機的控制系統12/21/202254石油鉆采機械——任連城ⅠE1AE2鉆機的控制系統12/19/202254石油鉆采機◆作用控制兩個互鎖的系統，使得當一個系統工作時，另一個系統不工作。例如：控制貓頭離合器和貓頭慣性剎車兩個系統：當貓頭離合器進氣時，貓頭慣性剎車放氣；當貓頭慣性剎車進氣時，貓頭離合器放氣。ⅠE1AE2鉆機的控制系統12/21/202255石油鉆采機械——任連城◆作用控制兩個互鎖的系統，使得當一個系統工作時，另一個3、兩用繼氣器

兩用繼氣器要與氣開關聯合使用。兩用繼氣器安裝于執行元件的附近，輸出口與執行元件進氣口直接相連。它在一個小氣量的控制氣遙控作用下，使執行機構得到主氣路大流量的工作氣。

鉆機的控制系統12/21/202256石油鉆采機械——任連城3、兩用繼氣器鉆機的控制系統12/19/202256石油鉆采3、兩用繼氣器

◆結構：由控制氣室A，常閉氣室B，常開氣室C和一個活塞閥構成。鉆機的控制系統12/21/202257石油鉆采機械——任連城3、兩用繼氣器鉆機的控制系統12/19/20225工作原理：

主要是依靠控制氣壓作用在活塞上產生的推力與彈簧力相互平衡，從而使閥芯移動，開啟或關閉閥口來完成執行元件的進氣、放氣。一個兩用繼氣器由于氣路連接的不同，可以使其成為常開式或常閉式鉆機的控制系統12/21/202258石油鉆采機械——任連城工作原理：鉆機的控制系統12/19/202258石油鉆采機械

（1）常閉式

當控制口無控制氣時，活塞在彈簧的作用下向左移動，活塞帶動閥門也向左移動，堵住內閥的通道，使氣源與通向執行機構的氣路切斷，而執行機構放氣。當控制口有控制氣時，放氣口堵死，氣源與執行機構氣路接通。兩用繼氣器工作原理示意圖鉆機的控制系統12/21/202259石油鉆采機械——任連城（1）常閉式兩用繼氣器工作原理示意圖鉆機的控制系統12/

（2）常開式

將常閉式兩用繼氣器Ⅰ、Ⅱ通道反接，即變成常開式。當控制口無控制氣時，在彈簧的作用下，活塞帶動閥門處于左端位置，堵住內閥，氣源通路Ⅱ與執行機構通路G接通，執行機構進氣。當控制口有控制氣時，活塞與閥門被推向右端，堵住外閥，使執行機構通道G與放空通道Ⅰ接通，使執行機構放空。

兩用繼氣器工作原理示意圖鉆機的控制系統12/21/202260石油鉆采機械——任連城（2）常開式兩用繼氣器工作原理示意圖鉆機的控制系統12/◆兩用繼氣器的應用

在鉆機氣控制系統中，耗氣量較大、對啟動平穩性要求不高的場合，大都用兩用繼氣器與氣開關配合控制。如：泥漿泵離合器的控制回路：控制泵的啟、停；并車離合器的控制回路：控制某臺柴油機的摘、掛；

鉆機的控制系統12/21/202261石油鉆采機械——任連城◆兩用繼氣器的應用鉆機的控制系統12/19/202261石油4、導氣龍頭（風葫蘆）作用：把氣從管線靜止部分引入旋轉部分。

（1）單向導氣龍頭當沖管與轉動軸連接后，密封蓋受彈簧的壓力與沖管的密封端貼合，形成一個相對運動的密封通道。例如：將氣體導入旋轉的氣胎離合器中，需要將軸內鉆孔，將導氣龍頭旋到軸上，才能將氣體導入。鉆機的控制系統12/21/202262石油鉆采機械——任連城4、導氣龍頭（風葫蘆）（1）單向導氣龍頭鉆機的控制系統1

（2）雙向導氣龍頭基本原理與單向導氣龍頭一樣。只是可以提供兩個獨立的流體通道。例如：滾筒軸上有高、低速兩個氣胎離合器，為分別控制，必須用雙向導氣龍頭。鉆機的控制系統12/21/202263石油鉆采機械——任連城（2）雙向導氣龍頭鉆機的控制系統12/19/202263

有兩個進氣口，一個輸出口。輸出口接執行元件。可以由兩個氣路來控制同一個執行元件。當B口有壓力氣時，推動閥芯左移，堵住C口，B→A，由來自B路的控制信號來控制。當C口有壓力氣時，推動閥芯左移，堵住B口，C→A，由來自C路的控制信號來控制。1—三通體；2—閥芯；3—墊圈；4—接頭；5—橡膠墊；6—螺栓螺母5、梭閥（氣控三通換向閥）鉆機的控制系統12/21/202264石油鉆采機械——任連城有兩個進氣口，一個輸出口。輸出口接執行元件。可以由6、三通旋塞閥作用：用手動方式來切斷或連通控制氣路。通常裝在經常檢修的設備附近。當要檢修時，關閉三通旋塞閥，防止控制臺上誤操作而發生事故。

結構及工作原理：其結構如圖所示。其結構如圖所示，錐形旋塞上有兩個互成900的通孔，閥體上有A、B、C三個通孔。三個氣口：兩個工作氣口B、C，一個放氣口A。連接時，B口接氣源，C口接執行元件。手柄有兩個位置：當在位置1時，B→C，A口堵死，氣源氣流進入執行元件；當在位置2時，C→A，B口堵死，切斷氣源，執行元件放氣。鉆機的控制系統12/21/202265石油鉆采機械——任連城6、三通旋塞閥鉆機的控制系統12/19/202265石油鉆鉆機的控制系統12/21/202266石油鉆采機械——任連城鉆機的控制系統12/19/202266石油鉆采機械——任連城

7、頂桿閥鉆機的控制系統12/21/202267石油鉆采機械——任連城7、頂桿閥鉆機的控制系統12/19/202267石油鉆采

8、按鈕閥鉆機的控制系統12/21/202268石油鉆采機械——任連城8、按鈕閥鉆機的控制系統12/19/202268石油鉆第四節氣動執行元件氣動執行元件的作用是執行指令，完成所需的各種動作。在鉆機上常用的氣動執行元件主要有：1）氣胎離合器——為徑向作用的氣動摩擦離合器，利用摩擦力傳遞或切斷動力。主要類型有：通風型氣胎離合器、普通型氣胎離合器；2）氣動盤式摩擦離合器——為軸向作用的氣動摩擦離合器，利用摩擦力傳遞或切斷動力。（使用數量較少）。3）氣缸——在氣壓作用下輸出往復直線位移，主要類型有：單作用氣缸，用在剎車、柴油機油門控制等處；雙作用氣缸，用在兩位換檔；三位氣缸，用在三位換檔。

鉆機的控制系統12/21/202269石油鉆采機械——任連城第四節氣動執行元件鉆機的控制系統12/19/202269石一、通風型氣胎離合器通風型氣胎離合器用在傳遞功率較大、頻繁啟停等較重要的場合。

◆結構及工作原理

結構：如下頁圖所示。其中，擋板5與一根軸相固連，摩擦鼓8與另一根軸相固連。

工作原理：通風型氣胎離合器屬徑向作用的摩擦式離合器，即：充、放氣后，摩擦片徑向移動，抱緊或松開摩擦鼓。當氣胎充氣時，沿半徑方向推動摩擦片連接體，使摩擦片抱緊摩擦鼓，從而將動力從一軸傳到另一軸。當放氣時，氣胎回縮，在板簧作用下摩擦片連接體沿半徑回縮，摩擦片松開摩擦鼓，切斷兩軸的動力傳遞。鉆機的控制系統12/21/202270石油鉆采機械——任連城一、通風型氣胎離合器鉆機的控制系統12/19/20227012/21/202271石油鉆采機械——任連城12/19/202271石油鉆采機械——任連城12/21/202272石油鉆采機械——任連城12/19/202272石油鉆采機械——任連城1—摩擦片；2—摩擦片連接體；3—承扭桿；4—板簧；5—擋板；6—氣胎；7—鋼圈；8—摩擦鼓12345678鉆機的控制系統12/21/202273石油鉆采機械——任連城1—摩擦片；2—摩擦片連接體；3—承扭桿；12345678鉆

◆特點

與普通型氣胎離合器相比，通風型氣胎離合器有如下特點：1）氣胎不承受扭矩。氣胎只用做沿徑向推動摩擦片連接體的作用，不承受扭矩，因而壽命大大增長；扭矩通過摩擦片連接體傳給承扭桿，在由承扭桿傳給檔板；2）氣胎不直接受熱。摩擦片連接體由導熱性能很好的鋁制成，并且中間有許多通風的空洞區域。摩擦產生的熱傳給摩擦片連接體后，很快散發，使得氣胎獲得的熱量很少，穩升不大，因而壽命大大增長。

二普通型氣胎離合器普通型氣胎離合器非常簡單，摩擦片直接連接在氣胎上，靠氣胎的膨脹和收縮帶動摩擦片抱緊或松開摩擦鼓；同時還要靠氣胎來傳遞扭矩。與通風型氣胎離合器相比，氣胎直接受熱，氣胎承受扭矩，因而壽命短，傳遞的功率小。鉆機的控制系統12/21/202274石油鉆采機械——任連城◆特點鉆機的控制系統12/19/202274石油鉆采機械

三三位氣缸

由于單作用、雙作用氣缸非常簡單，這里就不再介紹了。僅僅介紹三位氣缸。

◆三位氣缸的作用：精確控制三位牙嵌或齒輪離合器的摘、掛。

◆三位氣缸的結構及工作原理（見下頁圖）有三個進氣口，Ⅰ1、Ⅰ2、Ⅰ3。當Ⅰ2進氣時，左、右活塞向兩端運動，直到頂住缸蓋，活塞芯和活塞桿處于中間位置（如圖所示）；當Ⅰ1進氣時，氣壓作用在活塞芯上，推動活塞芯和活塞桿向右運動，同時帶動左活塞向右運動，直到頂住右活塞，活塞桿完全伸出；當Ⅰ3進氣時，氣壓作用在活塞芯上，推動活塞芯和活塞桿向左運動，同時帶動右活塞向左運動，直到頂住左活塞，活塞桿完全縮回。鉆機的控制系統12/21/202275石油鉆采機械——任連城三三位氣缸鉆機的控制系統12/19/202275石油鉆采1—“O”型密封圈；2—前蓋；3、11—孔用彈性擋圈；4—缸體；5—擋圈；6—右活塞；7—活塞芯；8—軸用彈性擋圈；9—左活塞；10—后蓋；12—活塞桿；鉆機的控制系統12/21/202276石油鉆采機械——任連城1—“O”型密封圈；2—前蓋；3、11—孔用彈性擋圈；4—缸第五節鉆機典型的氣控制回路（以ZJ70LC鉆機為例）一泵起停控制、柴油機并車控制回路鉆機的控制系統

這些回路基本相似，不需要調壓、耗氣量大、放氣要快，盡量減少摩擦片一摩擦鼓的相對滑動，從而減少摩擦磨損。12/21/202277石油鉆采機械——任連城第五節鉆機典型的氣控制回路（以ZJ70LC鉆機為例）鉆二絞車高、低速離合器控制回路回路要求：調壓、互鎖、耗氣量大、放氣快。鉆機的控制系統12/21/202278石油鉆采機械——任連城二絞車高、低速離合器控制回路鉆機的控制系統12/19/三、柴油機油門、剎車氣缸控制回路這些回路的共同點是：

執行元件為單作用氣缸，活塞桿外伸靠氣壓力，回縮靠彈簧力；要求調壓，以獲得不同的外伸位移；耗氣量不大。鉆機的控制系統12/21/202279石油鉆采機械——任連城三、柴油機油門、剎車氣缸控制回路鉆機的控制系統12/19/2四轉盤離合器及剎車、絞車總離合器及剎車控制回路

這些回路的共同點是：

執行元件為通風型氣胎離合器，要求調壓、離合器與剎車互鎖、耗氣量大、放氣快。轉盤離合器及剎車控制回路如下頁圖所示。特點：1）采用間接供氣。調壓繼氣器裝在氣胎離合器附近，可以從主氣路就近提供大流量氣體；2）采用雙向調壓閥，實現離合器與剎車的互鎖。當離合器充氣時，剎車氣胎必然放氣；當剎車氣胎充氣時，離合器必然放氣，切斷動力。3）利用調壓閥控制，可以通過控制氣壓實現轉盤緩慢啟動、微調轉速等。絞車總離合器及剎車控制回路與上完全相同，不再贅述。鉆機的控制系統12/21/202280石油鉆采機械——任連城四轉盤離合器及剎車、絞車總離合器及剎車控制回路鉆機的控制系1—導氣龍頭；2—快速放氣閥；3—調壓繼氣器；4—雙向調壓閥鉆機的控制系統ZJ70L鉆機轉盤氣控制系統12/21/202281石油鉆采機械——任連城1—導氣龍頭；2—快速放氣閥；鉆機的控制系統ZJ70L鉆機轉鉆機的控制系統12/21/202282石油鉆采機械——任連城鉆機的控制系統12/19/202282石油鉆采機械——任連城鉆機的液壓控制系統(選講)以ZJ40DBS-J鉆機液控系統為例鉆機中液壓控制系統主要包括以下幾項內容：

一、鉆臺機具液壓控制系統1）起、放井架2）左、右液壓貓頭操作3）鉆桿動力鉗（套管動力鉗）操作4）液壓小絞車操作

二、

盤式剎車液壓控制系統

鉆機的控制系統12/21/202283石油鉆采機械——任連城鉆機的液壓控制系統(選講)鉆機的控制系統12/19/2022

一、鉆臺機具液壓控制系統

機具液壓控制系統為鉆桿動力鉗（套管動力鉗）、液壓貓頭、液壓小絞車、井架緩沖裝置提供液壓動力。

1、主要技術參數

隔爆電機：功率37kW轉速1000r/min軸向柱塞泵：排量160ml/r額定工作壓力：16.6MPa額定工作流量：120L/min工作介質：夏季用HM-68抗磨液壓油，冬季用HV-32低溫抗磨液壓油液壓系統清潔度：NAS1638，9級鉆機的控制系統12/21/202284石油鉆采機械——任連城一、鉆臺機具液壓控制系統鉆機的控制系統12/2、工作原理

1）系統工作壓力、流量設定（見圖）

系統工作壓力為16.6MPa,由電磁溢流閥（5.1）設定。在設定壓力時，電磁溢流閥（5.1）的電磁鐵YV1必須得電。將并緊螺母松開，用內六角扳手順時針旋轉電磁溢流閥（5.1）壓力調節螺釘，觀察系統壓力表（18.1）讀數，直至16.6MPa為止。系統的流量為120L/min,可通過調節軸向柱塞泵上的手動旋鈕進行設定，順時針調節為減小泵的排量，逆時針調節為增大泵的排量。手動調節泵的調節螺桿，刻度盤指針在7-8之間為宜。然后旋動鎖緊螺母將調節螺桿鎖緊，防止松動。鉆機的控制系統12/21/202285石油鉆采機械——任連城2、工作原理鉆機的控制系統12/19/202285石油鉆采機鉆機的控制系統12/21/202286石油鉆采機械——任連城鉆機的控制系統12/19/202286石油鉆采機械——任連城鉆機的控制系統12/21/202287石油鉆采機械——任連城鉆機的控制系統12/19/202287石油鉆采機械——任連城1、3－電磁鐵線圈；2－閥芯；4、8－節流閥；5、7－單向閥；6－主閥芯當電磁鐵左邊得電，把閥芯2推向右邊，控制油頂開單向閥7進入液動閥左腔，推動主閥芯向右端，主閥芯右端控制油經節流閥4回郵箱。這時，主閥進油口P和A通，油口B和A通。鉆機的控制系統12/21/202288石油鉆采機械——任連城1、3－電磁鐵線圈；鉆機的控制系統12/19/202288石

2）起、放井架

（見圖）

●起井架將系統壓力設置到10MPa,檢查各各處是否有泄漏，油缸伸縮自如否；將系統壓力設置到3.5MPa,操作手動換向閥,將緩沖油缸伸出，待井架接觸到緩沖油缸；緩慢逆時針調節溢流閥旋鈕，將壓力降低，直至井架能夠緩慢移動為止，此時系統壓力約為3MPa。注意，在井架接觸到緩沖油缸后，嚴禁操作手動換向閥進行換向，否則井架將受到損傷。●放井架將系統壓力設置到8MPa，緩慢操作手動換向閥，將井架平穩頂出。在起、放井架時，電磁溢流閥（5.1）的電磁鐵YV1必須得電。鉆機的控制系統12/21/202289石油鉆采機械——任連城2）起、放井架（見圖）鉆機的控制系統12/19/2012/21/202290石油鉆采機械——任連城12/19/202290石油鉆采機械——任連城

3）左、右液壓貓頭操作（見圖）

操作司鉆房內的電動按鈕，分別使電磁鐵YV4、YV6、YV5、YV7得電，實現左、右液壓貓頭的上、卸扣動作。電磁鐵YV5、YV7得電，左、右液壓貓頭活塞桿退回。電磁鐵YV4、YV6得電，左、右液壓貓頭活塞桿伸出。注：左、右液壓貓頭的上、卸扣壓力可在司鉆房內顯示屏上顯示。鉆機的控制系統12/21/202291石油鉆采機械——任連城3）左、右液壓貓頭操作（見圖）鉆機的控制系統12/19/2

4）鉆桿動力鉗（套管動力鉗）操作（見圖）

操作司鉆房內的電動按鈕，使電磁鐵YV2得電或失電，從而控制鉆桿動力鉗（套管動力鉗）壓力油的通、斷。操作鉆桿動力鉗（套管動力鉗）上的手動換向閥，實現鉆桿動力鉗（套管動力鉗）的正、反轉。鉆機的控制系統12/21/202292石油鉆采機械——任連城4）鉆桿動力鉗（套管動力鉗）操作（見圖）鉆機的控制系統

5）液壓小絞車操作（見圖）

操作司鉆房內的電動按鈕，使電磁鐵YV3得電或失電，從而控制液壓小絞車壓力油的通、斷。操作液壓小絞車附近的手動換向閥，實現液壓小絞車的正、反轉。鉆機的控制系統12/21/202293石油鉆采機械——任連城5）液壓小絞車操作（見圖）鉆機的控制系統12/19/

3、注意事項

在接通液壓站電源之前，應做以下工作：1）加入液壓油時應用20μ過濾器過濾液壓油，保證油液干凈。2）檢查各油管及相關連接是否符合圖紙要求，接頭螺母連接是否緊固,無松動。3）檢查油箱液溫計上顯示的油位是否合符要求。4）用手搬動軸向柱塞泵與電機之間的聯軸器，應旋轉自如，無卡死象。5）為了延長軸向柱塞泵的使用壽命，減小能量的消耗，在啟動、停止液壓泵之前或用柱塞泵進行油液循環時，應確保電磁溢流閥（5.1）的電磁鐵YV1為失電狀態，讓泵卸荷。6）液壓油在連續使用后如發現變色有沉淀時，應更換液壓油，并清洗油箱后加入新油。7）泵站油箱及泵、閥均不能被陽光直接照射，保證液壓油溫度最高不超過70℃，最低不低于15℃，以延長液壓油的使用壽命。鉆機的控制系統12/21/202294石油鉆采機械——任連城3、注意事項鉆機的控制系統12/19/202294石油鉆

4、維護與保養

1）液壓管線接頭漏油：檢查接頭螺母是否擰緊，接頭密封件是否老化，如老化應更換密封件。2）液壓管線壓合處漏油：應更換液壓管線。3）液壓泵壓力油出口處壓力表不顯示壓力值：首先檢查油箱內是否有液壓油，溢流閥的閥芯是否卡死，然后再檢查液壓泵出口處是否有壓力油壓出，如無壓力油壓出，檢查液壓泵吸油口管路是否有接頭螺母松動，如仍無問題，則需更換液壓泵。4）防爆電液換向閥不動作，而壓力表有壓力顯示：首先檢查電磁鐵是否有吸合力量，如無問題則拆換向閥閥體進行清洗，并手動換向觀察閥芯是否動作。如閥芯不動作，則需更換電磁閥并對閥進行維修。5）泵的排量較小：檢查泵的刻度盤指針是否在7-8之間，再檢查過濾器是否已過臟將過濾器堵塞。如過濾器堵塞，更換過濾器濾芯。鉆機的控制系統12/21/202295石油鉆采機械——任連城4、維護與保養鉆機的控制系統12/19/202295石油

二、盤式剎車液壓控制系統

1、功能

工作制動通過操作剎車閥的控制手柄，調節工作鉗對制動盤的正壓力，從而為主機提供大小可調的剎車力矩，滿足送鉆、起下鉆等不同工況的要求。緊急制動遇到緊急情況時，按下緊急制動按鈕，工作鉗、安全鉗全部參與制動，實現緊急剎車。

駐車制動當鉆機不工作或司鉆要離開操作臺時，拉下駐車制動手柄，安全鉗剎車，以防大鉤滑落。

過卷保護當大鉤提升重物上升到某位置，由于操作員失誤或其它原因，應該工作制動而未實施制動時，過卷閥或防碰閥會發出信號，工作鉗和安全鉗全部參與剎車，實施緊急制動，避免碰天車事故。

誤操作保護當司鉆未按規定要求解除駐車制動、緊急制動時，所有剎車鉗都處在制動狀態，從而起到了安全保護作用。鉆機的控制系統12/21/202296石油鉆采機械——任連城二、盤式剎車液壓控制系統鉆機的控制系統12/19/22、主要技術參數

1)工作鉗鉆機的控制系統12/21/202297石油鉆采機械——任連城2、主要技術參數鉆機的控制系統12/19/202297石2)安全鉗鉆機的控制系統12/21/202298石油鉆采機械——任連城2)安全鉗鉆機的控制系統12/19/202298石油鉆采機3)液壓系統鉆機的控制系統12/21/202299石油鉆采機械——任連城3)液壓系統鉆機的控制系統12/19/202299石油鉆采

3、制動執行機構

制動執行機構主要包括：工作鉗、安全鉗、剎車盤和鉗架四部分，其結構及布置。（見圖）1、工作鉗工作鉗主要由常開式單作用油缸、桿杠及剎車塊組成，其結構及工作原理參見圖。（見圖）2、安全鉗安全鉗主要由常閉式單作用油缸、碟簧、桿杠、剎車塊組成，其結構及工作原理參見圖。（見圖）鉆機的控制系統12/21/2022100石油鉆采機械——任連城3、制動執行機構鉆機的控制系統12/19/2022100

4、液壓系統原理

1）工作制動

工作制動是由剎把控制剎車閥（12）實現的。剎車閥為手動比例減壓閥，閥的輸出壓力隨著拉動剎把而呈比例變化。當剎把拉到最大角度時，對應閥的輸出壓力最大，工作鉗制動力最大；剎把推到原始位置，閥輸出壓力為零，工作鉗松剎。每個回路中設有單向節流閥（18），在工作鉗制動時起緩沖作用，使制動力逐漸施加，避免因操縱過猛而對設備產生不良影響。

鉆機的控制系統12/21/2022101石油鉆采機械——任連城4、液壓系統原理鉆機的控制系統12/19/2022101石

2）緊急制動

緊急制動是由緊急按鈕閥（15）控制的，該閥是一個手動換向氣閥，控制氣控換向閥（16）。當按下緊急制動按鈕時，切斷氣源，氣控換向閥（16）彈簧復位，實現安全鉗制動；同時，液控換向閥（17）因控制端失壓而換向，壓力油直接進入工作鉗，實現工作鉗制動。即：所有制動鉗制動，實現了緊急制動。解除緊急制動時，同上述解除駐車制動一樣，必須先將剎把拉至“剎”位，再拔出緊急制動按鈕，才能解除緊急制動。

鉆機的控制系統12/21/2022102石油鉆采機械——任連城2）緊急制動鉆機的控制系統12/19/2

3）過卷保護

當絞車提升重物接近天車時，絞車上安裝的氣動行程閥由于外力碰撞而動作，使氣路接通。即正常工作時，氣控換向閥（16）控制端通氣源，這時，由過卷閥輸出的氣信號控制氣控換向氣閥（14）換向，切斷氣源，實現緊急制動。鉆機的控制系統12/21/2022103石油鉆采機械——任連城3）過卷保護鉆機的控制系統12/19/202

4）駐車制動

駐車制動閥（19）為手動換向閥，拉動手柄，駐車制動閥換向，使安全鉗油缸卸壓，彈簧力使安全鉗實現駐車制動。解除駐車制動時，必須先將剎把拉至“剎”位，使剎車閥（12）的輸出壓力控制誤操縱保護閥（13）換向，再推動駐車制動閥手柄，將壓力油輸入到安全鉗油缸，克服碟簧力，解除駐車制動。注意：解除駐車制動，必須先拉工作制動剎把，再推駐車制動手柄方能解鎖。該回路中設有單向節流閥（18），在安全鉗制動時起緩沖作用，使制動力逐漸施加，保護設備。鉆機的控制系統12/21/2022104石油鉆采機械——任連城4）駐車制動鉆機的控制系統12/19/

5）誤操作保護

需要解除駐車時，必須先把剎車閥（12）的剎把拉至“剎”位，再推駐車手柄。若司鉆操縱時，沒有按照規程執行，先推駐車手柄，此時，駐車制動不但沒有解除，反而工作鉗也處于全制動狀態，實現誤操縱保護功能。它強迫司鉆必須按規程操作。鉆機的控制系統12/21/2022105石油鉆采機械——任連城5）誤操作保護鉆機的控制系統12/19/返回84、88、89、90、9112/21/2022106石油鉆采機械——任連城返回84、88、89、90、9112/19/2022106石返回65、66、67、68、6912/21/2022107石油鉆采機械——任連城返回65、66、67、68、6912/19/2022107石12/21/2022108石油鉆采機械——任連城12/19/2022108石油鉆采機械——任連城返回鉆機的控制系統12/21/2022109石油鉆采機械——任連城返回鉆機的控制系統12/19/2022109石油鉆采機械——工作鉗工作原理

返回鉆機的控制系統12/21/2022110石油鉆采機械——任連城工作鉗工作原理返回鉆機的控制系統12/19/2022110安全鉗工作原理

返回鉆機的控制系統12/21/2022111石油鉆采機械——任連城安全鉗工作原理返回鉆機的控制系統12/19/2022111本章小結：1、理解鉆機氣控制系統的作用、組成；2、理解鉆機控制系統氣源裝置的作用、組成；3、了解鉆機氣控制系統主要控制元件的作用及工作原理；4、理解鉆機通風型氣胎離合器的工作原理及結構特點；5、了解鉆機液壓控制系統的作用、組成。鉆機的控制系統12/21/2022112石油鉆采機械——任連城本章小結：鉆機的控制系統12/19/2022112石油鉆采機本章完鉆機的控制系統12/21/2022113石油鉆采機械——任連城本章完鉆機的控制系統12/19/2022113石油鉆12/21/2022114石油鉆采機械——任連城12/19/2022114石油鉆采機械——任連城

第六章鉆機的控制系統本章主要內容：1、鉆井（氣）控制系統的特點與組成；2、氣源裝置、執行元件、控制元件；3、氣動控制基本回路4、鉆機液壓控制系統簡介鉆井機械12/21/2022115石油鉆采機械——任連城第六章鉆機的控制系統鉆井機械12/19/2鉆機的控制系統

第一節概述一、控制系統的作用

1、動力機的啟動、調速、并車、停車；2、絞車的啟動、停車、換檔、剎車及緊急停車；3、轉盤的啟動、停車、換檔、倒車；4、鉆井泵的啟動、停車；5、傳動系統的掛合及摘離；6、氣動卡瓦、氣液大鉗、液壓貓頭、其他輔助設備的操作控制；12/21/2022116石油鉆采機械——任連城鉆機的控制系統二、控制系統的要求

1）反映靈敏，傳遞迅速，動作準確，平穩柔和；2）操作簡便，安全可靠，容易實現集中控制；3）結構簡單，維修方便，易造好修，成本低廉。鉆機的控制系統12/21/2022117石油鉆采機械——任連城二、控制系統的要求鉆機的控制系統12/19/20223石油鉆三、控制方式的選擇

1、機械控制：利用機械離合器、制動裝置等實現控制；2、氣控制：利用氣壓傳動系統實現控制；3、電控制：利用強、弱電控制系統實現控制，如接觸器控制、微機控制（PLC控制）；4、液壓控制：利用液壓傳動系統實現控制；

鉆機的控制系統12/21/2022118石油鉆采機械——任連城三、控制方式的選擇鉆機的控制系統12/19/20224石油鉆四、鉆機的氣控制系統

１、氣動控制技術

氣動控制技術是利用壓縮空氣作為傳遞動力或信號的工作介質，配合氣動控制系統的主要氣動元件，與機械、液壓、電氣、電子（包括PLC控制器和微電腦）等部分或全部綜合構成的控制回路，使氣動元件按生產工藝要求的工作狀況、按設定的順序或條件動作。鉆機的控制系統12/21/2022119石油鉆采機械——任連城四、鉆機的氣控制系統鉆機的控制系統12/19/20225石２、氣控制系統的特點

1）結構簡單、輕便、安裝維護簡單、使用安全；2）以空氣作介質，排氣處理簡單，經濟、緊湊。3）利用空氣的可壓縮性，可貯存能量，實現集中供氣。可短時間釋放能量，以獲得間歇運動中的高速響應。可實現緩沖。對沖擊負載和過負載有較強的適應能力。4）壓縮空氣工作壓力低(0.7～1MPa)，氣控元件制造精度不是很高，易制造，好維修，操作簡便，工作可靠。5）壓縮空氣不易燃，不污染，使用安全、衛生。6）可靠性高，使用壽命長。鉆機的控制系統12/21/2022120石油鉆采機械——任連城２、氣控制系統的特點鉆機的控制系統12/19/20226石油３、氣控制系統的組成

1）氣源系統：空壓機、干燥機及氣源處理裝置。2）控制元件：壓力、流量和方向控制閥以及各種邏輯元件等。3）氣路輔件：包括供氣管線、氣動傳感器、氣液元件，消聲器、連接閥件等：4）執行機構：包括氣離合器、氣缸、氣貓頭、氣馬達、伊頓盤剎等。

鉆機的控制系統12/21/2022121石油鉆采機械——任連城３、氣控制系統的組成鉆機的控制系統12/19/2022第二節氣源裝置

由空氣壓縮機和空氣凈化裝置組成，為氣控系統提供干燥、清潔的壓縮空氣。

氣源裝置的組成及工藝流程見下頁圖。鉆機的控制系統12/21/2022122石油鉆采機械——任連城第二節氣源裝置鉆機的控制系統12/19/20228石油鉆采氣源裝置的組成及工藝流程1—壓縮機；2—冷卻器；3—油水分離器；4—儲氣罐；5—干燥器；6—分水濾氣器；7—儲氣罐；8—加熱器；9—分配閥鉆機的控制系統12/21/2022123石油鉆采機械——任連城氣源裝置的組成及工藝流程1—壓縮機；2—冷卻器；3—油水分離

一空氣壓縮機(氣源制備裝置)目前，鉆機所用的空氣壓縮機主要有兩種：活塞式、螺桿式。鉆機的控制系統12/21/2022124石油鉆采機械——任連城一空氣壓縮機(氣源制備裝置)鉆機的控制系統12/19/2１、活塞式壓縮機1)工作原理：

電動機旋轉，通過曲軸連桿帶動活塞在氣缸內作往復運動。工作腔的容積作周期性變化，它與吸、排氣閥的啟閉動作相配合，實現包括吸氣、壓縮、排氣和膨脹4個過程的工作循環，從而不斷吸入、壓縮并排出氣體。

鉆機的控制系統12/21/2022125石油鉆采機械——任連城１、活塞式壓縮機鉆機的控制系統12/19/202211石油鉆2)組成

活塞式壓縮機主要由傳動機構、工作部件及機體構成。此外還有潤滑、冷卻、調節等輔助系統。鉆機的控制系統12/21/2022126石油鉆采機械——任連城2)組成鉆機的控制系統12/19/202212石油鉆采機械2．螺桿式壓縮機1)工作原理:在空壓機殼體中裝有一對相互嚙合的螺旋轉子，其中一根轉子具有凸面齒形，另一根轉子具有凹面齒形，兩根轉子之間及殼體三者圍成的空間，在轉子回轉過程中沿軸向移動，其容積逐漸減小，這樣，從進口吸入的空氣逐漸被壓縮，并從出口排出。螺桿式空壓機需要加油進行冷卻、潤滑及密封，所以在出口處需設置油分離器。

鉆機的控制系統12/21/2022127石油鉆采機械——任連城2．螺桿式壓縮機鉆機的控制系統12/19/202213石油鉆

2)螺桿式壓縮機的組成:主要零部件有：陰螺桿、陽螺桿、機體、軸承、同步齒輪以及密封組件等。鉆機的控制系統12/21/2022128石油鉆采機械——任連城2)螺桿式壓縮機的組成:鉆機的控制系統12/19/20223、活塞式壓縮機與螺桿式壓縮機的特性比較

螺桿壓縮機性能優良，具有長時間連續工作能力。它與活塞式壓縮機相比，具有易損件少,大修周期長,耗能少，氣量無級調節等優點，可實現自動控制,無人值守，適應鉆機配套要求。鉆機的控制系統12/21/2022129石油鉆采機械——任連城3、活塞式壓縮機與螺桿式壓縮機的特性比較螺桿壓縮機性能

二、氣源處理裝置

1、冷卻器

壓縮機排出的壓縮空氣有很高的溫度，可達150多度，其中也含有許多水、油蒸汽，必須加以冷卻。冷卻的目的：一是降溫，二是讓水、油蒸汽冷凝后除去。冷卻方式：風冷卻；水冷卻。鉆機的控制系統12/21/2022130石油鉆采機械——任連城二、氣源處理裝置鉆機的控制系統12/19/20221

2、油水分離器

作用：除去壓縮空氣中的絕大部分水和油；

原理：利用離心、碰撞、吸附等原理來分離。鉆機的控制系統12/21/2022131石油鉆采機械——任連城2、油水分離器

作用：除去壓縮空氣中的絕大部分水和油3、干燥器

干燥瓶的作用：進一步清除壓縮空氣中的水分。干燥器類型：冷凍式；吸附式。

1)冷凍式:

將濕空氣冷卻到其露點溫度以下，使空氣中水蒸氣凝結成水滴并清除出去，然后再將壓縮空氣加熱至環境溫度輸送出去。鉆機的控制系統12/21/2022132石油鉆采機械——任連城3、干燥器1)冷凍式:鉆機的控制系統12/19/2022進入干燥器的空氣首先進入熱交換器冷卻，經初步冷卻的空氣中析出的水份和油份經分離器排出。然后，空氣再進入致冷器，進一步冷卻到2～5℃，使空氣中含有的水份、油份等由于溫度的降低而進一步大量地析出，經分水排水器排出。冷卻后的空氣再進入熱交換器加熱輸出。鉆機的控制系統12/21/2022133石油鉆采機械——任連城進入干燥器的空氣首先進入熱交換器冷卻，經初步冷卻2)吸附式:

吸附式干燥器由兩個干燥瓶和加熱器組成（見下頁圖）。干燥瓶內裝有吸附劑（如硅膠、鋁膠等）。經油水分離器分離后的壓縮空氣進入干燥瓶。干燥瓶內的吸附劑吸收壓縮空氣中的水分，排出干燥氣體。經干燥處理后的壓縮空氣含水量一般不應超過0.01～0.03克／米3。吸水達到飽和后的吸附劑需加熱再生，脫水后備用。兩個干燥瓶輪流使用，一個工作，另一個再生備用。鉆機的控制系統12/21/2022134石油鉆采機械——任連城2)吸附式:鉆機的控制系統12/19/202220石油鉆鉆機的控制系統12/21/2022135石油鉆采機械——任連城鉆機的控制系統12/19/202221石油鉆采機械——任連城4、分水濾氣器作用：精密過濾壓縮空氣。精度可達95%以上。結構：1）外杯為透明體，可以看到內部積水。2）濾網為粉末燒結體，孔隙小，過濾精度高；強度高。3）濾網下部橡膠罩用以防止氣流將杯底積水攪起。原理：利用離心、碰撞、篩分等原理來分離。鉆機的控制系統12/21/2022136石油鉆采機械——任連城4、分水濾氣器鉆機的控制系統12/19/202222石油鉆采第三節氣控制閥

氣控制閥可分為三大類：

壓力控制閥(壓力閥)——作用是：通過控制氣控系統的壓力，實現對作用力、作用力矩的控制。常用壓力閥有：調壓閥（減壓閥）、溢流閥（安全閥）、兩用繼氣器等。

流量控制閥(流量閥)——作用是：通過控制氣體在系統中的流量，實現對執行元件運動速度的控制。常用的有節流閥、快速放氣閥等。

方向控制閥(換向閥)——作用是：通過控制氣體在系統中的流動方向，實現對執行元件運動方向的控制。常用的有：兩通閥、三通旋塞閥、氣控二位三通閥(兩用繼氣器)等。

在控制原理圖中，用一定的符號來表示不同的閥。鉆機的控制系統12/21/2022137石油鉆采機械——任連城第三節氣控制閥在控制原理圖中，用一定的符號來表示不同的閥一、壓力控制閥(壓力閥)

它依靠作用在閥心上的氣壓力和彈簧力相平衡以獲得被控制氣體的一定壓力。改變彈簧力即改變原平衡狀態，閥內通道也隨之改變，從而使與壓力閥并聯或串聯的氣路中空氣壓力也相應發生變化。

鉆機的控制系統12/21/2022138石油鉆采機械——任連城一、壓力控制閥(壓力閥)鉆機的控制系統12/19/20221、調壓閥（減壓閥）

調壓閥是在一定的進口壓力下，通過調節手柄(或踏板)，可送出不同的出口壓力。調壓閥有單向、雙向兩種。

調壓閥種類繁多，雖然在結構、調壓精度、用途上有所不同，但它們的工作原理基本相同。常見的調壓閥有：直動式調壓閥；內部先導式調壓閥；外部先導式調壓閥；過濾調壓閥等。在控制原理圖中，用一定的圖形符號來表示不同的閥。鉆機的控制系統12/21/2022139石油鉆采機械——任連城1、調壓閥（減壓閥）鉆機的控制系統12/19/202225石直動式、先導式調壓閥過濾調壓閥單向壓力順序閥安全閥鉆機的控制系統12/21/2022140石油鉆采機械——任連城直動式、先導式調壓閥過濾調壓閥單向壓力順序閥安全閥鉆機的控制

直動式調壓閥1—調節手柄；2、3—調壓彈簧；4—溢流閥口；5—膜片；6—反饋導管；7—閥桿；8—進氣閥；9—復位彈簧；10—溢流口；鉆機的控制系統12/21/2022141石油鉆采機械——任連城直動式調壓閥鉆機的控制系統12/19/202227石油鉆采◆工作原理：

1）初始狀態，兩閥口均堵死，無壓力氣輸出；2）順時針旋轉手柄，壓縮彈簧，推動溢流閥座下行，推動閥桿下行，進氣閥開啟，經節流后輸出口有相應氣壓輸出；輸出氣壓經反饋導管進入反饋腔，壓縮膜片，使溢流閥座上移，進氣閥口略減小，輸出氣壓穩定在某一值；調壓閥處于正常工作狀態；3）順時針或逆時針旋轉手柄，可使輸出氣壓增大或減小。4）輸出氣壓只能在低于進氣壓力的范圍內調節。鉆機的控制系統12/21/2022142石油鉆采機械——任連城◆工作原理：鉆機的控制系統12/19/202228石油鉆采機◆結構組成主要組成部分是三個工作腔、兩閥：

進氣腔A、出氣腔B、反饋腔C；

進氣閥（位于A、B腔之間）、溢流閥（位于C腔與排氣口之間）。鉆機的控制系統先導式單向調壓閥12/21/2022143石油鉆采機械——任連城◆結構組成鉆機的控制系統先導式單向調壓閥12/19/2022工作原理：

調壓閥在進氣（工作與調壓)時，操縱機構(頂舌)將上閥座壓下(圖b)使球形閥下端球面將下閥座放氣通孔關閉。當上閥座繼續向下移動，球形閥上端球面便將上閥座通孔逐漸打開，使氣源由氣室A進入氣室B，同時經孔D進入氣室C。鉆機的控制系統12/21/2022144石油鉆采機械——任連城工作原理：鉆機的控制系統12/19/202230石油鉆采機械工作原理：當操縱桿在某一位置停止操作時，氣室B的上閥座通孔及下閥座的放氣孔，由于下閥座與調壓彈簧相互壓力平衡而都關閉(圖c)。此時氣室B的氣體壓力的大小，取決于操縱桿的下壓程度。當氣室B的壓力低于開始調整的壓力時，由于調壓彈簧的作用，又將上閥座自動