自升式海洋钻井平台（共7篇）
自升式海洋钻井平台 篇1
自升式钻井平台又称桩腿式钻井平台, 由主船体、桩腿和升降机构组成, 一般无自航能力, 是目前世界上应用最为广泛的钻井平台, 其电力系统与常规船舶的电力系统相类似, 主要由发电机、配电柜、输电线路、电力用户组成, 由于自升式钻井平台特殊的构造和作业形式, 决定其电力系统在配制, 功能和操作上与一般船舶有所不同。
1 发电机系统
自升式钻井平台电力系统通常设5台主发电机 (每台发电机电功率约1700千瓦) , 及1台应急发电机 (电功率约1000千瓦) 。5台主发电机为钻井平台提供主电力电源, 通过600V低压配电柜重载询问功能, 发电机组控制柜可控制一台或多台发电机并联运行以满足钻井平台在不同工况 (如平台拖航, 平台升降, 常规钻井, 重载钻井等) 下的电力需求。应急发电机为钻井平台提供应急电力电源, 在主发电机组因故障或其他原因停止运行后, 应急发电机需在规定的时间内自动启动运行, 并接入电网, 为平台应急照明系统及其他重要设备提供应急电源。
2 600V低压配电柜
600V低压配电柜主要由发电机组控制柜, 发电机同步屏, PLC通讯柜及其他用电负载 (如空压机, 有源滤波器, 吊车等) 馈电柜组成。一般地, 600V低压电力部分设有一台主配电柜和一台应急配电柜, 正常供电状态下, 600V主配电柜由主发电机组供电, 并通过与600V应急配电柜间的馈电开关‘EF’实现由主盘柜向应急盘柜供电, 馈电开关‘EF’与应急发电机电源开关‘EA’之间设有互锁功能, 当‘EF’开关闭合时, ‘EA’开关应处于断开状态, 且由于互锁功能, 无法进行闭合操作, 避免主发电机组和应急发电机组同时接入电网而造成系统运行不稳定, 发生故障。当主发电机组因故障或其他原因停止运行时, 600V主配电柜失电, 开关‘EF’断开, 应急发电机自动启动后, ‘EA’开关将自动吸合 (此时‘EF’开关处于断开状态, ‘EA’可以吸合) , 将应急发电机组接入600V应急配电柜。在应急发电机供电状态下, 根据客户及负载的特殊需要, 在保证负载总消耗功率不超过应急发电机容量的前提下 (一般在平台拖航工况下) , 可通过手动操作, 取消应急发电机电源开关‘EA’与馈电开关‘EF’之间的互锁, 使得‘EA’、‘EF’两组开关同时处于闭合状态, 实现由600V应急配电柜向600V主配电柜的选择性反向馈电功能。由于钻井平台整体结构的限制, 各舱室空间尺寸与其他型船舶相比普遍偏小, 配电板房间可利用的空间非常有限, 如当前盘柜尺寸布置困难, 可将600V低压主配电柜分成两部分进行布置, 前后母排采用铜排搭接的方式进行连接, 代替以往用电缆连接的方式, 既可保证系统的稳定性, 又能减轻重量、节约成本。关于钻井设备600V泥浆泵配电柜, 可同样采取铜排搭接的方式连接, 节约成本。
3 480V低压配电柜
480V低压配电柜同样设有一台主配电柜和一台应急配电柜。其中, 480V主配电柜由A/B两段母排组成, 通过母连开关连接, 两段母排分别由两组同型号的变压器T1, T2供电, 两组供电回路可互为备用, 提高系统的稳定性和可靠性。480V主配电柜的两组供电变压器T1, T2的进线开关与母连开关之间存在互锁关系, 可实现480V主配电柜两组供电回路之间的转换:同一时间点, 三组断路器开关中的任意两组需处于闭合状态, 另外一组因互锁功能无法闭合, 三组断路器开关不能同时处于闭合状态。正常供电状态下, 480V主配电柜由两路变压器供电, 母连开关断开, A/B两段母排各自供电。当其中一组变压器故障时, 其对应的480V主配电柜侧的进线断路器开关将断开, 此时可操作闭合母联开关, 由另一组变压器向A/B两段母排同时供电, 反之亦然。480V应急配电柜设有三组电源进线断路器开关, 一是600V/480V应急变压器供电, 二是480V主配电板供电, 三是岸电箱供电。600V/480V应急变压器供电开关与480V主配电板供电开关之间存在互锁功能, 其互锁功能与600V应急配电板同理。岸电箱供电开关‘GB’与600V/480V应急变压器供电开关‘GA’、480V主配电板的两组供电变压器T1, T2的进线开关‘BA’, ‘BB’之间存在互锁功能:当钻井平台需要接入岸电时, 应断开‘GA’, ‘BA’, ‘BB’三组断路器开关, 如三组断路器开关中的任意一组处于闭合状态, 都无法闭合岸电箱供电开关‘GB’, 岸电无法接入, 反之, 当‘GB’开关闭合后即已连接岸电系统, ‘GA’, ‘BA’, ‘BB’三组断路器开关都无法进行闭合操作, 避免误操作导致电力系统故障。
4 480V马达集中控制柜 (MCC)
480V马达集中控制柜主要为平台各马达负载提供电源并控制其运行, 并为部分电力系统分电箱 (如机修间设备分电箱, 厨房设备分电箱等) 、机舱设备 (如造水机, 分油机, 热水柜等) 、照明系统等提供电源, 由480V低压配电柜供电。根据不同马达负载的运行和控制需要, 马达集中控制柜需提供不同功能的启动器回路。例如平台压载水系统的潜水泵、预压载泵马达, 消防系统的消防泵、保压泵马达, 需在压载水控制站和应急消防控制站设置远程遥控功能, 能够对马达运行状态进行远程监控和对其进行远程启/停操作。带自吸装置的马达如主/应急消防泵马达、钻井水泵马达等, 启动器控制回路中马达主接触器需设置延时动作, 在发出启动指令后, 泵的自吸装置应直接投入运行, 马达需延时一段时间后再投入运行, 避免马达长时间空转运行。平台上部分钻井设备如泥浆泵风机马达、泥浆泵滑移马达等, 需提供手动模式和自动模式转换功能, 自动模式下马达由钻井系统PLC逻辑控制运行, 手动模式下由MCC及按钮盒控制。根据相关规范要求, 部分重要设备如消防泵马达、燃油泵马达、机舱风机马达等, 马达启动器需提供UVR (under voltage release) 功能, 即配电板母排由欠电压或失压状态恢复到正常供电后, 马达应保持欠电压或失压前的运行状态, 通常可通过启动器控制回路设计或配电板PLC逻辑控制实现该功能。
5 400/230V照明系统配电柜
钻井平台设400/230V主、应急照明系统配电柜各一台, 分别由480V低压主配电柜和480V低压应急配电柜供电, 采用三相四线制, 为整个钻井平台照明系统分电箱及其他400/230V电气负载和分电箱提供电源。
6 结束语
当今世界, 海洋资源开发技术发展迅猛, 各种配套技术和装备呈现日新月异的变化, 极大地推动了海洋开发活动在深度和广度上的不断拓展, 海洋油气开发作为海洋资源的重要组成部分, 发展迅速并不断获得重大发现和技术突破, 不断提高产能, 其产值占据了整个海洋经济的一半以上。随着人类日益增长的资源需求和技术突破, 自升式钻井平台在未来海洋资源开发的舞台上必将面对更多的机遇和挑战。
参考文献
[1]于永源, 杨绮雯.电力系统分析第三版[J].中国电力, 2007.
[2]美国船级社ABS MODU 2014[S].
自升式海洋钻井平台 篇2
摘 要：自升式钻井平台升降基础分段的结构形式复杂且空间紧密，板材厚，全部为全焊透结构，建造难度大。本文利用Solidworks软件对升降基础分段的各个零部件进行建模，根据建造流程策划对升降基础分段进行虚拟装配，并通过制作动画对建造流程进行仿真分析。根据仿真结果对流程进行优化，得到最优化建造流程，提前预知建造过程的难点，制定合理施工步骤，确保升降基础分段的建造质量。
关键词：自升式钻井平台；升降基础结构；Solidworks软件；建模；建造流程仿真
中图分类号：U671.4 文献标识码：A
Abstract：The structure of gear unit support foundation on the Jack up drilling unit is complex， the inside space is very small， the plates of gear unit support foundation are relatively thick and the well seams are full penetration welded， therefore it is very difficult to complete the structures construction. In this paper， the structures 3D modeling is established with the 3D CAD software olidworks， the virtual assembly for gear unit support foundation block is completed and the animation is made to carry on the simulation analysis of the whole construction process. Through the analysis， the most optimized construction process is obtained to visually describe the whole construction process， guide site construction and to ensure the construction quality of the structure.
Key words： Jack up drilling unit； Structure of Gear Unit Support Foundation； Software Solidworks； Modeling； Construction Process simulation
1 前言
升降基础结构是自升式钻井平台的关键结构，是升降装置和缩紧装置的载体，为桩腿升降提供导向，起到连接桩腿和主船体的作用。基于它的特殊用途，其板材多为高强度厚板，结构复杂，形式紧密。升降基础分段的建造是整个平台建造的难点和关键，需要根据其结构特点进行建造流程策划。由于其结构复杂，空间狭小，单纯的根据二维图纸对建造流程进行策划难度很大，而且也容易出错。另外，虽然通过CAD绘图方法能将二维再转成三维，可以直观地观察升降基础的结构特点，但由于不能进行仿真，故容易犯同样的错误。
本文以R-550D自升式钻井平台的升降基础为载体，采用简单便捷的三维建模方法对升降基础分段的各个零部件进行建模，利用其仿真功能校验初步策划的建造流程，对可行的流程进行优化，从而确定最优化的建造流程，通过三维视图等轴的形式，直观地描述整个建造流程，指导建造实施。
2 升降基础分段建模
2.1 仿真要求下solidworks建模的原则
要对升降基础分段的建造进行仿真，首先需要在Solidworks软件内建立升降基础分段的模型。在Solidworks软件内，建模对象分为零件与装配体。零件是最基本的模型单元，装配体由多个零件组成，单个零件不能单独移动，单独移动的操作对象仅为装配体。升降基础分段的结构复杂，零部件繁多，考虑到仿真的需要，在建立模型时每个零件应作为单独的装配体进行建模，以实现仿真时的独立移动。
2.2 升降基础分段的建模
R-550D自升式钻井平台升降基础分为下基础分段和上基础分段，下基础分段结构形式相对简单，上基础分段结构形式紧密且复杂，仿真的对象重点在于上基础分段。
在初步策划升降基础分段建造流程时，下基础分段分成下导向结构、下箱形结构、中间导向结构和上箱型结构四个中组件进行建造；上基础分段分成锁紧装置区域结构、齿轮箱和上导向结构三个中组件进行建造。根据以上策划，在建模时下基础分段分成四部分建模仿真，上基础分段分成三部分建模仿真，通过Solidworks软件建立的下基础分段和上基础分段如图1、图2所示。
对狭窄区域的结构，需要开设作业工艺孔以满足施工的要求，因此工艺孔的位置也应在建模的过程中体现在模型内，以检查工艺孔的设置是否合理。
对于结构复杂的上基础分段，各中组件的模型如图3、图4、图5所示。
3 建造流程仿真
3.1 Solidworks仿真的原理
在Solidworks软件中，对于已建立的模型可以通过设置爆炸视图和建立运动算例来实现仿真。通过爆炸视图的功能，按照策划的建造流程的各个步骤，逐步反推每个装配体（即各个零件）的发散顺序，合理设置每个装配体的移动距离，使整个模型发散变成由装配体组成的状态，然后通过运动算例，使各个装配体按照设想的顺序逐一组装在一起，从而实现仿真，检查建造流程中各个组装步骤的正确与否进而优化。
3.2下基础的仿真endprint
在下基础分段内，较复杂的结构为下导向结构和中间导向结构，其空间狭小且完工后密闭，需要对建造流程进行模拟仿真。
对于下导向结构，在组件建造过程中是单面开口的箱型结构，其内部被5档竖隔板分隔，考虑到该结构在安装到平台上后会形成密闭空间，对于该结构的建造流程仿真，主要是考虑建造流程是否对焊接顺序、施工空间、建造精度及方便性有利。基于以上要求，在4档竖隔板上设置工艺孔，先安装竖隔板于水平封板上，然后安装四周的围壁板。
对于中间导向结构，是全封闭的箱型结构，相对于下导向结构，在部件建造阶段增加了一块水平封板，其建造流程与下导向结构差别不大。
3.3 上基础的仿真
上基础分段的三个中组件均为复杂紧密结构，对施工顺序有严密的要求，需要通过仿真动画对建造流程的每一步进行反复的论证，找出可能导致无法施工的位置，通过优化调整确定适合现场施工的建造流程。
齿轮箱结构是整个升降基础最复杂的部分，与其他位置的结构不同，齿轮箱结构在相同的高度空间内分成了两层空间，后壁板与中壁板之间形成了一个高度仅为431 mm的全密闭空间，而且该空间内存在大量的焊接工作，如果建造顺序不合理会产生大量无法焊接的位置，导致该结构的强度无法满足要求，故而齿轮箱结构的建造流程仿真过程是：将齿轮箱结构合理的分解成各个装配体，必要时可增加结构焊缝，以优先满足该狭小密闭空间的焊接要求。初步确定以齿轮箱后壁板为基面，先确定加强筋、方套、肘板等易于焊接的其他装配体的发散顺序，再按照可焊接的顺序，依次调整后壁板与中壁板之间的各个结构的发散顺序，然后通过算例进行动画组合，找出不合理的顺序再进行调整优化，如此反复，得出最合理的建造流程，以保证完成该狭小密闭空间内的焊接工作。
锁紧装置区域结构，在安装锁紧装置位置处的跨度尺寸较大，容易产生各种变形，在与齿轮箱结构相接处位置也存在狭小空间，不利于焊接施工，对建造流程的要求主要是便于精度控制，满足狭小空间施工。基于以上要求，在该结构的建造流程仿真中重点对锁紧装置安装位置的结构及狭小空间的结构处的建造流程进行检验，以后壁板为基面，先确定狭小空间处封板的装配顺序，再确定前壁板及左右壁板的装配顺序，最后确定各水平横档结构的装配顺序。
对于上导向结构，在组件建造过程中也是单面开口的箱型结构，与齿轮箱大组立后也会形成密闭空间，其建造流程与下导向结构差别不大。
根据仿真分析的结果，相应调整需要优化的步骤，形成最优化的建造流程，然后根据建造流程逐步制定相应的建造工艺，通过三维视图直观地表达每一个建造步骤，以指导现场施工。在实际施工过程中，仿真分析得出的建造流程为现场施工提供了指引，保障了升降基础分段建造的顺利开展。图6为上基础分段结构。
4 结论
自升式海洋钻井平台 篇3
1. 平台概况
(1) 结构。平台主体为典型的尾部开槽自升式钻井平台, 由长方形的平台主体、四根圆柱形桩腿和齿轮齿条升降系统组成。平台结构主要尺寸如表1所示。
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平台体自下而上依次为底甲板、主甲板和上部甲板。平台底甲板主要承受预压载、燃油、淡水等液舱的重量。主甲板首端设有直升机平台和生活区, 另外主要有泥浆泵、泥浆池以及部分机械设备。平台体中间两侧共有吊机两座 (贝克海洋900型船用起重机) 。上部甲板主要有井架、钻井设备、管子堆场等。
平台结构采用纵横骨架式结构形式, 在固桩围井区进行特殊加强, 围井四周面板加厚, 船体材料为ABS的A级钢 (屈服极限248MPa) , 桩腿为ABS的DH36级钢。
(2) 功能性载荷。功能性载荷包括结构载荷、吊机载荷、设备载荷、各类容器及其储藏物载荷、电缆载荷、管线载荷以及可变载荷等。结构及设备载荷总重量2 217t, 钻井状态可变载荷928t、升船状态可变载荷473t、生存状态的可变载荷246t。
(3) 环境条件。作业水深15m。
波流载荷:操作工况最大波高7.62m, 波周期12s, 海流设计流速1.02m/s;自存工况最大波高8.53m, 波周期14s。
风载荷:操作工况36.0m/s;自存工况51.5m/s。
2. 有限元模型 (见图1)
结构建模时选用BEAM188、PIPE59、PIPE16、SHELL63、MASS21等ANSYS程序自带的单元类型, 依据现场检测资料扣除各构件腐蚀, 建立有限元模型。
根据《海上移动平台入级与建造规范》的要求, 其边界条件取泥面以下3m处铰支承。载荷依据不同改造方案加载。许用应力当应力安全系数为1.11。
3. 改造为配套生活支持平台
改造为其他平台的配套动力生活支持平台, 保留本平台泥浆循环系统、动力系统、生活楼, 去除井架及相应的钻井载荷。去除载荷大小及设备项目 (见表2) 。
在改造为动力生活支持平台后功能性载荷大幅减小, 考虑到改造后甲板堆放杂物增加载荷的风险, 将目前结构进行反算, 求出允许增加的均布载荷值。计算工况选取作业、自存、拔桩工况, 计算结果见表3, 等效应力汇总如图2所示。
分析计算结果, 得出如下结论。
(1) 固桩区横纵舱壁处在作业工况下等效应力值较大, 已接近许用应力值 (223MPa) , 这是由于作业工况下甲板垂向载荷较大所致, 此位置按甲板载荷布置图已施加8kN/m2的载荷, 另加5.33kN/m2共计13.33kN/m2。
(2) 固桩室位置在自存工况下等效应力值较大, 这是由于自存工况下环境载荷更加恶劣所致。船体及固桩区的最大等效应力图见图3、4。
4. 改造为油气集输平台
为配合生产需要, 国内某些自升式平台被改造为油气集输平台, 做固定平台使用。考虑将此平台改造为油气集输平台进行分析。
考虑到平台改造后的工作能力, 同时参照其他油气集输平台的储油能力, 按照配有11.5m直径储油罐, 液货及罐630t (均布载荷为61kN/m2) 的情况进行计算分析。
改做固定平台后按照《浅海固定平台建造与检验规范》要求需考虑冰载荷, 取设计冰厚24cm, 极限抗压强度2 085kPa进行计算。
仅就作业工况进行核算。作业工况计算汇总见表4, 等效应力汇总图见图5。
分析计算结果, 得出如下结论。
(1) 作业工况下去除了652t钻井区域载荷增加了630t储罐载荷, 由于载荷分布的变化导致距船尾25.47m横舱壁与距中11.05m纵舱壁部分位置应力不满足要求;
(2) 增加储油罐后改变了平台甲板的应力分布, 对平台结构影响大。
5. 结束语
自升式钻井平台在服役年限超过设计寿命后, 故障频率随之提高, 较大的上部载荷及环境载荷易导致结构失效影响作业安全。笔者研究了将重量载荷较大的钻井模块报废后, 平台后续改造方案的适用性。主要选取了两种典型方案, 改造为其他平台的配套生活支持平台及油气集输平台。经比较分析给出如下结论。
(1) 老龄平台改造为配套生活支持平台, 设备载荷明显减小, 船体结构应力水平有所降低, 此方案可行, 但考虑到甲板堆放杂物的可能需核算结构的承载能力。
(2) 老龄平台改造为油气集输平台, 由于储油罐重量大, 对船体及桩腿的影响显著, 考虑到钢材腐蚀及累积损伤度, 此方案不可行。
参考文献
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[5]李润培, 王志农.海洋平台强度分析[M].上海:上海交通大学出版社, 1992.
自升式海洋钻井平台 篇4
关键词：自强号,升降系统,修复,实践
一、升降系统修复背景
(一)升降系统修复概况
自强号是1979年建成使用,于1994年由美国引进到渤海。1995年至1998年,船龄35年,自强号在渤海湾油田作为黑油开采平台。1998年由大连造船新厂改造,原船级是ABS,引进后船级取消。于1998年开始,作为生产支持平台,至今已经16年。在油田作业已延期限服役,随着油田生产计划安排,决定对自强号进行复员处置。
在排除租用浮吊现场拆除等其他报废方案后,自强号报废处置最关键的步骤就是修复16年没有进行升降作业的升降系统,安全地将平台降船拖航至拆船厂进行处置。升降系统必须满足可以安全平稳地将平台降下来,并且在紧急情况下,具备应急升船能力。
(二)自强号基本情况
自强号为三桩腿沉垫自升式平台,桩腿为圆柱齿轮齿条形制,直径3.048米,单桩长度77.72米,桩腿壁厚31.75毫米至63.5毫米。
平台主尺度长×宽×型深:58.22米×40.23米×4.88米;
沉垫主尺度长×宽×型深:59.588米×49.99米×3.048米;
空船重量:9388吨;
航渡可变载荷:350吨;
升船后可变载荷:1350吨;
最小吃水:2.32米;
满载最大吃水:2.64米;
裙板:0.61米;
沉垫回收后,与平台间隙最小为0.46米。
二、升降系统现状及修复内容
(一)升降系统现状
自强号海洋平台已十多年未进行升降作业,升降装置因缺乏必要的维护、保养措施,机械结构与液压系统设备均出现不同程度锈蚀,各液压、电气元件均超过正常使用寿命,升降系统安全运行存在严重隐患。
平台每条桩腿有四套驱动装置,即四套齿轮箱马达组件,全平台共12套。12个齿轮箱都有一定锈蚀,锈蚀深度也不尽相同。齿轮箱内部有一对啮合齿轮,输出端为开式齿轮,输入端为轴端法兰,法兰通过24个M24的螺栓连接到马达外壳上。马达通过支撑座连接到齿轮箱的外壳上。整个驱动系统通过M24的连接螺栓把齿轮箱外壳固定在围阱区上。现场考察发现齿轮箱外壳有块状锈蚀脱落,齿轮箱表面有直径20mm的蚀坑,齿轮箱的固定螺栓有锈蚀。齿轮箱的现状如图1。
马达的固定座锈蚀严重,马达的油管有的烂穿,有的接口断裂,马达的刹车带均有锈蚀,有的刹车带甚至烂穿损坏,马达的连接螺栓也有锈蚀。马达的现状如图2。
(二)修复主要内容
1.加装 6 套齿轮锁紧装置。
2.拆除现场齿轮箱及液压站电机、泵等机械设备,并送回对其进行检查、修复或制造。
3.对现有液压马达进行试验检测,修复或购置新马达及刹车机构替换原设备中的赫格隆老型号马达及刹车机构。
4.液压———电控系统重新设计及制造。
5.设备出厂及现场安装、调试。
6.现场安装进行联调。
三、升降系统施工步骤
针对,自强号升降系统的现状,制定了“核算、拆除、评估、修复、安装、调试”几大步骤如表1(见下页)。
四、升降系统修复方案
(一)临时锁紧装置
对现有的临时锁紧装置进行测量,并进行核算及结构评估,现有的临时锁紧装置结构老化,安全性低,因此决定在现有的锁紧装置的基础上,再增加一套新锁紧装置。现有的临时锁紧装置的图纸如图3所示(见下页)。
新的锁紧装置方案采用了两齿分开锁紧,独立预紧,每套锁紧装置有两齿同时啮合受力,并可对预载进行量化调节,使得拆卸、自存时的平台安全性得到了有效保障。临时锁紧装置的设计、制造及检验全过程均应由CCS监控并取得相应认可及证书。
焊接临时锁定装置的作业 高度大致 在距离平 台甲板3800mm左右高度,重量大约400kg。
锁紧件材料为42Cr Mo,其他结构件采用DH36材料。
临时锁紧装置施工。(1)运至平台前支架主体部分已按照图纸要求焊接成“]”型,所有筋板需要现场焊接。(2)根据现场工况和条件,制定施工方案。(3)在大齿轮上选一合适齿,该齿位置能使临锁有效焊接区域最大又便于施工;划该齿对称线,使该对称线一直延至围阱区板上,该对称线将作为临锁安装基线,请务必准确。(4)装入锁定件上齿与锁定件下齿,调节顶部螺栓使上、下齿不发生移动,并安装盖板;吊装“]”型支架与上、下齿,使其与围阱区板贴合;微调“]”型支架至合适位置,使锁定件上、下齿分界线与对称线重合,并使上齿靠住大齿轮;点焊“]”型支架到围阱区板,使其固定于围阱区板上,并调整临锁正面螺栓使上、下齿均接触。该步骤的目的就是为了使临锁安装到位,可根据现场工况和条件,制定相应工装和方案对该步骤做适当调整,以更好地完成安装。(5)实焊“]”型支架于围阱区板上,并按照图纸要求焊接各筋板,若围阱区板的空间不够焊接筋板,在围阱区板外侧外接钢板,该钢板将与临锁一起运至平台。(6)在锁定件尾部压入楔形块,盖上楔形块压板,拧紧压板螺栓,最后拧紧楔形块螺栓。(7)新临时锁定装置焊接完毕后做焊缝检测,合格后涂漆保护。
(二)马达齿轮箱组件的修复
马达齿轮箱组件包括马达、齿轮箱、罩壳和润滑系统。修复时根据各自情况分别采用不同的修复方案。
1.马达。马达是整个系统的驱动元件。平台目前马达为液压柱塞式转低速重载液压马达,马达自带刹车带制动器。马达排量38000ml/r,制动器的制动能力为120k Nm。马达由一个固定支撑座固定在齿轮箱外壳上,输出端为马达外壳,通过24个M24螺栓与齿轮箱输入法兰连接。马达的外形为圆柱性,外径大约1200mm,重约1.6t。
马达的修复主要依靠在厂内进行功能试验和检测,如无法修复可送回赫格隆公司进行换件。如需国产替代马达,参数应按照不低于原马达能力设计,安装接口按新马达接口设计,符合安装要求。但在拆除后发现,尽管16年没有使用,但是马达保存状况很好,经过简单维修后,通过了功能试验。
2.齿轮箱。齿轮箱的主要作用是对马达减速,传递扭矩给套筒齿轮,齿轮箱的罩壳并起马达的固定支架作用。齿轮箱通过M24螺栓固定到围阱区上,开式齿轮穿过围阱区上的安装口与套筒大齿轮啮合。
齿轮箱的恢复有两种方案,优先采用的为修补复原,利用现有的齿轮箱作为毛胚,在上面覆层并加工的方式修复。第二种方案为全新设计制造,按照拆卸下来的齿轮箱设计减速比一致、外形接口一致的齿轮箱,材料选用不低于进口齿轮箱的强度材料,保证强度及使用寿命。
(1)齿轮箱修补复原。齿轮的修复主要采取激光熔覆的技术。激光熔覆技术具有以下优点:激光熔覆层与零件本体呈冶金结合,结合强度高;激光熔覆层比零件本体具有更好的性能,使用寿命更长;修复后的零件变形小,后续加工余量小,在精度要求不高的情况下可免加工;激光熔覆材料广泛,可根据要求灵活选择。
激光熔覆技术满足齿轮修复的各方面质量要求。为保证齿轮副的接触强度,熔覆金属层的硬度应该比现有本体的硬度稍高,齿轮副的材料应该不同并且小齿轮的硬度比大齿轮的硬度高30HB左右,由于齿面硬度现场未测量,通过计算接触强度和查阅相关资料初定大齿轮的表面硬度为320HB~350HB,小齿轮硬度大于360HB。齿轮箱外壳对于锈蚀深度不超过3mm的区域可以直接采取表面喷砂除锈再重新喷涂防护的形式恢复,对于点坑锈蚀面较大区域需要采取堆焊加厚的形式恢复。齿轮轴的修复同样主要采取激光熔覆的技术,滑动轴承的修复根据实际情况采取换件或者高分子材料修复技术。
齿轮的修复过程主要包括齿轮的投影测量、逆向出图、除锈、抛出金属本色、清洗、干燥、配金属粉末、激光熔覆、加工等过程。齿轮箱零部件修复后做检验,合格后再组装。
(2)棘轮棘爪逆止器。为保证下放的安全,在原来的减速机输入法兰上焊接一套棘轮,在马达安装底座上焊接棘爪座。棘轮的模数60,棘轮齿数20,棘轮宽度90。棘爪宽度100,危险截面高度60。棘齿偏斜角15°,齿顶高45,棘爪工作面长度90。每个法兰上有一套逆止器,共12套,棘轮棘爪机构强度有足够能力制动整个平台。
3.罩壳。齿轮箱的罩壳修复主要是堆焊修补、在不影响安装的区域增加筋板的方式进行修复。重点修复区域为M24螺栓接口处,为保证修复后的尺寸,该螺栓孔需要进行加工。
4.润滑系统。目前机械设备润滑系统缺乏维护,原润滑管路已完全失效。考虑自提升装置修复后使用次数有限,机械系统的润滑全部采用手动润滑方式。
(三)液压系统的方案
根据调研情况,原液压系统的大部分管路和元件已经失效,且元件无法在市场上找到替代品。
液压回路泵源由双联泵控制,主泵控制马达主回路,副泵控制马达的刹车回路。液压系统采用比例控制阀控制,配置平衡阀具有一定的抗冲击及稳定性,出于安全考虑系统能限制平台的最大升降速度,避免超速使平台遭到破坏。
液压系统配备有独立的电气控制系统实现设备动作要求,同时可输出液压系统的压力等运行信号,供设备整体性能分析使用。
1.液压管线。液压装置钢管采用普通碳钢钢管,钢管直径、壁厚等按船用相关标准计算确定。软管根据工作压力和使用状态具体配置,在管路各部分的最高和最低位置上分别设有排气和放油设备,以保证液压油中的气体和污油顺利排放。
中间管线采用高压软管连接。
根据设备使用的环境,液压系统介质使用VG46抗磨液压油,油液颗粒度为NAS16387级;
2.电控设备。根据勘察情况,电气元件均为70年代产品,部分控制回路采用单片机、电路板等老式部件。更换元件均较难采购。该套控制系统部分传感器遗失,加上原液压系统恢复困难,恢复意义不大。电控设备根据新液压系统进行配置。
3.电控系统。具有桩腿单元的控制逻辑、数据采集、平台状态监控、故障报警等功能,进行桩腿的升降,各主电机的启停和功能切换。
(1)速度检测以及同步问题。在平台上升或者下降过程中,通过在设定时间内计量感应脉冲数来计算平台上升或者下降速度,PLC通过PWM方式把接受的开关信号转换成电压模拟信号,调节比例换向阀开度来改变阀的流量以实现桩腿的速度同步,同时将规定时间内感应开关感应的齿数与设定值比较,如果比设定值大并且超过安全值,则产生报警信号,并停止工作。
(2)控制台门板嵌有HMI显示单元,能够直观的观察3个桩腿下降的高度以及压力和液位等状态信息。
(3)应急系统。为了防止PLC系统出现问题,在桩边控制柜中设计了一套手动控制系统,搭建一个包括报警功能在内的继电器电路,这套系统能在自动系统失效的情况下,通过手动操作完成平台的升降和报警功能。
(四)调试
调试作业前,完成相关的电气、液压、阀门状态等的检查工作。
布置桩边作业人员,随时观察锁紧装置及齿轮箱、齿轮齿条、马达状态。
单桩进行点动,提升平台,观察各桩载荷变化情况,同时检查锁紧装置及齿轮箱、齿轮齿条、马达状态。
三桩点动后,静载观察至少24小时,在此过程中平台应无下降。并做好值班巡检工作,保证平台安全。
进行三桩联调工作,确保三桩动作同步。
调试完成后,操作液压系统,锁紧刹车带。
五、研究结论
首先,自强号平台系统修复是自强号顺利复员报废的先决条件,修复后的性能的优劣直接影响平台的安全降船拖航。
其次,通过对自强号升降系统现状,修复内容、步骤、计划、方案,风险分析的分析论述,提供了类似结构的升降系统的修复方案和经验,对同类项目提供一定的借鉴意义。
自升式海洋钻井平台 篇5
关于海洋平台疲劳问题已经进行了大量的研究和计算工作,不过以往对海洋平台的疲劳分析基本都集中在平台结构的管节点处,而且对于实际服役中的析架式桩腿的自升式平台以及导管架平台而言,疲劳破坏确实多发生于桩腿构件尤其是焊接管节点处。但对于圆柱形桩腿的自升式海洋平台而言,其升降装置的固桩架发生疲劳的可能性也是比较大的,所以,对其进行疲劳强度校核也是非常有必要的。
现以某300英尺自升式海洋平台中的固桩架结构为研究对象,在风暴自ANSYS静力分析和动态分析基础下,得出固桩架的时间历程分析,探讨疲劳分析nSoft软件在固桩架疲劳强度分析中的应用。
升降装置机构示意图如图1。
1 固桩架动力分析
1.1 固桩架的有限元模型
经过简化,得到的固桩架的模型固桩架板壳部分和实体部分有限元模型如图2所示,承载区的网格密度相对要大一些。有限元模型共包含11793个Shell单元,2568个Solid45单元,6912个Solid95单元,节点总数为945758。
1.2 计算条件及工况划分
当海洋平台行驶(或被拖拽)至预定海域后,先由齿轮升降机构把桩腿下深至海底,此过程为桩腿下降,然后齿轮升降机构向上抬升平台使之保持在海平面上某合适高度位置同时对齿轮齿条啮合部位进行锁定以保持平台与桩腿的固定,再往平台自身注入海水以增加重量迫使桩腿压入海底使桩腿固定在海底,此时升降机构齿轮齿条承受预加载荷。固定好以后放掉平台内的海水并对平台上的装置进行增补等,若再需要升降平台时可以利用齿轮升降装置继续升降平台。当需要移动平台位置时,放掉平台上存储的水减轻重量同时齿轮升降机构提升桩腿拔出海底。
自升式海洋平台采用齿轮齿条升降方式,这种升降装置具有可连续升降、升降速度快、操作灵活等优点。作为升降系统的重要承载部件,齿轮齿条啮合副既需要在升降状态下完成桩腿及甲板的升降,还需要在正常工作状态及风暴自存状态下支撑船体甲板及相关设备,长时间处于承受重载的状态(包括动载荷)。
单个齿轮齿条啮合的载荷工况表如表1所示。
1.3 动力分析结果
根据以上载荷工况对固桩架进行瞬态动力分析,动力分析计算出的固桩架的最大稳态位移4.944mm,提取动应力幅度最大节点36496的应力-时间响应数据,如图3所示。
2 固桩架S-N曲线的估计
2.1 单点数值模拟试验
将有限元分析结果导入nSoft软件后,以下为应力245.302MPa作用在固桩架上时,nSoft模拟疲劳分析结果监控表2、应力损失云图4以及疲劳损伤分布云图5(图6为Ansys应力云图)。
由结果监控表2可以直接读出固桩架危险点36496节点的至破坏时的循环数N(即疲劳寿命)为6247;应力损失云图4所得结果与Ansys分析结果图6一致,说明了nSoft与Ansys的兼容与一致性。
分析作用在固桩架上其余7个应力,获得其对应的应力水平下的疲劳寿命N,总结如表3。
2.2 模拟结果分析
根据S-N曲线Sm N=C在双对数坐标上为直线的假设,亦即根据式mlg S+lg N=lg C在用直线拟合数据点时,可以采用最小二乘法确定出最佳的拟合直线。用最小二乘法得出的拟合方程为:
式中a、b是待定常数,由以下式子确定:
得构件固桩架的S-N曲线:lg N=24.99-8.883lg S,S-N曲线如图7所示。
3 疲劳分析
在工程实际问题中,相当一部分结构零件所承受的循环载荷具有明显的阶梯状,对于这种阶梯状程序载荷导致了累积疲劳损伤,可以把线性疲劳损伤理论应用到疲劳强度的分析上来。
3.1 载荷谱块的确定
若构件在恒幅载荷下,利用S-N曲线,在已知应力水平下时,可以估计寿命。然而,大部分构件的实际工作载荷是变载荷,固桩架在其工作的时间历程里,受的就是变载荷,在进行疲劳分析时,首先必须确定零部件或结构工作状态下所承受的扰动载荷谱。
载荷谱的确定,通常有两种方法。其一是借助已有的类似构件、结构或模型,在使用或模拟使用条件下进行应变测量,得到各典型工况下的载荷谱,再将各工况组合起来得到的载荷谱,称为实测载荷谱;其二是在没有适当的类似结构或模型可用时,依据设计目标分析工作状态,结合经验估计载荷谱,这样给出的是设计载荷谱。本文采用方法一,利用疲劳分析软件nSoft,对ansys模型进行应变测量,得出固桩架的载荷谱,如图8所示。
3.2 疲劳结果分析
根据估计所得构件固桩架的S-N,在nSoft定义构件S-N曲线对话框,经疲劳计算后得到结果如表4。
其中状态1为固桩架未经工艺处理,疲劳损伤Damage为0.06329,疲劳寿命Estimated Life为16Repeats,即为16年。状态2为同样分析过程下,考虑固桩架结构的表面处理,经热轧喷丸硬化处理,疲劳损伤Damage为0.04331,疲劳寿命Estimated Life为23Repeats,即为23年。因为选取的36496节点为固桩架的关键部位,可将此点的失效作为整个固桩架失效的主要判断依据之一,估算其整体寿命也在15年以上,满足平台的初始设计要求。
4 结论
(1)依据齿轮升降装置不同划分工况,对固桩架进行动力响应分析,比较准确的描述了平台在不同工况下升降装置固桩架的动力响应。从分析结果看出,固桩架动力响应和应力响应的周期基本一致。
(2)本文在固桩架设计阶段使用有限元建模,结合计算机模拟和nSoft疲劳分析技术,设计者可在固桩架设计制造之前预测固桩架的寿命,进行结构优化设计。
本文提出的这种结构疲劳分析方法实用,简便,对海洋平台的其它结构疲劳分析和安全评估具有一定的实际参考意义。
参考文献
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[3]曾春华.疲劳分析方法及应用[M].北京:国防工业出版社,1992.
[4]王国军.nSoft疲劳分析理论及应用[M].北京:机械工业出版社,2007.
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自升式海洋钻井平台 篇6
1.1 液位遥测系统组成
移动式平台在拖航过程中受拖航稳性限制,平台重心不能过高,操船人员通过调节船体压载水使船体在拖航过程中保持重心,而且在升降过程中,插桩后要通过压载系统调节船体重量,保证插桩后船体更加平稳,所以对各舱室压载情况的监控就显得至关重要。液位遥测系统就是通过监测舱室液位,然后计算舱室压载水重量,给操船人员调节压载提供重要的参数依据。
200英尺钻井船项目液位遥测系统由一个集中显示控制柜、两个采集阀控箱、现场传感器及引压管组成。集中显示控制柜位于中控室,内装有系统的主站及一个数据采集从站。系统主站接收从站采集到的数据,并进行计算处理,在触摸屏上显示各舱的液位、重量、体积等参数。
两个采集阀控箱分别安装于平台的左右舷,阀控箱内均安置有1个系统从站和触摸屏,从站通过信号采集模块和通讯模块实现数据采集及与主站的通讯功能,触摸显示屏可以显示系统内所有舱室的液位及相关数据。
1.2 液位遥测系统的工作原理
200英尺项目中,系统采用利用静压原理的吹泡式液位计,其工作原理如图1所示。压缩空气经减压阀后气体压力被调节为0.15 MPa～0.2 MPa,再经恒流阀输出,由引压管通向各被测舱室的底部。根据气体的导压性,引压管内空气的压力应处处相等。
当舱室内液面高度低于引压管出气口时,引压管内的气压与大气压力相同,静压传感器检测到的压差为零, 随着被测舱室内液面的变化,引压管内将产生一个相对于大气压力且与液面高度成正比的气压变化值。系统通过安装于阀控箱内的静压传感器实时地测量出液体高度产生压力值的大小。
2 液位遥测系统调试方法设计
2.1 系统调试方法设计思路
液位遥测系统为压载提供重要参数,其精确性、稳定性至关重要,调试方法的设计应充分考虑影响系统精确性的因素,达到验证系统各功能的目的。
根据液位计测试常用方法,首先考虑将液位计与软管连接,向软管内注水,对比观测系统显示和软管中液位的高度,验证液位计精确度。在200英尺项目中,系统液位计采用吹泡式测量方法,仪表气工作压力为0.15 MPa～0.2 MPa,软管中测试液体会被仪表气吹出软管,因此该方法无法测试系统功能。其次考虑将引压管放入合适管径的透明管内,向软管内注水,对比测量系统显示和软管中液位的高度,由于钻井船舱室结构复杂,舱室中间存在隔层,管线敷设线路存在折弯,压载舱室最高为7.62 m,在舱室内不易读取透明管内的液位数据,因此本方法也无法实现对系统功能的测试。根据本项目的实际情况,制定模拟测试与实际验证相结合的方法,通过用手持气泵模拟压力信号测试系统内部模块是否工作正常,测试系统程序是否正确,测试变送器输出线性是否符合要求,并校准变送器零位偏差,调节气泡数量,减小系统内部误差,然后选取两个测试点向各舱室加水,进行实际对比验证。
2.2 系统调试方法设计
2.2.1 模拟测试的关键点
模拟测试旨在通过模拟液位变量的方法验证系统的完整性,降低系统内部误差。系统通过将测量到的一定高度液体产生的静压转换为液位高度进行显示,根据流体静力学原理分析主要影响系统测量精确性的3个因素:被测液体密度参数、零位偏差和系统吹泡数量。
(1) 被测液体密度参数:
液体密度是影响测试精度的关键因素,液位高度与液体密度ρ成反比例关系,当ρ的设定值偏大时,显示值比实际值偏小;反之,显示值比实际值偏大。
(2) 零位偏差:
被测液体产生的压力经变送器转换为4 mA～20 mA的电流信号I,由中央控制台采集处理。设液位高度显示为h,其计算公式为:
undefined。
其中:H为系统所能测量的最大液位高度,undefined为系统所选用静压传感器的量程上限值。
本项目中压力变送器量程为0.25 MPa,舱室被测液体密度为1.025 t/m3。经计算得,当静压传感器输出偏差为0.06 mA时,系统显示有0.1 m的偏差。在现场实际工况下,压力变送器均存在零位偏差,使得系统显示存在偏差,因此调试方法中要修正零位偏差。
(3) 系统吹泡数量:
系统引压管管线存在气阻,正常工作时,流动的仪表气在压力变送器处产生阻滞压力,使得采集压力偏大。偏差值由管线长度和气体流速决定,当仪表气流速大时,管线压阻产生的偏差大,影响系统的精确性;但当流速小时,被测液体产生的静压存在滞后性,影响系统的实时性和稳定性。因此,调节合适的气泡数量是保证系统测量的精确性和稳定性的关键。
2.2.2 实际验证的关键点
实际验证是在实际工作环境下,校正因外界因素产生的偏差。为安全、精确地验证系统的性能,在实际加水验证过程中主要考虑安全加水、测量点选取和实际测量3个关键点。
(1) 安全加水:
参考升降调试的配载方案,为保持船体重心,测试压载舱时,同时向对称两舱室加水,阀门打开顺序为(3P、3S)→(4P、4S)→(2P、2S)→(6P、6S)→(7P、7S)→(1C、8P)→(8S、9C)。
(2) 测量点选取:
选取舱室一半高度上、下各一点进行实际验证。本方案中选取一个校准点,两个测试点。压载舱屏幕示数3.5 m时为校准点,示数2 m和5.5 m为数据记录点。非压载舱屏幕示数1 m为校准点,示数0.8 m和1.3 m为数据记录点。
(3) 实际测量:
用测深尺在测深孔处测量实际液位高度,为减小误差,采用5次测量,去掉数据中的最大值和最小值,然后算取3次平均值得到实际液位,使测量更精确。
3 液位遥测系统调试方法的实现
3.1 调试问题分析方法
设备在现场安装完成后,需要进行系统功能测试,测试过程就是不断地调整系统软件程序,完善硬件设备安装,解决影响系统性能实现的现场问题,最终使系统实现设计要求的功能。液位遥测系统调试过程中存在的主要问题有系统显示偏大、系统显示偏小及系统无显示。根据系统组成及工作原理,内部程序模块、静压传感器、引压管与恒流阀3个方面能够影响到系统最终数据,其与常见问题的关系见表1。
3.2 调试过程实际案例分析
3.2.1 系统显示值比实际值偏大
当预调7S舱时,显示液位比实际液位偏高,第一次测量实际液位为1.43 m时,显示1.56 m;第二次测量实际液位为1.96 m时,显示2.01 m。读取PLC程序得到数据,系统密度设置为1.025 t/m3,实际零液位时,变送器实际输出为0.8 kPa;实测1.43 m时,变送器实际输出为16.2 kPa;实测1.96 m时,变送器实际输出为21.4 kPa。3个不同测量点压力数据分析见表2。
根据ρ=P/(gh),推算液体密度:第一次测量时的密度为1.06 t/m3,第二次测量时的密度为1.07 t/m3。判断液体设定密度比实际偏低。
检查发现水有铁屑、灰尘等杂质未清理干净,致使液体密度增加,而且随着水量的增大,误差逐渐减小,清除杂质后重新进行校准测量,测量精度符合要求。
3.2.2 加水初期液位无显示
预调6P舱时,向舱里加水,液位显示一直无变化,等实际液位到1 m左右时,随着液位变化,数据显示开始变化。
先关闭检修阀,随着平衡气室的压力增加,液位显示也增加,内部模块、静压传感器可以正常感应压力变化,因此判断引压管有漏气情况。检查发现距船底约1 m处引压管被撞断,恢复引压管后,重新测试,测量精度符合要求。
3.3 调试结果
对200英尺钻井船液位遥测系统进行功能调试后,各舱室测量误差小于0.03 m,偏差度小于0.5%,符合设计的精确度要求。其中一舱室(舱高7.62 m)测量结果见表3。
4 结语
液位遥测系统的调试方法应根据不同的系统组成及工作原理进行制定,参考现场实际工作环境进行实施。液位遥测系统调试方法的制定应充分考虑影响系统精确性的因素,降低系统内因、外因产生的误差,方法的实施应具备安全的保证,并减少资源的投入。
摘要：基于海洋石油200英尺自升式钻井船项目工程实践,探讨液位遥测系统的调试方法。通过对海洋石油200英尺自升式钻井船液位遥测系统的调试结果表明,此方法可以准确测试系统的性能,为其他技术人员对液位遥测系统的调试提供参考依据。
关键词：液位遥测,吹泡式液位计,调试
参考文献
[1]李良茂,张以民.温度、压力、流量、液位常用测量仪表使用指南[M].北京:中国计量出版社,1988.
自升式海洋钻井平台 篇7
2 0 0米自升式钻井船较常规海洋石油平台,电网容量有限,且电力负荷中存在大量的直流设备。它们的经济运行直接影响到整个电力系统的电能质量,并关系到系统的节能降耗。本文以直流钻机的应用为例,分析说明直流电动机在不同工况下的运行特点,选取最佳运行方式。为今后直流电机在有限容量电网中的经济运行提供技术参考。
直流电动钻机系统一般包括:泥浆泵、转盘、绞车和控制台等。钻机系统的突出特点是对电机的调速性能要求较高。直流电机结构复杂(有换向器)、成本高、需要较多的维护和保养,应用不如交流电机广泛。但是,直流电机具有良好的起动性能和调速性能,仍然广泛地应用于对起动和调速要求高的生产机械中,特别是在陆地及海上钻井平台系统中。
二、自升式钻井船直流钻机系统的应用
下面以海洋石油工程股份有限公司为中海油服承建的4艘L780船型200米自升式钻井船为例,介绍一下钻井船直流钻机系统:
1、传动系统
整个可控硅整流系统有5个可控硅柜、1个电磁刹车柜。采用A C-S C R-D C的电传动方式。绞车为三拖一、转盘为二拖一、泥浆泵为一拖一。但通过切换柜逻辑互锁关系控制通路来保证每组可控硅只对应控制一套设备。通过对可控硅元件的控制,将恒压,恒频交流电源整流成连续可调的直流电源,从而实现无级调速,满足传动要求。为了保护整个系统,在进线的母排上安装了电流互感器,并将检测到的数据传输到6 R A 7 0直流调速器上,这样确保了传动柜的结构紧凑,保护措施严密,安全性能高,工作效率高。具体请见图1。
2、控制柜
电磁刹车柜:
电磁刹车柜配备S i e m e n s/6 R A 7 0系列直流调速器一台,为电磁刹车装置提供调节的直流电源。电磁刹车在下钻、打钻时使用,原理是通过克服悬重力,使大钩以一定速度向下运动,达到下钻和打钻的目的。
切换柜:
柜内安装了16个直流接触器,可利用柜内设定的逻辑关系实现可控硅对直流电机的一对一控制。此外,还可用直流接触器改变直流电机电枢的电流方向,实现转盘及绞车的正反转功能。
3、高压泥浆泵
两台泥浆泵采用两套西门子S C R直流调速器驱动,其速度控制可通过现场总线在司钻控制台上由司钻进行速度调节和设定。在泥浆泵房装有泥浆泵现场控制台,可以实现本地操作(启动、停止、调速、测试等)。
泥浆泵采用全数字直流调速控制系统,在转速较低时可以持续运转,且能提供连续转矩,启动转矩高。在恒功率时有较大的调速范围,体积小、可靠性高。利用此系统驱动泥浆泵可方便的调节泥浆泵的排量,减少泥浆泵缸套的更换次数。
4、绞车控制
采用西门子S C R直流调速器驱动,其速度控制可通过现场总线在司钻控制台上由司钻进行速度调节和设定。
绞车采用全数字直流调速控制系统,在转速较低时可以持续运转,且能提供连续转矩,启动转矩高。在恒功率时有较大的调速范围,体积小、可靠性高。利用此系统驱动绞车可方便的调节绞车的速度或转矩。
5、转盘控制
采用两套西门子S C R直流调速器驱动,其速度控制可通过现场总线在司钻控制台上由司钻进行速度调节和设定。
全数字直流调速控制系统,在转速较低时可以持续运转,且能提供连续转矩,启动转矩高、扭矩限制等。在恒功率时有较大的调速范围,体积小、可靠性高。
三、探讨直流钻机的经济运行
首先,使柴油机尽可能运行在或者接近持续功率点,降低耗油率。
其次,尽量提高电网功率因数,降低电流,充分利用发电机组的容量,尽量减少发电机组使用台数,降低油耗,减少机械磨损。
再次,减少直流电机、发电机发热,提高电磁效率。
钻井船使用的直流电机均为串励电机,串励电机等效电路图如图2所示。
通过分析串励电机电磁特性可知:
直流钻机经济运行的方法就是降低直流电机所需的输出转矩,提高转速,降低电流,提高直流电压,从而降低系统发热,提高发电机与电动机的效率,提高发电机的功率因数,使柴油机能以较大的输出功率在低耗油区工作,并尽量减少发电机的运行台数,达到提高经济效益的目的。
在工程实际中可采取如下操作实现经济运行:
首先,在钻井过程中,根据需要选定一定的泥浆泵泵压和排量及转盘转速后,让泥浆泵在允许的较高泵冲下工作;选择尽量低的绞车档位,让驱动绞车电机在较高转速下运转。
其次,在起钻的过程中,根据井下复杂情况,选定一定的起钻速度后,应尽量选择绞车低速挡位,以达到电机低输出转矩,高转速的目的。
此外,中海油服选用直流钻机系统作为钻井船钻井系统还有一个考虑,即中海油服现有钻井操作单元(包括钻井船及钻机模块等),大部分都是直流系统。目前海洋石油处于快速发展阶段,人员及设备都处于满负荷运转状态。若是新建钻井船采用直流系统,可省下宝贵的人员培训时间及费用。现有直流钻井单元与新建直流钻井单元原理及设备都基本相同,现有直流钻井单元上的人员经过短时间熟悉后,即可熟练的投入到实际生产当中。此外,直流系统内功率相近的元器件如可控硅、直流接触器等也可互换,在某些特定时候可节约维修费用及成本。
参考文献
[1]李先允.电力电子技术.中国电力出版社.2006-09