钻机的气控制系统课件

第六章钻机的控制系统本章主要内容：1、钻井（气）控制系统的特点与组成；2、气源装置、执行元件、控制元件；3、气动控制基本回路4、钻机液压控制系统简介钻井机械12/21/20221石油钻采机械——任连城第六章钻机的控制系统钻井机械12/19/2钻机的控制系统

第一节概述一、控制系统的作用

1、动力机的启动、调速、并车、停车；2、绞车的启动、停车、换档、刹车及紧急停车；3、转盘的启动、停车、换档、倒车；4、钻井泵的启动、停车；5、传动系统的挂合及摘离；6、气动卡瓦、气液大钳、液压猫头、其他辅助设备的操作控制；12/21/20222石油钻采机械——任连城钻机的控制系统二、控制系统的要求

1）反映灵敏，传递迅速，动作准确，平稳柔和；2）操作简便，安全可靠，容易实现集中控制；3）结构简单，维修方便，易造好修，成本低廉。钻机的控制系统12/21/20223石油钻采机械——任连城二、控制系统的要求钻机的控制系统12/19/20223石油钻三、控制方式的选择

1、机械控制：利用机械离合器、制动装置等实现控制；2、气控制：利用气压传动系统实现控制；3、电控制：利用强、弱电控制系统实现控制，如接触器控制、微机控制（PLC控制）；4、液压控制：利用液压传动系统实现控制；

钻机的控制系统12/21/20224石油钻采机械——任连城三、控制方式的选择钻机的控制系统12/19/20224石油钻四、钻机的气控制系统

１、气动控制技术

气动控制技术是利用压缩空气作为传递动力或信号的工作介质，配合气动控制系统的主要气动元件，与机械、液压、电气、电子（包括PLC控制器和微电脑）等部分或全部综合构成的控制回路，使气动元件按生产工艺要求的工作状况、按设定的顺序或条件动作。钻机的控制系统12/21/20225石油钻采机械——任连城四、钻机的气控制系统钻机的控制系统12/19/20225石２、气控制系统的特点

1）结构简单、轻便、安装维护简单、使用安全；2）以空气作介质，排气处理简单，经济、紧凑。3）利用空气的可压缩性，可贮存能量，实现集中供气。可短时间释放能量，以获得间歇运动中的高速响应。可实现缓冲。对冲击负载和过负载有较强的适应能力。4）压缩空气工作压力低(0.7～1MPa)，气控元件制造精度不是很高，易制造，好维修，操作简便，工作可靠。5）压缩空气不易燃，不污染，使用安全、卫生。6）可靠性高，使用寿命长。钻机的控制系统12/21/20226石油钻采机械——任连城２、气控制系统的特点钻机的控制系统12/19/20226石油３、气控制系统的组成

1）气源系统：空压机、干燥机及气源处理装置。2）控制元件：压力、流量和方向控制阀以及各种逻辑元件等。3）气路辅件：包括供气管线、气动传感器、气液元件，消声器、连接阀件等：4）执行机构：包括气离合器、气缸、气猫头、气马达、伊顿盘刹等。

钻机的控制系统12/21/20227石油钻采机械——任连城３、气控制系统的组成钻机的控制系统12/19/2022第二节气源装置

由空气压缩机和空气净化装置组成，为气控系统提供干燥、清洁的压缩空气。

气源装置的组成及工艺流程见下页图。钻机的控制系统12/21/20228石油钻采机械——任连城第二节气源装置钻机的控制系统12/19/20228石油钻采气源装置的组成及工艺流程1—压缩机；2—冷却器；3—油水分离器；4—储气罐；5—干燥器；6—分水滤气器；7—储气罐；8—加热器；9—分配阀钻机的控制系统12/21/20229石油钻采机械——任连城气源装置的组成及工艺流程1—压缩机；2—冷却器；3—油水分离

一空气压缩机(气源制备装置)目前，钻机所用的空气压缩机主要有两种：活塞式、螺杆式。钻机的控制系统12/21/202210石油钻采机械——任连城一空气压缩机(气源制备装置)钻机的控制系统12/19/2１、活塞式压缩机1)工作原理：

电动机旋转，通过曲轴连杆带动活塞在气缸内作往复运动。工作腔的容积作周期性变化，它与吸、排气阀的启闭动作相配合，实现包括吸气、压缩、排气和膨胀4个过程的工作循环，从而不断吸入、压缩并排出气体。

钻机的控制系统12/21/202211石油钻采机械——任连城１、活塞式压缩机钻机的控制系统12/19/202211石油钻2)组成

活塞式压缩机主要由传动机构、工作部件及机体构成。此外还有润滑、冷却、调节等辅助系统。钻机的控制系统12/21/202212石油钻采机械——任连城2)组成钻机的控制系统12/19/202212石油钻采机械2．螺杆式压缩机1)工作原理:在空压机壳体中装有一对相互啮合的螺旋转子，其中一根转子具有凸面齿形，另一根转子具有凹面齿形，两根转子之间及壳体三者围成的空间，在转子回转过程中沿轴向移动，其容积逐渐减小，这样，从进口吸入的空气逐渐被压缩，并从出口排出。螺杆式空压机需要加油进行冷却、润滑及密封，所以在出口处需设置油分离器。

钻机的控制系统12/21/202213石油钻采机械——任连城2．螺杆式压缩机钻机的控制系统12/19/202213石油钻

2)螺杆式压缩机的组成:主要零部件有：阴螺杆、阳螺杆、机体、轴承、同步齿轮以及密封组件等。钻机的控制系统12/21/202214石油钻采机械——任连城2)螺杆式压缩机的组成:钻机的控制系统12/19/20223、活塞式压缩机与螺杆式压缩机的特性比较

螺杆压缩机性能优良，具有长时间连续工作能力。它与活塞式压缩机相比，具有易损件少,大修周期长,耗能少，气量无级调节等优点，可实现自动控制,无人值守，适应钻机配套要求。钻机的控制系统12/21/202215石油钻采机械——任连城3、活塞式压缩机与螺杆式压缩机的特性比较螺杆压缩机性能

二、气源处理装置

1、冷却器

压缩机排出的压缩空气有很高的温度，可达150多度，其中也含有许多水、油蒸汽，必须加以冷却。冷却的目的：一是降温，二是让水、油蒸汽冷凝后除去。冷却方式：风冷却；水冷却。钻机的控制系统12/21/202216石油钻采机械——任连城二、气源处理装置钻机的控制系统12/19/20221

2、油水分离器

作用：除去压缩空气中的绝大部分水和油；

原理：利用离心、碰撞、吸附等原理来分离。钻机的控制系统12/21/202217石油钻采机械——任连城2、油水分离器

作用：除去压缩空气中的绝大部分水和油3、干燥器

干燥瓶的作用：进一步清除压缩空气中的水分。干燥器类型：冷冻式；吸附式。

1)冷冻式:

将湿空气冷却到其露点温度以下，使空气中水蒸气凝结成水滴并清除出去，然后再将压缩空气加热至环境温度输送出去。钻机的控制系统12/21/202218石油钻采机械——任连城3、干燥器1)冷冻式:钻机的控制系统12/19/2022进入干燥器的空气首先进入热交换器冷却，经初步冷却的空气中析出的水份和油份经分离器排出。然后，空气再进入致冷器，进一步冷却到2～5℃，使空气中含有的水份、油份等由于温度的降低而进一步大量地析出，经分水排水器排出。冷却后的空气再进入热交换器加热输出。钻机的控制系统12/21/202219石油钻采机械——任连城进入干燥器的空气首先进入热交换器冷却，经初步冷却2)吸附式:

吸附式干燥器由两个干燥瓶和加热器组成（见下页图）。干燥瓶内装有吸附剂（如硅胶、铝胶等）。经油水分离器分离后的压缩空气进入干燥瓶。干燥瓶内的吸附剂吸收压缩空气中的水分，排出干燥气体。经干燥处理后的压缩空气含水量一般不应超过0.01～0.03克／米3。吸水达到饱和后的吸附剂需加热再生，脱水后备用。两个干燥瓶轮流使用，一个工作，另一个再生备用。钻机的控制系统12/21/202220石油钻采机械——任连城2)吸附式:钻机的控制系统12/19/202220石油钻钻机的控制系统12/21/202221石油钻采机械——任连城钻机的控制系统12/19/202221石油钻采机械——任连城4、分水滤气器作用：精密过滤压缩空气。精度可达95%以上。结构：1）外杯为透明体，可以看到内部积水。2）滤网为粉末烧结体，孔隙小，过滤精度高；强度高。3）滤网下部橡胶罩用以防止气流将杯底积水搅起。原理：利用离心、碰撞、筛分等原理来分离。钻机的控制系统12/21/202222石油钻采机械——任连城4、分水滤气器钻机的控制系统12/19/202222石油钻采第三节气控制阀

气控制阀可分为三大类：

压力控制阀(压力阀)——作用是：通过控制气控系统的压力，实现对作用力、作用力矩的控制。常用压力阀有：调压阀（减压阀）、溢流阀（安全阀）、两用继气器等。

流量控制阀(流量阀)——作用是：通过控制气体在系统中的流量，实现对执行元件运动速度的控制。常用的有节流阀、快速放气阀等。

方向控制阀(换向阀)——作用是：通过控制气体在系统中的流动方向，实现对执行元件运动方向的控制。常用的有：两通阀、三通旋塞阀、气控二位三通阀(两用继气器)等。

在控制原理图中，用一定的符号来表示不同的阀。钻机的控制系统12/21/202223石油钻采机械——任连城第三节气控制阀在控制原理图中，用一定的符号来表示不同的阀一、压力控制阀(压力阀)

它依靠作用在阀心上的气压力和弹簧力相平衡以获得被控制气体的一定压力。改变弹簧力即改变原平衡状态，阀内通道也随之改变，从而使与压力阀并联或串联的气路中空气压力也相应发生变化。

钻机的控制系统12/21/202224石油钻采机械——任连城一、压力控制阀(压力阀)钻机的控制系统12/19/20221、调压阀（减压阀）

调压阀是在一定的进口压力下，通过调节手柄(或踏板)，可送出不同的出口压力。调压阀有单向、双向两种。

调压阀种类繁多，虽然在结构、调压精度、用途上有所不同，但它们的工作原理基本相同。常见的调压阀有：直动式调压阀；内部先导式调压阀；外部先导式调压阀；过滤调压阀等。在控制原理图中，用一定的图形符号来表示不同的阀。钻机的控制系统12/21/202225石油钻采机械——任连城1、调压阀（减压阀）钻机的控制系统12/19/202225石直动式、先导式调压阀过滤调压阀单向压力顺序阀安全阀钻机的控制系统12/21/202226石油钻采机械——任连城直动式、先导式调压阀过滤调压阀单向压力顺序阀安全阀钻机的控制

直动式调压阀1—调节手柄；2、3—调压弹簧；4—溢流阀口；5—膜片；6—反馈导管；7—阀杆；8—进气阀；9—复位弹簧；10—溢流口；钻机的控制系统12/21/202227石油钻采机械——任连城直动式调压阀钻机的控制系统12/19/202227石油钻采◆工作原理：

1）初始状态，两阀口均堵死，无压力气输出；2）顺时针旋转手柄，压缩弹簧，推动溢流阀座下行，推动阀杆下行，进气阀开启，经节流后输出口有相应气压输出；输出气压经反馈导管进入反馈腔，压缩膜片，使溢流阀座上移，进气阀口略减小，输出气压稳定在某一值；调压阀处于正常工作状态；3）顺时针或逆时针旋转手柄，可使输出气压增大或减小。4）输出气压只能在低于进气压力的范围内调节。钻机的控制系统12/21/202228石油钻采机械——任连城◆工作原理：钻机的控制系统12/19/202228石油钻采机◆结构组成主要组成部分是三个工作腔、两阀：

进气腔A、出气腔B、反馈腔C；

进气阀（位于A、B腔之间）、溢流阀（位于C腔与排气口之间）。钻机的控制系统先导式单向调压阀12/21/202229石油钻采机械——任连城◆结构组成钻机的控制系统先导式单向调压阀12/19/2022工作原理：

调压阀在进气（工作与调压)时，操纵机构(顶舌)将上阀座压下(图b)使球形阀下端球面将下阀座放气通孔关闭。当上阀座继续向下移动，球形阀上端球面便将上阀座通孔逐渐打开，使气源由气室A进入气室B，同时经孔D进入气室C。钻机的控制系统12/21/202230石油钻采机械——任连城工作原理：钻机的控制系统12/19/202230石油钻采机械工作原理：当操纵杆在某一位置停止操作时，气室B的上阀座通孔及下阀座的放气孔，由于下阀座与调压弹簧相互压力平衡而都关闭(图c)。此时气室B的气体压力的大小，取决于操纵杆的下压程度。当气室B的压力低于开始调整的压力时，由于调压弹簧的作用，又将上阀座自动打开，直到恢复开始调整的压力后又自动关闭，以保持气室B的恒压(图c)。钻机的控制系统12/21/202231石油钻采机械——任连城工作原理：钻机的控制系统12/19/202231石油钻采机械工作原理：排气时，将操纵机构松开(图a)，上阀座在顶杆套弹簧作用下向上移动复位，关闭气室A与气室B的通路，同时打开气室B的放气通路，将气室B的进气通路内的气源放掉。调压阀的工作性能与调压弹簧有很大关系，要选择恰当，刚性过大或过小都会影响调压阀的灵敏性。

钻机的控制系统12/21/202232石油钻采机械——任连城工作原理：钻机的控制系统12/19/202232石油钻采机械

◆调压阀在钻机上的应用：

在钻机气控制系统中，调压阀主要用在要求平稳启动和有变换操作压力的执行机构上，如：1）控制刹车气缸的输入气压，从而得到不同的制动力矩；2）控制转盘离合器、绞车高低速档离合器，使转盘、绞车滚筒能够平稳的起动；3）控制柴油机油门调节气缸的输入气压，从而调节柴油机的油门大小，实现柴油机转速的调节。

注：对于进气流量较大的执行元件，不能用调压阀直接供气，要与调压继气器联合使用。调压阀控制调压继气器，调压继气器向执行元件输入压力气。钻机的控制系统12/21/202233石油钻采机械——任连城◆调压阀在钻机上的应用：钻机的控制系统12/19/2022

2安全阀（溢流阀）

作用：回路中压力超过某定值时，用安全阀往外放气。安全阀在系统中起过载保护作用。安全阀也分为直动式和先导式。结构上分为：活塞式、球阀式、膜片式等。钻机的控制系统12/21/202234石油钻采机械——任连城2安全阀（溢流阀）钻机的控制系统12/19/20球阀式膜片式钻机的控制系统12/21/202235石油钻采机械——任连城球阀式膜片式钻机的控制系统12/19/202235石油钻采机

工作原理：当系统中压力在规定范围内时，作用在球阀上的压力小于弹簧力，球阀处于关闭状态；系统压力升高，作用在球阀上的压力大于弹簧力时，球阀左移，气体从溢流口放出，直到系统压力降至规定压力以下，球阀在弹簧力的作用下右移并重新关闭。溢流口进气口钻机的控制系统12/21/202236石油钻采机械——任连城工作原理：当系统中压力在规定范围内时，作用在球阀上3、调压继气器

调压继气器要与调压阀联合使用。调压继气器安装于执行元件的附近，输出口与执行元件进气口直接相连。

◆结构：(见图)

调压继气器结构原理示意图钻机的控制系统12/21/202237石油钻采机械——任连城3、调压继气器调压继气器结构原理示意图钻机的控制系统12/1◆工作原理

（1）当控制口没有控制信号时，在主弹簧的作用下，移动阀座处于最右端，进气口与输出口不通，输出口与排气口相通，气动系统无压力气；

钻机的控制系统12/21/202238石油钻采机械——任连城◆工作原理钻机的控制系统12/19/202238石油钻采机◆工作原理

（2）当向控制口出入一定压力的信号时，气压推力克服主弹簧力，移动阀座左移。当左阀芯将排气口堵死时，调压继气器处于临界状态；继续增大控制气压，移动阀座继续左移，而阀芯不动。右阀芯与阀座分离，进气阀开启，进气口的气源气体经进气阀口节流后由输出口输出。

钻机的控制系统12/21/202239石油钻采机械——任连城◆工作原理钻机的控制系统12/19/202239石油钻采机

根据节流原理，进气阀口开启度越大，输出气压越高；反之，输出气压越低。而进气阀口的开启度与控制气压成正比关系。结论：输出气压于控制气压成正比。控制压力越高，输出气压越高。钻机的控制系统12/21/202240石油钻采机械——任连城根据节流原理，进气阀口开启度越大，输出气压越高；反之，

◆调压继气器的应用

调压继气器应用于要求调压、且供气量较大的场合。如：控制转盘离合器、转盘高低速档离合器。这些离合器都是通风型气胎离合器，尺寸较大，耗气量大。分别控制转盘、转盘滚筒的启动与停车。为使控制灵敏，需要调压继气器与调压阀配合使用。

钻机的控制系统12/21/202241石油钻采机械——任连城◆调压继气器的应用钻机的控制系统12/19/202241石

二流量控制阀(流量阀)

用来控制执行机构进气或排气的流量，以调节执行机构的工作速度。由于空气的可压缩性，气控制系统就不能采用容积调速，只可能采用节流调速。任何一个流量阀都有一个发生节流的部分，大多是可调的。通过调节过流断面的大小，来调节气体流量的大小。气流经小孔或缝隙也必然产生显著的压力降。

1、单向节流阀

◆结构和工作原理结构：如下页图所示，由节流阀与单向阀构成。钻机的控制系统12/21/202242石油钻采机械——任连城二流量控制阀(流量阀)钻机的控制系统12/19/21、单向节流阀工作原理：当气源接B口，由A（或C）输出时，可实现变速进气和快放气。钻机的控制系统12/21/202243石油钻采机械——任连城1、单向节流阀钻机的控制系统12/19/202243石油钻采工作原理：当气源接A（或C）口，由B输出时，可实现快速进气和变速放气。钻机的控制系统12/21/202244石油钻采机械——任连城工作原理：钻机的控制系统12/19/202244石油钻采机械2、快速放气阀

◆作用装在气胎离合器、气缸等耗气量较大的执行元件的进口管线上。就近、快速放掉执行元件中的压缩空气，提高开车、停车的灵敏度，延长摩擦零件的使用寿命。钻机的控制系统12/21/202245石油钻采机械——任连城2、快速放气阀钻机的控制系统12/19/202245石油钻采2）快速放气阀◆结构原理结构：如图所示。由阀体、阀盖、导阀、导阀盖、阀芯等组成。

钻机的控制系统12/21/202246石油钻采机械——任连城2）快速放气阀钻机的控制系统12/19/202246石油钻采工作原理：

1)当经过快速放气阀向执行元件供气时，压力气推动导阀在阀体内向左运动，同时也推动阀芯在导阀内向左运动。使导阀堵死放气口，阀芯与阀座分离，压缩气体沿阀芯的轴向槽向左流动，然后经径向槽进入执行元件。钻机的控制系统12/21/202247石油钻采机械——任连城工作原理：钻机的控制系统12/19/202247石油钻采机械工作原理：

2)当气源被切断后，执行元件内的压力气体推动阀芯、导阀向右运动，放气口打开，执行元件内的压力气体由放气口快速排空。钻机的控制系统12/21/202248石油钻采机械——任连城工作原理：钻机的控制系统12/19/202248石油钻采机械三方向控制阀(换向阀)

用来控制气体流动方向的阀。用阀芯切换进、出气通道即可使气路换向。按操纵方式可分为手动和气控两种。按照阀芯的运动方式课可分为：滑阀式和转阀式；按照操作方式可分为：手动式、机动式、气动式，电磁换向阀；按照工作位数或控制通道数可分为两位的、三位的、四位的、多位的和两通的、三通的、四通的、六通的。常用的有：两通阀、三通旋塞阀、气控二位三通阀(两用继气器)等。

钻机的控制系统12/21/202249石油钻采机械——任连城三方向控制阀(换向阀)钻机的控制系统12/19/202241、二位三通换向阀（二通气开关）

◆结构：

有一个供气口Ⅰ，一个输出气口E，一个排气口A。当通道加多时，同样的零件也可构成三通阀和四通阀。

◆作用控制一个对象的进气、排气。钻机的控制系统12/21/202250石油钻采机械——任连城1、二位三通换向阀（二通气开关）钻机的控制系统12/19/◆原理：手柄有两个位置：a）Ⅰ→E，A堵死，向系统供气；b）Ⅰ堵死，E→A，系统气体排空。ⅠEA钻机的控制系统12/21/202251石油钻采机械——任连城◆原理：ⅠEA钻机的控制系统12/19/202251石油钻三通旋塞阀：手柄有两个位置，或使A与B相通；或使A与C相通；钻机的控制系统12/21/202252石油钻采机械——任连城三通旋塞阀：钻机的控制系统12/19/202252石油钻采机

2、三位四通换向阀（三通气开关）

◆结构原理结构见下图。

有一个供气口Ⅰ，两个输出气口E1、E2，两个排气口A1、A2。手柄有三个位置：a）Ⅰ→E1，E2→A2，向一个系统供气；b）Ⅰ→E2，堵死，E1→A1，向另一个系统供气；c）Ⅰ堵死，E1、E2与A联通

ⅠE1AE2钻机的控制系统12/21/202253石油钻采机械——任连城2、三位四通换向阀（三通气开关）ⅠE1AE2钻机的控制系ⅠE1AE2钻机的控制系统12/21/202254石油钻采机械——任连城ⅠE1AE2钻机的控制系统12/19/202254石油钻采机◆作用控制两个互锁的系统，使得当一个系统工作时，另一个系统不工作。例如：控制猫头离合器和猫头惯性刹车两个系统：当猫头离合器进气时，猫头惯性刹车放气；当猫头惯性刹车进气时，猫头离合器放气。ⅠE1AE2钻机的控制系统12/21/202255石油钻采机械——任连城◆作用控制两个互锁的系统，使得当一个系统工作时，另一个3、两用继气器

两用继气器要与气开关联合使用。两用继气器安装于执行元件的附近，输出口与执行元件进气口直接相连。它在一个小气量的控制气遥控作用下，使执行机构得到主气路大流量的工作气。

钻机的控制系统12/21/202256石油钻采机械——任连城3、两用继气器钻机的控制系统12/19/202256石油钻采3、两用继气器

◆结构：由控制气室A，常闭气室B，常开气室C和一个活塞阀构成。钻机的控制系统12/21/202257石油钻采机械——任连城3、两用继气器钻机的控制系统12/19/20225工作原理：

主要是依靠控制气压作用在活塞上产生的推力与弹簧力相互平衡，从而使阀芯移动，开启或关闭阀口来完成执行元件的进气、放气。一个两用继气器由于气路连接的不同，可以使其成为常开式或常闭式钻机的控制系统12/21/202258石油钻采机械——任连城工作原理：钻机的控制系统12/19/202258石油钻采机械

（1）常闭式

当控制口无控制气时，活塞在弹簧的作用下向左移动，活塞带动阀门也向左移动，堵住内阀的通道，使气源与通向执行机构的气路切断，而执行机构放气。当控制口有控制气时，放气口堵死，气源与执行机构气路接通。两用继气器工作原理示意图钻机的控制系统12/21/202259石油钻采机械——任连城（1）常闭式两用继气器工作原理示意图钻机的控制系统12/

（2）常开式

将常闭式两用继气器Ⅰ、Ⅱ通道反接，即变成常开式。当控制口无控制气时，在弹簧的作用下，活塞带动阀门处于左端位置，堵住内阀，气源通路Ⅱ与执行机构通路G接通，执行机构进气。当控制口有控制气时，活塞与阀门被推向右端，堵住外阀，使执行机构通道G与放空通道Ⅰ接通，使执行机构放空。

两用继气器工作原理示意图钻机的控制系统12/21/202260石油钻采机械——任连城（2）常开式两用继气器工作原理示意图钻机的控制系统12/◆两用继气器的应用

在钻机气控制系统中，耗气量较大、对启动平稳性要求不高的场合，大都用两用继气器与气开关配合控制。如：泥浆泵离合器的控制回路：控制泵的启、停；并车离合器的控制回路：控制某台柴油机的摘、挂；

钻机的控制系统12/21/202261石油钻采机械——任连城◆两用继气器的应用钻机的控制系统12/19/202261石油4、导气龙头（风葫芦）作用：把气从管线静止部分引入旋转部分。

（1）单向导气龙头当冲管与转动轴连接后，密封盖受弹簧的压力与冲管的密封端贴合，形成一个相对运动的密封通道。例如：将气体导入旋转的气胎离合器中，需要将轴内钻孔，将导气龙头旋到轴上，才能将气体导入。钻机的控制系统12/21/202262石油钻采机械——任连城4、导气龙头（风葫芦）（1）单向导气龙头钻机的控制系统1

（2）双向导气龙头基本原理与单向导气龙头一样。只是可以提供两个独立的流体通道。例如：滚筒轴上有高、低速两个气胎离合器，为分别控制，必须用双向导气龙头。钻机的控制系统12/21/202263石油钻采机械——任连城（2）双向导气龙头钻机的控制系统12/19/202263

有两个进气口，一个输出口。输出口接执行元件。可以由两个气路来控制同一个执行元件。当B口有压力气时，推动阀芯左移，堵住C口，B→A，由来自B路的控制信号来控制。当C口有压力气时，推动阀芯左移，堵住B口，C→A，由来自C路的控制信号来控制。1—三通体；2—阀芯；3—垫圈；4—接头；5—橡胶垫；6—螺栓螺母5、梭阀（气控三通换向阀）钻机的控制系统12/21/202264石油钻采机械——任连城有两个进气口，一个输出口。输出口接执行元件。可以由6、三通旋塞阀作用：用手动方式来切断或连通控制气路。通常装在经常检修的设备附近。当要检修时，关闭三通旋塞阀，防止控制台上误操作而发生事故。

结构及工作原理：其结构如图所示。其结构如图所示，锥形旋塞上有两个互成900的通孔，阀体上有A、B、C三个通孔。三个气口：两个工作气口B、C，一个放气口A。连接时，B口接气源，C口接执行元件。手柄有两个位置：当在位置1时，B→C，A口堵死，气源气流进入执行元件；当在位置2时，C→A，B口堵死，切断气源，执行元件放气。钻机的控制系统12/21/202265石油钻采机械——任连城6、三通旋塞阀钻机的控制系统12/19/202265石油钻钻机的控制系统12/21/202266石油钻采机械——任连城钻机的控制系统12/19/202266石油钻采机械——任连城

7、顶杆阀钻机的控制系统12/21/202267石油钻采机械——任连城7、顶杆阀钻机的控制系统12/19/202267石油钻采

8、按钮阀钻机的控制系统12/21/202268石油钻采机械——任连城8、按钮阀钻机的控制系统12/19/202268石油钻第四节气动执行元件气动执行元件的作用是执行指令，完成所需的各种动作。在钻机上常用的气动执行元件主要有：1）气胎离合器——为径向作用的气动摩擦离合器，利用摩擦力传递或切断动力。主要类型有：通风型气胎离合器、普通型气胎离合器；2）气动盘式摩擦离合器——为轴向作用的气动摩擦离合器，利用摩擦力传递或切断动力。（使用数量较少）。3）气缸——在气压作用下输出往复直线位移，主要类型有：单作用气缸，用在刹车、柴油机油门控制等处；双作用气缸，用在两位换档；三位气缸，用在三位换档。

钻机的控制系统12/21/202269石油钻采机械——任连城第四节气动执行元件钻机的控制系统12/19/202269石一、通风型气胎离合器通风型气胎离合器用在传递功率较大、频繁启停等较重要的场合。

◆结构及工作原理

结构：如下页图所示。其中，挡板5与一根轴相固连，摩擦鼓8与另一根轴相固连。

工作原理：通风型气胎离合器属径向作用的摩擦式离合器，即：充、放气后，摩擦片径向移动，抱紧或松开摩擦鼓。当气胎充气时，沿半径方向推动摩擦片连接体，使摩擦片抱紧摩擦鼓，从而将动力从一轴传到另一轴。当放气时，气胎回缩，在板簧作用下摩擦片连接体沿半径回缩，摩擦片松开摩擦鼓，切断两轴的动力传递。钻机的控制系统12/21/202270石油钻采机械——任连城一、通风型气胎离合器钻机的控制系统12/19/20227012/21/202271石油钻采机械——任连城12/19/202271石油钻采机械——任连城12/21/202272石油钻采机械——任连城12/19/202272石油钻采机械——任连城1—摩擦片；2—摩擦片连接体；3—承扭杆；4—板簧；5—挡板；6—气胎；7—钢圈；8—摩擦鼓12345678钻机的控制系统12/21/202273石油钻采机械——任连城1—摩擦片；2—摩擦片连接体；3—承扭杆；12345678钻

◆特点

与普通型气胎离合器相比，通风型气胎离合器有如下特点：1）气胎不承受扭矩。气胎只用做沿径向推动摩擦片连接体的作用，不承受扭矩，因而寿命大大增长；扭矩通过摩擦片连接体传给承扭杆，在由承扭杆传给档板；2）气胎不直接受热。摩擦片连接体由导热性能很好的铝制成，并且中间有许多通风的空洞区域。摩擦产生的热传给摩擦片连接体后，很快散发，使得气胎获得的热量很少，稳升不大，因而寿命大大增长。

二普通型气胎离合器普通型气胎离合器非常简单，摩擦片直接连接在气胎上，靠气胎的膨胀和收缩带动摩擦片抱紧或松开摩擦鼓；同时还要靠气胎来传递扭矩。与通风型气胎离合器相比，气胎直接受热，气胎承受扭矩，因而寿命短，传递的功率小。钻机的控制系统12/21/202274石油钻采机械——任连城◆特点钻机的控制系统12/19/202274石油钻采机械

三三位气缸

由于单作用、双作用气缸非常简单，这里就不再介绍了。仅仅介绍三位气缸。

◆三位气缸的作用：精确控制三位牙嵌或齿轮离合器的摘、挂。

◆三位气缸的结构及工作原理（见下页图）有三个进气口，Ⅰ1、Ⅰ2、Ⅰ3。当Ⅰ2进气时，左、右活塞向两端运动，直到顶住缸盖，活塞芯和活塞杆处于中间位置（如图所示）；当Ⅰ1进气时，气压作用在活塞芯上，推动活塞芯和活塞杆向右运动，同时带动左活塞向右运动，直到顶住右活塞，活塞杆完全伸出；当Ⅰ3进气时，气压作用在活塞芯上，推动活塞芯和活塞杆向左运动，同时带动右活塞向左运动，直到顶住左活塞，活塞杆完全缩回。钻机的控制系统12/21/202275石油钻采机械——任连城三三位气缸钻机的控制系统12/19/202275石油钻采1—“O”型密封圈；2—前盖；3、11—孔用弹性挡圈；4—缸体；5—挡圈；6—右活塞；7—活塞芯；8—轴用弹性挡圈；9—左活塞；10—后盖；12—活塞杆；钻机的控制系统12/21/202276石油钻采机械——任连城1—“O”型密封圈；2—前盖；3、11—孔用弹性挡圈；4—缸第五节钻机典型的气控制回路（以ZJ70LC钻机为例）一泵起停控制、柴油机并车控制回路钻机的控制系统

这些回路基本相似，不需要调压、耗气量大、放气要快，尽量减少摩擦片一摩擦鼓的相对滑动，从而减少摩擦磨损。12/21/202277石油钻采机械——任连城第五节钻机典型的气控制回路（以ZJ70LC钻机为例）钻二绞车高、低速离合器控制回路回路要求：调压、互锁、耗气量大、放气快。钻机的控制系统12/21/202278石油钻采机械——任连城二绞车高、低速离合器控制回路钻机的控制系统12/19/三、柴油机油门、刹车气缸控制回路这些回路的共同点是：

执行元件为单作用气缸，活塞杆外伸靠气压力，回缩靠弹簧力；要求调压，以获得不同的外伸位移；耗气量不大。钻机的控制系统12/21/202279石油钻采机械——任连城三、柴油机油门、刹车气缸控制回路钻机的控制系统12/19/2四转盘离合器及刹车、绞车总离合器及刹车控制回路

这些回路的共同点是：

执行元件为通风型气胎离合器，要求调压、离合器与刹车互锁、耗气量大、放气快。转盘离合器及刹车控制回路如下页图所示。特点：1）采用间接供气。调压继气器装在气胎离合器附近，可以从主气路就近提供大流量气体；2）采用双向调压阀，实现离合器与刹车的互锁。当离合器充气时，刹车气胎必然放气；当刹车气胎充气时，离合器必然放气，切断动力。3）利用调压阀控制，可以通过控制气压实现转盘缓慢启动、微调转速等。绞车总离合器及刹车控制回路与上完全相同，不再赘述。钻机的控制系统12/21/202280石油钻采机械——任连城四转盘离合器及刹车、绞车总离合器及刹车控制回路钻机的控制系1—导气龙头；2—快速放气阀；3—调压继气器；4—双向调压阀钻机的控制系统ZJ70L钻机转盘气控制系统12/21/202281石油钻采机械——任连城1—导气龙头；2—快速放气阀；钻机的控制系统ZJ70L钻机转钻机的控制系统12/21/202282石油钻采机械——任连城钻机的控制系统12/19/202282石油钻采机械——任连城钻机的液压控制系统(选讲)以ZJ40DBS-J钻机液控系统为例钻机中液压控制系统主要包括以下几项内容：

一、钻台机具液压控制系统1）起、放井架2）左、右液压猫头操作3）钻杆动力钳（套管动力钳）操作4）液压小绞车操作

二、

盘式刹车液压控制系统

钻机的控制系统12/21/202283石油钻采机械——任连城钻机的液压控制系统(选讲)钻机的控制系统12/19/2022

一、钻台机具液压控制系统

机具液压控制系统为钻杆动力钳（套管动力钳）、液压猫头、液压小绞车、井架缓冲装置提供液压动力。

1、主要技术参数

隔爆电机：功率37kW转速1000r/min轴向柱塞泵：排量160ml/r额定工作压力：16.6MPa额定工作流量：120L/min工作介质：夏季用HM-68抗磨液压油，冬季用HV-32低温抗磨液压油液压系统清洁度：NAS1638，9级钻机的控制系统12/21/202284石油钻采机械——任连城一、钻台机具液压控制系统钻机的控制系统12/2、工作原理

1）系统工作压力、流量设定（见图）

系统工作压力为16.6MPa,由电磁溢流阀（5.1）设定。在设定压力时，电磁溢流阀（5.1）的电磁铁YV1必须得电。将并紧螺母松开，用内六角扳手顺时针旋转电磁溢流阀（5.1）压力调节螺钉，观察系统压力表（18.1）读数，直至16.6MPa为止。系统的流量为120L/min,可通过调节轴向柱塞泵上的手动旋钮进行设定，顺时针调节为减小泵的排量，逆时针调节为增大泵的排量。手动调节泵的调节螺杆，刻度盘指针在7-8之间为宜。然后旋动锁紧螺母将调节螺杆锁紧，防止松动。钻机的控制系统12/21/202285石油钻采机械——任连城2、工作原理钻机的控制系统12/19/202285石油钻采机钻机的控制系统12/21/202286石油钻采机械——任连城钻机的控制系统12/19/202286石油钻采机械——任连城钻机的控制系统12/21/202287石油钻采机械——任连城钻机的控制系统12/19/202287石油钻采机械——任连城1、3－电磁铁线圈；2－阀芯；4、8－节流阀；5、7－单向阀；6－主阀芯当电磁铁左边得电，把阀芯2推向右边，控制油顶开单向阀7进入液动阀左腔，推动主阀芯向右端，主阀芯右端控制油经节流阀4回邮箱。这时，主阀进油口P和A通，油口B和A通。钻机的控制系统12/21/202288石油钻采机械——任连城1、3－电磁铁线圈；钻机的控制系统12/19/202288石

2）起、放井架

（见图）

●起井架将系统压力设置到10MPa,检查各各处是否有泄漏，油缸伸缩自如否；将系统压力设置到3.5MPa,操作手动换向阀,将缓冲油缸伸出，待井架接触到缓冲油缸；缓慢逆时针调节溢流阀旋钮，将压力降低，直至井架能够缓慢移动为止，此时系统压力约为3MPa。注意，在井架接触到缓冲油缸后，严禁操作手动换向阀进行换向，否则井架将受到损伤。●放井架将系统压力设置到8MPa，缓慢操作手动换向阀，将井架平稳顶出。在起、放井架时，电磁溢流阀（5.1）的电磁铁YV1必须得电。钻机的控制系统12/21/202289石油钻采机械——任连城2）起、放井架（见图）钻机的控制系统12/19/2012/21/202290石油钻采机械——任连城12/19/202290石油钻采机械——任连城

3）左、右液压猫头操作（见图）

操作司钻房内的电动按钮，分别使电磁铁YV4、YV6、YV5、YV7得电，实现左、右液压猫头的上、卸扣动作。电磁铁YV5、YV7得电，左、右液压猫头活塞杆退回。电磁铁YV4、YV6得电，左、右液压猫头活塞杆伸出。注：左、右液压猫头的上、卸扣压力可在司钻房内显示屏上显示。钻机的控制系统12/21/202291石油钻采机械——任连城3）左、右液压猫头操作（见图）钻机的控制系统12/19/2

4）钻杆动力钳（套管动力钳）操作（见图）

操作司钻房内的电动按钮，使电磁铁YV2得电或失电，从而控制钻杆动力钳（套管动力钳）压力油的通、断。操作钻杆动力钳（套管动力钳）上的手动换向阀，实现钻杆动力钳（套管动力钳）的正、反转。钻机的控制系统12/21/202292石油钻采机械——任连城4）钻杆动力钳（套管动力钳）操作（见图）钻机的控制系统

5）液压小绞车操作（见图）

操作司钻房内的电动按钮，使电磁铁YV3得电或失电，从而控制液压小绞车压力油的通、断。操作液压小绞车附近的手动换向阀，实现液压小绞车的正、反转。钻机的控制系统12/21/202293石油钻采机械——任连城5）液压小绞车操作（见图）钻机的控制系统12/19/

3、注意事项

在接通液压站电源之前，应做以下工作：1）加入液压油时应用20μ过滤器过滤液压油，保证油液干净。2）检查各油管及相关连接是否符合图纸要求，接头螺母连接是否紧固,无松动。3）检查油箱液温计上显示的油位是否合符要求。4）用手搬动轴向柱塞泵与电机之间的联轴器，应旋转自如，无卡死象。5）为了延长轴向柱塞泵的使用寿命，减小能量的消耗，在启动、停止液压泵之前或用柱塞泵进行油液循环时，应确保电磁溢流阀（5.1）的电磁铁YV1为失电状态，让泵卸荷。6）液压油在连续使用后如发现变色有沉淀时，应更换液压油，并清洗油箱后加入新油。7）泵站油箱及泵、阀均不能被阳光直接照射，保证液压油温度最高不超过70℃，最低不低于15℃，以延长液压油的使用寿命。钻机的控制系统12/21/202294石油钻采机械——任连城3、注意事项钻机的控制系统12/19/202294石油钻

4、维护与保养

1）液压管线接头漏油：检查接头螺母是否拧紧，接头密封件是否老化，如老化应更换密封件。2）液压管线压合处漏油：应更换液压管线。3）液压泵压力油出口处压力表不显示压力值：首先检查油箱内是否有液压油，溢流阀的阀芯是否卡死，然后再检查液压泵出口处是否有压力油压出，如无压力油压出，检查液压泵吸油口管路是否有接头螺母松动，如仍无问题，则需更换液压泵。4）防爆电液换向阀不动作，而压力表有压力显示：首先检查电磁铁是否有吸合力量，如无问题则拆换向阀阀体进行清洗，并手动换向观察阀芯是否动作。如阀芯不动作，则需更换电磁阀并对阀进行维修。5）泵的排量较小：检查泵的刻度盘指针是否在7-8之间，再检查过滤器是否已过脏将过滤器堵塞。如过滤器堵塞，更换过滤器滤芯。钻机的控制系统12/21/202295石油钻采机械——任连城4、维护与保养钻机的控制系统12/19/202295石油

二、盘式刹车液压控制系统

1、功能

工作制动通过操作刹车阀的控制手柄，调节工作钳对制动盘的正压力，从而为主机提供大小可调的刹车力矩，满足送钻、起下钻等不同工况的要求。紧急制动遇到紧急情况时，按下紧急制动按钮，工作钳、安全钳全部参与制动，实现紧急刹车。

驻车制动当钻机不工作或司钻要离开操作台时，拉下驻车制动手柄，安全钳刹车，以防大钩滑落。

过卷保护当大钩提升重物上升到某位置，由于操作员失误或其它原因，应该工作制动而未实施制动时，过卷阀或防碰阀会发出信号，工作钳和安全钳全部参与刹车，实施紧急制动，避免碰天车事故。

误操作保护当司钻未按规定要求解除驻车制动、紧急制动时，所有刹车钳都处在制动状态，从而起到了安全保护作用。钻机的控制系统12/21/202296石油钻采机械——任连城二、盘式刹车液压控制系统钻机的控制系统12/19/22、主要技术参数

1)工作钳钻机的控制系统12/21/202297石油钻采机械——任连城2、主要技术参数钻机的控制系统12/19/202297石2)安全钳钻机的控制系统12/21/202298石油钻采机械——任连城2)安全钳钻机的控制系统12/19/202298石油钻采机3)液压系统钻机的控制系统12/21/202299石油钻采机械——任连城3)液压系统钻机的控制系统12/19/202299石油钻采

3、制动执行机构

制动执行机构主要包括：工作钳、安全钳、刹车盘和钳架四部分，其结构及布置。（见图）1、工作钳工作钳主要由常开式单作用油缸、杆杠及刹车块组成，其结构及工作原理参见图。（见图）2、安全钳安全钳主要由常闭式单作用油缸、碟簧、杆杠、刹车块组成，其结构及工作原理参见图。（见图）钻机的控制系统12/21/2022100石油钻采机械——任连城3、制动执行机构钻机的控制系统12/19/2022100

4、液压系统原理

1）工作制动

工作制动是由刹把控制刹车阀（12）实现的。刹车阀为手动比例减压阀，阀的输出压力随着拉动刹把而呈比例变化。当刹把拉到最大角度时，对应阀的输出压力最大，工作钳制动力最大；刹把推到原始位置，阀输出压力为零，工作钳松刹。每个回路中设有单向节流阀（18），在工作钳制动时起缓冲作用，使制动力逐渐施加，避免因操纵过猛而对设备产生不良影响。

钻机的控制系统12/21/2022101石油钻采机械——任连城4、液压系统原理钻机的控制系统12/19/2022101石

2）紧急制动

紧急制动是由紧急按钮阀（15）控制的，该阀是一个手动换向气阀，控制气控换向阀（16）。当按下紧急制动按钮时，切断气源，气控换向阀（16）弹簧复位，实现安全钳制动；同时，液控换向阀（17）因控制端失压而换向，压力油直接进入工作钳，实现工作钳制动。即：所有制动钳制动，实现了紧急制动。解除紧急制动时，同上述解除驻车制动一样，必须先将刹把拉至“刹”位，再拔出紧急制动按钮，才能解除紧急制动。

钻机的控制系统12/21/2022102石油钻采机械——任连城2）紧急制动钻机的控制系统12/19/2

3）过卷保护

当绞车提升重物接近天车时，绞车上安装的气动行程阀由于外力碰撞而动作，使气路接通。即正常工作时，气控换向阀（16）控制端通气源，这时，由过卷阀输出的气信号控制气控换向气阀（14）换向，切断气源，实现紧急制动。钻机的控制系统12/21/2022103石油钻采机械——任连城3）过卷保护钻机的控制系统12/19/202

4）驻车制动

驻车制动阀（19）为手动换向阀，拉动手柄，驻车制动阀换向，使安全钳油缸卸压，弹簧力使安全钳实现驻车制动。解除驻车制动时，必须先将刹把拉至“刹”位，使刹车阀（12）的输出压力控制误操纵保护阀（13）换向，再推动驻车制动阀手柄，将压力油输入到安全钳油缸，克服碟簧力，解除驻车制动。注意：解除驻车制动，必须先拉工作制动刹把，再推驻车制动手柄方能解锁。该回路中设有单向节流阀（18），在安全钳制动时起缓冲作用，使制动力逐渐施加，保护设备。钻机的控制系统12/21/2022104石油钻采机械——任连城4）驻车制动钻机的控制系统12/19/

5）误操作保护

需要解除驻车时，必须先把刹车阀（12）的刹把拉至“刹”位，再推驻车手柄。若司钻操纵时，没有按照规程执行，先推驻车手柄，此时，驻车制动不但没有解除，反而工作钳也处于全制动状态，实现误操纵保护功能。它强迫司钻必须按规程操作。钻机的控制系统12/21/2022105石油钻采机械——任连城5）误操作保护钻机的控制系统12/19/返回84、88、89、90、9112/21/2022106石油钻采机械——任连城返回84、88、89、90、9112/19/2022106石返回65、66、67、68、6912/21/2022107石油钻采机械——任连城返回65、66、67、68、6912/19/2022107石12/21/2022108石油钻采机械——任连城12/19/2022108石油钻采机械——任连城返回钻机的控制系统12/21/2022109石油钻采机械——任连城返回钻机的控制系统12/19/2022109石油钻采机械——工作钳工作原理

返回钻机的控制系统12/21/2022110石油钻采机械——任连城工作钳工作原理返回钻机的控制系统12/19/2022110安全钳工作原理

返回钻机的控制系统12/21/2022111石油钻采机械——任连城安全钳工作原理返回钻机的控制系统12/19/2022111本章小结：1、理解钻机气控制系统的作用、组成；2、理解钻机控制系统气源装置的作用、组成；3、了解钻机气控制系统主要控制元件的作用及工作原理；4、理解钻机通风型气胎离合器的工作原理及结构特点；5、了解钻机液压控制系统的作用、组成。钻机的控制系统12/21/2022112石油钻采机械——任连城本章小结：钻机的控制系统12/19/2022112石油钻采机本章完钻机的控制系统12/21/2022113石油钻采机械——任连城本章完钻机的控制系统12/19/2022113石油钻12/21/2022114石油钻采机械——任连城12/19/2022114石油钻采机械——任连城

第六章钻机的控制系统本章主要内容：1、钻井（气）控制系统的特点与组成；2、气源装置、执行元件、控制元件；3、气动控制基本回路4、钻机液压控制系统简介钻井机械12/21/2022115石油钻采机械——任连城第六章钻机的控制系统钻井机械12/19/2钻机的控制系统

第一节概述一、控制系统的作用

1、动力机的启动、调速、并车、停车；2、绞车的启动、停车、换档、刹车及紧急停车；3、转盘的启动、停车、换档、倒车；4、钻井泵的启动、停车；5、传动系统的挂合及摘离；6、气动卡瓦、气液大钳、液压猫头、其他辅助设备的操作控制；12/21/2022116石油钻采机械——任连城钻机的控制系统二、控制系统的要求

1）反映灵敏，传递迅速，动作准确，平稳柔和；2）操作简便，安全可靠，容易实现集中控制；3）结构简单，维修方便，易造好修，成本低廉。钻机的控制系统12/21/2022117石油钻采机械——任连城二、控制系统的要求钻机的控制系统12/19/20223石油钻三、控制方式的选择

1、机械控制：利用机械离合器、制动装置等实现控制；2、气控制：利用气压传动系统实现控制；3、电控制：利用强、弱电控制系统实现控制，如接触器控制、微机控制（PLC控制）；4、液压控制：利用液压传动系统实现控制；

钻机的控制系统12/21/2022118石油钻采机械——任连城三、控制方式的选择钻机的控制系统12/19/20224石油钻四、钻机的气控制系统

１、气动控制技术

气动控制技术是利用压缩空气作为传递动力或信号的工作介质，配合气动控制系统的主要气动元件，与机械、液压、电气、电子（包括PLC控制器和微电脑）等部分或全部综合构成的控制回路，使气动元件按生产工艺要求的工作状况、按设定的顺序或条件动作。钻机的控制系统12/21/2022119石油钻采机械——任连城四、钻机的气控制系统钻机的控制系统12/19/20225石２、气控制系统的特点

1）结构简单、轻便、安装维护简单、使用安全；2）以空气作介质，排气处理简单，经济、紧凑。3）利用空气的可压缩性，可贮存能量，实现集中供气。可短时间释放能量，以获得间歇运动中的高速响应。可实现缓冲。对冲击负载和过负载有较强的适应能力。4）压缩空气工作压力低(0.7～1MPa)，气控元件制造精度不是很高，易制造，好维修，操作简便，工作可靠。5）压缩空气不易燃，不污染，使用安全、卫生。6）可靠性高，使用寿命长。钻机的控制系统12/21/2022120石油钻采机械——任连城２、气控制系统的特点钻机的控制系统12/19/20226石油３、气控制系统的组成

1）气源系统：空压机、干燥机及气源处理装置。2）控制元件：压力、流量和方向控制阀以及各种逻辑元件等。3）气路辅件：包括供气管线、气动传感器、气液元件，消声器、连接阀件等：4）执行机构：包括气离合器、气缸、气猫头、气马达、伊顿盘刹等。

钻机的控制系统12/21/2022121石油钻采机械——任连城３、气控制系统的组成钻机的控制系统12/19/2022第二节气源装置

由空气压缩机和空气净化装置组成，为气控系统提供干燥、清洁的压缩空气。

气源装置的组成及工艺流程见下页图。钻机的控制系统12/21/2022122石油钻采机械——任连城第二节气源装置钻机的控制系统12/19/20228石油钻采气源装置的组成及工艺流程1—压缩机；2—冷却器；3—油水分离器；4—储气罐；5—干燥器；6—分水滤气器；7—储气罐；8—加热器；9—分配阀钻机的控制系统12/21/2022123石油钻采机械——任连城气源装置的组成及工艺流程1—压缩机；2—冷却器；3—油水分离

一空气压缩机(气源制备装置)目前，钻机所用的空气压缩机主要有两种：活塞式、螺杆式。钻机的控制系统12/21/2022124石油钻采机械——任连城一空气压缩机(气源制备装置)钻机的控制系统12/19/2１、活塞式压缩机1)工作原理：

电动机旋转，通过曲轴连杆带动活塞在气缸内作往复运动。工作腔的容积作周期性变化，它与吸、排气阀的启闭动作相配合，实现包括吸气、压缩、排气和膨胀4个过程的工作循环，从而不断吸入、压缩并排出气体。

钻机的控制系统12/21/2022125石油钻采机械——任连城１、活塞式压缩机钻机的控制系统12/19/202211石油钻2)组成

活塞式压缩机主要由传动机构、工作部件及机体构成。此外还有润滑、冷却、调节等辅助系统。钻机的控制系统12/21/2022126石油钻采机械——任连城2)组成钻机的控制系统12/19/202212石油钻采机械2．螺杆式压缩机1)工作原理:在空压机壳体中装有一对相互啮合的螺旋转子，其中一根转子具有凸面齿形，另一根转子具有凹面齿形，两根转子之间及壳体三者围成的空间，在转子回转过程中沿轴向移动，其容积逐渐减小，这样，从进口吸入的空气逐渐被压缩，并从出口排出。螺杆式空压机需要加油进行冷却、润滑及密封，所以在出口处需设置油分离器。

钻机的控制系统12/21/2022127石油钻采机械——任连城2．螺杆式压缩机钻机的控制系统12/19/202213石油钻

2)螺杆式压缩机的组成:主要零部件有：阴螺杆、阳螺杆、机体、轴承、同步齿轮以及密封组件等。钻机的控制系统12/21/2022128石油钻采机械——任连城2)螺杆式压缩机的组成:钻机的控制系统12/19/20223、活塞式压缩机与螺杆式压缩机的特性比较

螺杆压缩机性能优良，具有长时间连续工作能力。它与活塞式压缩机相比，具有易损件少,大修周期长,耗能少，气量无级调节等优点，可实现自动控制,无人值守，适应钻机配套要求。钻机的控制系统12/21/2022129石油钻采机械——任连城3、活塞式压缩机与螺杆式压缩机的特性比较螺杆压缩机性能

二、气源处理装置

1、冷却器

压缩机排出的压缩空气有很高的温度，可达150多度，其中也含有许多水、油蒸汽，必须加以冷却。冷却的目的：一是降温，二是让水、油蒸汽冷凝后除去。冷却方式：风冷却；水冷却。钻机的控制系统12/21/2022130石油钻采机械——任连城二、气源处理装置钻机的控制系统12/19/20221

2、油水分离器

作用：除去压缩空气中的绝大部分水和油；

原理：利用离心、碰撞、吸附等原理来分离。钻机的控制系统12/21/2022131石油钻采机械——任连城2、油水分离器

作用：除去压缩空气中的绝大部分水和油3、干燥器

干燥瓶的作用：进一步清除压缩空气中的水分。干燥器类型：冷冻式；吸附式。

1)冷冻式:

将湿空气冷却到其露点温度以下，使空气中水蒸气凝结成水滴并清除出去，然后再将压缩空气加热至环境温度输送出去。钻机的控制系统12/21/2022132石油钻采机械——任连城3、干燥器1)冷冻式:钻机的控制系统12/19/2022进入干燥器的空气首先进入热交换器冷却，经初步冷却的空气中析出的水份和油份经分离器排出。然后，空气再进入致冷器，进一步冷却到2～5℃，使空气中含有的水份、油份等由于温度的降低而进一步大量地析出，经分水排水器排出。冷却后的空气再进入热交换器加热输出。钻机的控制系统12/21/2022133石油钻采机械——任连城进入干燥器的空气首先进入热交换器冷却，经初步冷却2)吸附式:

吸附式干燥器由两个干燥瓶和加热器组成（见下页图）。干燥瓶内装有吸附剂（如硅胶、铝胶等）。经油水分离器分离后的压缩空气进入干燥瓶。干燥瓶内的吸附剂吸收压缩空气中的水分，排出干燥气体。经干燥处理后的压缩空气含水量一般不应超过0.01～0.03克／米3。吸水达到饱和后的吸附剂需加热再生，脱水后备用。两个干燥瓶轮流使用，一个工作，另一个再生备用。钻机的控制系统12/21/2022134石油钻采机械——任连城2)吸附式:钻机的控制系统12/19/202220石油钻钻机的控制系统12/21/2022135石油钻采机械——任连城钻机的控制系统12/19/202221石油钻采机械——任连城4、分水滤气器作用：精密过滤压缩空气。精度可达95%以上。结构：1）外杯为透明体，可以看到内部积水。2）滤网为粉末烧结体，孔隙小，过滤精度高；强度高。3）滤网下部橡胶罩用以防止气流将杯底积水搅起。原理：利用离心、碰撞、筛分等原理来分离。钻机的控制系统12/21/2022136石油钻采机械——任连城4、分水滤气器钻机的控制系统12/19/202222石油钻采第三节气控制阀

气控制阀可分为三大类：

压力控制阀(压力阀)——作用是：通过控制气控系统的压力，实现对作用力、作用力矩的控制。常用压力阀有：调压阀（减压阀）、溢流阀（安全阀）、两用继气器等。

流量控制阀(流量阀)——作用是：通过控制气体在系统中的流量，实现对执行元件运动速度的控制。常用的有节流阀、快速放气阀等。

方向控制阀(换向阀)——作用是：通过控制气体在系统中的流动方向，实现对执行元件运动方向的控制。常用的有：两通阀、三通旋塞阀、气控二位三通阀(两用继气器)等。

在控制原理图中，用一定的符号来表示不同的阀。钻机的控制系统12/21/2022137石油钻采机械——任连城第三节气控制阀在控制原理图中，用一定的符号来表示不同的阀一、压力控制阀(压力阀)

它依靠作用在阀心上的气压力和弹簧力相平衡以获得被控制气体的一定压力。改变弹簧力即改变原平衡状态，阀内通道也随之改变，从而使与压力阀并联或串联的气路中空气压力也相应发生变化。

钻机的控制系统12/21/2022138石油钻采机械——任连城一、压力控制阀(压力阀)钻机的控制系统12/19/20221、调压阀（减压阀）

调压阀是在一定的进口压力下，通过调节手柄(或踏板)，可送出不同的出口压力。调压阀有单向、双向两种。

调压阀种类繁多，虽然在结构、调压精度、用途上有所不同，但它们的工作原理基本相同。常见的调压阀有：直动式调压阀；内部先导式调压阀；外部先导式调压阀；过滤调压阀等。在控制原理图中，用一定的图形符号来表示不同的阀。钻机的控制系统12/21/2022139石油钻采机械——任连城1、调压阀（减压阀）钻机的控制系统12/19/202225石直动式、先导式调压阀过滤调压阀单向压力顺序阀安全阀钻机的控制系统12/21/2022140石油钻采机械——任连城直动式、先导式调压阀过滤调压阀单向压力顺序阀安全阀钻机的控制

直动式调压阀1—调节手柄；2、3—调压弹簧；4—溢流阀口；5—膜片；6—反馈导管；7—阀杆；8—进气阀；9—复位弹簧；10—溢流口；钻机的控制系统12/21/2022141石油钻采机械——任连城直动式调压阀钻机的控制系统12/19/202227石油钻采◆工作原理：

1）初始状态，两阀口均堵死，无压力气输出；2）顺时针旋转手柄，压缩弹簧，推动溢流阀座下行，推动阀杆下行，进气阀开启，经节流后输出口有相应气压输出；输出气压经反馈导管进入反馈腔，压缩膜片，使溢流阀座上移，进气阀口略减小，输出气压稳定在某一值；调压阀处于正常工作状态；3）顺时针或逆时针旋转手柄，可使输出气压增大或减小。4）输出气压只能在低于进气压力的范围内调节。钻机的控制系统12/21/2022142石油钻采机械——任连城◆工作原理：钻机的控制系统12/19/202228石油钻采机◆结构组成主要组成部分是三个工作腔、两阀：

进气腔A、出气腔B、反馈腔C；

进气阀（位于A、B腔之间）、溢流阀（位于C腔与排气口之间）。钻机的控制系统先导式单向调压阀12/21/2022143石油钻采机械——任连城◆结构组成钻机的控制系统先导式单向调压阀12/19/2022工作原理：

调压阀在进气（工作与调压)时，操纵机构(顶舌)将上阀座压下(图b)使球形阀下端球面将下阀座放气通孔关闭。当上阀座继续向下移动，球形阀上端球面便将上阀座通孔逐渐打开，使气源由气室A进入气室B，同时经孔D进入气室C。钻机的控制系统12/21/2022144石油钻采机械——任连城工作原理：钻机的控制系统12/19/202230石油钻采机械工作原理：当操纵杆在某一位置停止操作时，气室B的上阀座通孔及下阀座的放气孔，由于下阀座与调压弹簧相互压力平衡而都关闭(图c)。此时气室B的气体压力的大小，取决于操纵杆的下压程度。当气室B的压力低于开始调整的压力时，由于调压弹簧的作用，又将上阀座自动