CN110697600B - 一种钻井绞车阀箱控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开的一种钻井绞车阀箱控制系统，包括设置于阀箱底板上且侧部与阀箱内相通的排水阀，排水阀的一端向下伸出于阀箱，排水阀的另一端位于阀箱内且通过管道连通有气控单元，气控单元通过导线连接有电控单元。本发明一种钻井绞车阀箱控制系统，通过在排水阀的控制口回路设置电磁阀，并通过设定低压压差开关的检测设定值，利用低压压差开关气电转化开关来自动控制相应电磁阀的通断，从而自动控制排水阀的开排和关排，既实现了排水阀按需自动排水的功能，又避免阀箱外围气体进入阀箱内，保持了控制阀箱的防爆性能，且排水可根据需要实时开启和关闭。

Description

一种钻井绞车阀箱控制系统
技术领域
本发明属于石油钻井绞车机械控制技术领域，具体涉及一种钻井绞车阀箱控制系统。
背景技术
现有绞车安装在钻台面高位的变频钻机，因绞车阀箱安装位置在防爆区域或接近防爆区域，为了响应HSE安全要求，越来越多的用户要求绞车控制阀箱整体防爆，且阀箱的整体防护等级IP56以上，有很高的密封性能，绞车阀箱集成安装有控制绞车气动执行元件动作及盘刹刹车的电磁阀、信号反馈检测元件(包含：压力开关、压力传感器)、接线端子等电气元件，钻机调试或检修过程中经常会开盖作业，调试或检修作业过程若遇雨天，雨水就会进入阀箱内，因绞车阀箱为整体防爆，密封性能良好，进入阀箱内的水就不能排出箱外，当积水严重时，就会造成电气元件的损坏，造成电气元件其相应的控制功能失效，为了解决绞车防爆阀箱积水造成电气元件损坏的问题，需设置一种排水阀及其控制系统，既能保持原有阀箱内部的密封性能，不影响阀箱的防爆性能。又能集成安装在绞车控制阀箱内，并能按需实现自动排水，当水排完后又能及时关闭。
发明内容
本发明的目的在于提供一种钻井绞车阀箱控制系统，解决了现有技术中因绞车防爆阀箱积水造成电气元件损坏及其控制功能失效的问题。
本发明所采用的技术方案是：一种钻井绞车阀箱控制系统，包括设置于阀箱底板上且侧部与阀箱内相通的排水阀，排水阀的一端向下伸出于阀箱，排水阀的另一端位于阀箱内且通过管道连通有气控单元，气控单元通过导线连接有电控单元。
本发明的特点还在于，
排水阀包括依次同轴固定连通的筒形底盖、中盖和压盖，底盖和压盖上依次设置有排水控制口和排水出水口，排水控制口与气控单元连通，排水出水口敞开于阀箱外，底盖内滑动配合有顶盖，中盖的侧壁开设有敞开于阀箱内的排水进水口，中盖内同轴滑动配合有活塞杆，活塞杆的一端固定有顶柱并抵至顶盖内，顶柱和中盖之间的活塞杆外套接有弹簧，中盖靠近压盖的一端通过压盖扣压有中心开口的密封体，活塞杆远离顶柱的一端为锤形且尺寸大小与密封体中心开口相适应。
排水阀垂直阀箱底板设置，排水进水口的下边沿与阀箱底板的内边平齐。
底盖和顶盖之间通过第一O形圈密封，中盖和活塞杆之间通过第二O形圈密封。
密封体包括相互扣合并形成内部空腔的密封座和密封盖，密封座和密封盖形成的空腔内设置有密封圈。
气控单元包括气源装置，气源装置通过管道依次连通有位于阀箱外的球阀和位于阀箱内的减压阀，气源装置还通过管道连通有电磁阀，电磁阀远离气源装置的一端与排水控制口连通，电磁阀上通过导线连接有与大气相通的压差开关。
气源装置位于阀箱外且连通有三通分气管，三通分气管的一个出气口通过第一管接头与球阀连通，球阀相对第一管接头的一端通过依次连通的直角管接头、活管接头、第二管接头、第三过墙接头和第三管线接头与减压阀连通，第三过墙接头穿过阀箱底板并与其固定。
三通分气管的另一个出气口通过管道连通有穿过阀箱底板并与其固定的第二过墙接头，第二过墙接头远离三通分气管的一端通过第二管线接头与电磁阀连通。
压差开关上设置有第三进气口和第四进气口，第三进气口敞开于阀箱内，第四进气口通过第一管线接头连通有伸出于阀箱的第一过墙接头。
电控单元包括电源开关，电源开关的一端通过导线连接有供电电源，电源开关的另一端依次通过导线连接有位于压差开关上的常开触点和位于电磁阀上的电磁线圈，电磁线圈的另一端通过导线与供电电源连接。
本发明的有益效果是：本发明一种钻井绞车阀箱控制系统，通过在排水阀的控制口回路设置电磁阀，并通过设定低压压差开关的检测设定值，利用低压压差开关气电转化开关来自动控制相应电磁阀的通断，从而自动控制排水阀的开排和关排，既实现了排水阀按需自动排水的功能，又避免阀箱外围气体进入阀箱内，保持了控制阀箱的防爆性能，且排水可根据需要实时开启和关闭。
附图说明
图1是本发明一种钻井绞车阀箱控制系统的安装示意图；
图2是本发明一种钻井绞车阀箱控制系统中排水阀的结构示意图；
图3是本发明一种钻井绞车阀箱控制系统的气控制原理图；
图4是本发明一种钻井绞车阀箱控制系统的电控制原理图；
图5是本发明一种钻井绞车阀箱控制系统中排水阀的排水状态示意图。
图中，1.排水阀，4.供电电源，5.阀箱；
1-1.底盖，1-2.顶盖，1-3.第一O形圈，1-4.第二O形圈，1-5.密封圈，1-6.顶柱，1-7.弹簧，1-8.活塞杆，1-9.中盖，1-10.密封盖，1-11.密封座，1-12.压盖；
2-1.减压阀，2-2.电磁阀，2-2.1.电磁线圈，2-3.压差开关，2-3.1.常开触点，2-4.球阀，2-5.气源装置，2-6.第一管线接头，2-7.第一过墙接头；2-8.第二过墙接头，2-9.第三过墙接头，2-10.三通分气管，2-11.第一管接头，2-12.直角管接头，2-13.活管接头，2-14.第二管接头，2-15.第二管线接头，2-16.第三管线接头；
3-1.电源开关；
5-1.阀箱底板；
K.排水控制口，O.排水出水口，P.排水进水口，P1.第一进气口，B1.第一出气口，O2.第二排气口，P2.第二进气口，B2.第二出气口，P3.第三进气口，P4.第四进气口，P5.第五进气口，B5.第三出气口，C1.第一触点，NO1.第二触点，A1.电磁线圈正极端，A2.电磁线圈负极端，13.电源开关正极端，14.电源开关负极端。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明提供了一种钻井绞车阀箱控制系统，如图1所示，包括排水阀1在阀箱5内垂直安装，排水阀1的中盖1-9上的排水进水口P的下边沿与阀箱底板5-1的内边沿平齐，中盖1-9与阀箱底板5-1内外相交处整圈焊接，排水阀1的排水进水口P直接敞开于阀箱5箱体内，排水阀1的排水出水口O敞开于阀箱5箱外并与大气相通，压差开关2-3的第四进气口P4通过第一管线接头2-6与第一过墙接头2-7相连，第一过墙接头2-7与阀箱底板5-1内外相交处整圈焊接；电磁阀2-2的第二进气口P2通过第二管线接头2-15与第二过墙接头2-8相连，第二过墙接头2-8与阀箱底板5-1内外相交处整圈焊接；减压阀2-1的第一进气口P1通过第三管线接头2-16与第三过墙接头2-9相连，第三过墙接头2-9与阀箱底板5-1内外相交处整圈焊接。
如图2所示，排水阀1包括底盖1-1及其腔体，顶盖1-2内置于底盖1-1腔体内，底盖1-1和顶盖1-2之间通过第一O形圈1-3密封，顶柱1-6内置于顶盖1-2的腔体内，弹簧1-7的一端端面与顶柱1-6的端面贴合，另一端内置于中盖1-9的右内腔，中盖1-9两端均设置台阶内腔，中盖1-9与底盖1-1通过螺栓连接后压紧弹簧1-7，从而压紧顶柱1-6，使其固定内置于顶盖1-2内腔，活塞杆1-8设置为大小台阶式杆柱结构，活塞杆1-8的小杆柱穿过中盖1-9的内腔和弹簧1-7的内腔与顶柱1-6通过螺纹连接，中盖1-9与活塞杆1-8之间通过第二O形圈1-4密封；密封座1-11内置于中盖1-9的左内腔，密封座1-11设有台阶内腔，密封圈1-5的底部密封部位内置于密封座1-11内腔，密封圈1-5的顶部密封部位内置于中盖1-9的台阶内腔，密封盖1-10扣压在密封圈1-5上，压盖1-12扣压住密封盖1-10，使密封盖1-10内置于压盖1-12的右内腔，压盖1-12与中盖1-9通过螺栓连接紧固，使其压紧密封盖1-10，从而压紧密封圈1-5，压盖-12内腔设有排水出水口O，中盖1-9上设有排水进水口P，底盖1-1右端设有排水控制口K。
如图3所示，气控制系统包括气源装置2-5、减压阀2-1、电磁阀2-2、压差开关2-3、球阀2-4；减压阀2-1、电磁阀2-2、压差开关2-3和排水阀1均安装在阀箱5内部，气源装置2-5和球阀2-4设置在阀箱5外部；减压阀2-1上设有第一进气口P1和第一出气口B1；电磁阀2-2上设有电磁线圈2-2.1，第二进气口P2,第二出气口B2和第二排气口O2；气源装置2-5经三通分气管2-10后分成两路气，一路气通过第一管接头2-11与球阀2-4的第五进气口P5相连，球阀2-4的第三出气口B5通过直角管接头2-12、活管接头2-13及第二管接头2-14与第三过墙接头2-9连接并经第三管线接头2-16与减压阀2-1的第一进气口P1连接；一路气经管道与第二过墙接头2-8连接并经第二管线接头2-15与电磁阀2-2的第二进气口P2连接，电磁阀2-2的第二出气口B2与排水阀1的排水控制口K连接；减压阀2-1的第一出气口B1直接敞开排至阀箱5箱体内；排水阀1的排水进水口P直接敞开于阀箱5箱体内；压差开关2-3为压差检测气电转化开关，压差开关2-3上设有第三进气口P3、第四进气口P4、常开触点2-3.1，压差开关2-3的第三进气口P3直接敞开于阀箱5箱体内，压差开关2-3的第四进气口P4直接敞开于阀箱5箱外并与大气相通。压差开关2-3能将第三进气口P3和第四进气口P4的压差△P1与压差开关设定的压差值△P比较，当△P1≥△P时，压差开关2-3就会送出高压信号驱动压差开关2-3的常开触点2-3.1中的第一触点C1与第二触点NO1闭合；当△P1＜△P时，压差开关2-3就不会送出高压信号，压差开关2-3的常开触点2-3.1中的第一触点C1与第二触点NO1处于断开状态。
如图4所示，电控制系统包括电源开关3-1，还包括气控单元中的电磁线圈2-2.1、压差开关2-3常开触点2-3.1，电源开关3-1的电源开关正极端13与供电电源4的正极相连，电源开关3-1的电源开关负极端14分别与压差开关2-3常开触点2-3.1的第一触点C1相连，压差开关2-3常开触点2-3.1的第二触点NO1与电磁线圈2-2.1的电磁线圈正极端A1相连，电磁线圈2-2.1的电磁线圈负极端A2与供电电源4的负极相连。其中，压差开关2-3为瑞士HUBA产品，型号为HUBA604 E111011，工作原理为：当第三进气口P3与第四进气口P4之间的压差值高于压差开关2-3的设定值时，压差开关2-3的第一触点C1与第二触点NO1闭合，当第三进气口P3与第四进气口P4之间的压差值低于压差开关2-3的设定值时，压差开关2-3的第一触点C1与第二触点NO1断开；电磁阀2-2为FESTO产品，型号为MFH-3-1/4,工作原理为：电磁线圈2-2.1得电时，电磁阀2-2的第二进气口P2口与第二出气口B2口导通通气，电磁线圈2-2.1断电时，电磁阀2-2的第二出气口B2口与第二排气口O2口导通排气。
本发明的实施过程如下：
当阀箱5正常工作时，始终确保电源开关3-1置于按下导通状态；当检修时，将电源开关3-1置于复位断开状态，断开电磁阀2-2的控制电源。
当阀箱5无积水时，球阀2-4关闭，阀箱5内气压与阀箱5外的大气压的差值△P2低于压差开关2-3设定的压差值△P，因为压差开关2-3检测的第三进气口P3和第四进气口P4的压差△P1实际就是阀箱5内气压与阀箱5外的大气压的差值△P2，即△P2＝△P1，所以，压差开关2-3检测的压差值△P1小于压差开关2-3设定的压差值△P。压差开关2-3未发送高压信号，压差开关2-3的常开触点中的第一触点C1和第二触点NO1处于断开状态，以至于电磁阀2-2中的电磁线圈2-2.1未通电，电磁阀2-2中第二进气口P2与第二出气口B2不通气，排水阀1的排水控制口K无控制气，排水阀1的排水进水口P与排水出水口O不导通，排水阀1处于关排状态。
当阀箱5内有积水时，打开球阀2-4导通气控单元的气源；气源装置2-5的气体先经过减压阀2-1的第一进气口P1和第一出气口B1进入阀箱5箱体内，随着进入阀箱5内的气体增多，阀箱5内的气压升高，当阀箱5内气压与阀箱5外的大气压的差值△P2等于或大于压差开关2-3的设定值△P时，压差开关2-3发送出高压信号，使压差开关2-3的常开触点2-3.1中的第一触点C1和第二触点NO1处于接通状态，导通电磁阀2-2中的电磁线圈2-2.1的电源，从而控制电磁阀2-2换向，电磁阀2-2的第二进气口P2与第二出气口B2导通气源进入排水阀1的排水控制口K，排水阀1的排水控制口K有气信号，气压推动顶盖1-2向左运动，从而带动顶柱1-6压缩弹簧1-7，并带动活塞杆1-8向左运行，直至顶盖1-2的左端面靠死中盖1-9的右端面，如图5所示，此时，排水阀1的排水进水口P与排水出水口O导通，排水阀1处于开排(即排水)状态，当阀箱5内的水排完后，因阀箱5箱内的气压高于箱外的大气压，阀箱5箱内的气体会排向大气，此时阀箱5内的气压又会慢慢降低，当阀箱5内气压与阀箱5外的大气压的差值△P2小于压差开关2-3的设定值△P时，压差开关2-3的常开触点2-3.1中的第一触点C1和第二触点NO1复位处于断开状态，从而断开电磁阀2-2中的电磁线圈2-3.1的电源，电磁阀2-2换向复位，电磁阀2-2的第二进气口P2与第二出气口B2断开，从而断开排水阀1的排水控制口K的控制气，排水阀1复位关闭处于关排(即不排水)状态。
当排水阀1排完水并关闭后，操作人员可选择关闭球阀2-4，切断进入阀箱5箱体内的气源，使阀箱5内气压与阀箱5外的大气压的差值△P2又小于压差开关2-3的设定值△P，从而断开电磁线圈2-2.1的控制电源，使电磁阀2-2的第二进气口P2与第二出气口B2断开，以致于断开排水阀1排水控制口K的气源。使排水阀1一直处于关排状态，实现节能。
当排水阀1排完水并关闭后，当操作者忘记关闭球阀2-4时，随着排水阀1的排水通道关闭，但气源经减压阀2-1一直连续给阀箱5内充气，就会造成阀箱5内部压力会再次上升，当阀箱5内气压与阀箱5外的大气压的差值△P2又等于或大于压差开关2-3的设定值△P时，压差开关2-3发送高压信号，使压差开关2-3的常开触点2-3.1中的第一触点C1和第二触点NO1处于接通状态，再一次导通电磁阀2-2中的电磁线圈2-2.1的电源，从而控制电磁阀2-2换向，导通排水阀1排水控制口K气源，气压推动顶盖1-2向左运动，从而带动顶柱1-6压缩弹簧1-7，并带动活塞杆1-8向左运行，直至顶盖1-2的左端面靠死中盖1-9的右端面，如图5所示，此时，排水阀1的排水进水口P与排水出水口O导通，排水阀1处于排气状态，当阀箱5内气压与阀箱5外的大气压的差值△P2小于压差开关2-3的设定值时，压差开关2-3的常开触点2-3.1中的第一触点C1和第二触点NO1复位处于断开状态，又再一次断开电磁阀2-2中的电磁线圈2-2.1的电源，电磁阀2-2换向复位，电磁阀2-2的第二进气口P2与第二出气口B2断开，从而断开排水阀1的排水控制口K的控制气，排水阀1复位处于关排状态。若保持球阀2-4一直处于打开状态，排水阀1就会在开排与关排状态之间循环交替工作，确保阀箱5箱体内的压力一直处于一种设定的安全的工作状态。

Claims (6)

1.一种钻井绞车阀箱控制系统，其特征在于，包括设置于阀箱底板(5-1)上且侧部与阀箱(5)内相通的排水阀(1)，排水阀(1)的一端向下伸出于阀箱(5)，排水阀(1)的另一端位于阀箱(5)内且通过管道连通有气控单元，气控单元通过导线连接有电控单元；
所述排水阀(1)包括依次同轴固定连通的筒形底盖(1-1)、中盖(1-9)和压盖(1-12)，底盖(1-1)和压盖(1-12)上依次设置有排水控制口(K)和排水出水口(O)，排水控制口(K)与气控单元连通，排水出水口(O)敞开于阀箱(5)外，底盖(1-1)内滑动配合有顶盖(1-2)，中盖(1-9)的侧壁开设有敞开于阀箱(5)内的排水进水口(P)，中盖(1-9)内同轴滑动配合有活塞杆(1-8)，活塞杆(1-8)的一端固定有顶柱(1-6)并抵至顶盖(1-2)内，顶柱(1-6)和中盖(1-9)之间的活塞杆(1-8)外套接有弹簧(1-7)，中盖(1-9)靠近压盖(1-12)的一端通过压盖(1-12)扣压有中心开口的密封体，活塞杆(1-8)远离顶柱(1-6)的一端为锤形且尺寸大小与密封体中心开口相适应；
所述气控单元包括气源装置(2-5)，气源装置(2-5)通过管道依次连通有位于阀箱(5)外的球阀(2-4)和位于阀箱(5)内的减压阀(2-1)，气源装置(2-5)还通过管道连通有电磁阀(2-2)，电磁阀(2-2)远离气源装置(2-5)的一端与排水控制口(K)连通，电磁阀(2-2)上通过导线连接有与大气相通的压差开关(2-3)；
所述压差开关(2-3)上设置有第三进气口(P3)和第四进气口(P4)，第三进气口(P3)敞开于阀箱(5)内，第四进气口(P4)通过第一管线接头(2-6)连通有伸出于阀箱(5)的第一过墙接头(2-7)；
所述电控单元包括电源开关(3-1)，电源开关(3-1)的一端通过导线连接有供电电源(4)，电源开关(3-1)的另一端依次通过导线连接有位于压差开关(2-3)上的常开触点(2-3.1)和位于电磁阀(2-2)上的电磁线圈(2-2.1)，电磁线圈(2-2.1)的另一端通过导线与供电电源(4)连接。
2.如权利要求1所述的一种钻井绞车阀箱控制系统，其特征在于，所述排水阀(1)垂直阀箱底板(5-1)设置，排水进水口(P)的下边沿与阀箱底板(5-1)的内边平齐。
3.如权利要求1所述的一种钻井绞车阀箱控制系统，其特征在于，所述底盖(1-1)和顶盖(1-2)之间通过第一O形圈(1-3)密封，中盖(1-9)和活塞杆(1-8)之间通过第二O形圈(1-4)密封。
4.如权利要求1所述的一种钻井绞车阀箱控制系统，其特征在于，所述密封体包括相互扣合并形成内部空腔的密封座(1-11)和密封盖(1-10)，密封座(1-11)和密封盖(1-10)形成的空腔内设置有密封圈(1-5)。
5.如权利要求1所述的一种钻井绞车阀箱控制系统，其特征在于，所述气源装置(2-5)位于阀箱(5)外且连通有三通分气管(2-10)，三通分气管(2-10)的一个出气口通过第一管接头(2-11)与球阀(2-4)连通，球阀(2-4)相对第一管接头(2-11)的一端通过依次连通的直角管接头(2-12)、活管接头(2-13)、第二管接头(2-14)、第三过墙接头(2-9)和第三管线接头(2-16)与减压阀(2-1)连通，第三过墙接头(2-9)穿过阀箱底板(5-1)并与其固定。
6.如权利要求5所述的一种钻井绞车阀箱控制系统，其特征在于，所述三通分气管(2-10)的另一个出气口通过管道连通有穿过阀箱底板(5-1)并与其固定的第二过墙接头(2-8)，第二过墙接头(2-8)远离三通分气管(2-10)的一端通过第二管线接头(2-15)与电磁阀(2-2)连通。
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