【论文摘要】石油钻机绞车计算机控多盘刹车，是继带刹车、液控盘式刹车之后的第三代新型刹车，其多盘式结构的刹车力矩大，体积小；刹车盘内有水冷内腔，可确保刹车性能和刹车的使用寿命；刹车和松刹由计算机控制系统监控，可实现平衡的刹车过程；有防备供水中断、供气不足等安全保护功能，以及紧急事故刹车和防碰天车限位功能。美国和挪威等国批量应用的实践表明，这种新一代刹车代表了目前世界石油钻机绞车刹车的最高技术水平，是现代石油钻机绞车的发展方向。建议及早立项研究，组织联合开发。
20世纪90年代以来，国外在液控盘式刹车技术的基础上，采用先进的新型结构和计算机控制技术，研究开发和应用了具有更理想的刹车性能和更多使用功能的新一代石油钻机绞车计算机控多盘刹车。这是继带刹车、液控盘式刹车之后的第三代新型刹车，具有广阔的发展前景。现以挪威Aker Maritime公司和美国Continental-Emsco公司的产品为例、分别介绍这种多盘刹车的结构特点、基本参数和优越性。
结构特点
计算机控多盘刹车与液控盘式刹车的结构和控制系统完全不同，采用全新结构设计，通过齿式联轴节与转盘侧滚筒轴端相联接，安装在取代电磁涡流刹车的位置，是一个独立部件，具有一系列的结构特点。
1.多盘刹车力矩大体积小
采用多个刹车盘同时刹车，具有充足的刹车力矩储备裕量，刹车安全可靠。多盘式结构还可以缩小刹车的外形尺寸和减轻质量。
2.刹车盘内有水冷内腔
为了确保良好的刹车性能和使用寿命，在刹车盘内设有水冷内腔，循环冷水通过内腔后，可吸收热量并带到刹车外面，经过散热降温冷却后，再进入内腔，形成水冷循环系统。为此，备有专用的水箱、管线和散热系统。
3.专门设计的气缸离合机构
在刹车盘的360°范围内的刹车壳体外面，每隔90°位置固定着一个气缸，4个气缸同时进气或排气，以挂合或脱离多个刹车盘。
4.计算机控制系统实施刹车和松刹
在计算机的监控下，可以实现平衡的刹车过程。需要刹车时，司钻通过一个手柄发出刹车指令，计算机接到指令后，即时按规定的程序控制气动系统和4个气缸实施刹车。反之，则可很快松刹。
5.多种安全保护功能
为了确保刹车的绝对安全可靠，多盘刹车还具有防备供水中断、供气不足等安全保护功能，以及紧急事故刹车和防碰天车限位功能，以确保起下钻作业的安全可靠。
此外，为了保证刹车的更加安全可靠，美国Continental-Emsco公司还为已经装备了计算机控多盘刹车的ElectrohoistⅤ型电驱动绞车配置了作为备用刹车的SS型液控盘式刹车，其刹车盘直径为2438mm，是目前世界上最大规格的刹车盘。
主要基本参数
挪威Aker Maritime公司计算机控多盘刹车［1］的最大刹车力矩 260 kN*m，钻柱质量453.6t，绞车滚筒直径762mm，钢丝绳直径38.1mm，滚筒上第3层缠绳力矩167 kN*m，最大下放钻具滚筒转速420r/min，滚筒第3层缠绳最大下放钻具速度为2.0m/s。
计算机控多盘刹车的优越性
1.较大的刹车力矩
由于计算机控多盘刹车的刹车力矩储备裕量较大，在钻井、起下钻和下套管作业中，刹车更加安全可靠，由此减少事故和停工时间，加快钻井速度。
2.多种使用功能
多盘刹车具有良好的刹车特性，可以取代现有的带刹车和液控盘式刹车。在下钻过程中，因能吸收大量的动能，使吊卡安全可靠地停在转盘上方，故可取消电磁涡流刹车。利用一套专门设计的闭环自动送钻控制系统，可以实现自动优化送钻作业，不必另外配备自动送钻装置。
3.较先进的技术经济指标
由于结构简单，外形尺寸较小，质量较轻，所以计算机控多盘刹车的各种技术经济指标均比液控盘式刹车先进。
4.更好的刹车性能
计算机按预先编排好的刹车过程刹车，可实现平稳可靠的刹车过程，提高刹车质量和效果，防止突然刹车造成的过大载荷和摩擦元件的过早磨损，提高绞车装备和多盘刹车的使用寿命。此外，按照预编的程序刹车，还消除了由于不同司钻不同的操作技术水平带来的不同刹车过程的影响。也就是说任何技术水平的司钻，均可实现平稳可靠的刹车过程。计算机控制系统在刹车过程中，还给司钻以较灵敏的手感，可使司钻感到需要多大的施加力，这是多盘刹车的又一重要性能。
5.共用钻机气源
计算机控制气动系统和气缸，可直接使用钻机自身的气源。与液控盘式刹车相比，可以省去一套动力源及其控制系统。不仅使用方便，而且还减少动力源品种，有利于降低绞车成本，减少装备费用和运转、维护保养费用。
6.较轻的环境污染
由于多盘刹车的刹车副采用特殊材料制成，再加上较理想的计算机控制的刹车过程，刹车时产生的噪音很小。此外，刹车盘全在壳体内部，刹车时产生的粉末不会在空气中飞扬，有利于保持良好的空气质量，减少对人体的危害。
结束语
至1998年，美国Continental-Emsco公司生产的21台深水海洋石油钻机(2268～2999m水深海域钻机13台，3048m水深海域钻机8台)，都为其ElectrohoistⅤ型绞车装备了计算机控多盘刹车。批量使用的实践，证明这种多盘刹车技术是可行的，并取得了预期的效果。
笔者认为，计算机控多盘刹车，是代表目前世界石油钻机绞车刹车的最高技术水平，是现代石油钻机绞车的发展方向。建议我国及早立项研究，采用从科研、设计、制造、试验到使用推广形成一条龙负责到底的方式，组织联合开发，把我国石油钻机绞车刹车技术推向一个新的发展阶段。
张连山简介见本刊2000年第2期.
张连山（兰州石油化工机器总厂）
参 考 文 献
［1］Composit Catalog of Oil Field Equipment & Services.Published by World Oil. A Gulf Publishing Company Publication USA，1998～99：1297
