石油钻井动力设备修后测试技术

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石油钻井动力设备修后测试技术

摘要：大马力柴油机和变频电动机是石油钻井装备中的重要组成部分，随着使用年限的增加设备避免不了修理，然而大修后，由于没有可靠的测试能力，无法对修理后的技术参数进行测定，无法保证修理质量。

因此设计和建立一套技术含量高、工艺水平先进、测试精度高的大马力柴油机和电动机检测试验台是动力设备维修过程中必不可缺少的重要环节。

关键词：钻井;动力设备;修理;测试

1.大马力柴油机修后测试技术研究

柴油机修后测试主要是采用水力测试技术，柴油机通过联轴器带动水力测功器主轴上的转子组件同步旋转，搅动工作腔中的水，转子旋转产生离心力并将转动力矩传递给传感器，通过调节进水量改变制动力矩即可对柴油机进行加载测试。

通过对发动机和测功器的直接控制及转速、扭矩、油耗率等主要参数和油温、水温、排温、油压等辅助参数的测量，测控仪即可进行柴油机定工况性能试验，也可进行变工况试验，全面考核和评价柴油机性能。

1.1柴油机测试装置的总体设计

国内的柴油机测试装置多为单机测试技术，没有配套机整体测试技术，我们研制的配套测试技术，能够对柴油机进行与钻井现场使用效果一致的工况进行测试，测试数据更精确。

整套测试试验台的主要组成有：水力测功器、测控系统、油耗变送器、快速油门执行器等部分组成。

此测试平台可以实现以下功能：①可实现全部发动机参数的测试、数显，可生成各种测试曲线、报表;②全部参数不仅在LED上显示，还可在计算机(可实现计算机联网)上全屏分类、分页显示;③可方便地实现各种发动机性能试验。

1.2测功器的供水、排水系统的研究

测功器的耗水量一般为每千瓦小时20L，排水水温不宜超过70℃。

进水水压为0.05-0.1MPa。

经过测算水压的稳定性要求系统设置净高5m以上的水箱，在水箱装溢水管，使水箱里的水面保持恒定。

为满足要求我们设计制作了由20m3钢筋混凝土水池、6m3稳压水箱、进水管3.5、排水管4和功率5kW的水泵组成的供水、排水系统。

经过实验证明被测发动机的工况点离测功器特性曲线的满水线(OA线)较近，则要求水压稍高些。

水箱供水管口径必须大于水箱往测功器供水水管的口径。

测功器排水必须通畅，弯管越少越好，最好用敞开式排水，否则形成背压，将大大影响测试稳定性。

1.3试验台主要设备的研选

测功器作为实验装置的主要设备，经过多方研究根据实验要求选用工作功率范围为0～1900kW的Y1900P水力测功器。

水力测功器通过改变排水阀的开度，内腔工作压力瞬间变化，通过电子控制仪器的自动闭环控制，可方便、迅速地稳定到所需要的负荷值，从一个工况到另一个工况的过渡时间为4秒。

试验台配备了FC2000发动机自动测控，这套系统是为满足发动机制造业中各种不同类型的柴油机、汽油机、天然气、液化气发动机性能试验和出厂试验而精心设计大型测控系统。

2.电动机修后测试技术研究

电动机修后测试技术主要是针对钻井设备中主传动电机大修后的测试，通过对大修后的电机进行测试，能及时发现问题，减少修理故障。

同时通过电机测试配套技术的研究，建立起集机械、计算机、力学、电学、信息化处理为一体的检测装置，对所修设备的技术参数、曲线、波形进行测试，并对其进行分析处理，有利于提高电机的修理质量。

2.1交流电机试验台主回路设计

我们使用工频电网电源(50Hz)进行试验。

主电路系统采用调压器、变压器，将电源电压的高压转换成所需的试验电压，以满足空载试验、短时升高电压试验、堵转试验所需要的不同电压。

对电机参数的测量采用Norma5000功率分析仪完成。

控制采用计算机和PLC构成，可进行手动控制和自动控制。

主回路采纳了国内外先进、成熟的技术，进过优化和合理设计使主回路具有先进性与可靠性。

2.2交流电机试验台控制系统设计

控制系统采用ProfBus总线连接的分布式PLC控制系统。

选用西门子公司SIMATIC S7 300PLC，315-2DP 中央处理单元CPU为PLC主站，ET200M扩展I/O站作为从站，经过实验整套系统具有便于操作、故障率低等特点。

2.3交流电机试验测试

测量系统对被测试电机电量参数和机械量进行高速动态采集及长时间动态过程检测，对电源部分的工作状态及相应参数进行监测并记录，能对相应数据处理及特性曲线进行绘制并打印，对所有测试量进行数据依存和打印。

可以采集测试以下数据：电机的电压、电流、转速、输入功率、温度、直流电阻、振动、同时测量三相电压、同时测量电动机的每相线电流。

3.结论

大马力柴油机测试装置投用后测试了190系列、3000系列柴油机，其中检测出某些柴油机功率不足或燃油消耗率高等问题，并进行了及时处理。

测试技术应用后提高了设备使用寿命，每台柴油机延长使用寿命达10%以上，节约了井队大量的维修费用。

电动机实验台目前已在280/780kW高压电机，400/600V变频电机上进行测试，取得了相关的实验数据。

实验表明测试系统可以满足200kW～800kW变频异步电动机、电压等级为400V/600V变频异步电动机大修后的测试要求。

同时，可针对780kW高压(6000V)电机，单独设立测试系统，满足高压电机6000V的要求，能实现高压电机大修后的测试要求。

参考文献：

[1]张冬梅.先进柴油机试验测试技术[J].铁道机车车辆，2001.31(10).318-322

[2]王益全.电机测试技术[M].科学出版社，2008.