石油大學(xué)25號高層住宅樓消防監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計及石油鉆機送鉆控制系統(tǒng)可靠性研究

PAGE目錄TOC\o"1-2"\h\z\u第1章西安石油大學(xué)25號高層住宅樓簡介 11.1本校25號住宅樓框架介紹 11.2本校25號住宅樓平面結(jié)構(gòu)圖 11.3介紹其中一層樓的任一戶型的結(jié)構(gòu)布局及平面圖 1第二章消防系統(tǒng)方案設(shè)計 22.1消防系統(tǒng)初步方案設(shè)計 22.2報警裝置的選用 22.3火災(zāi)探測器的選用 32.4警報裝置的選用 32.5消防電話的選用 42.6消防廣播的選用 42.7其他 42.8高層民用建筑消防設(shè)計原則 5第三章消防聯(lián)動控制的設(shè)計 93.1火災(zāi)探測報警模塊 93.2GSTCRT2001彩色顯示系統(tǒng) 11第四章消防控制系統(tǒng)的布局 124.1主監(jiān)控室布局 124.2各樓層綜合布局 12參考文獻 16附錄 17第1章西安石油大學(xué)25號高層住宅樓簡介1.1本校25號住宅樓框架介紹此樓為板式結(jié)構(gòu)，共33層，屬于高層民用建筑，且每一樓層的每一戶型結(jié)構(gòu)及布局都相同。每一層樓住8戶，分別成對稱戶型，中間位置為公用電梯，左右兩側(cè)分別為有一個緊急出口，兩戶共用一個樓梯平臺，左右對稱。1.2本校25號住宅樓平面結(jié)構(gòu)圖圖1-125號住宅樓任一樓層的結(jié)構(gòu)平面布局圖1.3介紹其中一層樓的任一戶型的結(jié)構(gòu)布局及平面圖圖1-2任一戶型的結(jié)構(gòu)平面布局圖第二章消防系統(tǒng)方案設(shè)計2.1消防系統(tǒng)初步方案設(shè)計消防監(jiān)控系統(tǒng)選用海灣公司GSTCRT2001彩色顯示系統(tǒng)。該系統(tǒng)是海灣安全技術(shù)有限公司最新一代消防控制中心火警監(jiān)控、管理系統(tǒng)，它用語火災(zāi)報警及消防聯(lián)動設(shè)備的管理與控制以及設(shè)備的圖形化顯示。可與海灣安全技術(shù)有限公司所產(chǎn)生的GST200、GST500、GST5000、GST9000等系列火災(zāi)報警控制（聯(lián)動型）組成功能完備的圖形化消防中心監(jiān)控系統(tǒng)，并且CRT之間可以通過局域網(wǎng)、普通電話線RS-232等方式進行聯(lián)網(wǎng)，接受、發(fā)送、顯示設(shè)備的異常信息及主機信息，從而實現(xiàn)火災(zāi)報警系統(tǒng)的遠程中央監(jiān)控。示意圖如下：圖2-1消防監(jiān)控系統(tǒng)示意圖2.2報警裝置的選用火災(zāi)報警控制器選用JB-QG-GST200型火災(zāi)報警控制器(聯(lián)動型)，該型火災(zāi)報警控制器是海灣公司推出的新一代火災(zāi)報警控制器。為適應(yīng)工程設(shè)計的需要，控制器兼有聯(lián)動控制功能，可與海灣公司的其他產(chǎn)品配套使用主次配置靈活的報警聯(lián)動一體化控制系統(tǒng)，具有較高的性價比，特別時候中小型火災(zāi)報警及消防聯(lián)動一體化控制系統(tǒng)的應(yīng)用。JB-QG-GST200型火災(zāi)報警控制器（聯(lián)動型）采用柜式結(jié)構(gòu)，主要指標如下“（1）控制器最大容量為242個地址編碼點，本項目中用到點數(shù)：①點型復(fù)合式感煙感溫火災(zāi)探測器：8*33=264，編碼地址：1～264②消防栓按鈕：每層一個，33*1=33，編碼地址：265～297③火災(zāi)聲光報警器：每層一個,33*1=33,編碼地址：298～330④總線制固定式消防電話分機：每層一個，33*1=33，編碼地址：331～363⑤廣播分配盤：每個廣播分配盤占用20個地址編碼點，編碼地址：363～382⑥多線控制盤：共有33路，每路占有一個編碼地址33*1=33，編碼地址：383～415（2）控制器最大可外接64臺火災(zāi)顯示盤，本項目中火災(zāi)顯示盤個數(shù)：火災(zāi)顯示盤：每層一個，33*1=33（3）控制器最大可配置33個多線控制點，本項目中多線制控制點個數(shù)：①消防水泵：1個②電磁閥：每層一個，33*1=33(4)接線①控制器與探測器間采用無極性信號二總線連接②多線制控制點與模塊（GST-LD-8302C）之間采用有極性二總線連接③控制器與各類編碼模塊采用四總線連接（無極性信號二總線、無極性DC24v電源線）④控制器與火災(zāi)顯示盤采用四總線連接（有極性通訊二總線、無極性DC24V電源線）⑤與彩色CRT系統(tǒng)通過RS-232標準接口連接，最大連接線長度不宜超過15m(5)電源：主電：交流220v控制器備電：直流12V/24Ah密封鉛電池聯(lián)動備電：直流24V/24Ah密封鉛電池火災(zāi)顯示盤選用ZF-GST8903型火災(zāi)顯示盤，該盤是一種用于樓層內(nèi)的火災(zāi)報警顯示裝置。當(dāng)消防控制中心的主機接收到建筑物內(nèi)發(fā)生的火災(zāi)后，產(chǎn)生報警，同時把報警信號傳輸?shù)桨l(fā)生火警區(qū)域的火災(zāi)顯示盤上，火災(zāi)顯示盤將產(chǎn)生報警的探測器的位置顯示出來并發(fā)出報警聲響，以通知發(fā)生相關(guān)人員。火災(zāi)顯示盤與火災(zāi)報警控制器間采用有極性二總線連接，另需要兩根DC24V電源供電線（不分極性）2.3火災(zāi)探測器的選用（1）感煙火災(zāi)探測器（離子式感煙探測器，光電式感煙探測器）（2）感溫火災(zāi)探測器（點型定溫式火災(zāi)探測器，點型差溫式火災(zāi)探測器，點型差溫式火災(zāi)探測器）（3）火焰火在探測器2.4警報裝置的選用在每層大廳布置一個GST-HX-M8501火災(zāi)聲光報警器，該報警器具有兩種報警模式（模式Ⅰ模式Ⅱ），可用于區(qū)分預(yù)警狀態(tài)和火警狀態(tài)。光顯示采用多只超高亮紅色發(fā)光二極管作為光源，顯示醒目、壽命長、功耗低。可通過短路外控端子啟動報警器，不受信號總線掉電的影響。與信號總線及電源總線分別采用無極性二總線連接，接線方便;具有電源總線掉電檢測功能，若電源總線掉電，可將故障信息傳到控制器。在每個房間門口布置以個GST-LCD-8314型火災(zāi)探測器門燈。該門燈可與對應(yīng)的探測器并聯(lián)使用，并與該探測器編碼一致。當(dāng)探測器報警時，門燈上的指示燈閃亮，在不進入室內(nèi)的情況下就可知道室內(nèi)的探測器已觸發(fā)報警。2.5消防電話的選用消防電話系統(tǒng)選用的主要設(shè)備如下：GST-TS-Z01A智能型總線制消防電話主機，GST-TS-100A總線制固定式消防電話分機和GST-LD-8304總線制編碼消防電話專用模塊。通過這個系統(tǒng)可搭建一種消防專用的通訊系統(tǒng)，實現(xiàn)對火災(zāi)的人工確認，并可及時掌握火災(zāi)現(xiàn)場情況及進行其他必要的通訊聯(lián)絡(luò)，便于指揮滅火及恢復(fù)工作、2.6消防廣播的選用消防廣播選用GST-LD-GBFP-200型廣播分配盤，該盤為標準式結(jié)構(gòu)，可與火災(zāi)報警控制器組裝在同一柜中，完成對多路消防廣播的切換控制，廣播分配最多可控制20路消防廣播，可根據(jù)需要進行選擇手動控制消防廣播切換，聯(lián)動控制消防廣播切換.2.7其他可由于住樓布局比較簡單，沒必要采取分區(qū)控制，所以防火卷簾、門控制，機械加壓送風(fēng)防煙，電梯控制都未再涉及。表2-1消防監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備清單序號類別設(shè)備型號數(shù)量備注1觸發(fā)裝置點型復(fù)合式感煙感溫火災(zāi)探測器JTF-GOM-GST60110*14*1=140每個房間中心一個2消防栓按鈕LD-840310*1=10每層樓大廳一個3報警裝置火災(zāi)顯示盤ZF-GST890310*1=10每層樓大廳一個4火災(zāi)報警控制器（聯(lián)動型）JB-QG-GST2001第一層消防控制室5警報裝置火災(zāi)聲光警報器GST-HX-M8501/210*1=10每層樓大廳一個6火災(zāi)探測器門燈GST-LD-831410*14*1=140每房間門口一個7消防電話智能型總線制消防電話主機GST-TS-Z01A1安裝在火災(zāi)報警控制器上8總線制編碼消防電話專用模塊GST-LD-830410*1=10每層樓大廳一個9總線制固定式消防電話分機GST-TS-100A10*1=10每層樓大廳一個10消防廣播廣播分配盤GST-LD-GBFP-2001安裝在火災(zāi)報警控制器上11⑴播音話筒⑵錄音機卡⑶喇叭市售適當(dāng)型號各1個第一層消防控制室12多線制控制多線制控制卡KZK-1007安裝在LD-KZC-100卡上13多線制CPU控制卡LD-KZC-1001安裝在火災(zāi)報警控制器上14多線制轉(zhuǎn)換接口模塊GST-LD-8302C14第一層消防控制室15噴淋控制消防水泵適當(dāng)型號1最高層樓頂16水箱適當(dāng)型號1最高層樓頂17電磁閥適當(dāng)型號10*1=10每層樓一個18噴淋頭適當(dāng)型號10*14*1=140每個房間一個19計算機監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)GSTCRT2001彩色顯示系統(tǒng)1第一層消防控制室20RS-232接口卡NNET-01RS-2321火災(zāi)報警控制器與GSTCRT2001彩色顯示系統(tǒng)連接21其他導(dǎo)線適當(dāng)型號若干22管線適當(dāng)型號若干23其他相關(guān)材料2.8高層民用建筑消防設(shè)計原則（1）防火間距表2-2高層建筑之間及高層建筑與其它民用建筑之間的防火間距(m)建筑類別高層民用建筑裙房其他民用建筑耐火等級一、二級三級四級高層民用建筑13991114裙房96679①防火間距應(yīng)按相鄰建筑外墻的最近距離計算。當(dāng)外墻有突出可燃構(gòu)件時，應(yīng)從其突出的部分外緣算起；②兩座高層建筑相鄰較高一面外墻為防火墻或比相鄰較低一座建筑屋面高15ｍ及以下范圍內(nèi)的墻為不開設(shè)門、窗洞口的防火墻時，其防火間距可不限；

③相鄰的兩座高層建筑，較低一座的屋頂不設(shè)天窗、屋頂承重構(gòu)件的耐火極1.00ｈ，且相鄰較低一面外墻為防火墻時，其防火間距可適當(dāng)減小，但不宜小于4ｍ；

④相鄰的兩座高層建筑，當(dāng)相鄰較高一面外墻耐火極限不低于2.00ｈ，墻上開口部位設(shè)有甲級防火門、窗或防火卷簾時，其防火間距可適當(dāng)減小，但不宜小于4ｍ；（2）防火和防煙分區(qū)

表2-3高層建筑內(nèi)應(yīng)采用防火墻等劃分防火分區(qū)，每個防火分區(qū)允許最大建筑面積建筑類別每層每個防火分區(qū)面積（平方米）一類建筑1000二類建筑1500地下室500注:設(shè)有自動滅火系統(tǒng)的防火分區(qū)，其允許最大建筑面積可按本表增加一倍；當(dāng)局部設(shè)置自動滅火系統(tǒng)時，增加面積可按該局部面積的一倍計算。（3）防火墻、隔墻和樓板

①防火墻不宜設(shè)在Ｕ、Ｌ形等高層建筑的內(nèi)轉(zhuǎn)角處。當(dāng)設(shè)在轉(zhuǎn)角附近時，內(nèi)轉(zhuǎn)角兩側(cè)墻上的門、窗、洞口之間最近邊緣的水平距離不應(yīng)小于4.00ｍ；當(dāng)相鄰一側(cè)裝有固定乙級防火窗時，距離可不限。

②緊靠防火墻兩側(cè)的門、窗、洞口之間最近邊緣的水平距離不應(yīng)小于2.00ｍ；當(dāng)水平間距小于2.00ｍ時，應(yīng)設(shè)置固定乙級防火門、窗。

③防火墻上不應(yīng)開設(shè)門、窗、洞口，當(dāng)必須開設(shè)時，應(yīng)設(shè)置能自行關(guān)閉的甲級防火門、窗。

④輸送可燃氣體和甲、乙、丙類液體的管道，嚴禁穿過防火墻。其它管道不宜穿過防火墻，當(dāng)必須穿過時，應(yīng)采用不燃燒材料將其周圍的空隙填塞密實。穿過防火墻處的管道保溫材料，應(yīng)采用不燃燒材料。（4）消防聯(lián)動控制的設(shè)計管道穿過隔墻、樓板時，應(yīng)采用不燃燒材料將其周圍的縫隙填塞密實。

①高層建筑內(nèi)的隔墻應(yīng)砌至梁板底部，且不宜留有縫隙。

②設(shè)在高層建筑內(nèi)的自動滅火系統(tǒng)的設(shè)備室、通風(fēng)、空調(diào)機房，應(yīng)采用耐火極限不低于2.00ｈ的隔墻，1.50ｈ的樓板和甲級防火門與其它部位隔開。

③地下室內(nèi)存放可燃物平均重量超過30ｋｇ/m2的房間隔墻，其耐火極限不應(yīng)低于2.00ｈ，房間的門應(yīng)采用甲級防火門。（5）電梯井和管道井

電梯應(yīng)獨立設(shè)置，井內(nèi)嚴禁敷設(shè)可燃氣體和甲、乙、丙類液體管，并不應(yīng)敷設(shè)與電梯無關(guān)的電纜、電線等。電梯井井壁除開設(shè)電梯門洞和通氣孔洞外，不應(yīng)開設(shè)其它洞口。電梯門不應(yīng)采用柵欄門。

電纜井、管道井、排煙道、排氣道、垃圾道等豎向管道井，應(yīng)分別獨立設(shè)置；其井壁應(yīng)為耐火極限不低于1.00ｈ的不燃燒體；井壁上的檢查門應(yīng)采用丙級防火門。

建筑高度不超過100ｍ的高層建筑，其電纜井、管道井應(yīng)每隔2-3層在樓板處用相當(dāng)于樓板耐火極限的不燃燒體作防火分隔；建筑高度超過100ｍ的高層建筑，應(yīng)在每層樓板處用相當(dāng)于樓板耐火極限的不燃燒體作防火分隔。電纜井、管道井與房間、走道等相連通的孔洞，其空隙應(yīng)采用不燃燒材料填塞密實。（6）防火門、防火窗和防火卷簾

防火門、防火窗應(yīng)劃分為甲、乙、丙三級,其耐火極限:甲級應(yīng)為1.20ｈ；乙級應(yīng)為0.90ｈ；丙級應(yīng)為0.60ｈ。

防火門應(yīng)為向疏散方向開啟的平開門，并在關(guān)閉后應(yīng)能從任何一側(cè)手動開啟。用于疏散的走道、樓梯間和前室的防火門，應(yīng)具有自行關(guān)閉的功能。雙扇和多扇防火門，還應(yīng)具有按順序關(guān)閉的功能。常開的防火門，當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時，應(yīng)具有自行關(guān)閉和信號反饋的功能。（7）消防電梯消防電梯可與客梯或工作電梯兼用消防電梯的設(shè)置應(yīng)符合下列規(guī)定：①消防電梯間應(yīng)設(shè)前室，其面積：居住建筑不應(yīng)小于4.50m2，公共建筑不應(yīng)小于6.00m2。當(dāng)與防煙樓梯間合用前室時，其面積：居住建筑不應(yīng)小于6.00m2②消防電梯間前室宜靠外墻設(shè)置，在首層應(yīng)設(shè)直通室外的出口或經(jīng)過長度不超過30ｍ的通道通向室外。③消防電梯間前室的門，應(yīng)采用乙級防火門或具有停滯功能的防火卷簾。④消防電梯的載重量不應(yīng)小于800ｋｇ。⑤消防電梯井、機房與相鄰其它電梯井、機房之間，應(yīng)采用耐火極限不低于2.00ｈ的隔墻隔開，當(dāng)在隔墻上開門時，應(yīng)設(shè)甲級防火門。⑥消防電梯的行駛速度，應(yīng)按從首層到頂層的運行時間不超過60ｓ計算確定。⑦消防電梯轎廂的內(nèi)裝修應(yīng)采用不燃燒材料，動力與控制電纜、電線應(yīng)采取防水措施。⑧消防電梯轎廂內(nèi)應(yīng)設(shè)專用電話；并應(yīng)在首層設(shè)供消防隊員專用的操作按鈕。（8）消防給水和滅火設(shè)備當(dāng)室外給水管網(wǎng)能保證室外消防用水量時，消防水池的有效容量應(yīng)滿足在火災(zāi)延續(xù)時間內(nèi)室內(nèi)消防用水量的要求；當(dāng)室外給水管網(wǎng)不能保證室外消防用水量時，消防水池的有效容量應(yīng)滿足火災(zāi)延續(xù)時間內(nèi)室內(nèi)消防用水量和室外消防用水量不足部分之和的要求。消防水池的補水時間不宜超過48ｈ。商業(yè)樓、展覽樓、綜合樓、一類建筑的財貿(mào)金融樓、圖書館、書庫，重要的檔案樓、科研樓和高級旅館的火災(zāi)延續(xù)時間應(yīng)按3.00ｈ計算，其它高層建筑可按2.00ｈ計算。自動噴水滅火系統(tǒng)可按火災(zāi)延續(xù)時間1.00ｈ計算。消防水池的總?cè)萘砍^500m3時，應(yīng)分成兩個能獨立使用的消防水池。

供消防車取水的消防水池應(yīng)設(shè)取水口或取水井，其水深應(yīng)保證消防車的消防水泵吸水高度不超過6.00ｍ。取水口或取水井與被保護高層建筑的外墻距離不宜小于5.00ｍ，并不宜大于100ｍ（9）排煙裝置

設(shè)置機械排煙設(shè)施的部位，其排煙風(fēng)機的風(fēng)量應(yīng)符合下列規(guī)定：

擔(dān)負一個防煙分區(qū)排煙或凈空高度大于6m的不劃防煙分區(qū)時，應(yīng)按每平方米面積不小于60m3燉ｈ計算（單臺風(fēng)機最小排煙量不應(yīng)小于7200m3/ｈ）。排煙口應(yīng)設(shè)在頂棚上或靠近頂棚的墻面上，且與附近安全出口沿道方向，鄰邊緣之間的最小水平距離不應(yīng)小于1.50m。設(shè)在頂棚上的排煙口，距可燃構(gòu)件或可燃物的距離不應(yīng)小于1.00m。排煙口平時關(guān)閉，并應(yīng)設(shè)置有手動和自動開啟裝置。

防煙分區(qū)內(nèi)的排煙口距最遠點的水平距離不應(yīng)超過30m。在排煙支管上應(yīng)設(shè)有當(dāng)煙氣溫度超過280℃第三章消防聯(lián)動控制的設(shè)計3.1火災(zāi)探測報警模塊大樓內(nèi)共每個房間都有一個感煙感溫火災(zāi)控制器，每層大廳內(nèi)都有一個消火栓按鈕和以個火災(zāi)聲光報警器，這三類設(shè)備都有一個電子編碼地址，全部串再一條無極性二總線上接入火災(zāi)報警控制器（聯(lián)動型）。各個樓層的火災(zāi)顯示盤也都串在一條有極性二總線上接入火災(zāi)報警控制器，唯一不同的是還有伴有兩根電源線。發(fā)現(xiàn)火災(zāi)有兩種情況，一是各個房間感煙感溫火災(zāi)探測去檢測到，這時與之相連的門燈會自行點亮，二是各層大廳中的消火栓按鈕被人為按下。火災(zāi)報警控制器在檢測到任何一種報警信號后，由報警設(shè)備的電子編碼地址就會最多火災(zāi)發(fā)生的位置，然后火災(zāi)報警控制器按照預(yù)定聯(lián)動控制程序的觸發(fā)全部或任意幾個（由聯(lián)動控制程序決定）火災(zāi)聲光警報器進行報警。由同時各樓層或該樓層（由聯(lián)動控制程序決定）的火災(zāi)顯示盤就會顯示火災(zāi)發(fā)生的準確位置，便于人們正確選擇的逃生路線?；馂?zāi)探測報警模塊示意圖見3-1圖：1）消防電話模塊消防電話系統(tǒng)十分必要，它對能否及時報警，消防指揮系統(tǒng)是否暢通起著關(guān)鍵作用。它是一種消防專用的通訊系統(tǒng)，通過這個系統(tǒng)可迅速實現(xiàn)對火災(zāi)的人工確認，并可及時掌握火災(zāi)現(xiàn)場情況及進行其他必要的通訊聯(lián)絡(luò)，便于指揮滅火及恢復(fù)工作。系統(tǒng)在每一層大廳都設(shè)有一個消防電話分機，由于消防電話分機和消防電話主機通過火災(zāi)報警控制器相連，所以主機可通過火災(zāi)報警控制去呼叫固定分機，分機摘機即直接呼叫主機，這時，主機振鈴直至主機摘機；分機與主機之間不能通信。主機分機在通話開始時，主機請求錄音燈閃爍提示錄音，按放音/錄音鍵后開始錄音，并自動記下錄音時的時間；錄音最多可分兩段，總錄音時間長度200秒鐘，放音時自動顯示所放錄音段的錄制時間，放音結(jié)束自動恢復(fù)實現(xiàn)實時時間。錄音段最長保存時間為3天，超過保存時間的錄音段將被自動抹去以備下次錄音。抹音期間，錄音指示燈常亮。另外主機設(shè)有音頻輸出插孔，供外部保存錄音使用。消防電話模塊示意圖見3-1圖：圖3-1火災(zāi)探測報警模塊與消防電話模塊示意圖2）消防廣播模塊消防廣播有正常廣播和緊急廣播兩路信號。正常廣播信號由錄放機、碟機等設(shè)備產(chǎn)生，例如播放輕音樂、通知、新聞等。緊急廣播信號由話筒或報警器播放火警或個人喊話等。兩路信號都接入廣播分配盤，未啟動廣播分配盤時，正常廣播輸入與輸出相連。啟動后廣播分配盤將輸出切換到緊急廣播輸入。廣播分配盤由一路正常廣播輸入信號和5路緊急廣播輸入信號，有20路輸出信號。廣播分配盤切換方式除手動控制外，還具有聯(lián)動控制方式，廣播分配盤接收火災(zāi)報警控制器發(fā)出的動作命令，發(fā)出切換命令。系統(tǒng)有自動和手動兩種方式，消防模塊見圖3-2：3）自動噴水滅火模塊大樓內(nèi)共安裝有一套自動噴水滅火系統(tǒng),包括消防水泵,電磁閥,水箱,噴淋頭等.安裝在樓頂?shù)南浪秘撠?zé)給水箱供水,每層樓有一個電磁閥控制著該層所有房間的噴淋頭.當(dāng)該層的任意一個感煙感溫火災(zāi)探測器發(fā)出火警信號給火災(zāi)報警控制器后,火災(zāi)報警控制器會按照預(yù)定的聯(lián)動控制程序先啟動消防水泵給水箱供水,同時火災(zāi)報警控制器也會打開該層的電磁閥,這時整個樓層的噴淋頭都會噴水滅火.由于消防水泵和電磁閥等設(shè)備的電器特性與二總線設(shè)備不同,所以對其控制必須通過多線制CPU控制卡,多線制控制卡,多線制轉(zhuǎn)換接口模塊進行轉(zhuǎn)換.自動噴水滅火模塊見圖3-2:圖3-2自動噴水滅火模塊與消防廣播模塊示意圖3.2GSTCRT2001彩色顯示系統(tǒng)GSTCRT2001彩色顯示系統(tǒng)是海灣安全技術(shù)股份有限公司設(shè)計的最新一代消防控制中心火警監(jiān)控,管理系統(tǒng),它用于火災(zāi)報警及消防聯(lián)動設(shè)備的管理與控制.可與海灣安全技術(shù)有限公司所生產(chǎn)的GST200.GST500.GST5000.等系列火災(zāi)報警控制器組成功能完備的圖形化消防中心監(jiān)控系統(tǒng),并且CRT之間可以通過局域網(wǎng),普通電話線等方式進行聯(lián)網(wǎng),接收,發(fā)送,顯示設(shè)備的異常信息及主機信息,從而實現(xiàn)了火災(zāi)報警系統(tǒng)的遠程中央控制.系統(tǒng)可以同時管理多臺不同類型的控制器.開機時系統(tǒng)自動加載通信模塊,自動維護系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信,且用戶可以通過通訊測試功能隨時測試系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信狀態(tài),保證系統(tǒng)可靠運行.簡單,直觀,完整的用戶圖形監(jiān)控界面,可在不同監(jiān)視區(qū)的設(shè)備布置圖上切換顯示,并通過不同的顏色顯示現(xiàn)場設(shè)備的報警及動作,故障,隔離等異常信息,對于指揮現(xiàn)場滅火十分有益.提供報警輔助方案，在緊急情況下提示值班人員完成必要的應(yīng)急操作。提供輔助監(jiān)視功能，你可以在輔助監(jiān)視器切換大平面圖，而在主監(jiān)視器切換大平面圖的各個區(qū)域。提供異常信息聲音提示、你只要為CRT配備好聲卡、音箱，就可更塊的察覺異常信息。實時打印報警、故障、隔離等各種異常信息；同時支持多條件查詢、打印各種報警、故障等信息的歷史記錄。系統(tǒng)提供多級密碼，便于系統(tǒng)安全管理，防止誤操作。第四章消防控制系統(tǒng)的布局4.1主監(jiān)控室布局消防控制系統(tǒng)的在第一層布置了一個監(jiān)控室，里面主要是火災(zāi)報警控制器和GSTCRT2001彩色顯示系統(tǒng)主機。主監(jiān)控室布局如下圖：圖4-1主監(jiān)控室布局示意圖4.2各樓層綜合布局一層布局和其它樓層一樣，只是多了一個主監(jiān)控室。每個房間探測器和噴淋頭都居中布置，每個房間口都有門燈。一樓大廳設(shè)有火災(zāi)顯示盤，消防電話，消防廣播、火災(zāi)聲光報警器、消火栓按鈕等。（1）平面防火分區(qū)示意圖

因房屋成對成對稱布局，故將平面圖劃分為如下分區(qū)：圖4-1房屋平面圖將左邊四戶化為一區(qū)，右邊四戶化為三區(qū)，把電梯和值班室及一樓樓梯劃為二區(qū)。分別在一區(qū)和三區(qū)設(shè)區(qū)域報警裝置系統(tǒng)，在二區(qū)設(shè)集中報警系統(tǒng)，并把二區(qū)作為主控制室。（2）報警系統(tǒng)示意圖如下：圖4-2區(qū)域報警系統(tǒng)

圖4-3集中報警系統(tǒng)（3）防火分區(qū)的示意圖圖4-4一區(qū)的平面示意圖4-5二區(qū)的平面示意圖（4）一樓綜合布局示意圖（此住宅共有33層，每層布局相同）圖4-6一樓綜合布局示意圖（5）整座樓的防火設(shè)計示意圖圖4-7各層的火災(zāi)探測報警模塊和消防電話模塊示意圖參考文獻[1]．《石油安全工程》課程設(shè)計指導(dǎo)書徐竟天、汪躍龍[2]．趙賢兵，李芳秦，現(xiàn)代建筑中的智能耐火警報系統(tǒng)。工程CAD和現(xiàn)代建筑學(xué),2000,6:51-52[3]．方軍,元宏勇。氣體傳感器以及在火災(zāi)探測中的應(yīng)用。消防科學(xué),2002,7:180-185[4]．許瓊,詹富儒。火災(zāi)煙氣探測技術(shù)。消防科學(xué),2002,4:113-118[5]．GBJ116-88《火災(zāi)自動報警系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》[6]．GBJ16-87《建筑設(shè)計防火規(guī)范》。2001版[7]．GB50116-98《火災(zāi)自動報警系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》附錄在設(shè)計過程中，合理的計算探頭和噴頭的布置是關(guān)鍵，首先需要對探測器和噴頭以及其它的硬件設(shè)備進行選型，然后還要對超市的平面布局進行分析，結(jié)合超市的實際情況進行設(shè)計。設(shè)計中采用了海灣公司GSTCRT2001彩色顯示系統(tǒng)。該系統(tǒng)是海灣安全技術(shù)有限公司最新一代消防控制中心火警監(jiān)控，管理系統(tǒng)，它用于火災(zāi)報警及消防聯(lián)動設(shè)備的管理與控制以及設(shè)備的圖形化顯示。GSTCRT2001彩色顯示系統(tǒng)可與海灣安全技術(shù)有限公司所生產(chǎn)的GST200，GST500，GST5000，GST9000等系列火災(zāi)報警控制器（聯(lián)動型）組成功能完備的圖形化消防中心控制系統(tǒng)，并且CRT之間可以通過局域網(wǎng)，普通電話線（通過調(diào)制解調(diào)器）RS-232等方式進行聯(lián)網(wǎng)，接受，發(fā)送，顯示設(shè)備異常信息湖主機信息，從而實現(xiàn)了火災(zāi)報警系統(tǒng)的遠程中央監(jiān)控。附錄A：火災(zāi)自動報警系統(tǒng)保護對象分級等級保護對象特級建筑高度超過100M的高層民用建筑一級建筑高度不超過100M的高層民用建筑一類建筑建筑高度不超過24M的民用建筑及建筑高度超過24M的單層公共建筑1.200床及以上的病房樓，每層建筑面積1000平方米及以上的門診樓；2.每層建筑面積超過3000平方米的百貨樓、商場、展覽樓、高級旅館、財貿(mào)金融樓、電信樓、高級辦公樓；

3.藏書超過100萬冊的圖書館、書庫；

4.超過3000座位的體育館；

5.重要的科研樓、資料檔案樓；

6.省級（含計劃單列市）的郵政樓、廣播電視樓、電力調(diào)度樓、防災(zāi)指揮調(diào)度樓；

7.重點文物保護場所；

8.大型以上的影劇院、會堂、禮堂工業(yè)建筑1.甲、乙類生產(chǎn)廠房；

2.甲、乙類物品庫房；

3.占地面積或總建筑面積超過1000平方米的丙類物品庫房；

4.總建筑面積超過1000平方米的地下丙、丁類生產(chǎn)車間及物品庫房；地下民用建筑1.地下鐵道車站；

2.地下電影院、禮堂；

3.使用面積超過1000平方米的地下商場、醫(yī)院、旅館、展覽廳及其他商業(yè)或公共活動場所；

4.重要的實驗室、圖書、資料、檔案庫二級建筑高度不超過100M的高層民用建筑二類建筑建筑高度不超過24m的民用建筑1.設(shè)有空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的或每層建筑面積超過2000平方米、但不超過3000平方米的商業(yè)樓、財貿(mào)金融樓、電信樓、展覽樓、旅館、辦公室、車站、海河客運站、航空港等公共建筑及其他商業(yè)或公共活動場所；

2.市、縣級的郵政樓、廣播電視樓、電力調(diào)度樓、防災(zāi)指揮調(diào)度樓；

3.中型以下的影劇院；

4.高級住宅；

5.圖書館、書庫、檔案樓工業(yè)建筑1.丙類生產(chǎn)廠房；

2.建筑面積大于50平方米，但不超過1000平方米的丙類物品庫房；

3.總建筑面積大于50平方米，但不超過1000平方米的地下丙、丁類生產(chǎn)車間及地下物品庫房；地下民用建筑1.長度超過500M的城市隧道；

2.使用面積不超過1000平方米的地下商場、醫(yī)院、旅館、展覽廳及其他商業(yè)或公共活動場所注1：一類建筑、二類建筑的劃分，應(yīng)符合現(xiàn)行國家標準《高層民用建筑設(shè)計防火規(guī)范》GB50045的規(guī)定；工業(yè)廠房、倉庫的火災(zāi)危險性分類，應(yīng)符合現(xiàn)行國家標準《建筑設(shè)計防火規(guī)范》GBJ16的規(guī)定。注2：本表未列出的建筑的等級可按同類建筑的類比原則確定。附錄B:不同高度的房間梁對探測器設(shè)置的影響TOC\o"1-3"\h\u第1章緒論 11.1課題的意義 11.2國內(nèi)外自動送鉆現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 31.2.1國外自動送鉆技術(shù)概況 31.2.2國內(nèi)自動送鉆技術(shù)概況 51.3論文的主要內(nèi)容及結(jié)構(gòu) 9第2章鉆機及其可靠性 102.1鉆機組成及分類 102.1.1鉆機組成 102.1.2鉆機分類 162.1.3鉆機驅(qū)動型式 162.2鉆機可靠性研究 182.2.1可靠性定義和內(nèi)容 182.2.2鉆機可靠性研究的必要性 192.2.3可靠性特征量 192.2.4可靠性的概率分布 202.3可靠性設(shè)計 202.4在企業(yè)中推行可靠性技術(shù)的思考 22第3章鉆機送鉆系統(tǒng)分析 243.1自動送鉆系統(tǒng) 243.1.1自動送鉆系統(tǒng)功能 243.1.2安全保護控制 243.1.3顯示與記錄 253.1.4系統(tǒng)主要技術(shù)指標 253.2自動送鉆系統(tǒng)原理及組成 263.2.1送鉆系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 263.2.2自動送鉆控制原理 27 283.2.3送鉆系統(tǒng)組成 28第4章系統(tǒng)可靠性分析 294.1可靠性度量指標 294.2常用的可靠性方法 304.3事故樹分析 324.3.1事故樹定性分析 354.3.2事故樹定量分析 42第5章送鉆控制系統(tǒng)的改進及優(yōu)化 465.1員工安全教育 465.1.1安全教育的意義 465.1.2安全教育的內(nèi)容 475.2控制系統(tǒng)的技術(shù)改進及優(yōu)化 505.2.1控制系統(tǒng)硬件優(yōu)化 505.2.2控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計 525.2.3控制系統(tǒng)抗干擾措施 58第6章結(jié)論 60參考文獻 62致謝 64附錄 65PAGE1第1章緒論西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）PAGE71.1課題的意義石油工業(yè)是一個高風(fēng)險產(chǎn)業(yè)，油田安全生產(chǎn)具有十分重要的意義。加之進入新世紀，安全成為時代工業(yè)的主題，是當(dāng)今乃至未來重點關(guān)注的重要問題之一。是指石油天然氣鉆井過程中所需各種機械設(shè)備的總稱。鉆機主要部件必須相互配合才能完成鉆機起升、循環(huán)和旋轉(zhuǎn)的3項主要工作。石油鉆機是完成石油鉆井任務(wù)的主要工具，從其出現(xiàn)之日起，就與鉆井工藝密不可分。相互促進，共同發(fā)展。隨著油田生產(chǎn)規(guī)模的擴大、原油產(chǎn)量的提高，使油田的集輸處理量不斷增加，原有工藝和系統(tǒng)出現(xiàn)了很多問題。因此對于石油鉆機送鉆控制系統(tǒng)的可靠性研究刻不容緩。石油鉆機自動送鉆系統(tǒng)是鉆機自動控制技術(shù)的主要發(fā)展方向之一，自動送鉆就是指鉆機在正常鉆進過程中,不依靠司鉆人員調(diào)節(jié),而是按照鉆井工藝要求,通過控制系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)鉆壓、轉(zhuǎn)速、送進鉆具。自動送鉆技術(shù)經(jīng)歷了用于帶式剎車和盤式剎車兩個階段,我國的自動送鉆技術(shù)起步較晚,目前,我國大部分鉆機使用的剎車系統(tǒng)是帶式剎車,但帶式剎車自動送鉆,由于涉及一系列的氣動和機械傳動裝置,不容易和電控制信號接口,整個自動送鉆控制系統(tǒng)復(fù)雜,可靠性、精確性和平穩(wěn)性很難保證。盤式剎車自動送鉆因為采用液壓力直接控制盤式剎車的剎緊力,無需任何中間過渡環(huán)節(jié),容易與電控制信號接口,所以盤式剎車的自動送鉆容易實現(xiàn)遙控和自動化操作。因此，研究石油鉆機送鉆控制系統(tǒng)的可靠性,能克服人工送鉆過程的不均勻性，不穩(wěn)定性，能夠?qū)崿F(xiàn)鉆頭的連續(xù)自動給進，延長鉆頭的使用壽命，實現(xiàn)鉆井過程優(yōu)化，太該鉆井速度，改進井身質(zhì)量，降低鉆井成本，一直受到石油工程界的廣泛關(guān)注。對于檢查控制系統(tǒng)或設(shè)備在正常工作過程中的工作狀態(tài),確定潛在的危險,并對危險因素進行辨識和分析。預(yù)測這些危險對人員傷害或?qū)υO(shè)備損壞的可能性大小,為經(jīng)營管理者的決策工作提供及時、全面、準確的信息資源。同時可以確保石油鉆機送鉆控制系統(tǒng)正常工作,保證原油安全生產(chǎn)，有效控制生產(chǎn)技術(shù)指標，減輕工人勞動強度,提高效率和安全系數(shù)使鉆機鉆井的自動化水平得到較大提高，達到良好的經(jīng)濟效益和社會意義。采用自動送鉆控制裝置，是因為傳統(tǒng)的人工控制給進鉆井存在以下的缺點：(1)司鉆長時間注意力高度集中，如觀看指重表、鋼繩放出情況，頻繁地抬起與下放剎把，其精神、體力勞動強度大，極易疲勞。因此也就不可避免地發(fā)生溜鉆或頓鉆事故，鉆井是不安全的；(2)司鉆手持剎把控制給進是間斷的，特別是每個司鉆的操作技術(shù)水平不同，送鉆質(zhì)量也因人而異，直接影響了鉆井質(zhì)量。人工控制給進鉆井，井壁質(zhì)量較差、取芯率較低、容易發(fā)生井斜和卡鉆事故；(3)司鉆控制給進時，憑經(jīng)驗進行操作，這導(dǎo)致鉆頭的軸承負荷變化較大，加快了鉆頭的磨損，從而縮短了鉆頭的使用壽命。在我國，自動送鉆控制技術(shù)也在逐漸推廣應(yīng)用。經(jīng)過多年的研制和應(yīng)用，現(xiàn)有自動送鉆裝置種類繁多。當(dāng)前，鉆機不配備自動送鉆裝置已被認為是一種落后的表現(xiàn)，可以預(yù)見，它就會成為鉆機不可缺少的組成部分，而鉆機在運行過程中的可靠性和穩(wěn)定性又是鉆機是否被工程實踐和社會所接受的關(guān)鍵。在國外，如美國、前蘇聯(lián)、前西德、羅馬尼亞等在鉆機上使用自動送鉆裝置的實踐表明：自動送鉆能減輕工人的勞動強度；送鉆質(zhì)量提高，鉆井事故減少；鉆頭使用壽命提高，增加了每只鉆頭進尺量；提高了機械鉆速及綜合效益。在現(xiàn)代的鉆井過程中，世界各國廣泛采用自動送鉆裝置，以替代人工送鉆，鉆井過程正從人工控制階段向采用自動送鉆技術(shù)自動控制階段發(fā)展。近些年來，鉆井裝備技術(shù)發(fā)展日新月異，新設(shè)備、新技術(shù)不斷得到大家的認可。在鉆井現(xiàn)場，司鉆被認為是一個至關(guān)重要的操作崗位，是各項鉆井操作的執(zhí)行和控制者。一個司鉆操作的好壞直接關(guān)系到井眼軌跡的好壞、井下事故的發(fā)生、人身安全等諸多方面的因素。同時，司鉆崗位往往是一個重體力勞動崗位，如何降低司鉆的勞動強度，并使之專注于保證井眼軌跡、井下情況的判斷、安全事故的防范等技術(shù)工作，保證鉆機在工作過程中的可靠運行現(xiàn)已成為鉆機人性化設(shè)計的一個重要方面。應(yīng)用自動送鉆控制裝置進行鉆井控制，不僅可減輕工人的勞動強度、提高機械鉆速、延長鉆頭使用壽命，而且還可提高鉆井質(zhì)量，減少鉆井事故發(fā)生率，從而獲得顯著的經(jīng)濟效益。隨著石油行業(yè)競爭的日趨激烈,降低鉆井成本、提高鉆井效率就勢在必行，研制和開發(fā)控制精度高、性能穩(wěn)定可靠的自動送鉆裝置就顯得尤為重要。自動送鉆系統(tǒng)是根據(jù)石油鉆機鉆井工藝要求而開發(fā)的一種新型的控制系統(tǒng)。使用自動送鉆系統(tǒng)不僅能夠降低司鉆工人的勞動強度，而且還可以提高鉆井速度、降低鉆井成本。但是，不同的控制器和剎車執(zhí)行機構(gòu)對送鉆安全性的保障程度和對打井質(zhì)量的影響是不同的。因此，選用較好的控制方式和合適的剎車機構(gòu)是提高自動送鉆系統(tǒng)控制性能的有效途徑。目前，自動送鉆系統(tǒng)有以下兩種：一種是基于盤式剎車的自動送鉆系統(tǒng)，即通過控制盤式剎車的剎車力，來維持鉆頭處的鉆壓基本恒定，實現(xiàn)恒鉆壓鉆進；另外一種是蝸輪蝸桿機構(gòu)，即通過變頻器和變頻電機，來實現(xiàn)自動送鉆。前者由于盤式剎車多個剎車片的同步性和動作靈敏性，使剎車力難以控制，直接影響自動送鉆系統(tǒng)的性能，而后者需要增加新的設(shè)備，使用受到限制。由于盤式剎車已普遍配置不同類型鉆機，且技術(shù)和產(chǎn)品比較成熟。所以采用盤式剎車自動送鉆，可以適應(yīng)不同類型鉆機和各種地層鉆進的恒鉆壓控制。國外有較多的成功產(chǎn)品，已得到廣泛應(yīng)用。國內(nèi)對盤剎自動送鉆裝置也有很多研究并有多項有關(guān)盤剎的自動送鉆的專利，但由于井下情況的特殊性及技術(shù)條件上的限制，在工業(yè)現(xiàn)場的應(yīng)情況一直不夠理想。于是自動送鉆裝置的研究、開發(fā)、應(yīng)用則成為鉆井裝備制造企業(yè)的一項重要課題。本文是根據(jù)鉆井需求，以寶雞石油機械有限責(zé)任公司的石油鉆機BSSZ-1型自動送鉆控制系統(tǒng)為研究對象，對鉆機自動送鉆控制系統(tǒng)在運行過程中的可靠性進行探索和研究的過程。1.2國內(nèi)外自動送鉆現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢1.2.1國外自動送鉆技術(shù)概況交流變頻調(diào)速電驅(qū)動石油鉆機(AC—GTO—AC石油鉆機)是國外新發(fā)展起來的一種先進的電動石油鉆機。這種鉆機在滿足石油鉆井工藝要求方面具有現(xiàn)用機械驅(qū)動鉆機和直流電驅(qū)動鉆機無可比擬的優(yōu)越性能。這種鉆機的核心技術(shù)就是采用了交流變頻調(diào)速技術(shù)。交流變頻調(diào)速技術(shù)是一種涉及電動機理論、自動控制理論、電路拓樸理論、電力電子技術(shù)、微電子及計算機技術(shù)的綜合性交叉技術(shù)。專家認為交流變頻電驅(qū)動鉆機是現(xiàn)代高新技術(shù)與石油鉆井機械的有機結(jié)合，具有強大的生命力，是當(dāng)代石油鉆機的發(fā)展趨勢。

近年來，由于上述技術(shù)和可自關(guān)斷全控技術(shù)、脈寬調(diào)制技術(shù)(PWM)、電機控制技術(shù)、矢量控制技術(shù)及直接力矩控制技術(shù)的飛速發(fā)展和應(yīng)用，促進了交流變頻調(diào)速技術(shù)的迅猛發(fā)展，交流變頻調(diào)遣陛能，已完全達到石油鉆井工藝對鉆機驅(qū)動傳動系統(tǒng)調(diào)速性能的要求。

為了使油田電網(wǎng)供電的固定工頻(50I--Iz)輸出后成為可變頻率，通常采用整流技術(shù)，把工頻經(jīng)過整流變?yōu)橹绷?，再通過逆變技術(shù)，把直流變成可調(diào)的交流。原來采用不可自關(guān)斷的半控器件，需要強迫換流來實現(xiàn)逆變，而強迫換流則需要輔助直流電源。用于換流的電源器件、電感及電容，造成逆變電路體積龐大、投資增大、換流損耗大、逆變效率低、可靠性差和由于半控器件開關(guān)頻率低很難采用脈寬調(diào)制技術(shù)等問題。應(yīng)用可關(guān)斷全控技術(shù)以后，由于可關(guān)斷器件不需要輔助換流電路、全控器件開關(guān)頻率高、可靠性高、電壓控制、驅(qū)動功率小、驅(qū)動電路容易實現(xiàn)等優(yōu)越性能，克服了采用不可白關(guān)斷半控器件造成逆變電路的一系列問題。PWM技術(shù)的應(yīng)用，使電機力矩脈動減小，諧波分量減小，滿足了交流電機的供電要求。另外，PWM技術(shù)在調(diào)節(jié)頻率的同時，通過控制輸出電壓脈沖的寬度，調(diào)節(jié)輸出交流電壓的幅值，實現(xiàn)在逆變橋同時調(diào)節(jié)輸出頻率及電壓。矢量控制技術(shù)通過對三相電機的3／2變換把三相的量，解耦成類似直流電機的勵磁分量及轉(zhuǎn)矩分量，并對其量獨立控制，再經(jīng)過2／3變換成交流供電的三相量來控制電機，保證了力矩控制的線性關(guān)系，從而達到了直流電機的控制特性。隨著微電子技術(shù)及計算機技術(shù)的發(fā)展，法國AL—STON等公司已推出成熟的矢量控制型交流變頻器，并成功地應(yīng)用于石油鉆機系統(tǒng)。ALSTON公司生產(chǎn)的交流變頻石油鉆機代表了當(dāng)今世界交流變頻鉆機的一流水平。該鉆機控制系統(tǒng)為分布式，其主控系統(tǒng)可以實時處理各種操作指令，監(jiān)控各子系統(tǒng)的運行，及時處理故障，通過網(wǎng)絡(luò)同各子系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交換，通過互聯(lián)網(wǎng)完成同外界的信息交換。該鉆機有以下各子系統(tǒng)：扭矩控制系統(tǒng)(頂驅(qū)或轉(zhuǎn)盤控制系統(tǒng))、剎車控制系統(tǒng)、平衡控制系統(tǒng)、游車控制系統(tǒng)、灌注控制系統(tǒng)、鉆井泵及能量回饋控制系統(tǒng)等。各子系統(tǒng)同主控系統(tǒng)共同實現(xiàn)高級控制策略。各子系統(tǒng)采用閉環(huán)系統(tǒng)控制，每個子系統(tǒng)具有智能化和自適應(yīng)功能。各子系統(tǒng)通過各算法程序保證鉆機在各種復(fù)雜工況下實現(xiàn)最佳工作，如扭矩控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是：交流電機、交流變頻器、可編程控制器(ALSPAl800k光電編碼器。當(dāng)系統(tǒng)閉環(huán)后，該控制能保證鉆具平穩(wěn)，減少鉆具振動(軟扭矩控制)，并能保證鉆具在零轉(zhuǎn)速下實現(xiàn)滿轉(zhuǎn)矩輸出，同時實時與主控制系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)／指令／狀態(tài)的傳輸，實現(xiàn)現(xiàn)場控制。該鉆機的分布式控制系統(tǒng)具有易操作。高精度、高可靠性、人工智能化、自動化和可控制等性能。當(dāng)鉆機的控制系統(tǒng)運行時，司鉆能通過TV顯示器(視頻，圖形化界面)了解各種參數(shù)的變化，．并實時自檢各系統(tǒng)的工作狀態(tài)。當(dāng)發(fā)生故障時，能及時報警，在報警的同時，能檢測出發(fā)生故障的子系統(tǒng)及模塊代碼，并對故障同時進行智能分級處理。出現(xiàn)嚴重故障時，能自動啟動輔助系統(tǒng)，保證鉆機工作正常運行，同時，根據(jù)故障代碼使系統(tǒng)快速恢復(fù)。

1.美國自動送鉆技術(shù)概況到目前為止，美國陸地鉆機大部分配有自動送鉆裝置。在新研制的陸地鉆機、海洋鉆機、沙漠鉆機、極地鉆機中，全部配備了自動送鉆裝置，有關(guān)自動送鉆裝置的美國專利己有50多項。目前，美國應(yīng)用較好和有產(chǎn)品出售的自動送鉆裝置主要有以下五種：(1)美6-B型自動送鉆裝置此為美國NationalSupplyCo生產(chǎn)，裝置中采用了三項美國專利。近年來，6-B型自動送鉆裝置已由Martin-Decker公司生產(chǎn)。在我國引進的美國NationalSupplyCo生產(chǎn)的1320-UE型海洋鉆機中，均配有6-B型自動送鉆裝置，并在我國海洋石油鉆井中取得了較好的使用效果。6-B型自動送鉆裝置的主要特點是:鉆壓訊號的變化轉(zhuǎn)換為氣馬達轉(zhuǎn)速的改變，滾筒轉(zhuǎn)數(shù)采用機械式反饋系統(tǒng)，使用安全、可靠，不受環(huán)境的影響，能正常連續(xù)鉆井。(2)衛(wèi)星型自動送鉆裝置此為美國Martin-Decker公司生產(chǎn)。衛(wèi)星型自動送鉆裝置主要特點是：氣驅(qū)動，機械反饋，使用安全可靠，適應(yīng)各種地層巖石鉆井的需要，可以連續(xù)自動鉆井。(3)GP公司自動送鉆裝置此為美國Geolograph-Pioneer公司生產(chǎn)。GP公司自動送鉆裝置的主要特點是：氣驅(qū)動，氣反饋，是一種全氣動自動送鉆裝置。(4)Cat型自動送鉆裝置此為美國G.H.Bear公司生產(chǎn)。在1983～1985年間，我國向美國多家公司購進了62臺2000m車裝鉆機，均配有Cat型自動送鉆裝置，鉆井效果也很好。Cat型自動送鉆裝置的主要特點是：氣驅(qū)動，氣反饋，是一種全氣動自動送鉆裝置。(5)盤式剎車自動送鉆裝置盤式剎車裝置含氣動推盤盤式剎車與液壓盤式剎車兩種形式，兩種形式剎車均可由計算機系統(tǒng)通過電液比例控制，實現(xiàn)自動送鉆功能。美國RIGSERVE公司、派創(chuàng)公司、創(chuàng)新電子公司均研制出盤式剎車自動送鉆裝置，并已進入商業(yè)化運作階段。其中液壓盤式剎車自動送鉆裝置為目前主推產(chǎn)品。2.原蘇聯(lián)自動送鉆技術(shù)概況(1)原蘇聯(lián)Mпд-1型自動送鉆裝置原蘇聯(lián)Mпд-1型自動送鉆裝置的特點：氣驅(qū)動，輸出氣訊號控制增速箱上面的φ400mm摩擦輪，再通過傳動比為276.3的增速箱和傳動比為1.7的鏈條傳動副驅(qū)動絞車的滾筒軸，進行自動送鉆。有一個14KW的事故電動機，當(dāng)鉆機傳動系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，為了確保井下安全，可用該電機以較慢的速度將井下鉆具提起來，以防止可能發(fā)生的卡鉆事故。(2)原蘇聯(lián)Pпдэ-3型自動送鉆裝置原蘇聯(lián)烏拉爾重型機械制造廠和巴里卡德廠生產(chǎn)，用于大鉤最大載荷8000KN，1250KN，2000KN的石油鉆機。經(jīng)過現(xiàn)場使用效果較好，自動給進精度較高，使用安全可靠，但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價高。這種裝置的總體方案是一種帶磁力放大器的發(fā)電機—電動機，直流電驅(qū)動式自動送鉆裝置，其主傳動方式為電氣式。、3.羅馬尼亞DAAS-G型自動送鉆技術(shù)。DAAS-G型自動送鉆裝置是一臺電動減速器，主傳動方式為液動式。電動機在處理事故時，可以22m/h提升速度提升鉆柱。還用于在井場具備電力而沒有鉆機動力機組時起升井架。電動機功率22KW，轉(zhuǎn)速1300r/min，減速器為直齒行星齒輪，速比為60.72，輸入軸扭矩為40N.m；輸出軸扭矩為26600N.m。齒輪油泵供油潤滑。DAAS-G型自動送鉆裝置，使用于最大鉆柱重量250t、鉆壓變化范圍0.1～0.3t，自動送鉆速度為0.3m/h-1.5m/h的情況。1.2.2國內(nèi)自動送鉆技術(shù)概況近年來，全球經(jīng)濟的快速發(fā)展對能源需求的不斷增加，促進了油氣資源的勘探開發(fā)快速發(fā)展，使石油裝備制造業(yè)進入了黃金發(fā)展期。我國石油鉆機的技術(shù)水平已由過去的仿制、引進、消化、吸收發(fā)展到了以自主開發(fā)為主的階段。近年來，以寶雞石油機械有限責(zé)任公司(以下簡稱寶石機械)為代表的我國石油裝備制造企業(yè)先后開發(fā)了適用于陸地、沙漠和海洋環(huán)境使用的石油鉆機，鉆機的鉆深能力也由1000-7000m發(fā)展到9000m、12000m，傳動技術(shù)已發(fā)展到機械傳動、直流電傳動、交流變頻電傳動及機、電復(fù)合驅(qū)動等多種形式。，我國石油鉆機基本滿足了國內(nèi)油氣勘探開發(fā)的需要。同時，國產(chǎn)鉆機的出口量也在逐年增加，并進入國際高端市場或主油區(qū)作業(yè)。目前，我國主流鉆機制造商已形成年產(chǎn)常規(guī)鉆機400余臺的能力。我國已成為全球最大的鉆機制造國。自1998年以來，石油鉆機制造業(yè)發(fā)展迅速，國產(chǎn)鉆機的整體技術(shù)水平己得到了普遍的提高，尤其是一些單元技術(shù)己接近或趕上國際先進水平，這些鉆機基本上滿足了我國不同區(qū)域、各種鉆井工藝對鉆機的要求。目前我國三大油氣公司擁有的鉆機總量約1700套，機型包括機械驅(qū)動、直流電驅(qū)動、交流變頻電驅(qū)動、機電復(fù)合驅(qū)動鉆機。1.機械驅(qū)動鉆機這類鉆機已形成鉆深從1000-7000m的多種規(guī)格的系列產(chǎn)品，3000m井深以下基本上是絞車和轉(zhuǎn)盤聯(lián)合驅(qū)動，鉆井泵組獨立驅(qū)動；3000m井深以上基本為多機組并車，并車方式有皮帶和鏈條兩種，目前己基本系列化。以底座結(jié)構(gòu)形式分有車載式、半拖掛式、塊裝式、自升式、箱疊式；井架形式大多采用K型（含伸縮式）、A型、桅桿式；絞車有內(nèi)變速也有外變速；這類鉆機油田在用量較大。2.直流電驅(qū)動鉆機目前已形成了2000-7000m多種規(guī)格的產(chǎn)品。該類鉆機采用AC-SCR-DC直流電傳動，性能先進，控制方便可靠，可充分滿足現(xiàn)代鉆井工藝的需要。鉆機的底座有塊裝式、自升式；井架形式有K型、A型；這類鉆機絞車和泥漿泵全部為獨立驅(qū)動，轉(zhuǎn)盤與絞車有聯(lián)合驅(qū)動也有獨立驅(qū)動。電傳動控制系統(tǒng)已基本國產(chǎn)化，是鉆機出口和出國技術(shù)服務(wù)的主力機型。我國直流電驅(qū)動鉆機的傳動及控制技術(shù)達到了世界先進水平。3.交流變頻電驅(qū)動鉆機自97年寶石機械首次將交流變頻技術(shù)應(yīng)用于石油鉆機以來，近年交流變頻電驅(qū)動鉆機在國內(nèi)得到了迅速發(fā)展，這類鉆機己形成了1000-12000m系列產(chǎn)品，并已批量出口。該系列鉆機采用大功率AC-VFD-AC交流變頻電傳動，電傳動系統(tǒng)對控制對象采用閉環(huán)控制，并對控制進行實時監(jiān)控，實現(xiàn)定量控制，對于鉆井工況，可以實現(xiàn)提升系統(tǒng)懸停以及轉(zhuǎn)盤堵轉(zhuǎn)；利用交流電機在零轉(zhuǎn)速下能夠承載全部負載的優(yōu)勢，實現(xiàn)再生制動，并可為絞車提供全動態(tài)制動；同時應(yīng)用模糊控制理論，實現(xiàn)主電機或獨立自動送鉆電機自動送鉆；目前的絞車均為單滾筒軸結(jié)構(gòu)。交流變頻控制技術(shù)因其控制精度高、系統(tǒng)功率因數(shù)高、兼容性好、易于實現(xiàn)自動化、智能化及網(wǎng)絡(luò)化控制，同時自動送鉆技術(shù)的廣泛應(yīng)用使得鉆井效率及井深質(zhì)量得到極大提升，目前已成為深井、超深井鉆井的首選機型。9000m和12000m鉆機由寶石機械分別于2005年和2007年研制成功，當(dāng)時在國內(nèi)外引起石油行業(yè)的強烈反響。9000m鉆機被國內(nèi)專家稱為石油行業(yè)的“神六”，并被評為中石油2007年十大科技進展之一，去年底已通過專家會議鑒定，認為其關(guān)鍵技術(shù)達到世界領(lǐng)先水平。該產(chǎn)品已批量生產(chǎn)并開始出口。12000m鉆機被兩院547各院士評為2007年中國十大科技新聞第二名，也是中石油2007年十大科技進展之一。該鉆機是中國鉆井深度最深的鉆機，是全數(shù)字控制的交流變頻電驅(qū)動鉆機。該鉆機采用全數(shù)字控制的大功率交流變頻系統(tǒng)，實現(xiàn)9臺交流變頻電機的寬頻控制，采用國產(chǎn)電傳動控制系統(tǒng)、大功率單軸齒輪傳動絞車、工作壓力52Mpa的2200HP鉆井泵、承載9000kN的游吊系統(tǒng)及自升式井架、底座，滿足12000m特深井的鉆井作業(yè)，目前正承擔(dān)中石化在四川德陽的“川科一井”的鉆探任務(wù)，并經(jīng)受了汶川大地震的考驗。4.機電復(fù)合驅(qū)動鉆機這類鉆機根據(jù)絞車、轉(zhuǎn)盤、鉆井泵的工作特點和性能要求，靈活選用相適應(yīng)的動力驅(qū)動方式，有效地組合在一臺鉆機上，能以最經(jīng)濟的動力配置獲得最佳的工作性能，目前在國內(nèi)油田已作為替代大慶130型、ZJ45型鉆機的首選方案。5.特種鉆機這種鉆機主要是針對不同環(huán)境或地域及特種鉆井工藝而開發(fā)的，如適應(yīng)沙漠環(huán)境的沙漠鉆機、適應(yīng)低溫環(huán)境的極地鉆機、適應(yīng)于快速搬家要求的高移運拖掛鉆機、適應(yīng)于沼澤地、叢林的沼澤鉆機和直升機吊裝鉆機等等。沙漠鉆機自1987年國內(nèi)首臺6000m直流沙漠鉆機研制應(yīng)用以來，目前國內(nèi)技術(shù)已基本成熟，并已有批量出口到中東高溫沙漠地區(qū)應(yīng)用。適應(yīng)于快速搬家要求的高移運拖掛鉆機，目前國內(nèi)已具有生1000-7000m鉆機的能力，已生產(chǎn)的該類鉆機中以3000m、4000m井深居多，在新疆和中東沙漠地區(qū)均有使用。對于適應(yīng)于低溫叢式井作業(yè)的列車軌道式極地鉆機和適應(yīng)于淺稠油開采的斜井鉆機，目前國內(nèi)也擁有其技術(shù)。我國的自動送鉆技術(shù)起步較晚，上世紀我國大部分鉆機使用的剎車系統(tǒng)是帶式剎車，但帶式剎車自動送鉆，由于涉及一系列的氣動和機械傳動裝置，不容易和電控制信號接口，整個自動送鉆控制系統(tǒng)復(fù)雜，可靠性、精確性和平穩(wěn)性很難保證。我國自1958年開始開展了自動送鉆裝置的研究工作，在60年代中期進行了試驗，1966年在山東4001隊首次進行了工業(yè)試驗。自1979年我國進口了兩臺美國NationalSupplyCo.自升式鉆井平臺，配備了1320-UE型鉆機，其中帶有6-B型鉆頭自動給進器。還引進了Emsco公司CI-III型、CII型鉆機，也均配備了鉆頭自動送鉆裝置。近年來，我國又研制了新型自動送鉆裝置，如石油大學(xué)、北石所研制出了液壓盤式剎車自動送鉆裝置，在部分油田進行試驗和投入使用。1.QJ-I型自動送鉆裝置QJ-I型自動送鉆裝置由兩部分組成，即儀表(控制)部分和機械(執(zhí)行與反饋)部分，傳動方式為氣動式，鉆機己有的氣源儲量足以滿足本裝置使用。本裝置適合鉆速小于20m/h的鉆井場所，允許施加的鉆壓范圍為0～50噸?？刂沏@壓的精度可以通過調(diào)節(jié)支點的位置而實現(xiàn)。當(dāng)支點上移時，支點到布爾登管頂端的距離縮短，而到噴嘴小孔的距離增大，因而鉆壓精度提高。反之，鉆壓精度下降。高鉆壓(20t以下)的精度擬控制在1.5t范圍，低鉆壓(小于5t)的精度擬控制在士1.0t范圍。2.ADE-1型全氣動自動送鉆裝置ADE-1型自動送鉆裝置是由蘭州石油化工機器總廠與吳忠儀表廠聯(lián)合開發(fā)的產(chǎn)品，適應(yīng)鉆井深度1500m～9000m。主要由過濾器、控制箱、應(yīng)力送變器、反饋系統(tǒng)、執(zhí)行機構(gòu)、加力彈簧等組成。傳動方式為氣動式，氣源既可利用鉆機原有的氣源，也可單獨另設(shè)。其結(jié)構(gòu)簡單、尺寸小，使用安全可靠，首次使用安裝耗時僅需2h。并于1986年11月在四川石油管理局川東礦區(qū)的F320型鉆機上進行了工業(yè)性試驗。試驗表明，其使用性能良好，完全滿足設(shè)計要求。3.PSZ-l型液壓盤式剎車自動送鉆裝置中國石油大學(xué)(北京)于1997年研制出我國第一臺盤式剎車自動送鉆裝置(PSZ-1型)。該裝置在滿足自動送鉆原理的基礎(chǔ)上，設(shè)計時還考慮了與現(xiàn)有絞車結(jié)構(gòu)的相容性、液壓回路的銜接性、自動送鉆與手動送鉆的共存性以及緊急情況時的安全保障性。該裝置采用數(shù)字PID調(diào)節(jié)器為控制單元，以恒懸重控制方式代替恒鉆壓控制。由于直接利用懸重信號進行控制，省去了將懸重轉(zhuǎn)換為鉆壓的步驟。PID調(diào)節(jié)器集參數(shù)設(shè)定、懸重控制、數(shù)據(jù)顯示、超限報警等多種功能于一體，具有緊湊、自帶穩(wěn)壓電源和便于面板安裝等特點。裝置的電液控制采用了比例溢流閥?？紤]到比例電磁鐵為電流驅(qū)動型負載，在PID調(diào)節(jié)器的電壓輸出端與比例溢流閥之間加裝了比例放大器，以進行電壓／電流轉(zhuǎn)換和功率驅(qū)動。從絞車軸端通過測速發(fā)電機取得轉(zhuǎn)速信號，構(gòu)成了局部反饋回路。PSZ-1型自動送鉆裝置實現(xiàn)了盤式剎車的恒鉆壓自動送鉆作業(yè)，并在提高機械鉆速、減小鉆壓波動等方面取得了較好的效果。與此同時，現(xiàn)場試驗也暴露出一些問題，例如通用型數(shù)字PID測控儀的面板操作較為復(fù)雜，并難實現(xiàn)直接鉆壓控制與顯示；國產(chǎn)電液比例元件壽命較低；系統(tǒng)匹配方面還存在一些問題。這些都在一定程度上影響了自動送鉆的效果。因此，盤式剎車自動送鉆技術(shù)成功地應(yīng)用于鉆井工程還需進一步的研究與開發(fā)。4.獨立電機自動送鉆裝置天津瑞靈公司在2003年研制出獨立電機自動送鉆裝置,并將該控制系統(tǒng)應(yīng)用在寶雞石油機械有限責(zé)任公司生產(chǎn)ZJ70DB鉆機上。該數(shù)控變頻自動送鉆裝置，包括動力傳動和控制裝置兩部分。通過數(shù)字給定裝置對送鉆變頻器進行設(shè)定和調(diào)節(jié)，送鉆變頻器通過其內(nèi)部的處理器控制和調(diào)節(jié)送鉆電動機的電磁制動力矩并使之在鉆頭鉆進的過程中始終維持在預(yù)先設(shè)定的范圍，從而實現(xiàn)鉆頭的恒鉆壓自動送進，該裝置具有送鉆平穩(wěn)均勻、調(diào)控方便、反應(yīng)靈敏、控制精度高優(yōu)點，而且能降低主剎車的磨損。1.3論文的主要內(nèi)容及結(jié)構(gòu)本課題以寶雞石油機械廠BSSZ-1型石油鉆機盤剎自動送鉆系統(tǒng)為研究對象，針對其自動送鉆控制系統(tǒng)的功能作出分析,提出了對控制系統(tǒng)的研究方法和優(yōu)化方案,研究其可靠性,在此基礎(chǔ)上對石油鉆機盤剎自動送鉆系統(tǒng)進行研究和改進。針對鉆機的工作場所和工作環(huán)境的特殊性，本畢業(yè)設(shè)計采用了事故樹分析法對系統(tǒng)進行可靠性分析，通過分析，建立系統(tǒng)事故樹模型。進行可靠性定性定量研究，得出個基本事件對整個系統(tǒng)運行可靠性的影響程度以及頂事件的發(fā)生概率，確定控制系統(tǒng)發(fā)生故障的概率。找出系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)。提出改進和優(yōu)化措施。基于對自動送鉆控制系統(tǒng)可靠性分析的結(jié)果，把送鉆控制系統(tǒng)分為硬件和軟件兩部分進行優(yōu)化。采取了安全教育、設(shè)計冗余和信號抗干擾三種優(yōu)化措施，由此提高了送鉆控制系統(tǒng)的可靠性與安全性。具體內(nèi)容包括以下幾個方面：第1章緒論。介紹本課題的意義，分析了國內(nèi)外鉆機自動送鉆控制系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，最后提出了本課題的主要內(nèi)容。第2章鉆機及其可靠性。簡要對鉆機的種類、組成、驅(qū)動方式進行介紹，同時對可靠性的特征量、概率分布和設(shè)計方法進行了表述。第3章鉆機送鉆系統(tǒng)分析。根據(jù)鉆機送鉆系統(tǒng)的特點，對自動送鉆系統(tǒng)的功能、安全保護控制的類別進行說明，還對自動送鉆系統(tǒng)的工作原理、控制原理以及送鉆系統(tǒng)的組成部分進行說明。第4章系統(tǒng)可靠性分析。本章以可靠性為出發(fā)點，在充分理解和掌握常用的可靠性度量指標和可靠性方法的情況下，通過建模找出鉆井過程中那么頂事發(fā)生的基本事件，運用事故樹對鉆機送鉆控制系統(tǒng)進行定性和定量分析，同時得出分析結(jié)論。第5章送鉆控制系統(tǒng)的改進及優(yōu)化。通過第四章的分析結(jié)果，從安全教育、控制系統(tǒng)的硬件和軟件三個方向入手，對控制系統(tǒng)進行進一步的研究的改進，從而達到鉆機運行過程中的高可靠性和高穩(wěn)定性。第6章結(jié)論。最后對鉆機自動送鉆控制系統(tǒng)進行了總結(jié)，并提出了鉆機自動送鉆控制系統(tǒng)可靠性分析的不足和今后對可靠性技術(shù)研究的展望。第2章鉆機及其可靠性石油鉆機是油、氣田開發(fā)的鉆井設(shè)備，隨著鉆井方法、鉆井工藝的發(fā)展，鉆機裝備和技術(shù)也得到不斷發(fā)展。當(dāng)今，國內(nèi)外廣泛采用的鉆井方法是旋轉(zhuǎn)鉆井法，相應(yīng)的鉆井設(shè)備為轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)鉆機。陸用轉(zhuǎn)盤鉆機是鉆井設(shè)備的基本型式，通常所說的鉆機指的就是這種鉆機，也可稱為常規(guī)鉆機。隨著海洋石油勘探、開發(fā)事業(yè)的興起，陸用鉆井設(shè)備和造船技術(shù)相結(jié)合，產(chǎn)生了一大批各種類型的海洋鉆井設(shè)備。近年來，全球經(jīng)濟的快速發(fā)展對能源需求的不斷增加，促進了油氣資源的勘探開發(fā)快速發(fā)展，使石油裝備制造業(yè)進入了黃金發(fā)展期。我國石油鉆機的技術(shù)水平已由過去的仿制、引進、消化、吸收發(fā)展到了以自主開發(fā)為主的階段。近年來，以寶雞石油機械有限責(zé)任公司(以下簡稱寶石機械)為代表的我國石油裝備制造企業(yè)先后開發(fā)了適用于陸地、沙漠和海洋環(huán)境使用的石油鉆機，鉆機的鉆深能力也由1000-7000m發(fā)展到9000m、12000m，傳動技術(shù)已發(fā)展到機械傳動、直流電傳動、交流變頻電傳動及機、電復(fù)合驅(qū)動等多種形式。，我國石油鉆機基本滿足了國內(nèi)油氣勘探開發(fā)的需要。同時，國產(chǎn)鉆機的出口量也在逐年增加，并進入國際高端市場或主油區(qū)作業(yè)。目前，我國主流鉆機制造商已形成年產(chǎn)常規(guī)鉆機400余臺的能力。我國已成為全球最大的鉆機制造國。為適應(yīng)各種地理環(huán)境和地質(zhì)條件，為加快鉆井速度、降低鉆井成本、提高鉆井經(jīng)濟效益，近些年來研制了多種具有特殊用途的新型鉆機，如沙漠鉆機、叢式井鉆機、斜井鉆機、真升飛機吊運的鉆機等，可稱為特種鉆機。2.1鉆機組成及分類2.1.1鉆機組成在石油鉆井中，帶動鉆具破碎巖石，向地下鉆進，獲得石油或天然氣的機械設(shè)備。一部常用石油主要由動力機、傳動機、工作機及輔助設(shè)備組成石油鉆機是由多種機器設(shè)備組成，具有多種功能的成套性聯(lián)合工作機組，如圖2—1所示。圖2-1石油鉆機組成示意圖其中：人字架；2.天車；3.井架；4.游車；5.水龍頭提環(huán)水龍頭；7.保險鏈；8.航頂管；9.立管；10.水龍帶；井架腿；12.小鼠洞；13鉆臺；14架腳；15轉(zhuǎn)盤傳動；填充鉆井液管；17.扶梯；18坡板；19.底座；大鼠洞；21.水剎車；22.緩沖室；23絞車底座；井車箱；25.發(fā)動機平臺；26.泵傳動27.鉆井泵；鉆井液管線；29.鉆井液配置系統(tǒng)；30.供水管；吸入管；32.鉆井液池；33.固定鉆液槍；34.連接軟管；空氣包；36.沉砂池；37.重堿槍；38.振動篩；動力帆組；40.絞絞車傳動裝置；41.鉆井液槽；鉆井絞車；43.轉(zhuǎn)盤；44.井架橫梁；45.方鉆頭；斜撐；47.大勾；48.二層平臺；49.油繩；鉆井液噴出口；51.井口裝置；52.防噴器；53.換向閘門；鉆機一般有八大系統(tǒng)：鉆具起升系統(tǒng)、鉆井液循環(huán)系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)、動力驅(qū)動系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、鉆機底座和其他輔助設(shè)備等。如圖2-2所示。十大部分十大部分起升系統(tǒng)－2、旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)－3、循環(huán)系統(tǒng)－4、動力系統(tǒng)－5、傳動系統(tǒng)－6、控制系統(tǒng)－7、底座－8、井控系統(tǒng)－9、輔助設(shè)備－10、鉆臺操作設(shè)備圖2—2鉆機八大系統(tǒng)示意圖鉆井工藝對石油鉆機的基本要求是：（1）起下鉆具能力：，由于可能的井下緊急作業(yè)，為了起鉆具或下鉆具，石油鉆機要有一定的起重能力和起升速度。這由鉆機的起升系統(tǒng)承擔(dān)。（2）旋轉(zhuǎn)鉆進能力：為了帶動鉆頭、鉆具旋轉(zhuǎn)鉆進等，石油鉆機要有一定的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。這由鉆機的旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)承擔(dān)。（3）循環(huán)洗井能力：為了保證正常鉆進、沖洗井底及攜帶巖屑等，循環(huán)鉆井液要有一定的壓力和排量。這由鉆機的循環(huán)系統(tǒng)承擔(dān)。為了滿足鉆井工藝要求，整套鉆機必須具備下列各系統(tǒng)和設(shè)備：起升系統(tǒng)起升系統(tǒng)的作用是起升和下放鉆具，下套管以及控制鉆壓，送進鉆具。鉆機通常都配備有起升系統(tǒng)。起升系統(tǒng)主要包括絞車，天車，游車，輔助剎車等各種車輛及大鉤，鋼繩，吊環(huán)，吊卡，吊鉗，卡瓦等工具。如圖2-3所示。圖2-3鉆機的起升系統(tǒng)起升時，絞車滾筒纏繞鋼絲繩，天車和游車構(gòu)成副滑輪組，大鉤上升通過吊環(huán)、吊卡等工具實現(xiàn)鉆具的提升。下放時，鉆具或套管柱靠自重下降，借助絞車的剎車機構(gòu)和輔助剎車控制大鉤的下放速度。在正常鉆進時，通過吊環(huán)、吊卡等工具實現(xiàn)鉆具的提升，下放時，鉆具或套管柱靠自重下降，借助絞車的剎車機構(gòu)和輔助剎車控制大鉤的下放速度。在正常鉆進時，通過剎車機構(gòu)控制鉆具的送進速度，將鉆具重量的一部分作為鉆壓施加到鉆頭上實現(xiàn)破碎巖層。游動系統(tǒng)（如鋼絲繩、天車、游動滑車及大鉤）可以大大降低快繩拉力，從而大為減輕鉆機絞車在鉆井各個作業(yè)（起下鉆、下套管、鉆進、懸掛鉆具）中的負荷和降低起升機發(fā)動機應(yīng)配備的功率。鉆井絞車用于起下鉆具、下套管；鉆井過程中控制鉆壓，送進鉆具；借助貓頭卸鉆具線扣；起吊重物及進行其他輔助工作和整體起放井架。旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)是轉(zhuǎn)盤鉆機的必備系統(tǒng)，其作用是驅(qū)動鉆具旋轉(zhuǎn)以破碎巖層，旋轉(zhuǎn)是用包括轉(zhuǎn)盤，水龍頭（動力水龍頭），井內(nèi)鉆具（井下動力鉆具）等組成。根據(jù)鉆井的不同，鉆具的組成也有所差異，一般包括方鉆桿、鉆桿、鉆鋌和鉆頭，此外還有扶正器、減震器以及配合接頭等。如圖2-4所示。圖2-4旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖其主要作用是帶動井內(nèi)鉆具、鉆頭等旋轉(zhuǎn)，連接起升系統(tǒng)和鉆井液循環(huán)系統(tǒng)。為實現(xiàn)鉆頭自動給進，現(xiàn)代鉆機配備有鉆具自動送進裝置。鉆井過程中，轉(zhuǎn)盤主要完成的工作是：轉(zhuǎn)動井中鉆具，傳遞足夠大的扭矩和必要的轉(zhuǎn)速；下套管或起下鉆時，承托井中全部套管柱或鉆桿柱重量；完成卸鉆頭、卸扣與處理事故時倒扣、進扣等輔助工作。鉆頭是直接破碎巖石的工具，有刮刀鉆頭、牙輪鉆頭、金剛石鉆頭等類型。鉆鋌的重量和壁厚都很大，用來向鉆頭施加鉆壓，鉆桿將地面設(shè)備和井底設(shè)備聯(lián)系起來，并傳遞扭矩。方鉆桿的截面一般為正方形，轉(zhuǎn)盤通過方鉆桿帶動整個鉆柱和鉆頭旋轉(zhuǎn)，水龍頭是提升、旋轉(zhuǎn)、循環(huán)3大工作組相交匯的“關(guān)節(jié)”部件，它的主要作用是：懸持旋轉(zhuǎn)著的鉆桿柱，承受大部分以至全部鉆具重量；向轉(zhuǎn)動著的鉆桿柱內(nèi)輸入高壓鉆井液。3.鉆井液循環(huán)系統(tǒng)為了將井底鉆頭破碎的巖屑及時攜帶到地面上來以便繼續(xù)鉆進，同時為了冷卻鉆頭保護井壁，防止井塌井漏等鉆井事故的發(fā)生，旋轉(zhuǎn)鉆機配備有循環(huán)系統(tǒng)循環(huán)系統(tǒng)包括鉆井泵，地面管匯、泥漿罐、泥漿凈化設(shè)備等，其中地面管匯包括高壓管匯、立管、水龍帶，泥漿凈化設(shè)備包括震動篩、除砂器、除泥器、離心機等。鉆井泵將泥漿從泥漿罐中吸入，經(jīng)鉆井泵加壓后的泥漿，經(jīng)過高壓管匯、立管、水龍帶，進入水龍頭，通過空心的鉆具下到井底，從鉆頭的水眼噴出，經(jīng)井眼和鉆具之間的環(huán)行空間攜帶巖屑返回地面，從井底返回的泥漿經(jīng)各級泥漿凈化設(shè)備，除去固相含量，然后重復(fù)使用。上述3大系統(tǒng)設(shè)備是直接服務(wù)于鉆井生產(chǎn)的，是鉆機的3大工作組。4.傳動系統(tǒng)傳動系統(tǒng)是由動力機與工作機之間的各種傳動設(shè)備（聯(lián)動機組）和部件組成。其主要作用是將動力傳遞并合理分配給工作機組，實現(xiàn)從驅(qū)動設(shè)備到工作組的能量傳遞、分配及運動方式的轉(zhuǎn)換。傳動系統(tǒng)應(yīng)包括減速機構(gòu)、并車機構(gòu)、轉(zhuǎn)向機構(gòu)、倒轉(zhuǎn)機構(gòu)及變速機構(gòu)等。由柴油機直接驅(qū)動的鉆井多采用統(tǒng)一驅(qū)動的形式，傳動系統(tǒng)相對復(fù)雜，由交直流電動機驅(qū)動的鉆機多采用各機組單獨或分組驅(qū)動的形式，傳動系統(tǒng)得到了很大的簡化?，F(xiàn)代鉆機傳動系統(tǒng)除機械傳動外，尚有液力傳動（液力耦合器、液力變矩器）、液壓傳動、電傳動等形式。5.控制系統(tǒng)和監(jiān)測顯示儀表控制系統(tǒng)是鉆機自動化程度高低的一個重要標志，它的主要作用是指揮各系統(tǒng)的協(xié)調(diào)工作?？刂葡到y(tǒng)由各種控制設(shè)備組成，通常是機械、電、氣、液聯(lián)合控制。機械控制設(shè)備有手柄、踏板、操縱桿等；電動控制設(shè)備有基本元件、變阻器、繼電器、微型控制等；氣動（液動）控制設(shè)備有氣（液）元件、工作缸等。監(jiān)測顯示儀表的主要作用是記錄和顯示地面設(shè)備的工況，為控制系統(tǒng)提供控制依據(jù)，常用的儀表有指重表、轉(zhuǎn)盤扭矩表等。6.動力驅(qū)動系統(tǒng)為了供應(yīng)3大工作機組及其他輔助機組（如空氣壓縮機）的動力，鉆機必須配備動力驅(qū)動設(shè)備及其輔助裝置。這種動力驅(qū)動設(shè)備可以是內(nèi)燃機及其供油設(shè)備，也可以是交流電動機、直流電動機及其供電、保護、控制設(shè)備等。7.鉆機底座底座是鉆機組成部分之一。它包括鉆臺底座和機房底座，可以安裝鉆井設(shè)備，方便鉆井設(shè)備的移運。鉆機底座用于安裝井架、轉(zhuǎn)盤，放置立根盒及必要的井口工具，多數(shù)還要安裝鉆井絞車，下方應(yīng)能容納必要的井口裝備，因此，它也要足夠的面積和剛性，以保證機房設(shè)備能迅速安裝找正、工作平衡且移運方便。叢式井鉆機底座必須滿足叢式鉆井的特殊要求。8.輔助設(shè)備為保證鉆井工作的順得進行，鉆井設(shè)備一般都配有供氣設(shè)備（如壓縮機、儲氣罐）、輔助發(fā)電設(shè)備、井控設(shè)備（防噴器、地面防噴器控制裝置及節(jié)流管匯、壓井管匯等）、鉆鼠洞設(shè)備與輔助起重設(shè)備，在寒冷地帶鉆井時還必須配備保溫設(shè)備。2.1.2鉆機分類鉆機按鉆井深度分為：淺井鉆機（鉆井深度小于或等于1500m）、中深井鉆機（鉆井深度為1500～3200m）、深井鉆機（鉆井深度為3200～5000m）、超深井鉆機（鉆井深度大于5000m）。鉆機按采用的主傳動類型分為：膠帶并車傳動—皮帶鉆機、鏈條并車傳動—鏈條鉆機、錐齒輪—萬向軸并車傳動——齒輪鉆機。鉆機按驅(qū)動設(shè)備類型分為：機械驅(qū)動鉆機（MD）和電驅(qū)動鉆機（ED）。鉆機按使用地區(qū)和用途分為：陸地常規(guī)鉆機、海洋鉆機、叢式井鉆機、沙漠鉆機、斜井鉆機等。鉆機按鉆井方法分為：沖擊鉆鉆機，地面驅(qū)動旋轉(zhuǎn)鉆機，井下驅(qū)動鉆機。鉆機按移動方式分為：快裝鉆機，拖掛鉆機，車裝鉆機。2.1.3鉆機驅(qū)動型式任何一種鉆機其傳動系統(tǒng)的基本組成和所承擔(dān)的任務(wù)具有共同性，即都是由并車、倒車、減速增矩、變速變矩及轉(zhuǎn)換方向等幾部分構(gòu)成，將一臺或幾臺驅(qū)動機組的動力及運動單獨地或統(tǒng)一地傳遞給各工作機，以滿足鉆井工作的需要。目前，石油鉆機驅(qū)動型式主要有機械驅(qū)動、液壓驅(qū)動、電驅(qū)動和混合驅(qū)動4種型式。1）機械驅(qū)動型式（1）柴油機直接驅(qū)動石油鉆機柴油機直接驅(qū)動就是利用柴油機產(chǎn)生動力，用機械傳動來傳遞功率。它的主要優(yōu)點是不受地區(qū)限制，具有自持能力；產(chǎn)品系列化后，不同級別鉆機可用增加相同機組數(shù)目的辦法以增加總功率，這樣可減少柴油機品種；在性能上，轉(zhuǎn)速可平衡調(diào)節(jié)，能防止工作機過載，避免發(fā)生設(shè)備事故；結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，重量輕，便于搬遷移運，適于野外作業(yè)。但作為鉆機動力機，它也有不足之處，如扭矩曲線較平垣，適應(yīng)性系數(shù)小，過載能力有限，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍窄；噪聲大，影響工人健康；與電驅(qū)動比較，驅(qū)動傳動效率低，燃料成本貴，維護使用費用比電動機驅(qū)動高。（2）柴油機—液力耦合器驅(qū)動石油鉆機。液力傳動的工作原理是主動軸經(jīng)離心泵將能量傳給了工作液，工作液經(jīng)渦輪將能量傳給了從動軸。因此，液體是一種工作介質(zhì)，通過它在離心泵和渦輪機中的循環(huán)流動實現(xiàn)運動的連續(xù)傳遞和能量的連續(xù)轉(zhuǎn)換。柴油機—液力耦合器驅(qū)動的主要優(yōu)點是：傳動柔和，可吸收振動與沖擊；渦輪軸可隨外載變化而自動變速，可防止工作機過載，即使外載增加導(dǎo)致渦輪制動，動力機仍可以某一轉(zhuǎn)速工作而不滅火。但耦合器只能在高轉(zhuǎn)速比工況下工作，否則效率過低，功率損失大；只能傳遞扭矩，不能變矩。（3）柴油機—液力變矩器驅(qū)動石油鉆機。柴油機—液力變矩器驅(qū)動的主要優(yōu)點是：隨外載變化能自動無級地變速、變矩，驅(qū)動絞車時，可明顯提高鉆機起升工效；使柴油機也不會被維持在經(jīng)濟合理的工況運行，即使外載增大導(dǎo)致效率隨渦輪軸處于制動狀態(tài)時，柴油機也不會滅火；機組適應(yīng)外載變化能力大大增強，調(diào)速范圍變寬；傳動平穩(wěn)柔和，吸收沖擊振動，延長了機械設(shè)備壽命；減少并車損失。目前，世界各國生產(chǎn)和在用的機械驅(qū)動石油鉆機以柴油機—液力變矩器驅(qū)動石油鉆機為最多。2）液壓驅(qū)動型式早在20世紀50年代，石油鉆機中就采用了液壓驅(qū)動轉(zhuǎn)盤，隨后發(fā)展到采用液壓驅(qū)動絞車進行鉆井作業(yè)和起下鉆作業(yè)。美國研制了全液壓驅(qū)動石油鉆機，采用了液壓驅(qū)動的頂部驅(qū)動鉆井系統(tǒng)，其絞車是一組多級同心液缸，取消了常規(guī)石油鉆機結(jié)構(gòu)型式的絞車和提升系統(tǒng)。自動化石油鉆機中也采用了液壓驅(qū)動型式，如頂部驅(qū)動采用液壓驅(qū)動型式。3）電驅(qū)動型式電驅(qū)動就是利用交流電動機或直流電動機來驅(qū)動工作機組。電驅(qū)動鉆機初期投資比機械驅(qū)動鉆機略高，但是傳動效率高，比機械驅(qū)動約提高16％；電驅(qū)動鉆機具有無級調(diào)速的鉆井特性，可提高鉆井效率；柴油發(fā)電機組的柴油機可始終處在最佳狀態(tài)下運轉(zhuǎn)，能降低油耗18％～20％，可延長大修期80％；簡化了傳動、控制系統(tǒng)，易安裝調(diào)整，易控制調(diào)節(jié)，易實現(xiàn)高鉆臺；有完善的自我保護系統(tǒng)，可保證安全生產(chǎn)。電驅(qū)動型式主要有AC-AC電驅(qū)動型式及AC變頻驅(qū)動型式。4）混合驅(qū)動型式混合驅(qū)動鉆機是指鉆機有兩種驅(qū)動型式，例如機電、液電等混合紅運型式。對于機電混合驅(qū)動鉆機來說，柴油機鏈條并車驅(qū)動絞車，膠帶驅(qū)動鉆井泵。柴油機另一輸出驅(qū)動直流發(fā)電機，發(fā)出直流電，用于鉆臺上面的貓頭絞車和轉(zhuǎn)盤電動機。另外一種機電混合驅(qū)動鉆機采用柴油機變矩器鏈條并車驅(qū)動絞車、鉆井泵，直流電驅(qū)動轉(zhuǎn)盤。液電混合驅(qū)動鉆機，其絞車和鉆井泵采用SCR電驅(qū)動，采用液力頂鉆井系統(tǒng)。機電混合驅(qū)動石油鉆機，采用交流電動機可調(diào)葉片變矩器鏈條并車絞車、轉(zhuǎn)盤和鉆井輸出工作轉(zhuǎn)速。2.2鉆機可靠性研究2.2.1可靠性定義和內(nèi)容可靠性是機電產(chǎn)品的主要屬性之一，也是產(chǎn)品的主要質(zhì)量特征。產(chǎn)品質(zhì)量，可靠性，維修性和安全性既是市場競爭，維護用戶利益和社會效益的需要，也是提高制造企業(yè)經(jīng)濟效益的需要。同時，產(chǎn)品質(zhì)量和可靠系那個也是制造企業(yè)的形象和生命。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,特別是近十幾年來,各種技術(shù)取得了突破性的進展,使得如今的系統(tǒng)越來越復(fù)雜,功能也越來越強大。然而正是由于系統(tǒng)功能的強大和復(fù)雜程度的提高,才使系統(tǒng)可靠性問題日益突出。并且如今的系統(tǒng)承載著大量的信息,一旦發(fā)生崩潰所帶來的損失是無法估量的。因此如何設(shè)計具有高可靠性和高可用性系統(tǒng)的研究已成為國際上的一個研究熱點。可靠性問題涉及到了社會的