冷却润滑装置的开发与使用

　　a）井口返出钻井液温度较高。

　　b）套压及润滑油压力压紧旋转动密封圈，增大了密封圈与转动轴的摩擦转矩，增加了内筒转动时产生的热量。

　　c）井口偏斜使旋转密封总成中的轴承受力增大，在运转过程中产生更多热量。因此，为保证旋转密封总成的使用可靠性，必须对其进行冷却。同时轴承和动密封也需要润滑，因此设计了冷却与润滑动力装置，对旋转密封总成提供的循环恒温润滑油进行连续强制润滑和冷却。

　　1结构组成及工作原理冷却与润滑动力装置由野外防爆型制冷机组、油润滑系统、防爆电器控制及仪表系统组成。

　　该装置采用润滑油作为润滑介质，同时作为冷却介质，根据旋转密封总成润滑及冷却要求选用L CKD150型齿轮油。油温过低时，流动性能减弱，不能对旋转密封总成有效冷却，油温过高同样不能起到冷却作用，因此需要控制油温在一定范围内波动，根据此润滑油工作特性，油温控制在35 45范围内。要使油温保持在此范围内需要对油温进行自动控制，即设置冷却系统和加热器对油箱进行冷却或加热。加热器采用自动温控的加热器，设定温度< 35时启动，而> 37自动停止。

　　1. 1冷却系统油箱里有冷凝器，制冷剂在压缩机的作用下经管线输送到冷凝器，油在冷凝器的作用下，温度降低到设定的温度。冷却后的油由油泵经一段较短的管线送至冷却油管线滚筒中心管，管线滚筒上的长管线可以拉开，并连接至旋转密封总成。出油口配备温度表、压力表（0 1 MPa）、机械式流量计。轴承总成里有特殊设计的流道，润滑油在其中循环，将轴承总成里由轴承和动密封产生的热量吸收，并对其进行润滑。吸收热量后的油由出油口经回油管线并通过远程控制系统返回到油箱中，由冷凝器对其进行冷却，然后循环使用。回油口配备流量指示器及机械式流量计、温度表、带单向阀和快速接头的加油口；散热器四周盘有散热管线及散热片，风从散热片吸进，将热量带走，风机出风口朝上安装，将热风吹走。压缩机由温控开关控制其运行，当油箱温度高于设定温度45时压缩机运行，当运行至油箱温度为40时压缩机停止工作。

　　1. 2润滑系统润滑和冷却都靠润滑油，并同时进行，因此润滑系统润滑油流程如上文冷却系统所述。在润滑油泵的选择上，理论上油泵排量越大越容易带走热量，但受设备空间所限不可能选择很大排量的油泵，根据旋转密封总成运转时的温升情况来看，选择中等排量的油泵，配合足够功率的强制制冷系统足以满足冷却需要。油泵是综合考虑了目前国内设备能力、体积大小、电机功率、连续运转时间、油的携热能力、旋转密封总成温升等情况下进行的选型，选用输出流量为4. 8 L/ min，额定输出压力为25 M Pa的CY14 1B型轴向柱塞泵。这种类型油泵的特点是：结构紧凑，寿命长，噪声小，单位质量功率大，可获得较高压力，流量可调节。为提高可靠性，采用双泵设置，正常工作时单泵运转即可。

　　1. 3油箱设计由于所选用的泵是采用静压轴承结构，因此必须注意严格防止油的污染，如果油箱设计密封性不好对于油的污染起着重大的影响，会引起滤清器经常堵塞，并严重影响泵的使用寿命。

　　油箱设计隔离成回油腔和吸油腔2个腔，各腔中的吸油管和回油管用隔板分开，隔板上装有铜丝过滤网。在系统回油管上装有1个10 m的滤清器，使漏油管道、回油管道、溢油管道流出的油都经过滤油器再回油箱，滤油器前安装低压压力表，以指示其堵塞程度，要求滤油器前面的压力？0. 2 MPa，否则须清洗或更换滤油器，且为了安全起见，安装1个可调压的（0. 20 0. 25 M Pa）旁通背压阀与滤油器并联。为了防止油的不断污染，油箱上面必须密封，使阀和管道漏在油箱盖上的油不可流回油箱。

　　油箱内部通过空气滤清器与大气相连，插入油箱里面的管道和油箱顶盖焊死，以防灰尘进入。吸油管和回油管距油箱底面大于管子外径2倍，吸油管距油箱侧壁距离大于管子外径3倍，吸油管和回油管均在油箱*低油面200 mm以下，以防空气进入。所选油泵的正常使用温度为15 65，该温度要求和润滑油温度要求相符，因此在油箱中安装加热和冷却装置。

　　1. 4电器控制及监测系统该装置的自动控制回路分润滑控制和冷却控制2大回路。润滑控制回路有润滑油泵控制和润滑油加热控制，冷却回路实现了风机控制、压缩机控制。

　　设计时，将各控制主体按操作元件和其他器件分类，分别集中到防爆控制配电箱和防爆配电箱，2箱背靠背安装在同一支架上，结构紧凑，布局合理，方便了操作和维修。在防爆控制配电箱面板上分布有报警指示灯、操作开关和对应的指示灯，操作方便，工作状况清晰，可以实现电源、制冷、润滑油泵、润滑油加热、照明等控制。主要的电器元件都安装在防爆控制配电箱背面的防爆配电箱内，该防爆配电箱和防爆控制配电箱一样，属于模块式，可以按照需要由不同的单元组合而成。

　　润滑油泵控制回路控制润滑油泵的启动和停机。润滑油泵启动后，把润滑油送到旋转密封总成，满足其工作需要。为了防止管路堵塞等原因造成压力过高对油泵及管路造成损害，在控制回路中串接压力开关，当压力过高时，压力开关被顶开，控制回路断电，油泵电机停转，油泵停止指示灯亮，提醒工作人员注意，检查处理后方可重新启动。

　　润滑油加热功能是为了防止天气寒冷时润滑油受冷变稠，影响润滑油泵的吸油效果。该控制回路中串接有温度控制器，温度传感器安装在油箱出油口附近，保证出油温度在设定范围之内。当油温低于设定温度时，温度控制器发出信号，加热器控制回路闭合，接触器动作，开始加热。为了精确控制油温，温度控制器设定为PID运算控制模式，把实测温度与设定温度进行比较，经过运算后，确定加热器是否加热，当油温低于设定温度需要加热时，加热器间歇式工作，加热时间由温度控制器决定。这样，润滑油升温迅速，温度控制精确，防止温度过高影响润滑油性能，延长加热器使用寿命。

　　制冷回路主要是控制压缩机工作，其工作状态直接影响压缩机工作效率和制冷效果，甚至影响到压缩机的使用寿命。在电路设计时，增加了逆相保护，逆相保护功能是判断电源的相序是否符合要求，防止电机反向运转，并具有电源缺相保护、过电压保护和欠电压保护。接通电源后，逆相保护器检测制冷回路电源的相序，正常时逆相保护器不动作，中间继电器得电吸合，控制回路导通冷却风机和压缩机等，按照设计动作；如果电源相序不符合要求，或者电源缺相、过（欠）电压，逆相保护器立即动作，中间继电器失电，切断控制回路，不能工作，同时逆相指示灯亮，提醒工作人员注意。这项设计特别适用于制冷站经常搬迁的野外施工专用设备，可以避免由于接线错误造成的电机逆相运转，避免缺相电源对设备的损坏。

　　冷却风机正常工作是压缩机工作的前提条件，在电路设计上，压缩机控制回路串接了风机控制接触器的常开触点，确保冷却风机正常工作后压缩机才工作。压缩机的自动控制是由温度控制器实现的，在保证冷却效果前提下，温度控制器设置了回差值，在温度较高时，压缩机开始工作，直到设定温度，压缩机停机。经过循环，油温开始渐渐升高，增加值达到设定的温差值后，压缩机才开始工作。这样既保证了冷却效果，压缩机也不会在设定温度附近频繁启动，延长其使用寿命。

　　1. 5门轴设计该装置主要在野外或海洋平台上使用，使用环境恶劣，门又需要经常开关，为了使门在任何环境下都能开关自如，设计了一种重载自润滑铰链作为门轴，该设计已获国家实用新型专利。

　　针对现有的铰轴存在的安装好以后无法添加润滑脂或依靠黄油枪才能添加润滑脂的缺点，设计了一种不依赖黄油枪，安装好以后可以方便地添加润滑脂的新型自主强制脂润滑铰轴，包括轴和套筒，其中轴和套筒分别固定于发生相对转动的2个物体上。其特征在于增加了压油螺钉，压油螺钉和套筒之间通过螺纹连接；轴上与套筒接触的表面上开有螺旋形的油槽。由于可以在套筒中填充润滑脂，通过旋转压油螺钉就可以挤压润滑脂，使其沿油槽充满轴与套筒之间的所有接触面，因此添加润滑脂非常简便。

　　2主要参数

　　总质量2 600 kg外形尺寸（长宽高）4 500 mm 2 000 mm 1 980 mm润滑油额定输出压力25 M Pa润滑油输出流量4. 8 L/ min（单泵）；9. 6 L/ min（双泵）油箱容积900 L油箱加热器功率6 kW加热器开始工作温度出油温度< 35（可调）加热器停止工作温度出油温度> 37（可调）压缩机启动温度45（可调）关闭温度40（可调）型号CRAQ 0500 T FD型功率3. 675 kW电力要求三相/ 380V/ 50Hz/ 30A 3室内测试该装置内设置了制冷装置和加热器，通过温控器控制制冷压缩机和加热器能够根据设定的温度自动开启和关闭，实现自动控制。该装置研制完成后，利用？旋转防喷系统试验装置%对该装置进行了测试。

　　试验压力为5 M Pa时的温度变化曲线，其中曲线1为出油温度，曲线2为回油温度，曲线1下行时表示制冷压缩机正在工作。由可以看出，当制冷系统自动工作时，出油*高温度< 45. 5，从旋转防喷系统返回的油温< 50. 5，保证了系统温度相对稳定；而人工将制冷系统关闭时，系统温度持续上升，*高回油温度达到63. 5，并且还有上升的趋势。由该试验可以得出：制冷系统的设计是合理的，其正常工作能大大提高旋转防喷系统的工作可靠性。另外，由还可以看出，压缩机的工作时间明显受到环境温度的影响，当夜间环境温度较低时，压缩机启动时间间隔大一些；到正午环境温度较高时，压缩机启动更频繁些。因此，在夏季和环境温度较高的地区作业时，应注意调节压缩机工作参数，提高制冷系统工作效率。