石油鉆采設備用氣動元件

葉勇華、陳永新等。

中國石油集團鉆井工程技術研究院江漢機械研究所、上海三愛斯石油機械有限公司等。

2019年3月25日，《石油天然氣鉆采設備—鉆通設備》發(fā)布。

2019年10月1日，《石油天然氣鉆采設備—鉆通設備》實施。

主要起草單位：石油工業(yè)井控裝置質量監(jiān)督檢驗中心、河北華北石油榮盛機械制造有限公司、塔里木油田分公司、上海神開石油設備有限公司、中國石油川慶鉆探工程公司、中國石油天然氣股份有限公司勘探開發(fā)研究院、四川寶石機械鉆采設備有限責任公司。

主要起草人：張志東、張祥來、許宏奇、陳俊峰、陳紹偉、林發(fā)權、姚胥源、陳章瑞、徐茂、秦柳、孫洪祥、曾蓮、徐勇軍、劉雪梅、孟慶榮、張川、曾裙、葉國武、劉鳴。

氣動技術應用面的擴大是氣動工業(yè)發(fā)展的標志。氣動元件的應用主要為兩個方面：維修和配套。過去國產氣動元件的銷售要用于維修，直接為主要配套的銷售份額逐年增加。國產氣動元件的應用，從價值數千萬元的冶金設備到只有1~2百元的椅子。鐵道扳岔、機車輪軌潤滑、列車的煞車、街道清掃、特種車間內的起吊設備、軍事指揮車等都用上了專門開發(fā)的國產氣動元件。這說明氣動技術已“滲透”到各行各業(yè)，并且正在日益擴大。

我國的氣動工業(yè)雖然達到了一定規(guī)模與技術水平，但是與國際先進水平相比，差距甚大。我國氣動產品產值只占世界總產值的1.3%，僅為美國的1/21，日本的1/15，德國的1/8。這與10多億人口的大國很不相稱。從品種上看，日本一家公司有6500個品種，我國只有它的1/5。產品性能和質量水平的差距也很大。

由于氣動技術越來越多地應用于各行業(yè)的自動裝配和自動加工小件、特殊物品的設備上，原有傳統(tǒng)的氣動元件性能正在不斷提高，同時陸續(xù)開發(fā)出適應市場要求的新產品，使氣動元件的品種日益增加，其發(fā)展趨勢主要有以下幾個方面：

體積更小，重量更輕，功耗更低.在電子元件、藥品等制造行業(yè)中，由于被加工件體積很小，勢必限制了氣動元件的尺寸，小型化、輕型化是氣動元件的第一個發(fā)展方向。國外已開發(fā)了僅大拇指大小、有效截面積為0.2mm2的超小型電磁閥。能開發(fā)出外形尺寸小而流量較大的元件更為理想。為此，相同外形尺寸的閥，流量已提高2~3.3倍。有一種系列的小型電磁閥，其閥體寬僅10mm，有效面積可達5mm2;寬15mm,有效面積達10mm2等。

國外電磁閥的功耗已達0.5W，還將進一步降低，以適應與微電子相結合。

氣源處理組合件，國內外大多采用了積木式的砌塊結構，不僅尺寸緊湊，而且結合、維修都很方便。

執(zhí)行元件的定位精度提高，剛度增加，活塞桿不回轉，使用更方便.為了提高氣缸的定位精度，附帶制動機構和伺服系統(tǒng)的氣缸應用越來越普遍。帶伺服系統(tǒng)的氣缸，即使供氣壓力和所負的載荷變化，仍可獲得±0.1mm的定位精度。

在國際展覽會上，各種異型截面缸筒和活塞桿的氣缸甚多，這類氣缸由于活塞桿不會回轉，應用在主機上時，無須附加導向裝置即可保持一定精度。此外還開發(fā)了不少帶各種導向機構的氣缸和氣缸滑動組件，例如具有兩根導向桿的氣缸、雙活塞桿雙缸筒氣缸等。

氣缸筒外形已不限于圓形、而是方形、米字形或其它形狀，在型材上開了導向槽、傳感器和開關的安裝槽等，讓用戶安裝使用更方便。

多功能化，復合化.為了方便用戶，適應市場的需要開發(fā)了各種由多只氣動元件組合并配有控制裝置的小型氣動系統(tǒng)。如用于移動小件物品的組件，是將帶導向器的兩只氣缸分別按X軸和Z軸組合而成。該組件可搬動3kg重物，配有電磁閥、程控器，結構緊湊，占有空間小，行程可調整。又如一種上、下料模塊，有七種不同功能的模塊形式，能完成精密裝配線上的上、下料作業(yè)，可按作業(yè)內容將不同模塊任意組合。還有一種機械手是由外形小并能改變擺動角度的擺動氣缸與夾頭的組合件，夾頭部位有若干種夾頭可選配。

與電子技術結合，大量使用傳感器，氣動元件智能化.帶開關的氣缸國內已普遍使用，開關體積將更小，性能更高，可嵌入氣缸缸體；有些還帶雙色顯示，可顯示出位置誤差，使系統(tǒng)更可靠。用傳感器代替流量計、壓力表、能自動控制壓縮空氣的流量、壓力，可以節(jié)能并保證使用裝置正常運行。氣動伺服定位系統(tǒng)已有產品進入市場。該系統(tǒng)采用三位五通氣動伺服閥，將預定的定位目標與位置傳感器的檢測數據進行比較，實施負反饋控制。氣缸最大速度達2m/s、行程300mm時，系統(tǒng)定位精度±0.1mm。日本試制成功一種新型智能電磁閥，這種閥配帶有傳感器的邏輯回路，是氣動元件與光電子技術結合的產物。它能直接接受傳感器的信號，當信號滿足指定條件時，不必通過外部控制器，即可自行完成動作，達到控制目的。它已經應用在物體的傳送帶上，能識別搬運物體的大小，使大件直接下送，小件分流。

更高的安全性和可靠性.從氣動技術國際標準可知，標準不僅提出了互換性要求，并且強調了安全性。

氣動元件的許多使用場合，如軋鋼機、紡織流水線等，在工作時間內不能因為氣動元件的質量問題而中斷，否則會造成巨大損失，因此氣動元件的工作可靠性顯得非常重要。在航海輪船上，使用的氣動元件不少，但能打進這個領域的氣動元件廠不多，原因是其對氣動元件的可靠性要求特別高，必須通過有關國際機械的認證。

向高速、高頻、高響應、高壽命方向發(fā)展.為了提高生產設備的生產效率，提高執(zhí)行元件的工作速度勢在必行。我國的氣缸工作速度一般在0.5m/s以下。根據日本專家預測，五年以后大部分的氣缸工作速度將提高到1~2m/s，有的要求達5m/s。氣缸工作速度的提高，不僅要求氣缸的質量提高，而且結構上也要相應改進，例如要配置油壓吸震器以增加緩沖效果等。電磁閥的響應時間將小于10ms，壽命提高到5000萬次以上。美國有一種間隙密封的閥，由于閥芯懸浮在閥體內，相互不接觸，在無需潤滑下，壽命高達2億次。

普遍使用無油潤滑技術，滿足某些特殊要求.由于環(huán)境污染以及電子、醫(yī)療、食品等行業(yè)的要求，環(huán)境中不允許有油，因此無油潤滑是氣動元件的發(fā)展趨向，同時無油潤滑可使系統(tǒng)簡化。歐洲市場上油霧器已屬淘汰的產品，普遍做到了無油潤滑。此外，為了滿足某些

特殊要求，除臭、除菌和精密過濾器正在不斷開發(fā)，過濾精度已達0.1~0.3μm，過濾效率已達99.9999%。

以聚四氟乙烯為主體的復合材料制造的氣動密封件能耐熱（260℃），耐寒（-55℃）和耐磨，其使用場合越來越多。

為了提高質量，真空壓鑄、氫氧爆炸去毛刺等新技術正在氣動元件制造中逐步推廣。

便于保養(yǎng)、維修和使用.國外正在研究使用傳感器實現氣動元件及系統(tǒng)具有故障預報和自診斷功能。

從上述的氣動技術發(fā)展方向可知，在氣動產品的開發(fā)上我們有許多工作可做。任何一個氣動元件廠，即使其規(guī)模不大，只要突破一個方面，并保持技術領先，就可以在市場上占一席之地，在激烈的競爭中獲得生存和發(fā)展。

救生拋投器　的主要部件就是一個內置氣缸帶折疊槍托的發(fā)射槍體，是氣動產品的典型應用。在水上救生和陸用救援發(fā)揮了很大的作用。

氣動元件的市場走向　氣動元件發(fā)展方向：更高的安全性和可靠性。氣動技術國際標準可知，標準不僅提出了互換性要求，并且強調了安全性。管接頭、氣源處理外殼等耐壓試驗的壓力提高到使用壓力的4~5倍，耐壓時間增加到5~15min，還要在高、低溫度下進行試驗。如果貫徹這些國際標準，國內的缸筒、端蓋、氣源處理鑄件和管接頭等都難達到標準要求。除耐壓試驗處，結構上也作了某些規(guī)定，如氣源處理的透明殼外部規(guī)定要加金屬防護罩。