针对目前国内钻具生产车间噪声污染严重问题，采取在钻具管排架上增设降噪防碰机构，来降低钻具间的接触力和由此产生的噪声污染，从而改善工人的工作环境。研制的无动力防碰机构，依靠自身重力实现自动回弹和通过前一根钻具的重力实现对后一根钻具的阻挡，有效降低钻具碰撞产生的噪音强度。通过现场监测，降噪防碰钻具管排装置较常规钻具管排机由钻具碰撞产生的噪音低位端峰值下降30.6%，低位端平均值下降24.7%，高位端峰值下降31.1%，高位端平均值下降32.9%，降噪效果明显。同时，该机构结构简单、使用方便，具有很高的推广应用价值。
It is adopted to establish structure of reducing-noise and avoiding-collision in the drilling tools bent, and it can decrease contact force among drilling tools, so it can reduce noise pollution by drilling tools collision, and finally it can improve working environment which is based on noise pollution in the drilling tools producing workplace. According to smart designed unpowered crash-proof structure, drilling tools can achieve automatic resilience depending on self-gravitation, and obtain blocking to the next drilling tool through gravity of the prior drilling tool. Thus, it can reduce noise intensity of drilling tools collision. Through on-site monitoring, the device can make noise low-order peak value decrease 30.6%; the noise is caused by drilling tools collision compared with conventional drill pipe collision. Noise mean value decreased 24.7%. High peak value declined 31.1 %. Obvious effects are gained when noise mean value decreases 32.9 %. Meanwhile the device has simple structure, and can be easily used; moreover, it has high value to be promoted.
谢晓波1，王琳娜2，韩霖2，刘淑英2，刘旭超3，郑高鹏3
1吉林大学建设工程学院，吉林 长春
2中石化中原石油工程有限公司管具公司，河南 濮阳
3吉林省探矿机械厂，吉林 长春
Email: 252225627@qq.com
收稿日期：2015年6月19日；录用日期：2015年7月6日；发布日期：2015年7月9日
针对目前国内钻具生产车间噪声污染严重问题，采取在钻具管排架上增设降噪防碰机构，来降低钻具间的接触力和由此产生的噪声污染，从而改善工人的工作环境。研制的无动力防碰机构，依靠自身重力实现自动回弹和通过前一根钻具的重力实现对后一根钻具的阻挡，有效降低钻具碰撞产生的噪音强度。通过现场监测，降噪防碰钻具管排装置较常规钻具管排机由钻具碰撞产生的噪音低位端峰值下降30.6%，低位端平均值下降24.7%，高位端峰值下降31.1%，高位端平均值下降32.9%，降噪效果明显。同时，该机构结构简单、使用方便，具有很高的推广应用价值。
关键词 :防喷，降噪，钻具输送，分贝
在钻具生产车间，频繁运送钻具，80 dB以上高分贝噪声不绝于耳，工作人员长期置身于此种环境中，极易导致身体健康问题，如肾上腺素分泌增多、心跳加快、血压升高、烦躁易怒、甚至神经衰弱、耳聋、色觉、视野异常等[
为此，本文拟查找钻具生产车间噪声主要来源，通过在钻具管排架上设计防碰机构，来降低钻具间接触力，使钻具生产车间主要噪声源的噪音强度降低或消弱，从而减小噪音对工人健康的伤害。
通过观察和检测整个钻具生产过程，发现钻具车间噪声主要来源有钻具碰撞噪声、修订焊缝残余飞边噪声、气缸排气噪声、摩擦焊机工作噪声及车床噪声等。
钻具碰撞噪声是钻具车间的主声源，检测数据如表1所示。这种噪音具有突发性和连续性特点，对人体产生很大伤害。
钻具焊接后会在焊缝处留有残余飞边，必须通过修磨清除，在修磨过程中砂轮与管体摩擦会产生巨大的噪声(表2)。此种噪声持续时间长。
摩擦焊车间气缸使用多，动作频繁，气缸排气湍流引发强烈啸叫(表3)，属气体动力性非稳态噪声。此种噪声属于间息性，但间隔时间较短。
摩擦焊机工作时管体和接头摩擦焊接时摩擦面产生的摩擦噪声(表4)。此种噪声也属于间息性，噪声值较高。
管螺纹车床运转时产生的噪声(表5)。此种噪声持续时间长，对人体某些器官伤害较大。
通过在钻具架上增加缓冲装置，降低钻具滚动过程中的速度，减小冲击力，降低噪声，解决钻具在运送过程中自由滚动相互碰撞而发生的巨大噪声问题。
| 测量点 | 组号 | 一组 | 二组 | 三组 | 平均 |
|---|---|---|---|---|---|
| 管排机高位端 | 峰值 | 102.3 | 110.3 | 113.4 | 108.67 |
| 平均值 | 85.1 | 88.6 | 83.4 | 85.70 | |
| 管排机低位端 | 峰值 | 106.6 | 115.7 | 118.2 | 113.50 |
| 平均值 | 89.2 | 98.3 | 88.4 | 91.97 |
表1. 钻具碰撞噪声监测数据(单位：dB)
| 测量点 | 一组 | 二组 | 三组 | 平均 |
|---|---|---|---|---|
| 外磨飞边旁 | 87.9 | 88.2 | 86.4 | 87.5 |
| 内磨飞边旁 | 90.6 | 89.3 | 91.7 | 90.53 |
表2. 钻具修磨噪声监测数据(单位：dB)
| 测量点 | 一组 | 二组 | 三组 | 平均 |
|---|---|---|---|---|
| 排气口旁 | 88.7 | 87.9 | 88.2 | 88.27 |
表3. 气缸排气湍流噪声监测数据(单位：dB)
| 测量点 | 一组 | 二组 | 三组 | 平均 |
|---|---|---|---|---|
| 焊机旁 | 83.5 | 84.1 | 83.6 | 83.73 |
表4. 摩擦焊机噪声监测数据(单位：dB)
| 测量点 | 一组 | 二组 | 三组 | 平均 |
|---|---|---|---|---|
| 车床平头旁 | 83 | 82.7 | 83.1 | 82.93 |
表5. 车床噪声监测数据(单位：dB)
通过建立独立的具有隔音效果的空压机房，减少空压机运转噪声对人体的危害。
通过建立独立的具有隔音效果的修磨工序房，同时为工作人员配备良好的防噪工具，采用轮班制，减少、降低噪声。
钻具输送流水线设计原理是利用钻具趋低滚动原理，设计一组倾斜的钻具排放架，当钻具放在管排架的高位时，钻具存有较高重力势能，依靠自身重力沿斜坡向低位端滚动，转化为动能，直到运动到最低位，与已经处于低位的钻具接触碰撞，产生巨大的金属碰撞噪声。为了解决此问题，通过在常规钻具管排架上增设无动力防碰机构来降低噪声分贝值。
降噪防碰钻具输送装置是由管排架和管排架上添加的一系列无动力防碰机构组成，如图1所示。
无动力防碰机构依靠自身重力实现自动回弹和通过前一根钻具的重力实现无动力防碰机构对后一根钻具的有效阻挡(图2)。无钻具通过时，因无动力防碰机构挡块头部较重，尾部处于翘起状态。当前一根钻具滚过，利用钻具的重力压起无动力防碰机构的尾部使机构前段翘起，在后一根钻具撞向前一根钻具之前，无动力防碰机构型机构翘起的头部阻挡着后一根钻具前进并使之与前一根钻具保持一定距离，等前一根钻具起走以后，后一根钻具将沿着倾斜的管排架继续前进，同时压着前一个无动力防碰机构的尾部，使头部翘起，阻挡相邻后面钻具的继续前进。以此类推，将在管排架上形成一个标准有序的排列，同时阻挡了钻具间的相互碰撞，从而实现降低噪音的目的。
(1) 结构设计与装配
该机构以销轴为轴心，旋转角度0˚~35˚，要求头部重量要大于尾部重量。设计如图3所示，装配如图4所示。
(2) 材质选择
本体：20号钢；
吸能片：硫化塑料；
销轴：40Cr；
限位柱：45号钢。
(3) 组装(图5)
测试对象：中原油田钻井管具工程处钻具生产车间。
车间生产现状：该车间有固定设备40余台套，其中C-125-J型钻具摩擦对焊设备1台套、电动单梁吊3台套、管螺纹车床8台套、热处理设备20台套，主要对钻具进行焊接和热处理，生产钻具能力17,200根/年，平均每天要对150~300根钻具进行流水线处理。
图1. 无动力防碰机构
图2. 无动力防碰机构
图3. 无动力防碰机构设计图
图4. 无动力防碰机构装配
噪声测试：在车间内分别对降噪防碰钻具管排装置和常规钻具管排机进行噪音对比测试。生产状态和未生产状态各五组，表6为降噪防碰钻具管排装置噪音监测数据，表7为常规钻具管排机噪音监测数据。图6为降噪防碰钻具管排装置噪声监测过程，图7常规钻具管排机噪声监测过程。
由表1、表2监测数据可知，降噪防碰钻具管排装置低位端噪音平均值为66.32 dB，峰值为76.04 dB。高位端噪音平均值为51.36 dB，峰值为74.88 dB。监测值均达到工业企业噪音四类标准(55-70 dB)，也低于80 dB，故不会对人体造成伤害。而常规钻具管排机低位端噪音平均值为88.06 dB，峰值为109.6 dB。高位端噪音平均值为76.52 dB，峰值为108.74 dB，严重超标，工人工作环境十分恶劣。对比两种管排装
图5. 无动力防碰机构组装
图6. 降噪防碰钻具管排装置
| 组号 | 一组 | 二组 | 三组 | 四组 | 五组 | 平均 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 管排装置高位端 | ||||||
| 峰值 | 73.4 | 75.7 | 70.3 | 74.4 | 80.6 | 74.88 |
| 平均值 | 49.8 | 54.3 | 50.8 | 45.9 | 56 | 51.36 |
| 管排装置低位端 | ||||||
| 峰值 | 76.5 | 80.2 | 73.2 | 74 | 76.3 | 76.04 |
| 平均值 | 62.3 | 70 | 65.5 | 64.7 | 69.1 | 66.32 |
表6. 降噪防碰钻具管排装置噪音监测数据(单位：dB)
| 组号 | 一组 | 二组 | 三组 | 四组 | 五组 | 平均 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 管排装置高位端 | ||||||
| 峰值 | 109.7 | 106.2 | 114.1 | 108.7 | 105 | 108.74 |
| 平均值 | 80.1 | 70.8 | 65.1 | 84.6 | 82 | 76.52 |
| 管排装置低位端 | ||||||
| 峰值 | 103.6 | 112.5 | 116.4 | 105.7 | 109.8 | 109.6 |
| 平均值 | 87.2 | 90.6 | 85.4 | 91 | 86.1 | 88.06 |
表7. 常规钻具管排机噪音监测数据(单位：dB)
图7. 常规钻具管排机
置的监测数据，降噪防碰钻具管排装置较常规钻具管排机钻具碰撞产生的噪音低位端峰值下降30.6%，噪音平均值下降24.7%，高位端峰值下降31.1%，噪音平均值下降32.9%，机构降噪效果明显。该机构设计巧妙、结构简单、使用方便，具有很高的应用价值。
(1) 通过巧妙设计，无动力防碰机构实现了依靠自身重力自动回弹和通过前一根钻具的重力实现对后一根钻具的阻挡目的，有效降低钻具碰撞产生的巨大噪音，减小对工人身体的直接伤害。
(2) 通过现场监测，降噪防碰钻具管排装置产生的噪音达到工业企业噪音四类标准，有效改善了工人的工作环境。
谢晓波,王琳娜,韩 霖,刘淑英,刘旭超,郑高鹏, (2015) 无动力降噪防碰钻具输送装置The Conveyer of Noise-Reduced and Srash-Proof Drill Pipe. 矿山工程,03,75-82. doi: 10.12677/ME.2015.33011
http://dx.doi.org/10.1016/j.jsv.2007.12.007