楊曉紅 李玉武

摘 要：在地球極低氣溫的高緯度地區(qū)蘊(yùn)藏著豐富的油氣資源，需使用-45℃甚至更低環(huán)境溫度下能夠作業(yè)的鉆機(jī)，依托國(guó)外某低溫鉆機(jī)項(xiàng)目，研制出5000m低溫鉆機(jī)，基于此鉆機(jī)我們研制出了所配轉(zhuǎn)盤獨(dú)立驅(qū)動(dòng)裝置。

關(guān)鍵詞：低溫鉆機(jī);轉(zhuǎn)盤獨(dú)立驅(qū)動(dòng)裝置

近些年，隨著中東、南美及國(guó)內(nèi)鉆機(jī)市場(chǎng)的飽和，我們逐漸把目光轉(zhuǎn)移到了俄羅斯、哈薩克斯坦等低溫地區(qū)的鉆機(jī)需求市場(chǎng)。本文中轉(zhuǎn)盤獨(dú)立驅(qū)動(dòng)裝置是為了適應(yīng)低溫鉆機(jī)使用而研制的。

1 低溫鉆機(jī)轉(zhuǎn)盤獨(dú)立驅(qū)動(dòng)裝置設(shè)計(jì)原則

轉(zhuǎn)盤驅(qū)動(dòng)裝置是在驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)盤時(shí)給轉(zhuǎn)盤提供動(dòng)力和傳動(dòng)。本文中轉(zhuǎn)盤獨(dú)立驅(qū)動(dòng)裝置是一套用交流變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)的錐齒輪傳動(dòng)裝置。相對(duì)于直流電機(jī)，在節(jié)省成本，維護(hù)方便，對(duì)環(huán)境要求低，節(jié)能以及生產(chǎn)力高方面有足夠優(yōu)勢(shì)。

2 使用原理

此轉(zhuǎn)盤獨(dú)立驅(qū)動(dòng)通過(guò)PLC對(duì)轉(zhuǎn)盤獨(dú)立驅(qū)動(dòng)裝置電機(jī)控制，轉(zhuǎn)盤可實(shí)現(xiàn) 0～110 r/min無(wú)級(jí)調(diào)速，司鉆通過(guò)操作司鉆臺(tái)上的手動(dòng)調(diào)節(jié)旋鈕調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，以獲得理想的轉(zhuǎn)速和扭矩。此鉆機(jī)電控系統(tǒng)中會(huì)帶轉(zhuǎn)盤獨(dú)立驅(qū)動(dòng)電機(jī)所需要的變頻器。司鉆臺(tái)上的調(diào)速旋鈕是直接連接到電控里的變頻器，用來(lái)控制交流變頻電機(jī)的使用。轉(zhuǎn)盤具有轉(zhuǎn)矩限制功能，司鉆可根據(jù)鉆井要求設(shè)定電動(dòng)機(jī)最大輸出轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)盤扭矩限制可在0～100%范圍內(nèi)任意調(diào)節(jié)，同時(shí)在電控系統(tǒng)中已經(jīng)編程好，可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)盤過(guò)扭矩保護(hù)。在使用600kW交流變頻電機(jī)時(shí)，由于其額定扭矩為8525N.m，傳到轉(zhuǎn)盤時(shí)扭矩超出轉(zhuǎn)盤的最大扭矩，故在電控系統(tǒng)中我們要求對(duì)電機(jī)輸出扭矩進(jìn)行限制，避免在遇到卡鉆工況時(shí)，電機(jī)扭矩過(guò)大損壞轉(zhuǎn)盤。一擋齒輪變速箱采用手動(dòng)換擋并設(shè)有換擋鎖緊機(jī)構(gòu)。因?yàn)槭褂寐什桓?，可以再齒輪變速箱上直接換擋，也可根據(jù)客戶要求將換擋設(shè)置到需要的地方，或者是電控制。

3 主要技術(shù)參數(shù)

額定輸入功率：600 kW;額定電壓：600V;額定輸入轉(zhuǎn)速：661r/min;電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩：8670N.m;傳動(dòng)比：i=1.655;轉(zhuǎn)盤最大扭矩：32362N.m;轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速：0～110r/min 無(wú)級(jí)調(diào)速;球籠式萬(wàn)向聯(lián)軸器：W型萬(wàn)向聯(lián)軸器;減速器潤(rùn)滑方式：強(qiáng)制潤(rùn)滑。

4 結(jié)構(gòu)介紹

因?yàn)?000m鉆機(jī)臺(tái)面限制及低溫鉆機(jī)臺(tái)面保溫層的設(shè)計(jì)，臺(tái)面空間有限，所以我們就選用了占用面積較小的斜齒輪變速箱。

該裝置由1臺(tái)600kW交流變頻電動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力，通過(guò)一檔錐齒輪變速箱減速后驅(qū)動(dòng)ZP375DH轉(zhuǎn)盤。電動(dòng)機(jī)與一擋齒輪變速箱輸入軸之間采用齒式聯(lián)軸器聯(lián)接;轉(zhuǎn)盤與一擋齒輪變速箱輸出軸之間采用W型萬(wàn)向聯(lián)軸器聯(lián)接。轉(zhuǎn)盤驅(qū)動(dòng)裝置的慣性剎車安裝在一檔齒輪變速箱的輸出軸上，采用LT500/250氣胎離合器作為慣性剎車。該裝置主要由交流變頻電機(jī)、W型萬(wàn)向聯(lián)軸器、一擋斜齒輪變速箱、齒式聯(lián)軸器組成。電機(jī)與變速箱安裝在轉(zhuǎn)盤獨(dú)立驅(qū)動(dòng)底座上，構(gòu)成一個(gè)獨(dú)立的安裝運(yùn)輸單元（訂貨情況是在整臺(tái)鉆機(jī)的情況下）。

低溫轉(zhuǎn)盤獨(dú)立驅(qū)動(dòng)裝置布置，如圖1。

4.1 潤(rùn)滑系統(tǒng)

因?yàn)榇宿D(zhuǎn)盤獨(dú)立驅(qū)動(dòng)從開始設(shè)計(jì)就是用于低溫鉆機(jī)的，所以在極低溫度下油箱里的潤(rùn)滑油也需低溫用油才可以。但避免潤(rùn)滑油冰凍，在潤(rùn)滑系統(tǒng)中我們還是設(shè)計(jì)了電加熱器，用來(lái)防止出現(xiàn)在極低氣溫下油品凍住無(wú)法工作的情況出現(xiàn)。在選用油品方面我們做了以下推薦，油品如下：

4.2 材料選用

在外露材料上我們均選用低溫材料，主要材料選用Q235D，D級(jí)鋼只有特殊鎮(zhèn)靜鋼，鎮(zhèn)靜鋼質(zhì)優(yōu)而勻，塑性和韌性都好，能很好的在低溫環(huán)境下工作，因?yàn)榕_(tái)面上我們會(huì)有保溫措施，所以Q235D材料已經(jīng)夠用。密封橡膠選用耐低溫橡膠。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著俄羅斯、哈薩克斯坦等低溫國(guó)家對(duì)鉆機(jī)的需求量與日俱增，我們?cè)O(shè)計(jì)制造滿足-45°極限溫度的鉆機(jī)適應(yīng)市場(chǎng)的需求。此轉(zhuǎn)盤獨(dú)立裝置作為低溫鉆機(jī)的一個(gè)組成部分能滿足-45°的工作溫度和-60°儲(chǔ)存溫度的要求。利用選材和加熱方式達(dá)到了低溫環(huán)境的使用要求。產(chǎn)品的設(shè)計(jì)基于市場(chǎng)需求與客戶要求而產(chǎn)生，隨著低溫鉆機(jī)市場(chǎng)的需求，產(chǎn)品的種類會(huì)越來(lái)越豐富。