楊曉紅 李玉武

摘 要：在地球極低氣溫的高緯度地區(qū)蘊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，依托國外某低溫鉆機項目，研制出5000m低溫鉆機，基于此鉆機我們研制出了所配轉(zhuǎn)盤獨立驅(qū)動裝置。

關(guān)鍵詞：低溫鉆機;轉(zhuǎn)盤獨立驅(qū)動裝置

近些年，隨著中東、南美及國內(nèi)鉆機市場的飽和，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)的鉆機需求市場。本文中轉(zhuǎn)盤獨立驅(qū)動裝置是為了適應(yīng)低溫鉆機使用而研制的。

1 低溫鉆機轉(zhuǎn)盤獨立驅(qū)動裝置設(shè)計原則

轉(zhuǎn)盤驅(qū)動裝置是在驅(qū)動轉(zhuǎn)盤時給轉(zhuǎn)盤提供動力和傳動。本文中轉(zhuǎn)盤獨立驅(qū)動裝置是一套用交流變頻電機驅(qū)動的錐齒輪傳動裝置。相對于直流電機，在節(jié)省成本，維護方便，對環(huán)境要求低，節(jié)能以及生產(chǎn)力高方面有足夠優(yōu)勢。

2 使用原理

此轉(zhuǎn)盤獨立驅(qū)動通過PLC對轉(zhuǎn)盤獨立驅(qū)動裝置電機控制，轉(zhuǎn)盤可實現(xiàn) 0～110 r/min無級調(diào)速，司鉆通過操作司鉆臺上的手動調(diào)節(jié)旋鈕調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速，以獲得理想的轉(zhuǎn)速和扭矩。此鉆機電控系統(tǒng)中會帶轉(zhuǎn)盤獨立驅(qū)動電機所需要的變頻器。司鉆臺上的調(diào)速旋鈕是直接連接到電控里的變頻器，用來控制交流變頻電機的使用。轉(zhuǎn)盤具有轉(zhuǎn)矩限制功能，司鉆可根據(jù)鉆井要求設(shè)定電動機最大輸出轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)盤扭矩限制可在0～100%范圍內(nèi)任意調(diào)節(jié)，同時在電控系統(tǒng)中已經(jīng)編程好，可實現(xiàn)轉(zhuǎn)盤過扭矩保護。在使用600kW交流變頻電機時，由于其額定扭矩為8525N.m，傳到轉(zhuǎn)盤時扭矩超出轉(zhuǎn)盤的最大扭矩，故在電控系統(tǒng)中我們要求對電機輸出扭矩進行限制，避免在遇到卡鉆工況時，電機扭矩過大損壞轉(zhuǎn)盤。一擋齒輪變速箱采用手動換擋并設(shè)有換擋鎖緊機構(gòu)。因為使用率不高，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;電機額定轉(zhuǎn)矩：8670N.m;傳動比：i=1.655;轉(zhuǎn)盤最大扭矩：32362N.m;轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速：0～110r/min 無級調(diào)速;球籠式萬向聯(lián)軸器：W型萬向聯(lián)軸器;減速器潤滑方式：強制潤滑。

4 結(jié)構(gòu)介紹

因為5000m鉆機臺面限制及低溫鉆機臺面保溫層的設(shè)計，臺面空間有限，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600kW交流變頻電動機提供動力，通過一檔錐齒輪變速箱減速后驅(qū)動ZP375DH轉(zhuǎn)盤。電動機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型萬向聯(lián)軸器聯(lián)接。轉(zhuǎn)盤驅(qū)動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、W型萬向聯(lián)軸器、一擋斜齒輪變速箱、齒式聯(lián)軸器組成。電機與變速箱安裝在轉(zhuǎn)盤獨立驅(qū)動底座上，構(gòu)成一個獨立的安裝運輸單元（訂貨情況是在整臺鉆機的情況下）。

低溫轉(zhuǎn)盤獨立驅(qū)動裝置布置，如圖1。

4.1 潤滑系統(tǒng)

因為此轉(zhuǎn)盤獨立驅(qū)動從開始設(shè)計就是用于低溫鉆機的，所以在極低溫度下油箱里的潤滑油也需低溫用油才可以。但避免潤滑油冰凍，在潤滑系統(tǒng)中我們還是設(shè)計了電加熱器，用來防止出現(xiàn)在極低氣溫下油品凍住無法工作的情況出現(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，因為臺面上我們會有保溫措施，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

隨著俄羅斯、哈薩克斯坦等低溫國家對鉆機的需求量與日俱增，我們設(shè)計制造滿足-45°極限溫度的鉆機適應(yīng)市場的需求。此轉(zhuǎn)盤獨立裝置作為低溫鉆機的一個組成部分能滿足-45°的工作溫度和-60°儲存溫度的要求。利用選材和加熱方式達到了低溫環(huán)境的使用要求。產(chǎn)品的設(shè)計基于市場需求與客戶要求而產(chǎn)生，隨著低溫鉆機市場的需求，產(chǎn)品的種類會越來越豐富。