低溫鉆機ZP375轉盤獨立驅動裝置

楊曉紅 李玉武

摘 要：在地球極低氣溫的高緯度地區蘊藏著豐富的油氣資源，需使用-45℃甚至更低環境溫度下能夠作業的鉆機，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盤獨立驅動裝置。

關鍵詞：低溫鉆機;轉盤獨立驅動裝置

近些年，隨著中東、南美及國內鉆機市場的飽和，我們逐漸把目光轉移到了俄羅斯、哈薩克斯坦等低溫地區的鉆機需求市場。本文中轉盤獨立驅動裝置是為了適應低溫鉆機使用而研制的。

1 低溫鉆機轉盤獨立驅動裝置設計原則

轉盤驅動裝置是在驅動轉盤時給轉盤提供動力和傳動。本文中轉盤獨立驅動裝置是一套用交流變頻電機驅動的錐齒輪傳動裝置。相對于直流電機，在節省成本，維護方便，對環境要求低，節能以及生產力高方面有足夠優勢。

2 使用原理

此轉盤獨立驅動通過PLC對轉盤獨立驅動裝置電機控制，轉盤可實現 0～110 r/min無級調速，司鉆通過操作司鉆臺上的手動調節旋鈕調節電機的轉速，以獲得理想的轉速和扭矩。此鉆機電控系統中會帶轉盤獨立驅動電機所需要的變頻器。司鉆臺上的調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。轉盤具有轉矩限制功能，司鉆可根據鉆井要求設定電動機最大輸出轉矩，轉盤扭矩限制可在0～100%范圍內任意調節，同時在電控系統中已經編程好，可實現轉盤過扭矩保護。在使用600kW交流變頻電機時，由于其額定扭矩為8525N.m，傳到轉盤時扭矩超出轉盤的最大扭矩，故在電控系統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盤。一擋齒輪變速箱采用手動換擋并設有換擋鎖緊機構。因為使用率不高，可以再齒輪變速箱上直接換擋，也可根據客戶要求將換擋設置到需要的地方，或者是電控制。

3 主要技術參數

額定輸入功率：600 kW;額定電壓：600V;額定輸入轉速：661r/min;電機額定轉矩：8670N.m;傳動比：i=1.655;轉盤最大扭矩：32362N.m;轉盤轉速：0～110r/min 無級調速;球籠式萬向聯軸器：W型萬向聯軸器;減速器潤滑方式：強制潤滑。

4 結構介紹

因為5000m鉆機臺面限制及低溫鉆機臺面保溫層的設計，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動ZP375DH轉盤。電動機與一擋齒輪變速箱輸入軸之間采用齒式聯軸器聯接;轉盤與一擋齒輪變速箱輸出軸之間采用W型萬向聯軸器聯接。轉盤驅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型萬向聯軸器、一擋斜齒輪變速箱、齒式聯軸器組成。電機與變速箱安裝在轉盤獨立驅動底座上，構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）。

低溫轉盤獨立驅動裝置布置，如圖1。

4.1 潤滑系統

因為此轉盤獨立驅動從開始設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，在潤滑系統中我們還是設計了電加熱器，用來防止出現在極低氣溫下油品凍住無法工作的情況出現。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級鋼只有特殊鎮靜鋼，鎮靜鋼質優而勻，塑性和韌性都好，能很好的在低溫環境下工作，因為臺面上我們會有保溫措施，所以Q235D材料已經夠用。密封橡膠選用耐低溫橡膠。

5 結語

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，我們設計制造滿足-45°極限溫度的鉆機適應市場的需求。此轉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境的使用要求。產品的設計基于市場需求與客戶要求而產生，隨著低溫鉆機市場的需求，產品的種類會越來越豐富。