ZJ50/3150LDB鉆機(jī)并車(chē)傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)*

唐瑞東

(蘭州蘭石石油裝備工程股份有限公司，甘肅 蘭州 730314)

0 引 言

我國(guó)地緣遼闊，有著豐富的石油資源，近年來(lái)，國(guó)內(nèi)陸地、沙漠及海上油田開(kāi)采迅速發(fā)展，一方面隨著油氣田勘探和開(kāi)發(fā)技術(shù)的提高，進(jìn)而對(duì)鉆采機(jī)械裝備提出了更高的要求。另一方面隨著石油鉆采的成本不斷增加，迫使油田開(kāi)采廠(chǎng)家從各個(gè)方面降低開(kāi)采成本。現(xiàn)階段，由于電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)設(shè)備成本相對(duì)較高，使得傳統(tǒng)的機(jī)械鉆機(jī)和機(jī)電復(fù)合鉆機(jī)成為各大油田廠(chǎng)家公認(rèn)的，也是最直接有效的降本方案。鑒于此，對(duì)于鉆采設(shè)備制造商來(lái)說(shuō)，對(duì)傳統(tǒng)機(jī)電復(fù)合鉆機(jī)的研發(fā)和改進(jìn)有著深層次的意義和市場(chǎng)潛力。ZJ50LDB鉆機(jī)是蘭州蘭石石油裝備工程股份有限公司為中國(guó)石油渤海鉆探工程公司研發(fā)生產(chǎn)的機(jī)電復(fù)合驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)，為滿(mǎn)足用戶(hù)需求，在改進(jìn)并車(chē)傳動(dòng)裝置潤(rùn)滑方式的同時(shí)，研制了一種配套新型的柴油機(jī)液力変矩偶合正車(chē)減速箱機(jī)組提供動(dòng)力、滾子鏈傳動(dòng)并車(chē)、整體鏈條箱驅(qū)動(dòng)絞車(chē)和泥漿泵的并車(chē)傳動(dòng)裝置。此設(shè)計(jì)解決了低轉(zhuǎn)速工況下鏈條箱潤(rùn)滑效果差的局限性問(wèn)題。

1 并車(chē)傳動(dòng)裝置技術(shù)參數(shù)

此套并車(chē)傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)一方面通過(guò)配套一種型號(hào)為YBOZJ770-20DDf.E新型液力變矩偶合器正車(chē)箱，在起下鉆工況緊急啟動(dòng)絞車(chē)時(shí)，能夠克服柴油機(jī)冒黑煙甚至熄火的弊端；在處理井下事故時(shí)，可實(shí)現(xiàn)泥漿泵的低排量要求。另一方面升級(jí)改型成電動(dòng)潤(rùn)滑泵WBZ-125，實(shí)現(xiàn)了鉆機(jī)低轉(zhuǎn)速工況下的恒流量潤(rùn)滑，保證了并車(chē)鏈條箱的正常潤(rùn)滑。并車(chē)傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1所列。

表1 技術(shù)參數(shù)

續(xù)表1 技術(shù)參數(shù)

2 并車(chē)傳動(dòng)裝置布局

并車(chē)傳動(dòng)裝置平面布置如圖1所示。并車(chē)鏈條箱采用三機(jī)兩泵傳絞車(chē)帶節(jié)能發(fā)電機(jī)的七軸整體密閉式鏈條箱結(jié)構(gòu)。柴油機(jī)與液力變矩偶合正車(chē)減速箱通過(guò)萬(wàn)向軸連接，液力變矩偶合正車(chē)減速箱與整體并車(chē)鏈條箱之間采用萬(wàn)向軸連接。可將3臺(tái)機(jī)組的動(dòng)力統(tǒng)一，為絞車(chē)和泥漿泵提供和分配柴油機(jī)動(dòng)力，可以單獨(dú)或聯(lián)合驅(qū)動(dòng)一臺(tái)JC50絞車(chē)、1臺(tái)或2臺(tái)F-1600泥漿泵、1臺(tái)1 000kVA節(jié)能發(fā)電機(jī)。并車(chē)鏈條箱、機(jī)組、節(jié)能發(fā)電機(jī)分別采用楔形定位塊和壓板螺栓定位固定在后臺(tái)底座上，每套機(jī)組以及節(jié)能發(fā)電機(jī)單獨(dú)成殼，在拆卸時(shí)，主要分為五大運(yùn)輸模塊單獨(dú)運(yùn)輸。

圖1 并車(chē)傳動(dòng)裝置平面布置示意圖1.一號(hào)機(jī)組 2.二號(hào)機(jī)組 3.三號(hào)機(jī)組 4.節(jié)能發(fā)電機(jī)組 5.鏈條箱 6.潤(rùn)滑系統(tǒng) 7.司機(jī)臺(tái)

3 傳動(dòng)原理

ZJ50/3150LDB鉆機(jī)并車(chē)傳動(dòng)裝置主動(dòng)力系統(tǒng)采用AG12V190PZL1型大功率柴油發(fā)動(dòng)機(jī)及新型液力變矩偶合器正車(chē)箱。傳動(dòng)系統(tǒng)將柴油機(jī)動(dòng)力通過(guò)整體并車(chē)鏈條箱分配給絞車(chē)和泥漿泵，該型液力變矩偶合器正車(chē)箱具有傳動(dòng)效率高、低速或零速工況輸出扭矩大等特點(diǎn)。傳動(dòng)原理如圖2所示。

圖2 并車(chē)傳動(dòng)裝置傳動(dòng)原理圖1.絞車(chē) 2.帶絞車(chē)萬(wàn)向軸 3.傳絞車(chē)軸 4.Ⅰ#軸 5.鏈條箱輸入離合器 6.萬(wàn)向軸 7.液力變矩器耦合器(3臺(tái)) 8.萬(wàn)向軸 9.柴油機(jī)(3臺(tái)) 10.Ⅱ#軸 11.Ⅲ#軸 12.Ⅳ#軸 13.Ⅴ#軸 14.Ⅵ#軸 15.節(jié)能發(fā)電機(jī)離合器 16.節(jié)能發(fā)電機(jī) 17.總離合器 18.帶泵離合器 19.泥漿泵

柴油機(jī)耦合器的輸出轉(zhuǎn)速：

n出=1 350/2.14=631 r/min

泥漿泵輸入轉(zhuǎn)速計(jì)算：

n泵入=631/(Z2/Z3)= 411 r/min

(其中Z2=43，Z3=28)

絞車(chē)輸入轉(zhuǎn)速計(jì)算：

n絞入=631/(Z12/Z11)= 393 r/min

(其中Z11=28，Z12=45)

節(jié)能發(fā)輸入電機(jī)轉(zhuǎn)速計(jì)算：

n節(jié)入=631/(Z6/Z5)=1 018 r/min

(其中Z6=21，Z5=52)

4 并車(chē)傳動(dòng)裝置潤(rùn)滑設(shè)計(jì)

并車(chē)傳動(dòng)裝置鏈條箱的潤(rùn)滑采用油脂和稀油強(qiáng)制潤(rùn)滑兩種方式。各軸上的導(dǎo)氣龍頭、空套離合器軸承及1號(hào)軸總離合器端支撐主軸承均為黃油潤(rùn)滑；并車(chē)鏈條箱各軸的主軸承、空套鏈輪軸承(1號(hào)軸、2號(hào)軸、4號(hào)軸)及傳動(dòng)鏈條均為稀油強(qiáng)制潤(rùn)滑。并車(chē)鏈條箱采用公稱(chēng)流量為125 L/min的兩套電動(dòng)齒輪油泵(一用一備)。有別于傳統(tǒng)并車(chē)鏈條箱的機(jī)械潤(rùn)滑油泵(由并車(chē)鏈條箱軸通過(guò)皮帶輪、皮帶帶動(dòng)機(jī)械潤(rùn)滑泵轉(zhuǎn)動(dòng)，常規(guī)傳動(dòng)比i<1，加速)，電動(dòng)潤(rùn)滑泵流量恒定，不受鉆機(jī)低轉(zhuǎn)速鉆井工藝的限制，圖3所示為潤(rùn)滑泵與鏈條箱轉(zhuǎn)速特性曲線(xiàn)圖，以筆者公司生產(chǎn)的傳統(tǒng)的BC742-828并車(chē)裝置為例，其機(jī)械潤(rùn)滑泵傳動(dòng)中D1=290 mm為鏈條箱軸端帶機(jī)械潤(rùn)滑泵皮帶輪直徑，D2=140 mm為機(jī)械潤(rùn)滑泵軸頭皮帶輪直徑，機(jī)械潤(rùn)滑泵BBC-B125Y-2)，配置一種高性能齒輪泵，具有低噪聲，體積小，自吸能力強(qiáng)，壽命長(zhǎng)，安裝方便等明顯優(yōu)于機(jī)械潤(rùn)滑泵的特點(diǎn)；并車(chē)鏈條箱為整體式全密閉鏈條箱，各軸端均采用甩油環(huán)加彈簧密封圈密封。

圖3 潤(rùn)滑泵與并車(chē)鏈條箱轉(zhuǎn)速特性曲線(xiàn)圖

傳統(tǒng)機(jī)械潤(rùn)滑泵轉(zhuǎn)速計(jì)算：

n機(jī)械=1/i·n出=D1/D2·n出

=290/140n出(r/min)

式中：D1為鏈條箱軸端帶機(jī)械潤(rùn)滑泵皮帶輪直徑；D2為機(jī)械潤(rùn)滑泵軸頭皮帶輪直徑；n出為鏈條箱帶潤(rùn)滑泵的軸轉(zhuǎn)速。

傳統(tǒng)機(jī)械潤(rùn)滑泵流量計(jì)算：

Q=n機(jī)械·(125/1500)=0.173n出(L/min)

式中：125 /1500為BBC-B125Y-2額定轉(zhuǎn)速1 500 r/min下的流量125 L/min。

在柴油機(jī)的計(jì)算轉(zhuǎn)速1 350 r/min下，鏈條箱帶潤(rùn)滑泵軸轉(zhuǎn)速為631 r/min。鉆井現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際使用轉(zhuǎn)速往往低于631 r/min，機(jī)械潤(rùn)滑泵潤(rùn)滑流量受到鉆機(jī)低轉(zhuǎn)速鉆井工藝的限制，此設(shè)計(jì)的并車(chē)傳動(dòng)裝置配置的電動(dòng)潤(rùn)滑油泵則可以解決這一局限性。

5 市場(chǎng)應(yīng)用

自2020年6月設(shè)計(jì)至今，ZJ50/3150LDB鉆機(jī)生產(chǎn)量已達(dá)到7臺(tái)套，發(fā)往內(nèi)蒙、大慶、長(zhǎng)慶、大港油田、海南等地進(jìn)行鉆井作業(yè)，問(wèn)題反饋率大幅度減低，市場(chǎng)驗(yàn)證表明，ZJ50/3150LDB鉆機(jī)并車(chē)傳動(dòng)裝置技術(shù)先進(jìn)、性能可靠、故障率低、潤(rùn)滑效果好，能滿(mǎn)足5 000 m鉆井工藝要求。拆卸搬遷性能好，維護(hù)方便簡(jiǎn)潔，更加高效環(huán)保。

6 結(jié) 語(yǔ)

ZJ50/3150LDB鉆機(jī)并車(chē)傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)，將傳統(tǒng)的機(jī)械潤(rùn)滑泵，升級(jí)改進(jìn)成了兩套公稱(chēng)流量為125 L/min電動(dòng)潤(rùn)滑泵，使得其潤(rùn)滑不再受鉆機(jī)低轉(zhuǎn)速工況的限制，實(shí)現(xiàn)了超井深等復(fù)雜工況對(duì)并車(chē)傳動(dòng)裝置的需求；且采用了YBOZJ770型液力變矩耦合器正車(chē)減速箱，使得本并車(chē)傳動(dòng)裝置與傳統(tǒng)的相比，在低速時(shí)有很大的啟動(dòng)加速性，可以適合在各種地區(qū)的地質(zhì)復(fù)雜情況，起下鉆較頻繁的油田鉆井作業(yè)；在額定工況的傳動(dòng)效率提高了10%～15%，大幅減少了機(jī)電復(fù)合鉆機(jī)的能源消耗，實(shí)現(xiàn)了高效節(jié)能的目的。