转盘结构的改进和优化

赵世刚，荻丽莉，王玉石，胡 军，李治钢

（1.渤海装备辽河重工有限公司，辽宁盘锦 124010；2.西部钻探准东钻井公司南疆项目部，新疆阜康 831511；3.川庆钻探川西钻探公司青海项目部，青海花土沟 816400）①

转盘结构的改进和优化

赵世刚1，荻丽莉1，王玉石1，胡 军2，李治钢3

（1.渤海装备辽河重工有限公司，辽宁盘锦 124010；2.西部钻探准东钻井公司南疆项目部，新疆阜康 831511；3.川庆钻探川西钻探公司青海项目部，青海花土沟 816400）①

作为石油钻机三大工作机之一，转盘在钻机工作过程中配合钻机其他设备来完成钻机钻井作业。从制造和使用的角度出发，对转盘的结构进行了改进和优化，同时提出了转盘结构改进与优化时应注意的问题和解决办法。

钻机；转盘；转台；补心

转盘属于石油钻机旋转系统设备之一，在钻机钻井过程中，转盘的主要作用是驱动钻柱旋转、悬挂钻柱、上卸钻具、处理钻井事故时倒扣、造扣以及在悬挂钻柱时防止钻柱倒转等。转盘工作时，动力经过转盘一级齿轮副传递到转盘转台，转台再经转盘各种补心到井口来驱动或悬挂钻柱［1］。

随着石油钻井技术的发展，普通钻机的转盘部分功能虽然已被顶驱代替，例如顶驱代替了转盘驱动钻柱旋转、倒扣、造扣、处理钻井事故等功能。但是到目前为止，即使是最先进的自动化钻机，转盘还是钻机必配的设备。因为转盘悬挂钻柱、配合井口钻具作业等功能是顶驱或其他设备无法取代的，一方面转盘可作为顶驱备用设备，可在顶驱维修期间继续作业；另一方面顶驱与转盘二者配合来钻井或处理一些钻井事故，会使钻井效率大幅提高。

由于转盘安装在井口中心，工作环境非常恶劣，在转盘作业时，泥浆、油渍经常会包裹、浸入转盘，还有来自钻柱的轴向冲击和振动直接作用到转盘上，这些特征需要转盘具有高可靠性的特点［2］。转盘经过长期的使用和发展，其结构和性能也有了改进和提高，转盘系列产品也从ZP175发展到ZP605，但是转盘系列化，并没有带来转盘结构的多样性，转盘结构固定单一。本文结合目前转盘的结构形式，在设计转盘结构过程中进行了部分改进和优化。

1 底座结构优化

1） 改进铸造底座结构。对底座出油孔位置进行调整，尽量使其远离主轴承安装台肩面，另外使出油孔4个圆角尽量采用大圆弧面过渡，如图1所示。

2） 改进铸焊底座的焊缝形式［3］。焊缝尽量使用开坡口外焊缝，便于施焊和探伤，如图2所示。

3） 改进铸焊底座结构。设计铸焊底座时，尽可能增加铸造底座、外壁板、底板的焊接焊缝长度，如图3所示。

图1 改进后的铸造底座结构

图2 改进后的铸焊底座的焊缝形式

图3 改进后的铸焊底座焊接结构

2 齿轮副结构改进

转盘结构是一级减速箱，但是不同于一般减速箱结构，转盘的输出轴是外圆内方的空心轴。目前转盘输入轴与输出轴均为90°布置，所以使用1副锥齿轮副来实现转盘动力传递，而且动力源也来自转盘外部。这样的结构设计看起来复杂而且也增加了加工及装配难度，因为锥齿轮不易加工，而且大锥齿轮圈装在转台中间部位，锥齿轮副的润滑是靠小锥齿轮的旋转带油到牙齿啮合面，这样不但使锥齿轮副润滑不够充分，而且润滑油有1个循环过程，增加了转盘对润滑油的储存量，同时要在底座输入轴方向必须设计1个出油孔，而出油孔会大幅降低转盘底座强度，如图4所示。对转盘齿轮副结构改进是：把转盘输入轴与输出轴设计成平行结构，齿轮均装配在轴下端，齿轮半浸在油池中，这样就解决了转盘加工、装配、润滑以及受力等问题，如图5所示。

图4 锥齿轮副结构

图5 直齿轮副结构

3 主补心结构优化

转盘不仅输出转矩，而且还得承受整个钻柱的重力，但是这2个工况不同时出现。另外，为了满足这2个工况，转盘需要各种补心和卡瓦，来配合转盘完成这2种工况。对转盘主补心结构优化是：在转盘转台内设计1个能够自动卡持钻柱的外方内圆自动卡瓦，卡瓦能方便安装和取出，卡瓦设计成独立、对开式结构、纯机械式无动力源结构，能卡持不同管径、不同管接头形式的管柱，同时不能损坏管柱表面。如图6所示。

图6 自动卡瓦结构

4 结语

经过改进后的转盘应用在渤海装备辽河重工有限公司生产的5 000 m自动化全液压钻机上，配套转盘是YYZP275型液压驱动转盘，用2个液压马达通过直齿轮副传递动力到转盘主补心，输入轴与输出轴垂直平行布置，转盘主轴承有单独的润滑通道，齿轮副通过油池浸油润滑，油管线与转盘两个马达接好给油后就可驱动转盘，结构简单紧凑，目前此钻机已经过工厂试验并交付用户。

［1］ 李继志.石油钻采机械概论［M］.北京：中国石油大学出版社，2011.

［2］ 孙庆群.石油生产及钻采机械概论［M］.北京：中国石化出版社，2011.

［3］ 赵备库，雷小红，王娜，等.绞车滚筒轴密封结构改进［J］.石油矿场机械，2012，41（1）：94-96.

Improvement and Optimization of Rotary Table Structure

As one of the three great working machines of rig，rotary table is used to mate the other rig machines and to do drilling operation.From the view of manufacturing and operation，the upgrading and optimization are introduced and corresponding problems and its counter solutions after improvement and optimization are introduced as well.

rig；rotary table；turntable；bushing

TE923

B

10.3969／j.issn.1001-3842.2014.09.023

1001-3482（2014）09-0086-03

2014-02-25

赵世刚（1976-），男，甘肃庆阳人，工程师，主要从事石油钻采设备设计工作，E-mail：lhzsg2006＠126.com。