低温钻机ZP375转盘独立驱动装置

杨晓红 李玉武

摘 要：在地球极低气温的高纬度地区蕴藏着丰富的油气资源，需使用-45℃甚至更低环境温度下能够作业的钻机，依托国外某低温钻机项目，研制出5000m低温钻机，基于此钻机我们研制出了所配转盘独立驱动装置。

关键词：低温钻机;转盘独立驱动装置

近些年，随着中东、南美及国内钻机市场的饱和，我们逐渐把目光转移到了俄罗斯、哈萨克斯坦等低温地区的钻机需求市场。本文中转盘独立驱动装置是为了适应低温钻机使用而研制的。

1 低温钻机转盘独立驱动装置设计原则

转盘驱动装置是在驱动转盘时给转盘提供动力和传动。本文中转盘独立驱动装置是一套用交流变频电机驱动的锥齿轮传动装置。相对于直流电机，在节省成本，维护方便，对环境要求低，节能以及生产力高方面有足够优势。

2 使用原理

此转盘独立驱动通过PLC对转盘独立驱动装置电机控制，转盘可实现 0～110 r/min无级调速，司钻通过操作司钻台上的手动调节旋钮调节电机的转速，以获得理想的转速和扭矩。此钻机电控系统中会带转盘独立驱动电机所需要的变频器。司钻台上的调速旋钮是直接连接到电控里的变频器，用来控制交流变频电机的使用。转盘具有转矩限制功能，司钻可根据钻井要求设定电动机最大输出转矩，转盘扭矩限制可在0～100%范围内任意调节，同时在电控系统中已经编程好，可实现转盘过扭矩保护。在使用600kW交流变频电机时，由于其额定扭矩为8525N.m，传到转盘时扭矩超出转盘的最大扭矩，故在电控系统中我们要求对电机输出扭矩进行限制，避免在遇到卡钻工况时，电机扭矩过大损坏转盘。一挡齿轮变速箱采用手动换挡并设有换挡锁紧机构。因为使用率不高，可以再齿轮变速箱上直接换挡，也可根据客户要求将换挡设置到需要的地方，或者是电控制。

3 主要技术参数

额定输入功率：600 kW;额定电压：600V;额定输入转速：661r/min;电机额定转矩：8670N.m;传动比：i=1.655;转盘最大扭矩：32362N.m;转盘转速：0～110r/min 无级调速;球笼式万向联轴器：W型万向联轴器;减速器润滑方式：强制润滑。

4 结构介绍

因为5000m钻机台面限制及低温钻机台面保温层的设计，台面空间有限，所以我们就选用了占用面积较小的斜齿轮变速箱。

该装置由1台600kW交流变频电动机提供动力，通过一档锥齿轮变速箱减速后驱动ZP375DH转盘。电动机与一挡齿轮变速箱输入轴之间采用齿式联轴器联接;转盘與一挡齿轮变速箱输出轴之间采用W型万向联轴器联接。转盘驱动装置的惯性刹车安装在一档齿轮变速箱的输出轴上，采用LT500/250气胎离合器作为惯性刹车。该装置主要由交流变频电机、W型万向联轴器、一挡斜齿轮变速箱、齿式联轴器组成。电机与变速箱安装在转盘独立驱动底座上，构成一个独立的安装运输单元（订货情况是在整台钻机的情况下）。

低温转盘独立驱动装置布置，如图1。

4.1 润滑系统

因为此转盘独立驱动从开始设计就是用于低温钻机的，所以在极低温度下油箱里的润滑油也需低温用油才可以。但避免润滑油冰冻，在润滑系统中我们还是设计了电加热器，用来防止出现在极低气温下油品冻住无法工作的情况出现。在选用油品方面我们做了以下推荐，油品如下：

4.2 材料选用

在外露材料上我们均选用低温材料，主要材料选用Q235D，D级钢只有特殊镇静钢，镇静钢质优而匀，塑性和韧性都好，能很好的在低温环境下工作，因为台面上我们会有保温措施，所以Q235D材料已经够用。密封橡胶选用耐低温橡胶。

5 结语

随着俄罗斯、哈萨克斯坦等低温国家对钻机的需求量与日俱增，我们设计制造满足-45°极限温度的钻机适应市场的需求。此转盘独立装置作为低温钻机的一个组成部分能满足-45°的工作温度和-60°储存温度的要求。利用选材和加热方式达到了低温环境的使用要求。产品的设计基于市场需求与客户要求而产生，随着低温钻机市场的需求，产品的种类会越来越丰富。