钻机绞车传动原理和结构探讨

2022-07-11张新桥唐晓庆马振国

设备管理与维修 2022年5期

张新桥，唐晓庆，马振国

（渤海石油装备制造有限公司辽河钻采装备分公司，辽宁盘锦 124010）

0 引言

钻机钻井过程中动力源核心部件主要依靠绞车提供动力。绞车的主要作用是提升、下放钻柱。在钻机起升过程中主要提供动力完成井架和底座的整体起升。钻机工作时，绞车电机驱动滚筒带动钻机起升大绳做上拉下放动作。国产绞车按驱动型式分类常规有：机械驱动绞车、液压驱动绞车、直流电驱动绞车、交流工频电驱动绞车和交流变频电驱动绞车。以辽河钻采装备分公司生产的JC50DB型绞车为例，介绍绞车的结构组成及工作原理。分析绞车的传动原理，同时对绞车主要结构的功能进行分析，主要包括滚筒轴、天车防碰装置、液压盘刹装置及绞车润滑系统。

1 传动原理

JC50DB型绞车传动分为主传动系统和自动送钻系统，主传动系统动力源由主电机直接驱动，自动送钻系统动力源是45 kW电机。主传动系统是左、右齿轮减速箱输入轴动力，由电机驱动万向联轴器，万向联轴器经减速装置减速后传给滚筒轴，电机交流变频控制系统控制绞车变速过程。自动送钻系统是小交流变频电机驱动绞车自动送钻，左、右齿轮减速箱输入轴端速度变化主要通过传动比来调节速度，动力经过立式减速机和气胎离合器后将速度调整到钻机所需速度，齿轮箱减速后带动滚筒旋转完成自动送钻过程（图1）。

图1 JC50DB绞车传动示意

2 结构分析

绞车结构主要由绞车架、PSZ75液压盘式结构刹车、齿轮箱装置、滚筒轴、自动送钻装置、供气系统等主要部件组成（图2）。整个绞车结构紧凑、刚性好、易于安装和运输，功率满足钻机各种工况对绞车的需求。

图2 绞车结构示意

2.1 绞车架

为更加准确定位并支撑滚筒轴整体结构，通过优化设计对比分析将绞车架设计为轴承座式结构。绞车架上端保护罩和底座支撑框架装置是组成绞车架结构的两大重要部分，为了增加绞车底座主梁的整体强度和刚度，本文设计采用H形钢焊接成绞车底座的主要承重结构，为避免油污等滴漏在滚筒下方，用钢板焊接作为封底，绞车起吊用的吊装布置在底座四周，为防止油污飞溅在绞车后部，底座设计一个存油的油箱，用于储存润滑绞车内部元件的润滑油。另外，为了方便底座上行人和日常检修维护，底座走道采用防滑花纹板以增加安全性。

2.2 滚筒轴（图3）

图3 滚筒轴

钻井钢丝绳工作时主要在绞车滚筒上缠绕游动，滚筒体上钢丝绳缠绳或退绳主要通过控制滚筒轴的正反转，来控制游车上升或者下降，实现钻具的升降。主电机主要控制滚筒轴的转向和转速，45 kW电机主要控制自动送钻电机的转向和速度。主电机启动时需将气胎离合器摘开，控制信号则执行的是主电机输送的信号。当主电机停止工作时，需要将离合器进行连接，自动送钻启动。滚筒轴总成通过左轴承座和右轴承座用螺栓固定在绞车架上。

铸焊式结构筒体表面设计成整体绳槽形式，可以有效保障钢丝绳缠绕时依序排列不乱绳，保证钢丝绳在绞车工作过程中不会出现相互间挤压或者缠绳间隙过大，这种结构设计可有效保障钢丝绳使用寿命。为了能够方便快捷拆卸绳头，在滚筒端部根据用户需求可设有绳窝，快绳绳卡放置于绳窝内固定绳头。

2.3 自动送钻装置（图4）

图4 自动送钻装置

绞车自动送钻装置主要应用于钻机绞车发生突发状况时。主绞车发生故障时，提升最大钻柱重量需要靠自动送钻装置完成，确保钻机已下的钻具安全。通过调整数字化变频拖动控制信号，实现反拖滚筒，达到自动调速和自我保护功能，实现钻进恒速稳压进行。操作时候严禁在挂合自动送钻离合器状态下，利用游吊系统自重下放钻具，这将造成绞车滚筒反拖自动送钻，损坏自动送钻装置。

2.4 液压盘式刹车

绞车主刹车采用液压盘式刹车，分左、右两片，绞车液压盘刹系统同时配套安全钳和工作钳，工作钳与安全钳可以构成安全互锁且可以实现互为备份。可调节式安全钳不但可以调节刹车副间隙，还增加了刹车块的利用率，同时使拆装维修简单方便，高效快捷。为提高系统可靠性和安全性，工作钳的结构采用浮动式油缸，在绞车应用过程中取得很好的效果。

2.5 防碰天车装置

游车在运动过程中主要通过防碰装置限定位置，当游车运行到系统设定最大高度时，紧急制动系统工作使游动系统停止上升可以有效防止游车碰撞到天车。绞车滚筒上方安装过卷阀，可沿轴向进行左右调整运动，钢丝绳在滚筒上缠绳量主要靠过卷阀拨杆的长度控制游车运动的极限位置。当游车运动上升到最大高度时，当碰到滚筒上的钢丝绳在缠绕过程中最上面钢丝接触到拨杆时候，盘刹安全钳紧急刹车将滚筒抱死，防止游车继续运动造成安全事故。