（机械制造及其自动化专业论文）jc50db型绞车传动系统结构的设计研究.pdf

】 叫一 d e s i g na n dr e s e a r c ho f j c 5 0 d bd r a w w o r kt r a n s m i s s i o ns y s t e m s s t r u c t u r e b y z h o uh a i l i n g b e ( z h e n g z h o uu n i v e r s i t yo fl i g h ti n d u s t r y ) 2 0 0 8 at h e s i ss u b m i t t e di np a r t i a ls a t is f a c t i o no ft h e r e q u i r e m e n t sf o rt h ed e g r e eo f m a s t e ro fs c i e n c e i n m e c h a n i c a lm a n u f a c t u r i n ga n da u t o m a t i o n i n t h eg r a d u a t es c h o o l o f o l o g y l i h i k 一 川_j 兰州理工大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取 得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其 他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个 人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果 由本人承担。 作者签名：罔揖颔 日期：7 d f 年月了日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学 校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文 被查阅和借阅。本人授权兰州理工大学可以将本学位论文的全部或部分内容 编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇 编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到中 国学位论文全文数据库，并通过网络向社会公众提供信息服务。 作者签名： 导师签名： 罔浙领 缁刃 日期：7 口 年莎月7 日 日期：矽，年多月8 日 一 p p 一 硕f 学1 t 论文 目录 摘要i a b s t r a c t i i 插图索引i v 附表索引v i 第l 章绪论1 1 1 课题背景及研究的意义1 1 2 国内外石油钻井绞车研究现状和发展趋势2 1 2 1 国内石油钻井绞车研究现状2 1 2 2 国外石油钻井绞车研究现状3 1 2 3 国内外钻井绞车的差距5 1 2 4 钻井绞车发展趋势一5 1 3 本课题的主要研究内容6 第2 章j c 5 0 d b 绞车传动系统方案的设计8 2 1j c 5 0 d b 绞车的主要技术标准及设计原则8 2 1 1 绞车的使用工况8 2 1 2 主要技术标准及设计原则8 2 2j c 5 0 d b 绞车结构及工作原理9 2 2 1 绞车结构组成9 2 2 2j c 5 0 d b 绞车工作原理l0 2 3j c 5 0 d b 绞车传动系统主要部件分析选择一1 0 2 3 1 动力驱动方式的分析选择一1 0 2 3 2 变速传动方式的分析选择1 2 2 3 3 刹车制动方式的分析选择一1 4 2 3 4 滚筒结构形式的分析选择16 2 4j c 5 0 d b 绞车传动系统方案的分析选择一1 6 2 4 1 绞车传动系统方案的设计l6 2 4 2 绞车传动系统方案分析选择l8 2 5 本章小结19 第3 章j c 5 0 d b 绞车传动系统参数的计算2 0 3 1j c 5 0 d b 绞车传动系统基本参数计算2 0 3 1 1 起升重量的计算一2 0 3 1 2 快绳拉力的计算2l 3 1 3 大钩提升速度的确定2 l 3 2j c 5 0 d b 绞车传动系统主要部件参数设计2 2 一 ， y ， ， j c 5 0 d b 掣绞乍传动系统结构的设计研究 3 2 1 电动机的选取2 2 3 2 2 钢丝绳直径的确定2 2 3 2 3 绞车滚筒参数设计2 2 3 2 4 刹车参数的计算2 4 3 3j c 5 0 d b 绞车传统系统变速设计2 5 3 3 1 绞车传动系统变速设计原则2 5 3 3 2 滚筒最高转速与正常最低转速的设计2 6 3 3 3 变速箱总传动比与变速箱变速范围设计2 6 3 3 4 电动机最大输出扭矩与滚筒所需要最大扭拒匹配分析2 6 3 3 5 变速箱各级传动比及齿轮参数的设计2 7 3 4 本章小结3 0 第4 章j c 5 0 d b 绞车传动系统结构设计3 l 4 1j c 5 0 d b 绞车传动系统结构设计特点31 4 2j c 5 0 d b 绞车传动系统主要部件结构设计一3 2 4 2 1 输入轴总成的设计3 2 4 2 2 中间轴i i 总成的设计一3 5 4 2 3 中间轴i i i 总成的设计3 7 4 2 4 输出轴总成的设计3 8 4 2 5 滚筒轴总成结构设计4 1 4 3j c 5 0 d b 绞车传动系统主要零件的三维建模4 2 4 3 1 机械设计自动化软件p r o e 应用4 3 4 - 3 2 绞车传动系统主要零部件的三维建模4 3 4 4 本章小结4 4 第5 章j c 5 0 d b 绞车传动系统的有限元分析4 5 5 1 有限元法应用4 5 5 1 1 有限元法的基本原理一4 5 5 1 2a n s y s 软件简介一4 5 5 2j c 5 0 d b 绞车滚筒轴的静力分析一4 6 5 2 1 建立模型4 6 5 2 2 模型单元的确定4 6 5 2 3 模型的网格划分一4 7 5 2 4 边界条件约束一4 8 5 2 5 载荷工况分析4 8 5 2 6 求解并分析结果4 8 5 3j c 5 0 d b 绞车滚筒轴的模态分析一4 9 i l p 硕i j 亨外! 论：艾 5 3 1 滚筒轴有限元模型的建立一4 9 5 3 2 施加约束并求解5 0 5 3 3 模态结果分析5 0 5 4j c 5 0 d b 绞车滚筒的静力分析5 2 5 4 1 建立滚筒模型：5 2 5 4 2 模型单元的确定5 2 5 4 3 模型的网格划分一5 3 5 4 4 边界条件处理5 3 5 4 5 载荷工况分析5 3 5 4 6 求解并分析结果5 4 5 5j c 5 0 d b 绞车滚筒的模态分析5 5 5 5 1 滚筒轴有限元模型的建立5 5 5 5 2 施加约束并求解5 5 5 5 3 模态结果分析5 5 5 6j c 5 0 d b 绞车滚筒轴装配体分析5 7 5 6 1 建立滚筒轴装配体有限元模型5 7 5 6 2 定义边界条件并施加载荷5 8 5 6 3 求解并分析结果5 9 5 7 本章小节6 0 结论与展望6l 参考文献6 3 致 射6 6 附录a 攻读学位期间所发表的学术论文目录6 7 一 亡 p 硕i j 学位论文 摘要 绞车是整个钻机的核心部件，是钻机三大工作机之一，直接决定着钻机钻进能力。 随着经济的迅猛发展，石油的消耗量也在大幅度的增长，对能源的开发和利用同益紧迫， 伴随着石油勘探开发工作的发展，钻井难度不断增加。一些新型钻井工艺的不断涌现， 特别是一些特殊工艺井，对石油钻机及绞车的技术性能要求越来越高。在我国，传统的 机械传动绞车占很大比例，其都采用多轴和链条传动的方式。 针对机械传动绞车体积大、质量重、结构复杂等缺点，很难较好地满足新型钻井工 艺的要求，本文通过对j c 5 0 d b 绞车传动系统的设计，克服了传统机械驱动绞车的不足， 具有钻井性能好、启动平稳、恒功率调速范围大、功率利用率高等优势，较好的简化了 绞车结构。并具有适应性强、经济性好、结构新颖的特点。 本文首先介绍了国内外石油钻井绞车的发展现状及国内外的钻井绞车的存在的一 些差距，并介绍了石油钻井绞车的发展趋势；通过对绞车的功能原理及绞车设计的原则 阐述，确定了j c 5 0 d b 绞车传动系统的主要组成元件，建立了j c 5 0 d b 绞车传动系统最 佳方案；对j c 5 0 d b 绞车传动系统的基本参数进行计算，并对j c 5 0 d b 绞车传动系统的 主要组成部件如电动机、滚筒、刹车、变速箱等进行详细的参数设计；在确定j c 5 0 d b 绞车传动系统方案和参数的基础上，对j c 5 0 d b 绞车传动系统的结构进行设计，并在 p r o e 中对其进行三维建模；建立实际工况下滚筒、滚筒轴和滚筒轴装配体的有限元模 型，科学合理地确定了它们的约束条件、载荷分布，运用有限元分析软件对滚筒、滚筒 轴和滚筒轴装配体进行了有限元分析，从分析结果验证此j c 5 0 d b 绞车设计合理，满足 正常工作的要求。通过对j c 5 0 d b 绞车传动系统的设计和分析，解决了传动绞车存在的 不足，为绞车的设计提供理论参考，具有一定的工程应用价值。 关键词：j c 5 0 d b 绞车传动系统；参数和结构设计；滚筒和滚筒轴；有限元：静 态和模态分析； v ， l j c 5 0 d b 犁绞下传动系统 斛勾的设计研究 舅曼曼! 曼曹舅皇曼曼曼曼曼曼曼曼蔓曼! 量! ! 寰曼曼曼曼曼曼曼曼鼍曼蔓曼曼鼍曼曼蔓曼皇曼量曼舅舅 a b s tr a c t i nd r i l l i n gt h r e ew o r k i n gm a c h i n e ，w i n c hi st h ec o r ec o m p o n e n t o ft h ed r i l l i n gr i g ， a n dd i r e c t l yd e t e r m i n e st h ec a p a c i t yo fw h i c hd r i l l i n gr i g w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n t o fe c o n o m y , o i lc o n s u m p t i o ni sa l s os i g n i f i c a n tg r o w t h ，e n e r g yd e v e l o p m e n ta n d u s e o fi n c r e a s i n g l y u r g e n t w i t h t h e d e v e l o p m e n t o fp e t r o l e u me x p l o r a t i o n a n d d e v e l o p m e n t ，t h ed i f f i c u l t yo fd r i l l i n g i si n c r e a s i n gc e a s e l e s s l y an u m b e ro fn e w d r i l l i n gt e c h n o l o g i e sa r ee m e r g i n g ，e s p e c i a l l yi ns o m es p e c i a lp r o c e s sw e l l s ，a n dt h e r e q u i r e m e n tt od r i l l i n gr i ga n d w i n c h e s o nt h et e c h n i c a lp e r f o r m a n c ei sg e t t i n gh i g h e r a n dh i g h e r i nc h i n a ，w i n c h e sd r i v e db yt h et r a d i t i o n a lm e c h a n i c a lt r a n s m i s s i o n a c c o u n t sf o ral a r g ep r o p o r t i o no ft h ew i n c h ，w h i c ha r em u l t i - a x i sa n dt h ec h a i nd r i v e b yt h ew a y f o rt r a d i t i o n a lm e c h a n i c a ld r i v ew i n c h ss h o r t c o m i n g so fb i gv o l u m e ，q u a l i t y h e a v ya n dc o m p l e xs t r u c t u r e ，i ti sd i f f i c u l tt ob e t t e rm e e tt h er e q u i r e m e n t so ft h e s e n e wd r i l l i n gt e c h n o l o g i e s j c 5 0 d bw i n c ht r a n s m i s s i o ns y s t e mi sd e s i g n e d i n t h i s p a p e r i to v e r c o m e ss h o r t c o m i n g so fm e c h a n i c a l d r i v ew i n c h ，h a v eg o o dd r i l l i n g p e r f o r m a n c e ，s t a b l es t a r t i n g ，c o n s t a n tp o w e rs p e e dr a n g e ，h i g h e rp o w e re f f i c i e n c ya n d s oo n i tc a nb e t t e rs i m p l i f y s t r u c t u r eo ft h ew i n c h j c 5 0 d bw i n c hh a sg o o d a d a p t a b i l i t y , n o v e ls t r u c t u r e ，a n de c o n o m y i sg o o d t h i sp a p e rd e s c r i b e st h ed e v e l o p m e n to f d o m e s t i co i ld r i l l i n gh o i s ts t a t u sa n dt h e p r e s e n c eo f d o m e s t i ca n di n t e r n a t i o n a ld r i l l i n gw i n c hs o m eo f t h eg a p ，a n dd e s c r i b e s t h ed e v e l o p m e n tt r e n do fo i ld r i l l i n gh o i s t ；b a s e do ne x p o u n d i n gt h ef u n c t i o na n d d e s i g np r i n c i p l e so ft h ew i n c h ，t h em a i nc o m p o n e n t s a n do v e r a l ld e s i g no ft h e j c 5 0 d bd r a w w o r kt r a n s m i s s i o ns y s t e ma r ed e t e r m i n e d t h eb a s i cp a r a m e t e r so ft h e j c 5 0 d bw i n c ht r a n s m i s s i o ns y s t e mi s c a l c u l a t e da n dp a r a m e t e r so ft h em a i n c o m p o n e n t so fj c 5 0 d bw i n c h m a i nt r a n s m i s s i o ns y s t e ms u c ha sm o t o r , r o l l e r , b r a k e s ， g e a r b o x ，a r ed e s i g n e d ；o n t h eb a s i so fd e t e r m i n i n gt h ej c 5 0 d bd r a w w o r k t r a n s m i s s i o ns y s t e ms c h e m e a n dp a r a m e t e r s ，t h es t r u c t u r eo fj c 5 0 d bw i n c h t r a n s m i s s i o ns y s t e mi sd e s i g n e d ，a n di t st h r e e d i m e n s i o n a lm o d e l i n gi se s t a b l i s h e di n p r o e ：u n d e rt h ea c t u a lc o n d i t i o n ，t h ef i n i t ee l e m e n tm o d e lo ft h ed r u m ，d r u ms h a f t a n dd r u ms h a f ta s s e m b l ea r em a d e ，t h e i rr e s t r a i n tc o n d i t i o n sa n dt h el o a dd i s t r i b u t i o n a r ed e t e r m i n e ds c i e n t i f i c a l l ya n dr e a s o n a b l y t h ea n a l y s i so ft h ed r u m ，d r u ms h a f ta n d d r u ms h a f ta s s e m b l ea r eg o t t h er e s u l t so ff i n i t ee l e m e n ta n a l y s i sv e r i f yt h a tt h e i i 一 ， ， - 硕 ：学f 童论艾 d e s i g no fj c 5 0 d bd r a w w o r k si s r e a s o n a b l ea n dm e e t st h er e q u i r e m e n t so fn o r m a l w o r k i n g t h r o u g ht h ed e s i g na n da n a l y s i so fj c 5 0 d bw i n c ht r a n s m i s s i o ns y s t e m ，t h e d e f e c t so ft r a d i t i o n a lt r a n s m i s s i o nw i n c ha r es o l v e d ；p r o v i d et h e o r yr e f e r e n c ei nt h e d e s i g no f w i n c ha n dh a v ec e r t a i ne n g i n e e r i n ga p p l i c a t i o nv a l u e k e y w o r d s ：j c 5 0 d bw i n c ht r a n s m i s s i o ns y s t e m ；t h ed e s i g no fp a r a m e t e r sa n d s t r u c t u r a l ；r o l l e ra n dr o l l e rs h a f t ；f i n i t ee l e m e n t ；s t a t i ca n dm o d a la n a l y s i s ； i 一 j c 5 0 d b 型绞乍传动系统 斛，j 的设汁研究 曼曼曼曼曼曼! 曼曼曼曼曼! 皇曼笪曼曼曼曼曼曼曼曼曼! 曼! ! ! ! 曼曼蔓曼曼曼曼曼曼曼皇曼曼曼曼皇曼曼曼曼曼曼! ! 皇曼曼! 曼曼曼曼! ! 曼曼曼ii 曼曼曼曼曼曼曼曼曼量曼曼曼曼曼 插图索引 图1 1 机械传动绞车一2 图1 2 德国g h 2 5 0 0 e g 绞车3 图2 1 交流变频电驱动绞车一9 图2 2 钻井绞车工作原理图1o 图2 3s c r 电驱动钻机动力传动系统示意图1 1 图2 4 绞车链传动方式示意图1 3 图2 5 齿轮传动绞车13 图2 6 带刹车机构示意图一1 4 图2 7 伊顿刹车装置示意图15 图2 8 滚压盘式刹车制动执行机构示意图15 图2 9 绞车传动系统方案一17 图2 1 0 绞车传动系统方案二1 7 图3 1 绞车滚筒直径计算示意图一2 3 图3 2 绞车滚筒长度计算示意图2 3 图3 3 绞车变速箱传动示意图一2 7 图4 1j c 5 0 d b 绞车传动系统结构示意图31 图4 2 右减速箱输入轴i 总成装配方案3 4 图4 - 3 左减速箱输入轴i 总成装配方案3 5 图4 4 右减速箱中间轴i i 总成装配方案3 6 图4 5 右减速箱中间轴i i i 总成装配方案一3 7 图4 6 右减速箱输出轴i v 总成装配方案4 0 图4 7 左减速箱输出轴i v 总成装配方案4 1 图4 8 滚筒轴总成装配方案4 2 图4 9 滚筒轴的三维模型4 3 图4 1 0 滚筒的三维模型4 4 图4 1 1 滚筒轴装配体的三维模型4 4 图5 1 滚筒轴简化实体模型一4 6 图5 2s o l i d 4 5 单元4 7 图5 3 滚筒轴有限元模型4 8 图5 4 滚筒轴施加约束和载荷图4 8 图5 5 滚筒轴受载后位移总变形图一4 9 t 硕卜毕f ! 论乏 图5 6 滚筒受载时m i s e s 应力分却图4 9 图5 7 滚筒轴第一阶振型图5 1 图5 8 滚筒轴第二阶振型图5 1 。 图5 9 滚筒轴第三阶振型图51 图5 1 0 滚筒轴第四阶振型图5 1 图5 1 1 滚筒轴第五阶振型图5 l 图5 1 2 滚筒轴第六阶振型图5 l 图5 1 3 滚筒简化实体模型5 2 图5 1 4s o l i d l 8 7 单元5 3 图5 1 5 滚筒有限元模型5 3 图5 1 6 滚筒受载后位移总变形图5 4 图5 1 7 滚筒受载时m i s e s 应力分布图5 5 图5 1 8 滚筒第一阶振型图一5 6 图5 19 滚筒第二阶振型图5 6 图5 2 0 滚筒第三阶振型图5 6 图5 2 1 滚筒第四阶振型图一5 6 图5 2 2 滚筒第五阶振型图5 7 图5 2 3 滚筒第六阶振型图一5 7 图5 2 4 滚筒轴装配体简化实体模型5 8 图5 2 5 滚筒轴装配体有限元模型一5 8 图5 2 6 滚筒轴装配体受载后位移总变形图：5 9 图5 2 7 滚筒轴装配体受载后mis e s 应力分布图6 0 v j c 5 0 d b 型绞下传功系统结构的设计研究 附表索引 表2 1 主要技术标准9 表3 1 钻机配套参数表2 0 表3 2 典型四档绞车变速参数2 5 表3 3 典型六档绞车变速参数2 5 表3 4 变速箱齿轮参数设计表2 9 表5 14 2 c r m o 室温性能参数4 7 表5 2 滚筒轴的前六阶固有频率和相应振型5 0 表5 3z g 4 5 室温性能参数5 2 表5 4 滚筒的前六阶固有频率和相应振型5 6 v l 硕i ，学位论文 第1 章绪论 1 1 课题背景及研究的意义 绞车是整个钻机的核心部件，是钻机三大工作机之一，直接决定着钻机钻进 能力。绞车一般由驱动系动、传动系统、控制系统、支撑系统、润滑系统等组成， 绞车在钻井过程中具有起升钻具、下套管、充当转盘变速机构、整体起立井架、 处理事故、控制钻压等作业【l j 。 随着世界经济的迅猛发展，石油的消耗量也在大幅度的增长。我国从改革开 放以来，国家的工业化不断提高，能耗企业也相对增多，对能源的开发和利用同 益紧迫，预计2 0 2 0 年中国的石油消费量可能要达到4 亿吨以上，其中需要进口的 石油有2 亿吨以上。我国在石油开采行业起步较晚，技术并不先进，效率还很低 【2 】。随着石油勘探开发工作的发展，钻井难度不断增加且同益复杂，一些新型钻 井工艺的不断涌现，特别是一些特殊工艺井，例如：大位移水平井、定向井、开 窗侧钻井等，对石油钻机及绞车的技术性能要求越来越高。 在我国使用的陆地钻机中，国产钻机占约8 0 的市场份额，而交流变频、液 压等先进的钻机有9 0 以上为国外引进的，主要有以下几个原因 3 - 4 j ：一是国内生 产制造钻机的能力有限，如兰石厂和宝石厂这两大国内钻机研制生产的龙头企业， 每年生产制造钻机的能力不到一百台；二是由于国内钻机电驱动起步较晚，其品 种少，数量有限，产品性能上还存在一定的差距，国产s c r 电动钻机仍处在世界 水平的第三代产品上；三是在交流变频电驱动钻机的研究上，我国还刚刚起步， 国产电动钻机仍没有摆脱傻大笨粗的不良局面。所以尽管近几年我国在开发电驱 动钻机上已取得了突破性进展，但仍跟不上市场发展的需要。 在我国，传统的机械传动绞车占很大比例，大都采用多轴和链条传动的方式， 很难较好地满足这些新型钻井工艺的要求。交流变频电驱动绞车正在逐步取代传 统的机械绞车和a c s c r d c 直流电驱动钻机绞车。与a c s c r d c 直流电驱 动绞车及其它机械传动绞车相比，交流变频绞车克服了传统机械传动绞车体积大 质量重的缺点，特别适用于海上石油钻机和大功率电驱动陆地石油钻机。交流变 频电驱动绞车具有钻井性能好、启动平稳。过载性能强、恒功率调速范围大、电 动机无电刷火花隐患等优势，可简化绞车结构，具有适应性强、经济性好、可靠 性高等优点，已经成为当今钻机四大技术之一，成为新一代石油钻机关键设备【5 j 。 在我国，j c 5 0 d b 电驱动绞车的研制及生产制造仍处于起步阶段，对该型的 绞车研制将使我国绞车技术水平进一步提高，从而对提升我国钻井装备技术的进 j c 5 0 d b 型绞下传功系统结构的设汁研冗 步和国际竞争力，对推动行业的科技进步具有重要的理论和现实意义。 1 2 国内外石油钻井绞车研究现状和发展趋势 1 2 1 国内石油钻井绞车研究现状 六十年代以前，我国的陆地钻机主要是以苏制钻机为主，七八十年代，我国 成功的研制了大庆i 型、i i 型钻机及z j 4 5 型钻机。我国石油钻井技术大体上经历 了仿制和引进消化到再创新两个阶段。进入9 0 年代以来，我国加大了钻机更新改 造步伐，我国的石油钻井装备研制取得了长足的进步，以兰州石油化工机器厂和 宝鸡石油机械厂为代表的石油钻井装备配套生产厂家在电驱动钻机、顶驱、盘式 刹车等方面先后推出了自己的产品，宝鸡石油机械厂、兰州石油化工机器厂均具 有生产造钻深1 0 0 0 m - 1 0 0 0 0 m 石油钻机的能力，其本上满足了我国不同区域、 各种钻井工况对钻机的要求【6 】。 图1 1 机械传动绞车 但总体上说，目前我国拥有的技术落后、安全系数低的大庆型钻机、胶带并 车z j 4 5 j 钻机、罗马尼亚f 系列钻机仍占相当大比例，达4 0 以上，反映了我国 在石油钻机总体上技术的落后。全国各种钻机约为1 3 0 0 台，其中大型钻机8 0 0 台，中型钻机16 6 台，其中8 7 的大中型钻机都是国产，而其中电驱动钻机有9 5 以上为引进国外的【7 】。我国的a c s c r 型电传动钻机与机械传动钻机相比，工 作能力和性能有了极大的提高，传动系统简单，但绞车的传动和结构仍是三轴式 结构和链传动2 档4 速，单轴绞车比较少。驱动型式采用了交流变频电驱动方式 或其他电驱动方式。我国的交流变频绞车一般以交流变频电动机为动力，通过二级 齿轮减速器减速，驱动滚筒。近几年来，兰州石油化工机器厂和宝鸡石油机械厂先 2 露羚a t m ? ，m 二 * ，。移、 ，尹 f 融* 3 ，k 誓 7 。，i a 髫一嘬；o ，”辔 。瓤爹 一f 渤 j c s o d b 型绞下传功系统结构的设汁研e 开发了g h l 0 0 0 e g 型和g h 2 5 0 0 e g 等两种新一代a c 变频电驱动绞车，形成了5 种规格的a c 变频电驱动绞车系列。 挪威：近几年来挪威m a r i t i m eh y d r a u l i c s 公司研究开发的m h 5 0 0 2 0 型多液 压马达驱动单轴绞车：利用液压马达变速，没有复杂和庞大的链条传动与变速系 统。在海洋油田钻井作业，取得了较好的使用效果和经济效益，绞车基本参数： 输入功率2 0 0 0 k w ；滚筒直径长度1 2 7 3 m m l5 l0 m m ；滚筒最高工作转速 3 0 0 f f m i n ；快绳拉力载荷5 0 0 k n ，快绳最高速度2 0 m s ；液控盘式刹车盘直径 2 2 2 0 m m ；外形尺寸( 长宽高) 5 2 5 0 m m 2 8 3 0 m m 3 0 4 0 m m ，质量3 4 0 0 0 k g 。 挪威h i t e c 公司研究开发的a c 变频电驱动石油钻机绞车，可适用的a c 电动 机功率可达2 0 0 0 k w 。壳牌公司在石油钻机中，第一个安装了该公司a c 变频电 驱动钻井系统。经过钻井实践证明，具有以下优点：a c 电动机工作效率高达9 7 ； a c 变频控制系统和a c 电动机，其维护保养较少、停机率也较少；a c 电动机没 有电刷，工作时无火花；采用防爆、防溅式a c 电动机；在j 下反转两个方向转速 控制从o 1 0 0 。 罗马尼亚生产的a c 变频电驱动车装石油钻机及绞车：罗马尼亚生产p 2 0 e c 、 1 c 2 8 e c 、a 3 2 e c 、a 4 0 e c 、a 6 0 e c 、a 8 0 e c 型等6 种规格车装石油钻机，均采 用电网供电、a c 变频电驱动型式，钻井深度为2 0 0 0 m ，修井深度为2 1 0 0 m - - 6 0 0 0 m ， 其主要基本参数：最大钩载分别为2 2 0k n 、3 1 0 k n 、3 5 0k n 、4 4 0k n 、6 6 0k n 、 8 8 0 k n ，绞车输入功率分别为7 4 6k w 、7 4 6k w 、7 4 6k w 、1 3 4k w 、1 3 4k w 、1 3 4 k w 。 美国新型单轴齿轮传动绞车：近年来美国c o n t i n e n t a l e m s c o 公司在原有 e l e c t r o h o i s ti i e 型和e l e c t r o h o i s ti i i 型绞车技术基础上，开发了世界最大功率 e l e c t r o h o i s tv 型单轴齿轮传动绞车，适用于超深井和特深井作业，也适用于深海 地域钻井作业。绞车的基本参数：输入功率3 7 3 0 k w ；钻井深度6 0 9 6 m 以上；快 绳最大拉力载荷9 6 6 7 6 k n ，滚筒直径长度1 2 1 9 m m 2 4 3 8 m m ；大钩最大提升载 荷1 0 2 2 0 k n ，液控盘式刹车盘直径2 4 3 8 m m 。其优点是：钻井性能好，适应各种 现代钻井工艺和需要；有充足的功率配备，钻井效率高，速度快，时效高；采用 单轴结构和齿轮传动，体积小，质量轻，振动小，传动平稳；自动送钻性能好； 多种型式刹车并用，刹车能力强，钻井安全可靠。 上述几个国家的公司研究丌发的新型绞车，基本上代表了当今最先进的绞车 型式，总结来说都具有以下特点： ( 1 ) 绞车采用a c s c r d c 驱动、a c 变频电驱动和液压驱动； ( 2 ) 绞车通常适用于多电动机和多液压马达传动，不适用于单电动机或单马 达传动。 ( 3 ) 只有l 根滚筒轴，动力经过齿轮变速箱之后，从滚筒一侧或两侧传动绞 车。 4 硕卜7 ： 沦史 ( 4 ) 电驱动绞车采用2 挡或3 挡齿轮变速箱，液压驱动绞车采用l 挡或2 挡 齿轮变速箱。 1 2 3 国内外钻井绞车的差距 9 0 年代以来，我国石油钻机及绞车在驱动传动型式、主要技术性能指标及标 准化水平、技术与制造水平、产品质量与品种及新钻机的研究开发能力等方面虽 然有了较大的提高和发展，但是与国外的石油钻机及绞车的整体水平相比还存在 较大的差距【1 4 15 】： ( 1 ) 品种少，规格不全，适应能力差，产品结构不合理，不能满足各种不同 钻井工况的需要，有些品种不得不依靠进口，某些零、部件、基础件更是缺乏选 择的余地。我国大部分的石油钻机用绞车还是以机械传动及多轴结构型式为主， 电驱动绞车数量仍然比较少，现有的电驱动绞车主要还是a c d c 、a c s c r d c 、a c s c r a c 的驱动型式，而采用性能先进可靠的、电机直接驱动的单轴、 交流变频( a c v f d a c ) 型式的绞车比较少，因此与国外先进的绞车相比， 差距较大。尤其是其中绞车的控制技术和控制系统多采用国外进口，因此先进绞 车的生产、制造精度和技术水平受国外公司制约因素较大。 ( 2 ) 在用钻机及绞车普遍老化，更新速度慢，严重影响着我国新型钻机和绞 车的发展。 ( 3 ) 我国在用钻机及绞车中先进钻机及绞车少，9 7 是机械驱动和电传动的 钻机，且中型钻机模块化程度很低，钻机搬家占有车次和时间很多，与国外相比 差距较大。 ( 4 ) 钻机在适应性、成套性、品种多样性和系列化、自动化、智能化等方面 与发达国家的先进水平相比还有相当的差距，影响钻井速度和井身质量的进一步 提高。 ( 5 ) 整个石油钻机及绞车研制工作基本停留在仿造与跟踪阶段，创新所占比 例较小。具有我国独立自主知识产权的石油钻机及绞车更少。适应沙漠、戈壁、 沼泽地等条件的钻机研制工作刚刚起步。 ( 6 ) 石油钻机及绞车如何体现健康、安全与环保要求的自觉性还有待加强， 在质量与可靠性方面，有待进一步提高。 1 2 4 钻井绞车发展趋势 纵观钻机的发展历史，钻机经历了一个由简单到复杂、由自动化水平低到自 动化水平高的的发展变化过程。钻井绞车作为石油钻机的重要部件，钻井绞车的 发展过程也同样如此。随着电子技术、液压技术等新技术的f 1 新月异，石油钻井 绞车将会朝着以下几个方面发展【1 6 1 8 1 ： ( 1 ) 进一步向大功率交流变频电驱动方向发展。向交流变频电驱动 j c 5 0 d b 犁绞下传动系统 占构的设汁研z ( a c v f d a c ) 绞车的石油钻机是当今发展方向。与普通电驱动绞车、 a c s c r d c 电驱动绞车及其它机械传