轉(zhuǎn)盤結(jié)構(gòu)的改進和優(yōu)化

趙世剛，荻麗莉，王玉石，胡 軍，李治鋼

（1.渤海裝備遼河重工有限公司，遼寧盤錦 124010；2.西部鉆探準東鉆井公司南疆項目部，新疆阜康 831511；3.川慶鉆探川西鉆探公司青海項目部，青?；ㄍ翜?816400）①

轉(zhuǎn)盤結(jié)構(gòu)的改進和優(yōu)化

趙世剛1，荻麗莉1，王玉石1，胡 軍2，李治鋼3

（1.渤海裝備遼河重工有限公司，遼寧盤錦 124010；2.西部鉆探準東鉆井公司南疆項目部，新疆阜康 831511；3.川慶鉆探川西鉆探公司青海項目部，青?；ㄍ翜?816400）①

作為石油鉆機三大工作機之一，轉(zhuǎn)盤在鉆機工作過程中配合鉆機其他設(shè)備來完成鉆機鉆井作業(yè)。從制造和使用的角度出發(fā)，對轉(zhuǎn)盤的結(jié)構(gòu)進行了改進和優(yōu)化，同時提出了轉(zhuǎn)盤結(jié)構(gòu)改進與優(yōu)化時應(yīng)注意的問題和解決辦法。

鉆機；轉(zhuǎn)盤；轉(zhuǎn)臺；補心

轉(zhuǎn)盤屬于石油鉆機旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)設(shè)備之一，在鉆機鉆井過程中，轉(zhuǎn)盤的主要作用是驅(qū)動鉆柱旋轉(zhuǎn)、懸掛鉆柱、上卸鉆具、處理鉆井事故時倒扣、造扣以及在懸掛鉆柱時防止鉆柱倒轉(zhuǎn)等。轉(zhuǎn)盤工作時，動力經(jīng)過轉(zhuǎn)盤一級齒輪副傳遞到轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)臺，轉(zhuǎn)臺再經(jīng)轉(zhuǎn)盤各種補心到井口來驅(qū)動或懸掛鉆柱［1］。

隨著石油鉆井技術(shù)的發(fā)展，普通鉆機的轉(zhuǎn)盤部分功能雖然已被頂驅(qū)代替，例如頂驅(qū)代替了轉(zhuǎn)盤驅(qū)動鉆柱旋轉(zhuǎn)、倒扣、造扣、處理鉆井事故等功能。但是到目前為止，即使是最先進的自動化鉆機，轉(zhuǎn)盤還是鉆機必配的設(shè)備。因為轉(zhuǎn)盤懸掛鉆柱、配合井口鉆具作業(yè)等功能是頂驅(qū)或其他設(shè)備無法取代的，一方面轉(zhuǎn)盤可作為頂驅(qū)備用設(shè)備，可在頂驅(qū)維修期間繼續(xù)作業(yè)；另一方面頂驅(qū)與轉(zhuǎn)盤二者配合來鉆井或處理一些鉆井事故，會使鉆井效率大幅提高。

由于轉(zhuǎn)盤安裝在井口中心，工作環(huán)境非常惡劣，在轉(zhuǎn)盤作業(yè)時，泥漿、油漬經(jīng)常會包裹、浸入轉(zhuǎn)盤，還有來自鉆柱的軸向沖擊和振動直接作用到轉(zhuǎn)盤上，這些特征需要轉(zhuǎn)盤具有高可靠性的特點［2］。轉(zhuǎn)盤經(jīng)過長期的使用和發(fā)展，其結(jié)構(gòu)和性能也有了改進和提高，轉(zhuǎn)盤系列產(chǎn)品也從ZP175發(fā)展到ZP605，但是轉(zhuǎn)盤系列化，并沒有帶來轉(zhuǎn)盤結(jié)構(gòu)的多樣性，轉(zhuǎn)盤結(jié)構(gòu)固定單一。本文結(jié)合目前轉(zhuǎn)盤的結(jié)構(gòu)形式，在設(shè)計轉(zhuǎn)盤結(jié)構(gòu)過程中進行了部分改進和優(yōu)化。

1 底座結(jié)構(gòu)優(yōu)化

1） 改進鑄造底座結(jié)構(gòu)。對底座出油孔位置進行調(diào)整，盡量使其遠離主軸承安裝臺肩面，另外使出油孔4個圓角盡量采用大圓弧面過渡，如圖1所示。

2） 改進鑄焊底座的焊縫形式［3］。焊縫盡量使用開坡口外焊縫，便于施焊和探傷，如圖2所示。

3） 改進鑄焊底座結(jié)構(gòu)。設(shè)計鑄焊底座時，盡可能增加鑄造底座、外壁板、底板的焊接焊縫長度，如圖3所示。

圖1 改進后的鑄造底座結(jié)構(gòu)

圖2 改進后的鑄焊底座的焊縫形式

圖3 改進后的鑄焊底座焊接結(jié)構(gòu)

2 齒輪副結(jié)構(gòu)改進

轉(zhuǎn)盤結(jié)構(gòu)是一級減速箱，但是不同于一般減速箱結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)盤的輸出軸是外圓內(nèi)方的空心軸。目前轉(zhuǎn)盤輸入軸與輸出軸均為90°布置，所以使用1副錐齒輪副來實現(xiàn)轉(zhuǎn)盤動力傳遞，而且動力源也來自轉(zhuǎn)盤外部。這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計看起來復雜而且也增加了加工及裝配難度，因為錐齒輪不易加工，而且大錐齒輪圈裝在轉(zhuǎn)臺中間部位，錐齒輪副的潤滑是靠小錐齒輪的旋轉(zhuǎn)帶油到牙齒嚙合面，這樣不但使錐齒輪副潤滑不夠充分，而且潤滑油有1個循環(huán)過程，增加了轉(zhuǎn)盤對潤滑油的儲存量，同時要在底座輸入軸方向必須設(shè)計1個出油孔，而出油孔會大幅降低轉(zhuǎn)盤底座強度，如圖4所示。對轉(zhuǎn)盤齒輪副結(jié)構(gòu)改進是：把轉(zhuǎn)盤輸入軸與輸出軸設(shè)計成平行結(jié)構(gòu)，齒輪均裝配在軸下端，齒輪半浸在油池中，這樣就解決了轉(zhuǎn)盤加工、裝配、潤滑以及受力等問題，如圖5所示。

圖4 錐齒輪副結(jié)構(gòu)

圖5 直齒輪副結(jié)構(gòu)

3 主補心結(jié)構(gòu)優(yōu)化

轉(zhuǎn)盤不僅輸出轉(zhuǎn)矩，而且還得承受整個鉆柱的重力，但是這2個工況不同時出現(xiàn)。另外，為了滿足這2個工況，轉(zhuǎn)盤需要各種補心和卡瓦，來配合轉(zhuǎn)盤完成這2種工況。對轉(zhuǎn)盤主補心結(jié)構(gòu)優(yōu)化是：在轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)臺內(nèi)設(shè)計1個能夠自動卡持鉆柱的外方內(nèi)圓自動卡瓦，卡瓦能方便安裝和取出，卡瓦設(shè)計成獨立、對開式結(jié)構(gòu)、純機械式無動力源結(jié)構(gòu)，能卡持不同管徑、不同管接頭形式的管柱，同時不能損壞管柱表面。如圖6所示。

圖6 自動卡瓦結(jié)構(gòu)

4 結(jié)語

經(jīng)過改進后的轉(zhuǎn)盤應(yīng)用在渤海裝備遼河重工有限公司生產(chǎn)的5 000 m自動化全液壓鉆機上，配套轉(zhuǎn)盤是YYZP275型液壓驅(qū)動轉(zhuǎn)盤，用2個液壓馬達通過直齒輪副傳遞動力到轉(zhuǎn)盤主補心，輸入軸與輸出軸垂直平行布置，轉(zhuǎn)盤主軸承有單獨的潤滑通道，齒輪副通過油池浸油潤滑，油管線與轉(zhuǎn)盤兩個馬達接好給油后就可驅(qū)動轉(zhuǎn)盤，結(jié)構(gòu)簡單緊湊，目前此鉆機已經(jīng)過工廠試驗并交付用戶。

［1］ 李繼志.石油鉆采機械概論［M］.北京：中國石油大學出版社，2011.

［2］ 孫慶群.石油生產(chǎn)及鉆采機械概論［M］.北京：中國石化出版社，2011.

［3］ 趙備庫，雷小紅，王娜，等.絞車滾筒軸密封結(jié)構(gòu)改進［J］.石油礦場機械，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

趙世剛（1976-），男，甘肅慶陽人，工程師，主要從事石油鉆采設(shè)備設(shè)計工作，E-mail：lhzsg2006＠126.com。