钻机绞车

石油钻采机械主讲：马卫国第四章：石油钻机绞车第一节：绞车的功能与基本结构构成石油钻采机械主讲：马卫国第四章：石油钻机绞车——功能与基本结构构成钻井绞车是钻机起升系统设备之一，是钻机的核心部件。主要功能：1、起下钻具和下套管；2、控制钻压和送进钻具；石油钻采机械主讲：马卫国第四章：石油钻机绞车——功能与基本结构构成其它功能：根据绞车结构形式不同附带的功能也不同。1、带猫头结构：上卸钻具丝扣、起吊其它重物等；2、整体起放井架和底座；3、双滚筒绞车：钢丝捞砂作业、提取岩心。石油钻采机械主讲：马卫国要求：1、绞车要有足够大的功率。满足最大拉力、最高转速、足够的寿命；2、绞车滚筒要有足够的尺寸和缠绳容量；3、绞车要适应宽范围的载荷变化，要有最高的功率利用率；第四章：石油钻机绞车——功能与基本结构构成石油钻采机械主讲：马卫国4、绞车要有灵敏、可靠的刹车机构和足够能力的辅助刹车，能够准确地调节钻压，均匀送进钻具，控制钻具下放速度，刹车机构要耐热、耐磨；5、绞车要具有刚劲的支架和底座；密闭润滑；6、司钻操作要省力、方便。第四章：石油钻机绞车——功能与基本结构构成石油钻采机械主讲：马卫国第四章：石油钻机绞车——功能与基本结构构成基本结构构成：1、滚筒、滚筒轴总成；2、制动机构：主刹车和辅助刹车；3、猫头和猫头轴总成；3、传动系统：传递动力、内变速（多挡位）；4、控制系统：离合器、摘挂挡、司钻控制台；5、其它：润滑系统、壳体支撑系统。石油钻采机械主讲：马卫国控制台离合器主刹车滚筒底座和壳体猫头石油钻采机械主讲：马卫国石油钻采机械主讲：马卫国石油钻采机械主讲：马卫国刹车机构石油钻采机械主讲：马卫国第四章：石油钻机绞车第二节：总体结构形式与分析石油钻采机械主讲：马卫国第四章：石油钻机绞车——总体结构形式与分析绞车的总体结构形式取决于以下因素：1、匹配于钻机类型；2、绞车功能；3、传动形式；4、制动形式。石油钻采机械主讲：马卫国第四章：石油钻机绞车——总体结构形式与分析根据钻机总体方案的不同有不同的绞车结构1、低位安装绞车：绞车位于钻机后台之上，刹把和司钻控制台位于钻台上，动力经爬坡传动上钻台驱动转盘。2、绞车位于钻台之上，动力爬坡上钻台驱动绞车。石油钻采机械主讲：马卫国3、分体绞车结构，即绞车传动部分置于钻机后台，低位安装；滚筒轴和猫头轴置于钻台，高位安装。4、电驱动钻机，无后台机械传动机构，电动机与绞车一体化直接驱动绞车。5、车载或拖挂钻机，绞车经液力变速箱（阿里森变速箱）传动驱动滚筒轴。第四章：石油钻机绞车——总体结构形式与分析石油钻采机械主讲：马卫国5、转盘独立驱动钻机，绞车不输出动力以驱动转盘。6、车载或拖挂钻机，绞车经液力变速箱（阿里森变速箱）传动驱动滚筒轴。第四章：石油钻机绞车——总体结构形式与分析石油钻采机械主讲：马卫国第四章：石油钻机绞车——总体结构形式与分析根据绞车功能不同有不同的绞车结构1、带捞砂滚筒和不带捞砂滚筒，即通常说的单滚筒绞车和双滚筒绞车。2、无猫头轴绞车。钻机钻台上单独配置液压猫头。石油钻采机械主讲：马卫国根据绞车传动形式不同有不同的绞车结构，这是绞车设计中变化最多的结构。1、单轴绞车。绞车只有滚筒轴，结构非常简单。典型实例：车装钻机绞车外变速（阿里森变速箱）；交流变频传动调速电机驱动绞车。第四章：石油钻机绞车——总体结构形式与分析石油钻采机械主讲：马卫国2、双轴绞车：类似于单轴绞车，绞车内无变速功能，只是比单轴绞车多了猫头轴。3、三轴绞车：绞车中增加了一根动力输入的传动轴，绞车内变速。其结构较单、双轴复杂。我国早期和传动的绞车都是这种形式。第四章：石油钻机绞车——总体结构形式与分析石油钻采机械主讲：马卫国4、多轴绞车：将四轴以上的绞车都称之为多轴绞车。即动力输入轴、中间轴（多根）、猫头轴、滚筒轴。5、独立猫头轴－多轴绞车：绞车主体（输入轴、中间轴、滚筒轴等）低位安装，位于后台底座，小功率的猫头轴高位安装，位于钻台上。第四章：石油钻机绞车——总体结构形式与分析石油钻采机械主讲：马卫国6、齿轮传动单轴绞车：现在电驱动钻机中普遍实用的结构，直流或交流变频调速电动机直接驱动减速或变速齿轮箱，以驱动滚筒轴。第四章：石油钻机绞车——总体结构形式与分析石油钻采机械主讲：马卫国根据绞车制动形式不同有不同的绞车结构1、近距离刹车制动绞车。2、远距离带刹车制动绞车。3、气动无刹把带刹车制动绞车第四章：石油钻机绞车——总体结构形式与分析石油钻采机械主讲：马卫国4、液压盘式刹车制动绞车。5、水刹车辅助刹车绞车。6、电磁涡流刹车辅助刹车制动绞车。7、水冷气动盘式刹车辅助刹车制动绞车。8、能耗制动无辅助刹车绞车第四章：石油钻机绞车——总体结构形式与分析石油钻采机械主讲：马卫国第四章：石油钻机绞车第三节：绞车传动与变速设计石油钻采机械主讲：马卫国第四章：石油钻机绞车——绞车传动与变速设计绞车传动：将输入绞车的动力传递至滚筒轴，这里所说的绞车传动特指绞车的挡数、挡速、轴数、各轴的速度，以及传动形式。通常传动形式有链条传动和齿轮传动。石油钻采机械主讲：马卫国绞车传动的主要关联因素：1、大钩的提升速度特性；2、输入动力的速度特性；3、传动件的允许特性；4、绞车结构的复杂性。第四章：石油钻机绞车——绞车传动与变速设计石油钻采机械主讲：马卫国1、大钩的提升速度特性大钩的载荷变化范围大10≥kdsQQ理论上：当绞车为无级变速时，起升功率利用率为100％，即QV＝C。所以，大钩的调速范围101≥=VVRk第四章：石油钻机绞车——绞车传动与变速设计石油钻采机械主讲：马卫国一般设计大钩速度范围：V=0.2~2.0m/s或0.5~2.0m/s低速主要用于最大钩载是下套管或处理井下事故；高速主要用于快速安全提升空吊卡，受限于安全（防碰天车）第四章：石油钻机绞车——绞车传动与变速设计石油钻采机械主讲：马卫国第四章：石油钻机绞车——绞车传动与变速设计2、输入动力的速度特性绞车输入动力的速度特性取决于钻机的动力传动，不同的动力传动有不同的调速特性。如下表石油钻采机械主讲：马卫国第四章：石油钻机绞车——绞车传动与变速设计1.5~2.8-VFB交流变频电机1.5~2.51.6~4.0SCR直流电机1.5~2.51.5~3.5柴油机－变矩器1.3~1.81.05~1.33柴油机调速范围R动＝nmax/nmin适应性系数K=Mmax/Me传动类型石油钻采机械主讲：马卫国第四章：石油钻机绞车——绞车传动与变速设计所以：R绞＝R/R动绞车档数柴油机直接驱动：6－8；柴油机＋变矩器：4－6；SCR直流电机驱动：2－4；VFB变频电机驱动：1－2。石油钻采机械主讲：马卫国3、传动件的允许特性主要考虑链条或齿轮的传动能力和极限速度。4、绞车结构的复杂性档数越多功率利用率越高，但是绞车结构越复杂。档数，−+=eee1maxφ第四章：石油钻机绞车——绞车传动与变速设计石油钻采机械主讲：马卫国绞车传动系统变速设计大钩速度：0.2~2.0m/s绞车档数：1~8变速设计原则：只供绞车传动，最充分利用功率；只供转盘传动，按几何级数分布；同时供绞车和转盘，相邻速比不一定相等。第四章：石油钻机绞车——绞车传动与变速设计石油钻采机械主讲：马卫国档数设计：一般设计方案时，希望用最少的轴数，最少的传动付数，最少的离合器来实现。如下图。第四章：石油钻机绞车——绞车传动与变速设计石油钻采机械主讲：马卫国第四章：石油钻机绞车——绞车传动与变速设计六速绞车传动的两种方案。显然图（a）优于图（b)图（a）为乘法方案石油钻采机械主讲：马卫国第四章：石油钻机绞车——绞车传动与变速设计四速方案，为加法方案。石油钻采机械主讲：马卫国带变矩器的变速传动1、考虑变矩器的工作范围：高速区调速范围，如图2－48，在高效区，调速范围abnnR=0第四章：石油钻机绞车——绞车传动与变速设计石油钻采机械主讲：马卫国档数的确定为充分发挥变矩器高效区的作用，应使得各档邻速比相等，即0321343232121;;;Rnnnnnn=……===……===ϕϕϕϕϕϕ第四章：石油钻机绞车——绞车传动与变速设计石油钻采机械主讲：马卫国绞车档数K00lglgRRKRRK=→=例如：R0＝1.7，R＝4.5834.2230.0653.07.1lg5.4lg===K第四章：石油钻机绞车——绞车传动与变速设计石油钻采机械主讲：马卫国第四章：石油钻机绞车第四节：绞车参数设计石油钻采机械主讲：马卫国第四章：石油钻机绞车——绞车参数设计1、快绳拉力（第三章已经讨论）ttfZQPη=下钻时：起钻时：ttfZQPη1=石油钻采机械主讲：马卫国2、绞车功率（绞车输入功率）游动系统效率；—的传动效率；绞车输入轴至滚筒快绳—统起重量，吨；最低起钻速度时游动系—；大钩最低起钻速度—＝游绞游绞绞ηηηη1111/,75QsmVVQN马力第四章：石油钻机绞车——绞车参数设计石油钻采机械主讲：马卫国对于η游API标准有推荐：当游车绳系681012游车效率η游0.8760.8410.8100.770第四章：石油钻机绞车——绞车参数设计石油钻采机械主讲：马卫国滚筒直径D筒与滚筒长度L筒滚筒直径和长度决定了滚筒的大小或者说决定了绞车的大小，但是其尺寸主要取决于钢丝绳的尺寸和强度。根据经验：D筒＝（17－30）D绳对于大型钻机，高强度钢丝绳，一般取大值，小型钻机，取小值。第四章：石油钻机绞车——绞车参数设计石油钻采机械主讲：马卫国L筒＝（1.2－1.6）D筒mmL筒设计过大有两个缺点，一是快绳进天车轮的倾角过大，排绳不利；二是滚筒轴弯矩加大。同时，如果L筒过小排绳层数过多，对钢丝绳不利。第四章：石油钻机绞车——绞车参数设计石油钻采机械主讲：马卫国滚筒缠绳直径：1、无开槽滚筒：为利于排绳，最底层钢丝绳一般不用。如图所示，h=0.866d第四章：石油钻机绞车——绞车参数设计石油钻采机械主讲：马卫国9.0141866.043=×+×=ϕ第四章：石油钻机绞车——绞车参数设计ϕ——排绳系数石油钻采机械主讲：马卫国各层平均直径：2)1(2)1(2220030201emeDDDdedDDdidDDiddDDdDDD＋平均缠绳直径：＋＋＝第末层缠绳直径：＋＋＝层缠绳直径：第＋＋＝第二层缠绳直径：＋＝第一层缠绳直径－。—滚筒原始直径ϕϕϕ−−第四章：石油钻机绞车——绞车参数设计石油钻采机械主讲：马卫国缠绳总层数（e）取决于提升立根的总长度和有效绳数Z的多少。0)1()1()1(0020=+−−++++=−=dnZldDeddDedeDDenDZlmmϕπϕϕϕπ第四章：石油钻机绞车——绞车参数设计石油钻采机械主讲：马卫国mmdLnnl5.11;−−+=−−排绳间隙，取为每层排数，立根长度；筒δδ石油钻采机械主讲：马卫国2、带槽滚筒的缠绳第四章：石油钻机绞车——绞车参数设计石油钻采机械主讲：马卫国带槽滚筒，第一层缠绳可以工作，一般缠绳为3层，所以第二层缠绳直径就是平均缠绳直径。即dDddDdDDDm)4.02(24.020012−+=+−=+==ϕϕϕ第四章：石油钻机绞车——绞车参数设计石油钻采机械主讲：马卫国Lebus绳槽（如前图）的优点：1、避免了缠绳跳槽带来的旋转质量不均匀现象；2、第一层缠绳可以实用；3、在轮毂板内侧有舌形板，避免了靠边的绳排嵌入内层绳槽。第四章：石油钻机绞车——绞车参数设计石油钻采机械主讲：马卫国Lebus绳槽有两种制造：1、在光滚筒上加工；2、将精密铸造的Lebus片，焊接在滚筒上。第四章：石油钻机绞车——绞车参数设计石油钻采机械主讲：马卫国第四章：石油钻机绞车第五节：刹车机构石油钻采机械主讲：马卫国绞车的刹车机构——主刹车、辅助刹车主刹车——带刹车原理概述第四章：石油钻机绞车——刹车机构石油钻采机械主讲：马卫国第四章：石油钻机绞车——刹车机构石油钻采机械主讲：马卫国绞车的刹车机构——主刹车、辅助刹车主刹车——盘式刹车第四章：石油钻机绞车——刹车机构石油钻采机械主讲：马卫国功能：下钻、下套管作业时：刹慢或刹住滚筒；控制下放速度；悬持钻柱。正常钻井时：控制滚筒转速，调节钻压