自升式海洋平台齿轮齿条升降系统的研究

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1、自升式海洋平台齿轮齿条升降系统的研究自升式海洋平台齿轮齿条升降系统的研究自升式海洋平台齿轮齿条升降系统的研究2004年第32卷第l0期石油机械CHINAPETROLEUMMACHINERY.I设计计算自升式海洋平台齿轮齿条升降系统的研究孙永泰(胜利石油管理局钻井工艺研究院)摘要以胜利作业3号平台升降系统为研究对象,提出了齿轮齿条式升降系统的总体设计思路;针对海洋平台升降系统的设计要点,对齿轮齿条式升降系统中的液压动力驱动系统分4种工况进行了升降系统液压原理设计,分析,参数确定和计算,并提出了确保系统安全可靠性的多项保护措施

2、.其设计思想,设计中所采用的方法,参数确定方法及计算分析所得出的结论,对平台的设计,制造和管理具有一定的指导意义,对类似系统的设计,分析计算具有一定的参考价值.关键词自升式平台齿轮齿条升降系统动力驱动系统液压系统引言在用于海洋石油开发的各种海洋平台及其他海洋构筑物中,自升式平台比较适合于浅海区域,具有用钢量少,造价低,水上完井,在各种海况下几乎都能持续作业和效率高等优点,因此,在国内外海洋勘探和开发中,特别是在近海海洋石油开发中发挥了巨大的作用….升降系统作为自升式平台中的关键部分,在平台的设计制造中历来受到高度重视,其性

3、能的优劣直接影响平台的安全和使用效果.自升式平台的升降系统大致分为两大类:齿轮齿条式和液压油缸顶升式.齿轮齿条式升降的优点是:升降速度快;操作简单;易对井位.缺点是齿轮齿条式价格贵,制造难度大.由于海洋环境条件相对比较恶劣,平台升降所需时间的长短对平台安全性也就显得比较重要,同时可减少平台就位费用,因此新造的自升式平台多采用齿轮齿条升降方式.齿轮齿条升降系统构成所谓齿轮齿条升降系统,就是在平台的每根桩腿上设置几根齿条,对应于每根齿条上设置几个小齿轮,齿条及其对应小齿轮数量根据平台所要求的举升能力和平台总体要求加以确定.动力

4、通过桩边马达驱动齿轮减速箱,然后传递给与齿条啮合的小齿轮,从而带动平台的升降.齿轮齿条式升降系统由动力驱动系统,动力传递系统(主要包括齿轮齿条及相应的减速机构)和平台升降控制系统等3大部分组成.动力驱动系统为升降系统中最易发生故障的部分,是平台升降设计的关键点和难点,设计上将涉及各桩腿间同步,同一桩腿上的各个马达的同步,回路设计,载荷设置,安全保护,启动与刹车及控制,驱动能力和相关参数的设计选取等.齿轮齿条式升降系统从动力驱动上有液压驱动和电驱动两种方式.液压驱动就是通过液压站及相应阀件带动液压马达,而液压马达通过驱动齿轮

5、箱带动小齿轮,从而使平台或桩腿完成升降动作;电驱动是直接通过电马达驱动齿轮箱带动小齿轮,而使平台或桩腿完成升降动作.两种方式相比较各有利弊.(1)就升降能力而言,两种升降方式在设计上均能达到平台在各种工况下所要求的基本技术指标,但液压驱动有如下特点:①液压系统本身具有一定的弹性.再通过在系统中附加蓄能器,使系统在启动和停止时具有一定的减震性能,而无须增加其他的减震措施;②易于调节速度,通过设置双速?孙永泰,高级工程师,生于1965年,1987年毕业于上海交通大学机械工程系.现从事海洋工程研究与设计工作.地址:(257017

6、)山东省东营市.电话:(0546)8783673.(收稿日期:2003一l2—21)石油机械2004年第32卷第1O期液压马达,可使升降系统针对不同的载荷采用不同的速度,这样便节省了平台升降的时间;③采用大扭矩,低转速的液压马达可减小减速箱的传动比,从而减小其尺寸和造价.(2)从操作方式及故障率来看,两种升降方式均要设置集中控制台和桩边控制台,集中控制台内设置PLC进行控制作业,均可实现所有桩腿同时控制和手动单桩控制及紧急制动.但液压驱动相对电驱动故障率较高,故液压驱动必须设置专家诊断系统.(3)液压驱动需设置液压站,而电

7、驱动不需要.综合液压驱动与电驱动两种方式各自的优缺点,采取其中任何一种方式都可以.笔者在此将结合胜利作业3号平台升降系统研究液压驱动的齿轮齿条升降系统.动力驱动系统研究胜利作业3号平台属于齿轮齿条升降的3腿自升式修井作业平台,钢质非自航.由平台主体,桩腿(带桩靴)和升降系统3部分组成.平台主体平面接近三角形,3根圆柱形桩腿布置在艏,艉.平台的主要任务是对水深5—25m范围内的油井进行修井作业.平台每根桩腿上设置2根齿条,对应每根齿条上配备3个小齿轮;这样每根桩腿上共有6个小齿轮,6个小齿轮同步动作带动平台或桩腿工作;每个小

8、齿轮由1个液压马达通过对应的行星减速箱来带动;平台通过固桩架传力于齿轮箱上的小齿轮,小齿轮通过与桩腿上的齿条啮合传力于桩腿;平台上设1个液压站,1个集中控制台和3个桩边控制台以及马达控制中心,液压动力控制单元等.1.升降系统主要技术参数平台正常举升力/腿:9000kN;平台应急举升力/腿:10800kN