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1、石油天然气学报(江汉石油学院学报)2005年6月第27卷第3期·566·JournalofOilandGasTechnology(J1JPI)Jun12005Vol127No13海洋石油修井机能力优化设计朱赤兵(长江大学机械工程学院,湖北荆州434023;中海油服技术中心钻采所,广东湛江524057)张晓东(西南石油学院机电学院,四川成都610500)[摘要]对海洋石油修井机HXJ158系列在设计过程中主要设备的能力计算和设计优化做了较为详细的论述,介绍了该设备在设计和校核全过程和设计思路。实际应
2、用表明,其优化设计方案是合理的,有利于降低成本,提高经济效益。[关键词]修井机;能力设计;设计优化;动力配置[中图分类号]TE935[文献标识码]A[文章编号]10009752(2005)03056602修井机井架设计为液压起升、立放、直立式、轻便型无绷绳井架。上下底座可纵横移动对中平台每口井位作业。系列:HXJ158;大钩最大载荷:1580kN;大钩额定载荷:1200kN。1动力系统通过分析,提出采用柴油机机械、液力传动方式为最佳方案。因为如果采用电驱动方式,修井作业设备正常作业时用电量约150
3、0kW(包括泥浆系统用电量)。为保证修井作业正常,需保证提供2000kW电量,平台将增加1座庞大的电站,加之修井作业为不稳定间断用电,对电网冲击大。为此认为,为节约能源和管理方便,采用柴油机为动力驱动方案为理想方案。2发动机和传动箱技术要求修井机采用液力+机械传动方式,动力经阿里逊(Allison)传动箱后,再经齿轮传动、链传动后驱动绞车和转盘。齿轮传动箱及链传动传至主滚筒,实现主滚筒的旋转,通过游动系统完成起下作业。转盘和绞车采用同一动力驱动。动力经绞车后,通过链传动至转盘传动装置,再通过降距链
4、条盒传至转盘,实现转盘旋转运动。绞车传动路线为:传动轴→链传动→快绳→钢丝绳系→发动机+传动箱→角传动箱→绞车主滚筒→天车游车。转盘传动路线为:传动轴→链传动→链传动→链传动→发动机+传动箱→角传动箱→绞车主滚筒转盘传动装置→传动轴→降距链条箱→转盘。结合我国海洋平台修井机的使用特点,发动机采用进口柴油机,柴油机由压缩空气起动。要求带有火花捕灭器、消音装置、失水、高水温、低油压、飞车(超速)等安全保护装置及紧急停机装置,配置全套标准柴油机仪表(采用直感式或本质安全型仪表)并带有火花捕灭器和消音装置
5、等。柴油机选用卡特皮勒(Caterpillar)或底特律(Detroit)产品。液力传动箱采用美国通用汽车公司Allison液力传动箱,具有5个正档和1个倒档。其特点:①可降低冲击载荷,消除来自动力机的扭震和工作机的动载荷的影响;②使整机传动平稳,加速、降速均匀,充分发挥装机功率,保证发动机的最佳工作状态;③液力+机械传动简化了整机的传动系统,同时也简化了绞车结构,减轻了绞车重量。液力传动箱要求配有整套刹车管线、仪表(本质安全型)和PTO取力器。3绞车绞车采用单滚筒,主刹车采用水冷却系统,带水刹车
6、或辅助推盘刹车系统。绞车驱动方式为柴油机[收稿日期]20050510[作者简介]朱赤兵(1965),男,1987年大学毕业,高级工程师,硕士生,现主要从事海洋石油钻采设备开发与研制及管理工作。第27卷第3期朱赤兵等:海洋石油修井机能力优化设计·567·+液力传动驱动,柴油机功率按修井机最大载荷1580kN选配,传动由Allison液力传动箱和齿轮传动。其配量为,主滚筒:滚筒体带有里巴斯(LEBUS)绳槽;离合器:采用轴向式多片离合器;刹车冷却方式:喷水冷却或循环水冷却;刹车装置:盘式刹车或带式刹车
7、;辅助刹车:EATON辅助刹车或水刹车;钻井钢丝绳:钢丝绳应带有备用钢丝绳卷筒,安装在钻台的适当位置;天车防碰装置:安装在绞车主滚筒上。4转盘为适应油井大修、侧钻作业的需要,修井机配备通径为27"-in的API标准转盘。转盘带有9&3in～20in套管补芯,配备3"-in～5in钻杆补芯和方钻杆滚子补芯。转盘应配备转盘扭矩仪和能量释放装置(防反转装置),用于防止钻杆柱的高速反向回转。转盘应设有锁紧装置,可将方补芯锁在转盘上。其配量包括,通径:27"-in;最大工作扭矩:27459N·m;最大净载负
8、荷:4500kN;最大转速:300r/min。5功率参数选取各部件传动效率如下:Allison传动箱0198;齿轮传动箱0198;输入链条0197;主滚筒轴0198;主滚筒0198;轮系效率01841;输出链条0197;转盘传动装置0198;降距链条0197;转盘0198。从发动机到大钩的效率为:η1=0198×0198×0197×0198×0198×01841=01752从发动机到转盘的效率为:η2=0198×0198×0197×0198×0198×0197×0198×0197×
