CN104891362A - 石油钻机绞车齿轮箱及采用该齿轮箱的绞车 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种石油钻机绞车齿轮箱及采用该齿轮箱的绞车，其包括：双大功率电机通过双入并车齿轮机构和电动丝杆换档装置，得到空档和两种档位的传动比，并车后的功率流经行星齿轮机构减速，通过短距单鼓形齿摆动联接机构，传递动边和运动至滚筒轴及滚筒起升装置，实现绞车作业；本齿轮箱实现了双入并车换档的功能，拓宽了功率调速范围，提高了作业效率；短距摆动联接机构大大减轻了齿轮箱及绞车的重量和体积，降低了成本，可广泛应用于海洋钻机；对于9000米以上带两齿轮箱的钻机，短距摆动联接和离合机构的功能保障了绞车的安全运行。

Description

石油钻机绞车齿轮箱及采用该齿轮箱的绞车

技术领域

本发明涉及一种石油钻机绞车齿轮箱及采用该齿轮箱的绞车，尤其是含有双输入并车换档机构、滚筒轴联接机构、滚筒轴联接离合组合机构的钻机绞车齿轮箱。

背景技术

现有的石油钻机绞车齿轮箱输出轴与滚筒轴的过渡联接一般采用独立的齿式联轴器，这种布局结所占的轴向长度尺寸和重量都很大，但本行业对空间占用和重量都有限制，特别是不适用于海洋开采平台；也有采用齿轮箱与滚筒轴直联的方式可以缩小空间长度，然而，由于滚筒两支座的安装不对中误差，特别是滚筒在高速转动工作过程中，由于长期受到线缆对其的径向拉力，使滚筒轴产生弯曲变形，变形导致对该滚筒轴及前面齿轮箱传动系统产生附加的破坏作用力，使传动的可靠性大大降低。

现有的石油钻机绞车一般只采用电机等功率变频调速，再通过减速箱驱动绞车的滚筒，这种单一等功率电机调速方式调速范围窄，达不到起升参数要求，且还需要增大电机功率，致使钻机造价高而起升作业效率低。对于深井钻机的超大功率，一台齿轮箱都要配置两台电机一起驱动齿轮箱带动滚筒， 而完成双输入并车且换档的功能是一种设计难题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种石油钻机绞车齿轮箱，能够允许滚筒支座的安装误差及滚筒轴的弯曲变形且不会影响齿轮箱及传动系统正常工作，并对滚筒轴工作时的振动进行有效隔离。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种石油钻机绞车齿轮箱，其包括：与所述大功率调速电机传动连接的过渡齿圈二转动配合于壳体内，所述过渡齿圈二通过内齿与设于过渡齿圈二中间的锥台形齿轮的球面鼓形外齿相啮合，与所述锥台形齿轮的中心通孔固定连接的滚筒轴通过调心滚子轴承转动配合于所述外壳内，所述调心滚子轴承与球面鼓形外齿中心重合，该滚筒轴一端伸出外壳并固定连接有滚筒。

空心轴一转动配合于所述外壳内，该空心轴一的左、右两端分别转动配合有从动齿轮一与从动齿轮二，空心轴一的中部固定连接有传动齿轮，滑动配合于传动齿轮上的接合套一适于将从动齿轮一与传动齿轮或从动齿轮二与传动齿轮进行传动连接；

平行设于空心轴一一侧的输入轴一转动配合于外壳内，输入轴一上固定连接有与所述从动齿轮一啮合传动的主动齿轮一及与所述从动齿轮二啮合传动的主动齿轮二；平行设于空心轴一另一侧的输入轴二转动配合于外壳内，输入轴二上固定连接有与所述从动齿轮一啮合传动的主动齿轮三及与所述从动齿轮二啮合传动的主动齿轮四；所述空心轴一的右端固定连接有共轴线的空心太阳轮，所述空心太阳轮通过包括该空心太阳轮的一套行星齿轮机构驱动右侧的所述过渡齿圈二转动；

一对大功率调速电机分别与所述输入轴一及输入轴二传动连接。

所述空心轴一的上方设有换档电机，该换档电机适于通过丝杆机构驱动拨叉一左右移动，所述拨叉一适于驱动其下方的接合套一左右移动；所述拨叉一上方设有多个用于检测与控制拨叉一位置的接近开关。

所述空心太阳轮为所述行星齿轮机构中的动力输入部件，过渡齿圈一与所述行星齿轮机构中的动力输出部件行星架固定连接，该过渡齿圈一相隔设于所述过渡齿圈二左侧，拨叉二适于驱动其下端的接合套二且该接合套二左右滑动配合于所述过渡齿圈一与过渡齿圈二的外齿面上。

本发明所要解决的另一技术问题是提供一种采用上述石油钻机绞车齿轮箱的绞车，该绞车包含两套上述齿轮箱且能够保证当其中一个齿轮箱出现故障后，另一个齿轮箱仍能驱动绞车正常工作。

该绞车内的一对上述石油钻机绞车齿轮箱对称设置，滚筒设于该对石油钻机绞车齿轮箱之间，滚筒固定套设于滚筒轴上，滚筒轴的两端分别固定设于其两侧石油钻机绞车齿轮箱中调心滚子轴承的内孔中。

相对于现有技术，本发明具有的技术效果是：

1）所述石油钻机绞车齿轮箱中的调心滚子轴承能够允许滚筒轴的弯曲变形和支座的制造安装误差，不会因为产生的附加力而影响到齿轮箱及传动系统的正常工作，同时也可以有效隔离滚筒轴的振动和摆动；锥台形齿轮上的球面鼓形外齿可以防止由于调心滚子轴承对滚筒轴的调节而引起齿面脱离啮合，保证了绞车的安全运行；所述滚筒轴与行星架直接传动连接，减少了齿轮箱的轴向尺寸和整机的重量；

2）所述两台大功率调速电机能够同时分别驱动输入轴一及输入轴二进行双输入合并，减小了单个电机功率输入，降低了电机制造和调速的难度；双输入的分流传动减小了所述齿轮箱的体积，提高了系统可靠性和强度；同时减少电机与齿轮箱的重量达30%，降低了采用该齿轮箱的绞车成本，并使得该绞车转运方便，维护简单；

3）所述接合套一能够实现从输入轴一、输入轴二到空心轴一的两档变速、经行星齿轮机构进行二级减速后输出动力，满足了最大起升速度和起升最大钩载的需要，同时拓宽了功率调速范围，提高了作业效率；保证一定的起下钻速度可以节约整个钻井时间，与原来相比可节省8%的天数完成作业；

4）所述换档电机能够实现空档和两档变速的自动切换；接近开关能够检测与控制换档是否到位及所处档位；

5）当绞车采用一对石油钻机绞车齿轮箱时，如果一个齿轮箱出现故障，可以利用故障齿轮箱中的拨叉二驱动其下端的接合套二移动，使过渡齿圈一、过渡齿圈二分离，从而保证另一侧无故障的石油钻机绞车齿轮箱及系统继续工作；所述绞车适于应用于9000米以上深井钻机。

附图说明

为了清楚说明本发明的创新原理及其相比于现有产品的技术优势，下面借助于附图通过应用所述原理的非限制性实例说明可能的实施例。在图中：

图1为实施例1中所述石油钻机绞车齿轮箱的正面剖视图；

图2 为实施例1中所述石油钻机绞车齿轮箱的俯视剖视图；

图3为实施例1中所述从动齿轮一与从动齿轮二的结构图；

图4为实施例2中采用该石油钻机绞车齿轮箱的绞车的结构视图。

具体实施方式

实施例1

如图1与图2所示，左外壳1，右外壳2，空心轴一3，输入轴一4，输入轴二5，从动齿轮一6，从动齿轮二7，主动齿轮一8，主动齿轮二9，主动齿轮三10，主动齿轮四11，换档电机12，换档轴13，拨叉一14，接合套一15，传动齿轮16，空心太阳轮17，行星轮18，行星架19，过渡齿圈一20，拨叉二21，接合套二22，过渡齿圈二23，锥台形齿轮24，调心滚子轴承25，滚筒轴26，接近开关27，滚筒28。

所述石油钻机绞车齿轮箱的壳体包括左外壳1与右外壳2且两者固定连接，该壳体内形成内腔，空心轴一3通过滚子轴承转动配合于左外壳1内，该空心轴一3的左、右两端的外侧面上分别通过轴承转动配合有从动齿轮一6与从动齿轮二7，位于从动齿轮一6与从动齿轮二7之间的传动齿轮16固定配合于空心轴一3的外侧面上，该传动齿轮16的直径与从动齿轮一6右端的接合齿圈61、从动齿轮二7左端的接合齿圈71的直径相同，接合套一15通过花键套设于所述传动齿轮16、从动齿轮一6右端的接合齿圈或从动齿轮二7左端的接合齿圈外侧并适于在这三者之间左右来回滑动；所述空心轴一3的后方平行设有输入轴一4，该输入轴一4通过轴承转动配合于左外壳1内，该输入轴一4的左端伸出左外壳1外，输入轴一4上固定连接有与所述从动齿轮一6啮合传动的主动齿轮一8及与所述从动齿轮二7啮合传动的主动齿轮二9；所述空心轴一3的前方平行设有输入轴二5，该输入轴二5通过轴承转动配合于左外壳1内，该输入轴二5的左端伸出左外壳1外，输入轴二5上固定连接有与所述从动齿轮一6啮合传动的主动齿轮三10及与所述从动齿轮二7啮合传动的主动齿轮四11；所述空心轴一3的上方设有换档电机12，换档轴13与所述换档电机12的转子固定连接，该换档轴13的右端通过外螺纹与拨叉一14顶部螺孔内的螺纹配合，拨叉一14底部插入所述接合套一15的外侧凹槽内，所述拨叉一14的上方沿左右方向设有多个用于检测与控制拨叉一14位置的接近开关27。

所述换档轴13驱动拨叉一14左右移动过程中，在输入轴一4、输入轴二5与空心轴一3之间产生空档和两种不同传动比的档位。

所述空心轴一3的右端固定连接有与其共轴线的空心太阳轮17，所述空心太阳轮17的右端设有包括空心太阳轮17在内的一套行星齿轮机构，所述空心太阳轮17的右端外侧面设有太阳轮齿，转动配合于行星架19上的多个行星轮18与所述太阳轮齿啮合，该空心太阳轮17为所述行星齿轮机构的动力输入部件，行星架19为所述行星齿轮机构的动力输出部件，该行星架19通过轴承转动配合于所述右外壳2上，所述行星架19的右端通过螺钉固定连接有过渡齿圈一20，该过渡齿圈一20的右侧相隔设有相同直径的过渡齿圈二23，该过渡齿圈二23通过轴承与右外壳2转动配合，所述过渡齿圈一20与过渡齿圈二23的外侧面设有花键齿，拨叉二21下端的接合套二22通过花键滑动配合于所述过渡齿圈一20、过渡齿圈二23的外侧花键齿面上并可在两者之间左右来回滑动；所述过渡齿圈二23的右端内侧面设有多个内齿，该内齿与过渡齿圈二23中间的锥台形齿轮24的球面鼓形外齿相啮合，所述锥台形齿轮24的截面呈碗口状，滚筒轴26通过调心滚子轴承25转动配合于所述右外壳2内且右端伸出右外壳2外，该调心滚子轴承25与球面鼓形外齿中心重合，所述滚筒轴26设于所述空心太阳轮17的右侧，所述锥台形齿轮24利用通孔固定套设于所述滚筒轴26的左端且开口朝右；所述滚筒轴26的右端固定连接有滚筒28。

所述输入轴一4与输入轴二5分别与大功率调速电机的转子相连接，将电机的动力传入该齿轮箱内。

所述过渡齿圈二23与锥台形齿轮24组成短距单鼓形齿摆动联接机构，当由于滚筒28的安装误差或滚筒轴26变形引起滚筒作偏心旋转运动时，调心滚子轴承25可以允许滚筒轴26在旋转过程中相对调心滚子轴承25中心线作小角度的偏转，在该偏转过程中，锥台形齿轮24上的球面鼓形外齿与过渡齿圈二23的内齿时刻保持啮合，防止由于偏转角度的变化而引起齿面脱离啮合；调心滚子轴承25既可以防止被滚筒偏心旋转运动时的惯性力破坏，也可以减小由于该惯性力传导至所述石油钻机绞车齿轮箱内的振动。

实施例2

如图4所示，一种采用上述石油钻机绞车齿轮箱的绞车以两台石油钻机绞车齿轮箱组成一对进行对称设置，滚筒28设于该对石油钻机绞车齿轮箱之间，滚筒28通过花键固定套设于滚筒轴26上，滚筒轴26的两端分别固定设于其两侧石油钻机绞车齿轮箱中调心滚子轴承25的内孔中。

所述采用石油钻机绞车齿轮箱的绞车，其工作过程包括：

（1）手动移动拨叉二21使接合套二22同时与过渡齿圈一20、过渡齿圈二23相接合，换档电机12工作驱动换档轴13正反转，从而使拨叉一14向左或向右移动并驱动接合套一15向左或向右移动；

（2）当接合套一15移至左端时，从动齿轮一6通过接合套一15、传动齿轮16与空心轴一3传动连接；启动大功率调速电机，电机驱动所述输入轴一4与输入轴二5，输入轴一4通过主动齿轮一8及从动齿轮一6驱动空心轴一3转动，与此同时输入轴二5通过主动齿轮三10及从动齿轮一6驱动空心轴一3转动，空心轴一3驱动空心太阳轮17转动并通过行星轮18、行星架19驱动过渡齿圈一20转动，过渡齿圈一20驱动过渡齿圈二23转动，过渡齿圈二23驱动锥台形齿轮24转动并通过滚筒轴26驱动滚筒28转动；

（3）当接合套一15移至右端时，从动齿轮二7通过接合套一15、传动齿轮16与空心轴一3传动连接；启动大功率调速电机，电机驱动所述输入轴一4与输入轴二5，输入轴一4通过主动齿轮二9及从动齿轮二7驱动空心轴一3转动，与此同时输入轴二5通过主动齿轮四11及从动齿轮二7驱动空心轴一3转动，空心轴一3驱动空心太阳轮17转动并通过行星轮18、行星架19驱动过渡齿圈一20转动，过渡齿圈一20驱动过渡齿圈二23转动，过渡齿圈二23驱动锥台形齿轮24转动并通过滚筒轴26驱动滚筒28转动，同时滚筒起升装置工作；

（4）当所述绞车中一对石油钻机绞车齿轮箱中的一个出现故障时，手动移动有故障的石油钻机绞车齿轮箱中的拨叉二21使接合套二22仅与过渡齿圈一20或过渡齿圈二23接合，断开过渡齿圈一20与过渡齿圈二23之间的传动连接，从而使良好的石油钻机绞车齿轮箱继续工作。

对于一些小功率钻机，可以只使用一台石油钻机绞车齿轮箱，滚筒28直接与滚筒轴26的外端固定连接，同时能够方便地拆除拨叉二21、接合套二22并将过渡齿圈一20、过渡齿圈二23固定连接，简化了所述石油钻机绞车齿轮箱的结构，降低了成本。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (5)

1.一种石油钻机绞车齿轮箱，包括大功率调速电机，其特征在于：与所述大功率调速电机传动连接的过渡齿圈二（23）转动配合于壳体内，所述过渡齿圈二（23）通过内齿与设于过渡齿圈二（23）中间的锥台形齿轮（24）的球面鼓形外齿相啮合，与所述锥台形齿轮（24）的中心通孔固定连接的滚筒轴（26）通过调心滚子轴承（25）转动配合于所述外壳内，所述调心滚子轴承（25）与球面鼓形外齿中心重合，该滚筒轴（26）一端伸出外壳并固定连接有滚筒（28）。

2.根据权利要求1所述的石油钻机绞车齿轮箱，其特征在于：空心轴一（3）转动配合于所述外壳内，该空心轴一（3）的左、右两端分别转动配合有从动齿轮一（6）与从动齿轮二（7），空心轴一（3）的中部固定连接有传动齿轮（16），滑动配合于传动齿轮（16）上的接合套一（15）适于将从动齿轮一（6）与传动齿轮（16）或从动齿轮二（7）与传动齿轮（16）进行传动连接；

平行设于空心轴一（3）一侧的输入轴一（4）转动配合于外壳内，输入轴一（4）上固定连接有与所述从动齿轮一（6）啮合传动的主动齿轮一（8）及与所述从动齿轮二（7）啮合传动的主动齿轮二（9）；平行设于空心轴一（3）另一侧的输入轴二（5）转动配合于外壳内，输入轴二（5）上固定连接有与所述从动齿轮一（6）啮合传动的主动齿轮三（10）及与所述从动齿轮二（7）啮合传动的主动齿轮四（11）；所述空心轴一（3）的右端固定连接有共轴线的空心太阳轮（17），所述空心太阳轮（17）通过包括该空心太阳轮（17）的一套行星齿轮机构驱动右侧的所述过渡齿圈二（23）转动；

一对大功率调速电机分别与所述输入轴一（4）及输入轴二（5）传动连接。

3.根据权利要求2所述的石油钻机绞车齿轮箱，其特征在于：所述空心轴一（3）的上方设有换档电机（12），该换档电机（12）适于通过丝杆机构驱动拨叉一（14）左右移动，所述拨叉一（14）适于驱动其下方的接合套一（15）左右移动；所述拨叉一（14）上方设有多个用于检测与控制拨叉一（14）位置的接近开关（27）。

4.根据权利要求2所述的石油钻机绞车齿轮箱，其特征在于：所述空心太阳轮（17）为所述行星齿轮机构中的动力输入部件，过渡齿圈一（20）与所述行星齿轮机构中的动力输出部件行星架（19）固定连接，该过渡齿圈一（20）相隔设于所述过渡齿圈二（23）左侧，拨叉二（21）适于驱动其下端的接合套二（22）且该接合套二（22）左右滑动配合于所述过渡齿圈一（20）与过渡齿圈二（23）的外齿面上。

5.一种采用权利要求1－4之一所述石油钻机绞车齿轮箱的绞车，其特征在于：一对上述石油钻机绞车齿轮箱对称设置，滚筒（28）设于该对石油钻机绞车齿轮箱之间，滚筒（28）固定套设于滚筒轴（26）上，滚筒轴（26）的两端分别固定设于其两侧石油钻机绞车齿轮箱中调心滚子轴承（25）的内孔中。