CN107227725B - 自升式钻井平台锁紧装置及用于该锁紧装置的减速箱 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种用于自升式钻井平台锁紧装置的减速箱。该减速箱包括箱体、蜗轮副、承载螺杆、弹性组件以及轴承；所述蜗轮副设于所述箱体内，所述箱体与所述蜗轮副的蜗轮之间通过所述轴承连接；所述蜗轮一端面能在弹性组件过载发生退让的情况下而与对应的所述箱体的内侧面抵顶传压，弹性组件连接于所述轴承与箱体之间，所述弹性组件与所述轴承同轴向设置，所述弹性组件受压收缩时，使所述箱体与蜗轮抵靠接触，工作载荷状态下所述弹性组件伸展使所述箱体与蜗轮分离。使用本发明的用于自升式钻井平台锁紧装置的减速箱可以在满足传动要求的基础上，不会因为轴向力过大而使轴承的使用寿命减低，也不会增加减速箱的维修次数。

Description

自升式钻井平台锁紧装置及用于该锁紧装置的减速箱

技术领域

本发明涉及海洋石油工业技术领域，尤其涉及一种自升式钻井平台锁紧装置及用于该自升式钻井平台锁紧装置的减速箱。

背景技术

随着海洋石油工业的发展，自升式钻井平台将向恶劣(深水)海域环境发展。自升式钻井平台带有能够自由升降的桩腿，作业时桩腿下伸到海底，站立在海床上，利用桩腿托起船壳，并使船壳底部离开海面一定的距离(气隙)。拖航时桩腿收回，船壳处于漂浮状态。

目前，自升式钻井平台锁紧装置的减速箱普遍采用蜗轮蜗杆机构，蜗轮蜗杆机构是一种广泛应用的机械传动形式，同时也是目前海洋自升式钻井平台锁紧装置的关键部件。但是，自升式钻井平台锁紧装置的减速箱在锁紧和解锁工作时每个减速箱要承受约上百吨的轴向力，而钻井工况时每个该蜗轮减速箱则要长期承受锁紧和解锁工况的几十倍的轴向力。现有常用结构为铜蜗轮滑动摩擦接触，长期使用磨损严重、维修率高；如直接采用滚子轴承的结构，则远远超出标准轴承的轴向承载能力，导致轴承的使用寿命减低，从而增加该减速箱的维修次数，给石油开采工作带来不必要的麻烦。

所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本发明理解的背景，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的至少一种不足，提供一种使用寿命较长的自升式钻井平台锁紧装置及用于该自升式钻井平台锁紧装置的减速箱。

根据本公开的一个方面，提供一种用于自升式钻井平台锁紧装置的减速箱，包括箱体、蜗轮副、承载螺杆以及轴承，所述蜗轮副设于所述箱体内，所述箱体与所述蜗轮副的蜗轮之间通过所述轴承连接，所述蜗轮一端面能与对应的所述箱体的内侧面接触传载，所述减速箱还包括：

弹性组件，连接于所述轴承与所述箱体之间，所述弹性组件与所述轴承同轴向设置，静态载荷作用时所述弹性组件受压收缩，使所述箱体与所述蜗轮抵顶接触实现力的传递；在工件载荷的状态下所述弹性组件伸展使所述箱体与蜗轮分离，实现旋转驱动功能。

在本公开的一种示例性实施例中，所述箱体上设置有多个孔，各个孔的开口面向所述轴承，且所述孔与所述轴承同轴向设置，所述弹性组件设于所述孔内。

在本公开的一种示例性实施例中，所述孔内的一部分设置有内螺纹，所述减速箱还包括：

固定螺销，螺纹配合于所述孔的内螺纹，所述固定螺销的一端在相反于所述轴承的一端抵靠所述弹性组件。

在本公开的一种示例性实施例中，所述弹性组件包括：

弹簧组，具有第一端面和第二端面；

所述弹簧组的第一抵靠板端面作用于减速箱的箱盖实现力的传递；

所述弹簧组的第二抵靠板端面作用于轴承的端面实现力的传递。

在本公开的一种示例性实施例中，所述弹簧组为碟簧组，多个所述碟簧组均匀分布地抵顶所述轴承端面。

在本公开的一种示例性实施例中，所述弹性组件一端抵接于所述箱体，所述弹性组件另一端抵接于所述轴承的端面。

在本公开的一种示例性实施例中，所述蜗轮设置有同心轴孔，所述同心轴孔内设置有内螺纹，所述承载螺杆贯穿于所述同心轴孔内并与所述蜗轮的内螺纹配合。

在本公开的一种示例性实施例中，所述轴承为圆锥滚子轴承，所述轴承包括内圈和外圈，所述内圈连接于所述蜗轮，所述外圈通过所述弹性组件抵顶于所述箱体受力面，所述弹性组件均衡地抵顶支撑所述轴承外圈。

根据本公开的一个方面，提供一种自升式钻井平台锁紧装置，包括：

上述任意一项所述的减速箱；

楔形块，连接于所述承载螺杆；

锁紧齿块，与所述楔形块连接，用于与桩腿齿条配合锁紧和解锁。

在本公开的一种示例性实施例中，所述自升式钻井平台锁紧装置还包括：

球铰结构，连接于所述承载螺杆与楔形块之间。

由上述技术方案可知，本发明具备以下优点和积极效果中的至少之一：

本发明自升式钻井平台锁紧装置及用于该自升式钻井平台锁紧装置的减速箱，在轴承与箱体之间连接有弹性组件，弹性组件与轴承同轴向设置，弹性组件能够承载轴向力，可自动进行巨大静载和较大工作动载两种工况下的转换，保证了在较大工作动载时铜蜗轮是以圆锥滚子轴承的滚动摩擦方式进行力的传递；弹性组件受轴向力较大时收缩使所述箱体与蜗轮抵靠，使蜗轮与箱体之间直接传递轴向力不通过轴承传递，避免轴向力超过轴承的轴向承载能力而对轴承造成的损坏，不会因为轴向力过大而使轴承的使用寿命减低，因此也不会因为轴向力过大而增加该减速箱的维修次数；弹性组件相对伸展使所述箱体与蜗轮分离，使箱体与蜗轮分离后，蜗轮可以转动，可以完成蜗杆带动蜗轮转动，蜗轮转动带动承载螺杆直线运动的传动要求，避免箱体对蜗轮的摩擦影响。

因此，使用本发明的用于自升式钻井平台锁紧装置的减速箱可以在满足传动要求的基础上，不会因为轴向力过大而使轴承的使用寿命减低，也不会增加减速箱的维修次数。

附图说明

通过参照附图详细描述其示例实施方式，本发明的上述和其它特征及优点将变得更加明显。

图1是本发明用于自升式钻井平台锁紧装置的减速箱一实施方式的结构示意图；

图2是图1中的减速箱拆除承载螺杆后的结构示意图；

图3是本发明自升式钻井平台锁紧装置一实施方式的结构示意图。

图中主要元件附图标记说明如下：1、箱体；101、箱盖；2、蜗轮；3、蜗杆；4、承载螺杆；5、弹性组件；51、弹簧组；52、第一抵靠板；53、第二抵靠板；6、轴承；61、轴承内圈；62、轴承外圈；7、固定螺销；8、楔形块；9、锁紧齿块；10、减速箱；11、桩腿齿条。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。

参照图1以及图2所示，本发明提供了一种用于自升式钻井平台锁紧装置的减速箱，该减速箱10可以包括箱体1、蜗轮2、承载螺杆4、弹性组件5以及轴承6等等，蜗轮一端面能与对应的箱体的内侧面抵顶传压。蜗轮2设于箱体1内，箱体1与蜗轮2之间可以通过轴承6连接，轴承外圈62可以与箱体1接触，轴承内圈61可以与蜗轮2接触，通过蜗杆3带动蜗轮2转动，蜗轮2与蜗杆3形成蜗轮副。蜗轮2可以设置有同心轴孔，同心轴孔顾名思义轴孔的中心轴与蜗轮2的中心轴在同一直线上，即同中心轴，同心轴孔内设置有内螺纹，承载螺杆4贯穿于同心轴孔内并与蜗轮2的内螺纹配合；蜗轮2转动带动承载螺杆4在轴向上直线移动，承载螺杆4的外螺纹与同心轴孔内的内螺纹为自带自锁性能的传动螺纹。

弹性组件5可以连接于所述轴承6与箱体1之间，所述弹性组件5与所述轴承6同轴向设置，在静态载荷作用时所述弹性组件5可以受压收缩，以使所述箱体1与蜗轮2抵靠接触实现力的传递。而当受压低于弹性组件5复位力时即在工作动载荷的状态下，所述弹性组件5可以伸展，以使所述箱体1与蜗轮2分离，实现旋转驱动功能。在本发明的减速箱10中，轴承6主要承受轴向力，因此将弹性组件5与轴承6同轴向设置。弹性组件5收缩使箱体1与蜗轮2抵靠，使蜗轮2与箱体1之间直接传递轴向力不通过轴承6传递，避免轴向力超过轴承6的轴向承载能力而对轴承6造成的损坏；弹性组件5相对伸展使箱体1与蜗轮2分离，使箱体1与蜗轮2分离后，蜗轮2可以转动，避免箱体1对蜗轮2的摩擦影响。

在本示例实施方式中，箱体1与蜗轮2之间可以连接有两个轴承6，两个轴承6可以分别安装在蜗轮2的上端部与下端部。在上端部的轴承6与箱体1之间可以设置有弹性组件5。在箱体1的上顶部可以设置有多个通孔，各个通孔的开口对齐所述轴承6，且所述通孔与所述轴承6同轴向设置，弹性组件5可以设于通孔内。由于箱体1与蜗轮2之间的间隙不易过大，间隙过大使弹性组件5的调节长度变大，不利于弹性组件5的选型和弹力计算，但是，弹性组件5的安装需要一定的空间，太小的间隙无法安装弹性组件5，通过在箱体1上设置通孔将弹性组件5安装在通孔内，可以解决上述两个相互矛盾的问题。在箱体1外设置有箱盖101，可以通过箱盖101封住该通孔，并为弹性组件5提供抵靠力，使弹性组件5能够受轴向力后收缩。弹性组件5设置在来压侧与受压侧之间，在本示例实施方式中，承载螺杆4受到来自下方的压力，承载螺杆4将压力传递给蜗轮2，蜗轮2即为来压侧，箱体的内侧顶面为受压侧，因此将弹性组件5设置在上端部的轴承6与箱体1的内侧顶面之间。反之，如果承载螺杆4受到来自上方的压力，可以将弹性组件5设置在下端部的轴承6与箱体1的内侧底面之间。弹性组件5设置为多个，且均匀分布在轴承6与箱体1的内侧顶面之间，避免弹力失衡造成机械故障。

进一步的，箱体1通孔内的一部分可以设置有内螺纹，所述减速箱10还可以包括固定螺销7，固定螺销7螺纹配合于所述通孔的内螺纹，所述固定螺销7的一端可以抵靠所述弹性组件5。在本示例实施方式中，内螺纹设置在通孔的上端部分，将固定螺销7旋入该内螺纹中，该固定螺销7可以为弹性组件5提供抵靠力，使弹性组件5能够受轴向力后收缩。设置该内螺纹以及固定螺销7方便弹性组件5的安装，从箱体1外侧即可安装弹性组件5，而且通过螺纹可以调节固定螺销7旋入的长度，以配合不同的弹性组件5。当然，本领域技术人员可以理解的是，也可以在箱体1内侧设置盲孔，通过盲孔的底部为弹性组件5提供抵靠力，使弹性组件5能够受轴向力后收缩。

另外，在本发明的其他示例实施方式中，还可以在箱体1内侧设置环形凹槽，多个弹性组件5均匀分布在环形凹槽内，环形凹槽的底部为弹性组件5提供抵靠力，使弹性组件5能够受轴向力后收缩。也可以在箱体1内侧与蜗轮抵顶的部分设置凸台，该凸台可以间隔设置也可以设置为环状，该凸台为弹性组件5的伸缩预留空间，弹性组件5受压收缩时，使箱体1的凸台与蜗轮2抵靠，当受压低于弹性组件5复位力时，所述弹性组件5可以伸展，以使所述箱体1与蜗轮2分离。

弹性组件5可以包括弹簧组51、第一抵靠板52以及第二抵靠板53；弹簧组51可以具有第一端面和第二端面；第一抵靠板52可以设于所述弹簧组51的第一端面；第二抵靠板53可以设于所述弹簧组51的第二端面。第一抵靠板52以及第二抵靠板53的直径大于或等于弹簧组51的最大外径。在本示例实施方式中，弹簧组51可以为碟簧组。碟簧组主要特点是，负荷大，行程短，所需空间小，组合使用方便，维修换装容易，经济安全性高。适用于空间小，负荷大之精密重型机械。其压缩行程最佳使用范围在其最大压缩行程的10％-75％之间。由于碟簧组中部为空心结构，使固定螺销7与碟簧组的接触面较小而且是局部接触不利于碟簧组的均匀受力，设置第一抵靠板52和第二抵靠板53可以增加接触面积，有利于碟簧组的均匀受力。当然，在满足负荷要求的前提下，弹簧组51也可以选择其他蓄能复位部件，比如螺旋弹簧、油缸等。弹性组件5也可以仅包括弹簧组51，弹簧组的第一端面作用于减速箱的箱盖实现力的传递；弹簧组的第二端面作用于轴承的端面实现力的传递。

在一示例性实施例中，箱体1顶部内侧面与蜗轮2顶面之间具有一定活动间隙，所述弹性组件5在此活动间隙内受压变形和回复伸展，弹性组件5整体施加给轴承6的载荷，小于轴承6的最大耐受载荷，也就是说，弹性组件5整体在活动间隙对应的变形行程中，弹性组件5整体最大承载载荷小于轴承6的最大耐受载荷。同时，在活动间隙对应的变形行程中，弹性组件5整体最大承载载荷小于蜗轮2顶面向箱体1顶部内侧面施加的应力载荷，以此可确保轴承6的长期有效运行。

弹性组件5连接于箱体1与轴承6的相对箱体1静止的部分，在本示例实施方式中，弹性组件5设于箱体1与轴承外圈62的端面之间，由于在本示例实施方式中箱体1与轴承外圈62连接，轴承外圈62与箱体1相对静止，轴承内圈61转动，因此，弹性组件5一端抵接于箱体1，弹性组件5另一端抵接于轴承中相对所述箱体静止的部分即轴承的外圈的端面，如此设置，可以避免弹性组件5对轴承产生的摩擦力。

在本示例实施方式中，轴承6可以为圆锥滚子轴承6，圆锥滚子轴承6一般属于分离型轴承，轴承的内、外圈均具有锥形滚道。该类轴承按所装滚子的列数分为单列、双列和四列圆锥滚子轴承等不同的结构型式。单列圆锥滚子轴承可以承受径向负荷和单一方向轴向负荷。当轴承承受径向负荷时，将会产生一个轴向分力，所以当需要另一个可承受反方向轴向力的轴承来加以平衡。圆锥滚子轴承6主要用于承受以径向载荷为主的径向与轴向联合载荷。与角接触球轴承6相比、承载能力大，极限转速低。圆锥滚子轴承6能够承受一个方向的轴向载荷，能够限制轴或外壳一个方向的轴向位移。

在本示例实施方式中，弹性组件5可以设置于箱体1的上部位置，由于承载螺杆4受到向上的轴向力，轴向力直接传递给蜗轮2，蜗轮2将该轴向力传递给上部的轴承6，轴承6通过弹性组件5将该轴向力传递给箱体1。同理，在承载螺杆4受到向下的轴向力时，可以将弹性组件5设置于箱体1的下部位置。轴向力依次通过蜗轮2、下部的轴承6、弹性组件5以及箱体1进行传递。

当锁紧装置处于钻井的长期锁紧状态时，船体自重产生的压力由承载螺杆4传递到蜗轮2与箱体1，此时蜗轮2处于静止，蜗轮2与箱体1之间3000多吨的压力远超一般标准轴承6的轴向承载能力，这个状态下弹性组件5被压收缩使箱体1和蜗轮2直接接触传递轴向力，从而避免轴承6直接承受轴向3000吨以上的静态支撑力，转为由蜗轮2的端面与箱体1的大平面来承载。

当锁紧系统进行锁紧或解锁工作时，船体负载转移到升降装置上，减速箱10受的大的轴向力消失，轴承6所受轴向力由平台自重压力转变为锁紧或解锁时产生的对锁紧齿条板的推力或拉力，此时弹性组件5利用弹性伸出使蜗轮2的端面与箱体1端面分离，使圆锥滚子轴承6承载并处于可相对转动的工作状态，蜗杆3带动蜗轮2旋转来驱动承载螺杆4直线运动，避免了蜗轮2和箱体1旋转时的直接接触，保证蜗轮2蜗杆3副可以顺利运转。

图3是本发明自升式钻井平台锁紧装置一实施方式的结构示意图，参照图3所示，本发明还提供了一种自升式钻井平台锁紧装置，该锁紧装置可以包括楔形块8、锁紧齿块9以及上述描述的减速箱10等等。楔形块8可以连接于所述承载螺杆4；锁紧齿块9与所述楔形块8连接，用于与桩腿齿条11配合锁紧和解锁。减速箱10的具体结构已经进行了具体描述，此处不再赘述。

进一步的，该自升式钻井平台锁紧装置还可以包括球铰结构，球铰结构可以连接于所述承载螺杆4与楔形块8之间。该锁紧装置在运行过程中会有一些晃动，晃动会对刚性连接造成一定的受力损害，球铰结构避免刚性连接，能够自动调节平衡，进一步增加该锁紧装置的稳定性。

本发明自升式钻井平台锁紧装置及用于该自升式钻井平台锁紧装置的减速箱10，在轴承6与箱体1之间连接有弹性组件5，弹性组件5与轴承6同轴向设置，弹性组件5能够承载轴向力；弹性组件5受轴向力较大时收缩使所述箱体1与蜗轮2抵靠，使蜗轮2与箱体1之间直接传递轴向力不通过轴承6传递，避免轴向力超过轴承6的轴向承载能力而对轴承6造成的损坏，不会因为轴向力过大而使轴承6的使用寿命减低，因此也不会因为轴向力过大而增加该减速箱10的维修次数；弹性组件5相对伸展使所述箱体1与蜗轮2分离，使箱体1与蜗轮2分离后，蜗轮2可以转动，可以完成蜗杆3带动蜗轮2转动，蜗轮2转动带动承载螺杆4直线运动的传动要求，避免箱体1对蜗轮2的摩擦影响。因此，使用本发明的用于自升式钻井平台锁紧装置的减速箱10可以在满足传动要求的基础上，不会因为轴向力过大而使轴承6的使用寿命减低，也不会增加减速箱10的维修次数。

上述所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中，如有可能，各实施例中所讨论的特征是可互换的。在上面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本发明的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本发明的技术方案而没有所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组件、材料等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、材料或者操作以避免模糊本发明的各方面。

虽然本说明书中使用相对性的用语，例如“上”“下”来描述图标的一个组件对于另一组件的相对关系，但是这些术语用于本说明书中仅出于方便，例如根据附图中所述的示例的方向。能理解的是，如果将图标的装置翻转使其上下颠倒，则所叙述在“上”的组件将会成为在“下”的组件。其他相对性的用语，例如“内”“外”“顶”“底”等也作具有类似含义。当某结构在其它结构“上”时，有可能是指某结构一体形成于其它结构上，或指某结构“直接”设置在其它结构上，或指某结构通过另一结构“间接”设置在其它结构上。

本说明书中，用语“一个”、“一”、“该”和“所述”用以表示存在一个或多个要素/组成部分/等；用语“包含”、“包括”和“具有”用以表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/组成部分/等；用语“第一”、“第二”和“第三”等仅作为标记使用，不是对其对象的数量限制。

应可理解的是，本发明不将其应用限制到本说明书提出的部件的详细结构和布置方式。本发明能够具有其他实施方式，并且能够以多种方式实现并且执行。前述变形形式和修改形式落在本发明的范围内。应可理解的是，本说明书公开和限定的本发明延伸到文中和/或附图中提到或明显的两个或两个以上单独特征的所有可替代组合。所有这些不同的组合构成本发明的多个可替代方面。本说明书所述的实施方式说明了已知用于实现本发明的最佳方式，并且将使本领域技术人员能够利用本发明。

Claims (9)

1.一种用于自升式钻井平台锁紧装置的减速箱，包括箱体、蜗轮副、承载螺杆以及轴承，所述蜗轮副设于所述箱体内，所述箱体与所述蜗轮副的蜗轮之间通过所述轴承连接，其特征在于，所述蜗轮一端面能与对应的所述箱体的内侧面抵顶接触传压，所述减速箱还包括：

弹性组件，连接于所述轴承与所述箱体之间，所述弹性组件与所述轴承同轴向设置，静态载荷作用时所述弹性组件受压收缩，使所述箱体与所述蜗轮抵顶接触实现力的传递；在工作动载荷的状态下所述弹性组件伸展使所述箱体与蜗轮分离，实现旋转驱动功能；

所述弹性组件包括：

弹簧组，具有第一端面和第二端面；

所述弹簧组的第一端面作用于减速箱的箱盖实现力的传递；

所述弹簧组的第二端面作用于轴承的端面实现力的传递。

2.根据权利要求1所述的用于自升式钻井平台锁紧装置的减速箱，其特征在于，所述箱体上设置有多个孔，各个孔的开口面向所述轴承，且所述孔与所述轴承同轴向设置，所述弹性组件设于所述孔内。

3.根据权利要求2所述的用于自升式钻井平台锁紧装置的减速箱，其特征在于，所述孔内的一部分设置有内螺纹，所述减速箱还包括：

固定螺销，螺纹配合于所述孔的内螺纹，所述固定螺销的一端在相反于所述轴承的一端抵靠所述弹性组件。

4.根据权利要求1所述的用于自升式钻井平台锁紧装置的减速箱，其特征在于，所述弹簧组为碟簧组，多个所述碟簧组均匀分布地抵顶所述轴承的端面。

5.根据权利要求1所述的用于自升式钻井平台锁紧装置的减速箱，其特征在于，所述弹性组件一端抵接于所述箱体，所述弹性组件另一端抵接于所述轴承的端面。

6.根据权利要求1所述的用于自升式钻井平台锁紧装置的减速箱，其特征在于，所述蜗轮设置有同心轴孔，所述同心轴孔内设置有内螺纹，所述承载螺杆贯穿于所述同心轴孔内并与所述蜗轮的内螺纹配合。

7.根据权利要求1所述的用于自升式钻井平台锁紧装置的减速箱，其特征在于，所述轴承为圆锥滚子轴承，所述轴承包括内圈和外圈，所述内圈连接于所述蜗轮，所述外圈通过所述弹性组件抵顶于所述箱体受力面，所述弹性组件均衡地抵顶支撑所述轴承外圈。

8.一种自升式钻井平台锁紧装置，其特征在于，包括：

权利要求1～7中任一项所述的减速箱；

楔形块，连接于所述承载螺杆；

锁紧齿块，与所述楔形块连接，用于与桩腿齿条配合锁紧和解锁。

9.根据权利要求8所述的自升式钻井平台锁紧装置，其特征在于，所述自升式钻井平台锁紧装置还包括：

球铰结构，连接于所述承载螺杆与楔形块之间。

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