CN108313905B - 石油钻井用的绞车传动机构以及绞车 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了一种石油钻井用的绞车传动机构以及绞车，其中绞车传动机构包括：具有滚筒轴的滚筒，滚筒具有沿滚筒轴相对的第一侧和第二侧，滚筒的第一侧设置有应急动力，滚筒的第二侧设置有变速箱以及主电机，变速箱的输出轴与滚筒轴的第二侧传动连接，主电机的输出轴与变速箱的输入轴传动连接，滚筒轴、应急动力的输出轴、变速箱的输入轴、变速箱的输出轴、主电机的输出轴位于同一条直线上。本发明提供的绞车采用两挡行星齿轮变速箱，体积小、重量轻，运输方便，并可实现绞车自动换挡，且两挡变速设计既保证了绞车提升最大载荷的能力，又兼顾了绞车的效率要求。

Description

石油钻井用的绞车传动机构以及绞车

技术领域

本申请涉及石油钻井装备技术领域，具体而言，涉及一种石油钻井用的绞车传动机构以及绞车。

背景技术

石油钻井用的绞车作为钻机的核心设备，可以作为提升机构的动力源，用于起钻、下钻、下套管等作业。石油钻井用的绞车主要由主电机、变速箱、滚筒、刹车、自动送钻系统等组成。现有石油钻井绞车的变速箱通常采用两挡圆柱外啮合齿轮变速箱，或是一挡行星变速箱。

对于圆柱外啮合变速箱而言，其体积大，质量重，运输不便。

对于一挡行星变速箱，其质量和体积有所降低，但是绞车如果需要达到与圆柱外啮合变速箱同样的提升能力，这就要求该绞车的主电机的功率更大。此外，一挡行星变速箱的功率调速范围太小，绞车的提升效率也有所降低。

发明内容

本申请实施例中提供一种石油钻井用的绞车传动机构以及绞车，其能解决上述问题中的至少一种。

为实现上述目的，本申请提供了一种石油钻井用的绞车传动机构，包括：具有滚筒轴的滚筒，所述滚筒具有沿所述滚筒轴相对的第一侧和第二侧，所述滚筒的第一侧设置有应急动力，所述滚筒的第二侧设置有变速箱以及主电机，所述变速箱的输出轴与所述滚筒轴的第二侧传动连接，所述主电机的输出轴与所述变速箱的输入轴传动连接，所述滚筒轴、所述应急动力的输出轴、所述变速箱的输入轴、所述变速箱的输出轴、所述主电机的输出轴位于同一条直线上。

优选地，所述滚筒轴的第一侧与所述应急动力之间设置有常开离合器。

优选地，所述滚筒轴的第一侧和第二侧分别转动地设置在第一轴承座和第二轴承座上。

优选地，所述主电机为交流变频电机。

优选地，所述主电机通过花键与制动器连接。

优选地，所述滚筒轴的第二侧与所述变速箱的输出端之间设置有常闭离合器。

优选地，所述变速箱为两挡行星齿轮变速箱。

优选地，所述变速箱包括第一级行星齿轮机构、第二级行星齿轮机构以及换挡装置，所述变速箱的输入轴分别与所述第一级行星齿轮机构的太阳轮和所述第一级行星齿轮机构的行星架连接，所述换挡装置能分别接合所述第一级行星齿轮机构的太阳轮和所述第一级行星齿轮机构的行星架，所述第一级行星齿轮机构的行星架与所述第二级行星齿轮机构的太阳轮接合，所述第二级行星齿轮机构的行星架与所述变速箱的输出轴接合。

优选地，所述第一级行星齿轮机构和所述第二级行星齿轮机构共用同一个箱体。

优选地，所述第一级行星齿轮机构的行星架与所述第二级行星齿轮机构的太阳轮通过连接轴接合，所述变速箱的输入轴、所述变速箱的输出轴以及连接轴位于同一直线。

本申请实施例还公开了一种石油钻井用的绞车，包括：如上述的绞车传动机构。

本发明实施例由于采用了上述技术方案，具有以下优点：

本发明实施例提供的绞车采用两挡行星齿轮变速箱，体积小、重量轻，运输方便，并可实现绞车自动换挡，且两挡变速设计既保证了绞车提升最大载荷的能力，又兼顾了绞车的效率要求。

本发明实施例设置有应急动力，当主电机或是变速箱出现故障时，可以采用应急动力驱动滚筒，起升钻柱，避免钻柱长时间停滞井内导致卡钻事故，提高安全性。

本发明中的绞车整体体积小、重量轻，效率高，安全性好。

参照后文的说明和附图，详细公开了本申请的特定实施方式，指明了本申请的原理可以被采用的方式。应该理解，本申请的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本申请的实施方式包括许多改变、修改和等同。

针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请实施例中的石油钻井用的绞车传动机构的结构示意图。

图2是本申请实施例中的变速箱的结构示意图。

以上附图的附图标记：1、常闭离合器；2、变速箱；3、主电机；4、制动器；5、应急动力；6、常开离合器；7、滚筒；8、轴承座；21、变速箱的输入轴、22、第一级行星齿轮机构；22a、第一级太阳轮；22b、第一级行星轮；22c、第一级行星架；23、第二级行星齿轮机构；23a、第二级太阳轮；23b、第二级行星轮；23c、二级行星架；24、换挡装置；24a、太阳轮内花键；24b、行星架内花键；24c、花键套；25、变速箱的输出轴；26、箱体；A、低速挡位；B、高速挡位；0、空挡位。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

参照图1所示，本申请实施例公开了一种石油钻井用的绞车传动机构，包括：具有滚筒7轴的滚筒7，所述滚筒7具有沿所述滚筒7轴相对的第一侧和第二侧，所述滚筒7的第一侧设置有应急动力5，所述滚筒7的第二侧设置有变速箱2以及主电机3，所述变速箱的输出轴25与所述滚筒7轴的第二侧传动连接，所述主电机3的输出轴与所述变速箱的输入轴21传动连接，所述滚筒7轴、所述应急动力5的输出轴、所述变速箱的输入轴21、所述变速箱的输出轴25、所述主电机3的输出轴位于同一条直线上。

其中，变速箱可以为行星变速箱。优选地，变速箱可以为两挡变速箱。行星变速箱取代了外啮合圆柱齿轮箱，绞车的体积和重量都会大幅减小；效率高，是绞车采用了两挡设计，相对于一挡绞车来说，提升速度能力高，提升效率高；安全性好，是绞车设置了应急动力，当动力端主电机或变速箱出现故障，可单独使用应急动力来提升滚筒载荷，避免钻柱长时间停滞在井眼内出现卡钻等安全事故。借由上述结构，本申请实施例中的绞车传动机构整体体积小、重量轻，效率高，安全性好。所述滚筒7轴、所述应急动力5的输出轴、所述变速箱的输入轴21、所述变速箱的输出轴25、所述主电机3的输出轴位于同一条直线上，整体转动惯量小，电机启动容易。

具体的，所述滚筒7上设置有贯穿所述滚筒7的滚筒7轴。所述滚筒7轴的第一侧可以转动地设置在第一轴承座8上。所述滚筒7轴的第二侧可以转动地设置在所述第二轴承上。由此，所述第一轴承座8和所述第二轴承座8可以对滚筒7起到支撑作用。

所述滚筒7轴的第一侧与所述应急动力5之间设置有常开离合器6。常开离合器6的一端通过花键与滚筒7轴的第一侧连接，常开离合器6的另一端通过花键与应急动力5连接。在本实施方式中，常开离合器6的开合状态由离合器气缸实现(现有技术，图中未示出)。

所述主电机3可以为交流变频电机。主电机3可以与变速箱2传动连接。在本实施例中，主电机3的输出轴的一端通过联轴器(现有技术，图中未示出)与变速箱的输入轴21连接；主电机3的输出轴的另一端通过花键连接方式与制动器4连接。

参照图2所示，所述变速箱2可以为两挡行星齿轮变速箱2。其中，所述变速箱2包括第一级行星齿轮机构22、第二级行星齿轮机构23以及换挡装置24，所述变速箱的输入轴21分别与所述第一级行星齿轮机构22的太阳轮和所述第一级行星齿轮机构22的行星架连接，所述换挡装置24能分别接合所述第一级行星齿轮机构22的太阳轮和所述第一级行星齿轮机构22的行星架，所述第一级行星齿轮机构22的行星架与所述第二级行星齿轮机构23的太阳轮接合，所述第二级行星齿轮机构23的行星架与所述变速箱的输出轴25接合。

具体的，所述的两挡行星齿轮变速箱2包括变速箱的输入轴21、第一级行星齿轮机构22、第二级行星齿轮机构23、换挡装置24、变速箱的输出轴25以及箱体26。

其中，第一级行星齿轮机构22包括第一级太阳轮22a、第一级行星轮22b、第一级行星架22c，其中第一级太阳轮22a和第一级行星轮22b啮合。第一级行星架22c设置在第一级行星轮22b上。箱体26上设置有与第一级行星轮22b啮合的内圈齿。

第二级行星齿轮机构23包括第二级太阳轮23a、第二级行星轮23b、第二级行星架23c，其中第二级太阳轮23a和第二级行星轮23b啮合。第二级行星架23c设置在第二级行星轮23b上。箱体26上设置有与第二级行星轮23b啮合的内圈齿。

第一级行星架22c与第二级太阳轮23a相连，第二级行星架23c与变速箱的输出轴25相连。

所述第一级行星齿轮机构22的行星架与所述第二级行星齿轮机构23的太阳轮通过连接轴接合，所述变速箱的输入轴21、所述变速箱的输出轴25以及连接轴位于同一直线。

在第一级太阳轮22a与第一级行星架22c之间设置有换挡装置24，通过换挡装置24换挡形成第一级太阳轮22a输入(低速挡位AA)、第一级行星架22c输入(高速挡位BB)、空挡三个输入挡位。

所述的换挡装置24包括套设在变速箱的输入轴21的花键套24c、设置在第一级太阳轮22a的太阳轮内花键24a、设置在第一级行星架22c上的行星架内花键24b。花键套24c能沿所述变速箱的输入轴21的轴线方向移动，从而使花键套24c具有内花键和外花键分别与行星架内花键24b以及太阳轮内花键24a配合。花键套24c的运动可以由液缸或是气缸实现。

进一步，如图2所示，换挡装置24有三个位置，低速挡位AA和高速挡位BB，中间空挡位0。

换挡装置24初始位置处于中间空挡位0，此时，动力输入，第一级行星齿轮机构22与第二级行星齿轮机构23均不参与传动，变速箱2无输出。空挡位0的设置便于变速箱2的换挡或是变速箱2的维修。

花键套24c沿变速箱的输入轴21向右移动，使得花键套24c的外花键与太阳轮内花键24a啮合，换挡装置24位于低速挡位AA。此时，动力输入，第一级行星齿轮机构22与第二级行星齿轮机构23均参与传动，变速箱2运行在低速挡，低速挡位A用于以提升大载荷。

花键套24c沿变速箱的输入轴21向左移动，使得花键套24c的外花键与行星架内花键24b啮合，换挡装置24位于高速挡位BB。此时，动力直接经过第一级行星架22c传递给与其固定相连的第二级太阳轮23a，只有第二级行星齿轮机构23参与传动，变速箱2运行在高速挡，高速挡位B用于以较高速度提升较小的载荷，提高效率。

初始状态下，绞车一侧常闭离合器1处于闭合状态，另一侧常开离合器6处于打开状态。正常工作时，一侧主电机3提供动力，经变速箱2传动，驱动滚筒7旋转，实现钻柱起升和下放。当主电机3或变速箱2出现故障时，先将初始打开的常开离合器6闭合，后将初始闭合的常闭离合器1打开，将发生故障的机构与滚筒7脱离，用应急动力5驱动滚筒7，起升钻柱，避免钻柱长时间停滞井内导致卡钻事故，有效提高安全性。

本申请实施例中的两挡行星齿轮变速箱，结构上相对于现有石油钻井绞车的变速箱，行星结构取代外啮合齿轮结构，体积减小、重量降低；相对于一挡行星变速箱，结构上采用两挡设计，既可以保证了绞车的提升最大载荷的能力，又兼顾了提升的效率要求，一挡行星变速难以兼顾两方面要求。

本申请实施例还公开了一种石油钻井用的绞车，其包括如上述绞车传动机构。

本发明提供的绞车采用两挡行星齿轮变速箱2，体积小、重量轻，运输方便，并可实现绞车自动换挡，且两挡变速设计既保证了绞车提升最大载荷的能力，又兼顾了绞车的效率要求。本发明提供的绞车一侧设置有应急动力5，当主电机3或是啮合出现故障时，可以应急动力5驱动滚筒7，起升钻柱，避免钻柱长时间停滞井内导致卡钻事故，提高安全性；本发明的绞车整体体积小、重量轻，效率高，安全性好。

本文引用的任何数字值都包括从下限值到上限值之间以一个单位递增的下值和上值的所有值，在任何下值和任何更高值之间存在至少两个单位的间隔即可。举例来说，如果阐述了一个部件的数量或过程变量(例如温度、压力、时间等)的值是从1到90，优选从20到80，更优选从30到70，则目的是为了说明该说明书中也明确地列举了诸如15到85、22到68、43到51、30到32等值。对于小于1的值，适当地认为一个单位是0.0001、0.001、0.01、0.1。这些仅仅是想要明确表达的示例，可以认为在最低值和最高值之间列举的数值的所有可能组合都是以类似方式在该说明书明确地阐述了的。

除非另有说明，所有范围都包括端点以及端点之间的所有数字。与范围一起使用的“大约”或“近似”适合于该范围的两个端点。因而，“大约20到30”旨在覆盖“大约20到大约30”，至少包括指明的端点。

披露的所有文章和参考资料，包括专利申请和出版物，出于各种目的通过援引结合于此。描述组合的术语“基本由…构成”应该包括所确定的元件、成分、部件或步骤以及实质上没有影响该组合的基本新颖特征的其他元件、成分、部件或步骤。使用术语“包含”或“包括”来描述这里的元件、成分、部件或步骤的组合也想到了基本由这些元件、成分、部件或步骤构成的实施方式。这里通过使用术语“可以”，旨在说明“可以”包括的所描述的任何属性都是可选的。

多个元件、成分、部件或步骤能够由单个集成元件、成分、部件或步骤来提供。另选地，单个集成元件、成分、部件或步骤可以被分成分离的多个元件、成分、部件或步骤。用来描述元件、成分、部件或步骤的公开“一”或“一个”并不说为了排除其他的元件、成分、部件或步骤。

应该理解，以上描述是为了进行图示说明而不是为了进行限制。通过阅读上述描述，在所提供的示例之外的许多实施方式和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此，本教导的范围不应该参照上述描述来确定，而是应该参照所附权利要求以及这些权利要求所拥有的等价物的全部范围来确定。出于全面之目的，所有文章和参考包括专利申请和公告的公开都通过参考结合在本文中。在前述权利要求中省略这里公开的主题的任何方面并不是为了放弃该主体内容，也不应该认为申请人没有将该主题考虑为所公开的申请主题的一部分。

Claims (9)

1.一种石油钻井用的绞车传动机构，其特征在于，包括：具有滚筒轴的滚筒，所述滚筒具有沿所述滚筒轴相对的第一侧和第二侧，所述滚筒的第一侧设置有应急动力，所述滚筒的第二侧设置有变速箱以及主电机，所述变速箱的输出轴与所述滚筒轴的第二侧传动连接，所述主电机的输出轴与所述变速箱的输入轴传动连接，所述滚筒轴、所述应急动力的输出轴、所述变速箱的输入轴、所述变速箱的输出轴、所述主电机的输出轴位于同一条直线上；

所述变速箱为两挡行星齿轮变速箱；所述变速箱包括第一级行星齿轮机构、第二级行星齿轮机构以及换挡装置，所述变速箱的输入轴分别与所述第一级行星齿轮机构的太阳轮和所述第一级行星齿轮机构的行星架连接，所述换挡装置能分别接合所述第一级行星齿轮机构的太阳轮和所述第一级行星齿轮机构的行星架，所述第一级行星齿轮机构的行星架与所述第二级行星齿轮机构的太阳轮接合，所述第二级行星齿轮机构的行星架与所述变速箱的输出轴接合；

所述第一级行星齿轮机构包括第一级太阳轮、第一级行星轮、第一级行星架，所述第一级太阳轮和所述第一级行星轮啮合；所述第一级行星架设置在所述第一级行星轮上；箱体上设置有与第一级行星轮啮合的内圈齿；

所述第二级行星齿轮机构包括第二级太阳轮、第二级行星轮、第二级行星架，所述第二级太阳轮和所述第二级行星轮啮合；所述第二级行星架设置在所述第二级行星轮上；箱体上设置有与第二级行星轮啮合的内圈齿；

所述的换挡装置包括套设在变速箱的输入轴的花键套、设置在第一级太阳轮的太阳轮内花键、设置在第一级行星架上的行星架内花键；所述花键套能沿所述变速箱的输入轴的轴线方向移动，从而使花键套的内花键和外花键分别与行星架内花键以及太阳轮内花键配合。

2.根据权利要求1所述的石油钻井用的绞车传动机构，其特征在于，所述滚筒轴的第一侧与所述应急动力之间设置有常开离合器。

3.根据权利要求1所述的石油钻井用的绞车传动机构，其特征在于，所述滚筒轴的第一侧和第二侧分别转动地设置在第一轴承座和第二轴承座上。

4.根据权利要求1所述的石油钻井用的绞车传动机构，其特征在于，所述主电机为交流变频电机。

5.根据权利要求1所述的石油钻井用的绞车传动机构，其特征在于，所述主电机通过花键与制动器连接。

6.根据权利要求1所述的石油钻井用的绞车传动机构，其特征在于，所述滚筒轴的第二侧与所述变速箱的输出端之间设置有常闭离合器。

7.根据权利要求1所述的石油钻井用的绞车传动机构，其特征在于，所述第一级行星齿轮机构和所述第二级行星齿轮机构共用同一个箱体。

8.根据权利要求1所述的石油钻井用的绞车传动机构，其特征在于，所述第一级行星齿轮机构的行星架与所述第二级行星齿轮机构的太阳轮通过连接轴接合，所述变速箱的输入轴、所述变速箱的输出轴以及连接轴位于同一直线。

9.一种石油钻井用的绞车，其特征在于，包括：如权利要求1至8任一项所述的绞车传动机构。