CN110963423B - 一种浮动天车结构 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种浮动天车结构，包括天车架及设置在天车架上的天车滑轮组、天车导轮、活塞杆连接架、左绳索导向轮与右绳索导向轮，左绳索导向轮与右绳索导向轮分别位于天车滑轮组的径向左右两侧且三者的轴心线平行设置，左绳索导向轮与右绳索导向轮错开布置，本发明中，左右绳索导向轮的轴向方向与天车滑轮组的轴向方向保持平行，左右绳索导向轮错开布置，整条绳索在天车滑轮组与左右绳索导向轮上呈平滑的顺绕状态，可有效的减小绳索及滑轮的磨损，延长绳索与滑轮的寿命。补偿缸活塞杆的连接与安装位置为天车的前后侧，可避免与左右两侧的摇臂机构、导轨及导轨支架发生干涉，安装空间更灵活自由，安装方便。
Description
技术领域
本发明涉及海洋钻井设备技术领域，尤其是一种浮动天车结构。
背景技术
随着人们对海洋的认识逐渐加深，海洋因为其丰富而又辽阔的空间越来越吸引人类对其进行开发和探索，人类未来的生存资源，也越来越依赖大海，而如何开发利用大海的资源，尤其是能源开发，已经作为国家基本战略写进了发展规划中。浮动天车作为海洋矿产开发作业船的重要起重设备，在海洋矿产资源开发中具有非常重要的地位。浮动天车(本申请中简称为天车)主要包括天车架及设置在天车架上的导向系统、补偿系统、滑轮组和摇臂系统，其中导向系统对天车的补偿运动进行导向，补偿系统用于支撑天车并驱动天车对钻井平台的升沉进行补偿，滑轮组用于缠绕钢丝绳并用于直接起吊游车，滑轮组上缠绕的钢丝绳的一端为死绳端，死绳端绕过摇臂机构上的动滑轮后固定在钻井平台上，钢丝绳的另一端为活绳端，活绳端绕过摇臂机构上的动滑轮后缠绕固定在绞车上。
摇臂机构的设计，解决了天车升沉补偿运动中，因为天车与绞车的位置发生位置变化，钢丝绳因为伸长和缩短使得绞车失速和大钩钩载不稳定等一系列的问题，是天车升沉补偿系统的关键机构。如果不使用摇臂机构，钢丝绳为了保持恒定的拉力需要在绞车的滚动带动下随着平台升沉运动不断的卷绕，钢丝绳的磨损将会非常严重，非常影响工作，严重会导致钢丝绳断裂导致天车坠落，钻柱断裂等事故，因此，合理的设计摇臂机构，对天车的升沉补偿性能有着至关重要的影响。
综上所述，设计一款安全可靠，提升升沉补偿运动补偿效率的浮动天车结构一直是本行业科研和设计人员重点关注的难点和重点，也是本专利申请的目的。
发明内容
本发明目的在于提供一种浮动天车结构，以解决背景技术中提出的问题。
一种浮动天车结构，包括天车架及设置在天车架上的天车滑轮组、天车导轮、活塞杆连接架、左绳索导向轮与右绳索导向轮，所述左绳索导向轮与右绳索导向轮分别位于天车滑轮组的径向左右两侧且三者的轴心线平行设置，所述左绳索导向轮与右绳索导向轮错开布置，即左绳索导向轮位于天车滑轮组左前侧或左后侧，相应地，右绳索导向轮位于天车滑轮组右后侧或右前侧；
所述天车架包括天车底座及设置在天车底座上的中间竖板、分别位于中间竖板左边靠前位置与右边靠后位置或分别位于中间竖板左边靠后位置与右边靠前位置的左竖板与右竖板，中间竖板包括前后平行设置的前中间竖板与后中间竖板，前中间竖板与后中间竖板用于安装支撑所述天车滑轮组，左竖板包括前后平行设置的左前竖板与左后竖板，左前竖板与左后竖板用于安装支撑所述左绳索导向轮，右竖板包括前后平行设置的右前竖板与右后竖板，右前竖板与右后竖板用于安装支撑所述右绳索导向轮；
所述活塞杆连接架包括分别固定安装于前中间竖板前壁顶部中间位置及后中间竖板后壁顶部中间位置的前活塞杆连接架与后活塞杆连接架，前活塞杆连接架与后活塞杆连接架分别用于连接前后补偿缸的活塞杆；
所述前中间竖板的前壁于活塞杆连接架左右两侧的位置各设置有一个前天车导轮架一，所述天车底座前侧壁上对应两个前天车导轮架一的竖直正下方各设置有一个前天车导轮架二；所述后中间竖板的后壁于活塞杆连接架左右两侧的位置各设置有一个后天车导轮架一，所述天车底座后侧壁上对应两个后天车导轮架一的竖直正下方各设置有一个后天车导轮架二；
所述前天车导轮架一、前天车导轮架二、后天车导轮架一与后天车导轮架二均用于支撑安装所述天车导轮，天车导轮用于与竖向设置的天车导轨滑动匹配而对天车的上下移动进行导向，所述天车导轮的轴向方向与天车滑轮组的轴向方向平行。
优选的，所述前天车导轮架一、前天车导轮架二、后天车导轮架一与后天车导轮架二上的天车导轮通过调心滚子轴承安装。
所述天车底座为Z型结构的中空框架板，即天车底座包括Z型结构的上板、Z型结构的下板及夹设在上板与下板之间的若干纵横交错布置的筋板，天车底座对应天车滑轮组的位置为Z型结构的中心区域，该区域设置有用于过绳索的让位通孔，所述Z型结构的中心区域左右两侧的凸翼分别用于连接安装所述左竖板与右竖板。
所述前中间竖板与后中间竖板的左右侧壁对应天车滑轮组的部位设置为向靠近天车滑轮组轴线方向凹陷的结构，一方面减轻天车架重量，另一方面便于留出足够的操作空间安装天车滑轮组与绳索。
所述天车滑轮组通过主轴安装在天车架上，天车滑轮组包括若干个同轴排列的滑轮，各滑轮可转动的套设在主轴中间区域，主轴两端分别与前中间竖板和后中间竖板固定连接；相邻两个滑轮之间设置有隔环一，轴向最外侧的滑轮与前后中间竖板之间设置有隔环二。
优选的，所述隔环一、隔环二与主轴二之间旋设有用于将隔环一、隔环二的位置固定住的固位螺钉。
所述浮动天车结构还包括设置在天车架顶部的阻尼器连接板，所述阻尼器连接板垂直连接在前中间竖板后壁与后中间竖板前壁之间，阻尼器连接板的长度方向沿前后方向设置，顶面设置有前后对称的两个阻尼器连接座，阻尼器连接座用于连接阻尼器活塞杆，阻尼器的缸体与天车导轨支架及钻井平台固定在一起并位于天车架上方。
优选的，所述阻尼器采用磁流变阻尼器。
对于本发明的前后左右方向的说明：以图1为基准，图1的纸内方向为后方，纸外的方向为前方，图1的左边为左方，图1的右边为右方。
本发明至少具有以下有益效果：
本发明中，左右绳索导向轮的轴向方向与天车滑轮组的轴向方向保持平行，左右绳索导向轮错开布置且分别位于天车滑轮组的轴向两侧外端，整条绳索在天车滑轮组与左右绳索导向轮上呈平滑的顺绕状态，可有效的减小绳索及滑轮的磨损，延长绳索与滑轮的寿命。
本发明中，活塞杆连接架分别布置在天车架的前后侧，补偿缸活塞杆的连接与安装位置为天车的前后侧，可避免与左右两侧的摇臂机构、导轨及导轨支架发生干涉，安装空间更灵活自由，安装方便。前后补偿缸承受着钻柱的主要压力，为一直受压的被动补偿缸，由于布置在天车架前后两侧，空间灵活，可以将被动补偿缸设置为直推式，即被动补偿缸的轴线沿竖直方向布置，相对于现有的斜推式(即被动补偿缸的轴线为倾斜的而非竖直的)，本申请的能耗更小，结构也更紧凑，稳定性更高，更适合长冲程液压缸的快速补偿系统，而且维护便捷，安装简单。
本发明中，天车架前后壁安装的天车导轮为天车在天车导轨支架中运动提供了非常好的受力结构，降低了低频大位移的升沉补偿运动中浮动天车和导轨之间的摩擦，调心滚子轴承可以极大降低由于旋转对称结构对浮动天车产生的扭矩的影响。
本发明中，天车导轨通过天车导轮对天车施加左右方向的限位作用，前后补偿缸分别通过前活塞杆连接架与后活塞杆连接架对天车施加前后方向的限位作用，天车不容易发生水平面内的偏移与晃动，整个天车运行更平稳，安全性好。
本发明在天车架的顶部设置有阻尼器连接板，可连接有磁流变阻尼器作为主动式或被动式的的补偿缸，以被动补偿缸作为第一重补偿，磁流变阻尼器可为平台的升沉提供第二重补偿。
本发明中，天车架底部的天车底座为Z型结构的中空框架板，降低了浮动天车的重量，减少能耗的同时，由于天车架的主要受力部位为中间竖板的上半部分，因此这样的中空设置，又不会影响天车的性能。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明优选实施例的浮动天车结构主视图；
图2是本发明图1中的A-A剖视图；
图3是本发明图1中的B-B剖视图。
图中：1-天车架，10-天车底座，101-上板，102-下板，103-筋板，104-让位通孔，105-凸翼，106-安装底板，11-中间竖板，111-前中间竖板，112-后中间竖板，12-左竖板，121-左前竖板，122-左后竖板，13-右竖板，131-右前竖板，132-右后竖板，2-天车滑轮组，20-滑轮，21-主轴，22-端盖，23-隔环一，24-隔环二，25-固位螺钉，26-圆柱滚子轴承，3-天车导轮，31-前天车导轮架一，32-前天车导轮架二，33-后天车导轮架一，34-后天车导轮架二，35-连接轴，4-活塞杆连接架，41-前活塞杆连接架，42-后活塞杆连接架，5-左绳索导向轮，6-右绳索导向轮，7-天车导轨，8-阻尼器连接板，81-阻尼器连接座，9-中轴，91-挡板，92-隔环三、94-隔环四。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
参见图1～图3的一种浮动天车结构，包括天车架1及设置在天车架上的天车滑轮组2、天车导轮3、活塞杆连接架4、左绳索导向轮5与右绳索导向轮6，所述左绳索导向轮与右绳索导向轮分别位于天车滑轮组的径向左右两侧且三者的轴心线平行设置，参见图3，所述左绳索导向轮与右绳索导向轮错开布置，即左绳索导向轮位于天车滑轮组左前侧，右绳索导向轮位于天车滑轮组右后侧；
所述天车架包括天车底座10及设置在天车底座上的中间竖板11、分别位于中间竖板左边靠前位置与右边靠后位置的左竖板12与右竖板13，中间竖板包括前后平行设置的前中间竖板111与后中间竖板112，前中间竖板与后中间竖板用于安装支撑所述天车滑轮组2，左竖板包括前后平行设置的左前竖板121与左后竖板122，左前竖板与左后竖板用于安装支撑所述左绳索导向轮5，右竖板包括前后平行设置的右前竖板131与右后竖板132，右前竖板与右后竖板用于安装支撑所述右绳索导向轮6；
所述活塞杆连接架包括分别固定安装于前中间竖板前壁顶部中间位置及后中间竖板后壁顶部中间位置的前活塞杆连接架41与后活塞杆连接架42，前活塞杆连接架与后活塞杆连接架分别用于连接前后补偿缸的活塞杆(图中未示出)；
所述前中间竖板的前壁于活塞杆连接架左右两侧的位置各设置有一个前天车导轮架一31，所述天车底座前侧壁上对应两个前天车导轮架一的竖直正下方各设置有一个前天车导轮架二32；所述后中间竖板的后壁于活塞杆连接架左右两侧的位置各设置有一个后天车导轮架一33，所述天车底座后侧壁上对应两个后天车导轮架一的竖直正下方各设置有一个后天车导轮架二34；
所述前天车导轮架一、前天车导轮架二、后天车导轮架一与后天车导轮架二均用于支撑安装所述天车导轮3，天车导轮用于与竖向设置的天车导轨7滑动匹配而对天车的上下移动进行导向，所述天车导轮的轴向方向与天车滑轮组的轴向方向平行。
所述天车滑轮组2通过主轴21安装在天车架上，天车滑轮组包括若干个同轴排列的滑轮20，各滑轮通过圆柱滚子轴承26安装在主轴中间区域，主轴两端分别伸入前中间竖板和后中间竖板上预设的孔中，并通过端盖22固定连接；相邻两个滑轮之间设置有隔环一23，轴向最外侧的滑轮与前后中间竖板之间设置有隔环二24。
本实施例中，所述隔环一、隔环二与主轴二之间旋设有用于将隔环一、隔环二的位置固定住的固位螺钉25。
本实施例中，左右绳索导向轮均通过带轴肩的中轴9及圆柱滚子轴承26安装在左右竖板上，中轴细端(即不带轴肩的一端)套有隔环三，中轴粗端套有隔环四，套有隔环三的中轴细端与中轴粗端直径相同，隔环三外套有隔环四，隔环四用于固定左右绳索导向轮的轴向位置，中轴细端通过挡板91与左右前竖板固定在一起。
本实施例中，所述每一个前天车导轮架一、前天车导轮架二、后天车导轮架一与后天车导轮架二上均安装有四个天车导轮，每一个天车导轮均通过一个调心滚子轴承(图中未示出)安装在其连接轴35中间，连接轴两端与天车导轮架连接。
本实施例中，所述天车底座10为Z型结构的中空框架板，即天车底座包括Z型结构的上板101、Z型结构的下板102及夹设在上板与下板之间的若干纵横交错布置的筋板103，天车底座对应天车滑轮组的位置为Z型结构的中心区域，该区域设置有用于过绳索的让位通孔104，所述Z型结构的中心区域左右两侧的凸翼105分别用于连接安装所述左竖板与右竖板。
本实施例中，中间竖板直接与上板垂直连接，左竖板、右竖板通过安装底板106与上板连接。
参见图1，本实施例中，所述前中间竖板与后中间竖板的左右侧壁对应天车滑轮组的部位设置为向靠近天车滑轮组轴线方向凹陷的结构，一方面减轻天车架重量，另一方面便于留出足够的操作空间安装天车滑轮组与绳索。
本实施例中，所述浮动天车结构还包括设置在两块中间竖板顶部之间的阻尼器连接板8，所述阻尼器连接板垂直连接在前中间竖板111后壁与后中间竖板112前壁之间，阻尼器连接板的长度方向沿前后方向设置，顶面设置有前后对称的两个阻尼器连接座81，阻尼器连接座用于连接阻尼器活塞杆，阻尼器的缸体与天车导轨支架及钻井平台固定在一起并位于天车架上方，阻尼器可与天车架前后两侧连接的主补偿缸一同作为被动补偿缸，也可以单独作为主动补偿缸。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种浮动天车结构，其特征在于，包括天车架(1)及设置在天车架上的天车滑轮组(2)、天车导轮(3)、活塞杆连接架(4)、左绳索导向轮(5)与右绳索导向轮(6)，所述左绳索导向轮与右绳索导向轮分别位于天车滑轮组的径向左右两侧且三者的轴心线平行设置，所述左绳索导向轮与右绳索导向轮错开布置，即左绳索导向轮位于天车滑轮组左前侧或左后侧，相应地，右绳索导向轮位于天车滑轮组右后侧或右前侧；
所述天车架包括天车底座(10)及设置在天车底座上的中间竖板(11)、分别位于中间竖板左边靠前位置与右边靠后位置或分别位于中间竖板左边靠后位置与右边靠前位置的左竖板(12)与右竖板(13)，中间竖板包括前后平行设置的前中间竖板(111)与后中间竖板(112)，前中间竖板与后中间竖板用于安装支撑所述天车滑轮组，左竖板包括前后平行设置的左前竖板(121)与左后竖板(122)，左前竖板与左后竖板用于安装支撑所述左绳索导向轮(5)，右竖板包括前后平行设置的右前竖板(131)与右后竖板(132)，右前竖板与右后竖板用于安装支撑所述右绳索导向轮(6)；
所述活塞杆连接架包括分别固定安装于前中间竖板前壁顶部中间位置及后中间竖板后壁顶部中间位置的前活塞杆连接架(41)与后活塞杆连接架(42)，前活塞杆连接架与后活塞杆连接架分别用于连接前后补偿缸的活塞杆；
所述前中间竖板的前壁于活塞杆连接架左右两侧的位置各设置有一个前天车导轮架一(31)，所述天车底座前侧壁上对应两个前天车导轮架一的竖直正下方各设置有一个前天车导轮架二(32)；所述后中间竖板的后壁于活塞杆连接架左右两侧的位置各设置有一个后天车导轮架一(33)，所述天车底座后侧壁上对应两个后天车导轮架一的竖直正下方各设置有一个后天车导轮架二(34)；
所述前天车导轮架一、前天车导轮架二、后天车导轮架一与后天车导轮架二均用于支撑安装所述天车导轮，天车导轮用于与竖向设置的天车导轨(7)滑动匹配而对天车的上下移动进行导向，所述天车导轮的轴向方向与天车滑轮组的轴向方向平行。
2.根据权利要求1所述的一种浮动天车结构，其特征在于，所述天车底座为Z型结构的中空框架板，即天车底座包括Z型结构的上板(101)、Z型结构的下板(102)及夹设在上板与下板之间的若干纵横交错布置的筋板(103)，天车底座对应天车滑轮组的位置为Z型结构的中心区域，该区域设置有用于过绳索的让位通孔(104)，所述Z型结构的中心区域左右两侧的凸翼(105)分别用于连接安装所述左竖板与右竖板。
3.根据权利要求1所述的一种浮动天车结构，其特征在于，所述前中间竖板与后中间竖板的左右侧壁对应天车滑轮组的部位设置为向靠近天车滑轮组轴线方向凹陷的结构，一方面减轻天车架重量，另一方面便于留出足够的操作空间安装天车滑轮组与绳索。
4.根据权利要求1所述的一种浮动天车结构，其特征在于，所述前天车导轮架一、前天车导轮架二、后天车导轮架一与后天车导轮架二上的天车导轮通过调心滚子轴承安装。
5.根据权利要求1所述的一种浮动天车结构，其特征在于，所述天车滑轮组通过主轴(21)安装在天车架上，天车滑轮组包括若干个同轴排列的滑轮(20)，各滑轮可转动的套设在主轴中间区域，主轴两端分别与前中间竖板和后中间竖板固定连接；相邻两个滑轮之间设置有隔环一(23)，轴向最外侧的滑轮与前后中间竖板之间设置有隔环二(24)。
6.根据权利要求5所述的一种浮动天车结构，其特征在于，所述隔环一、隔环二与主轴之间旋设有用于将隔环一、隔环二的位置固定住的固位螺钉(25)。
7.根据权利要求1~6中任意一项所述的一种浮动天车结构，其特征在于，所述浮动天车结构还包括设置在天车架顶部的阻尼器连接板(8)，所述阻尼器连接板垂直连接在前中间竖板后壁与后中间竖板前壁之间，阻尼器连接板的长度方向沿前后方向设置，顶面设置有前后对称的两个阻尼器连接座(81)，阻尼器连接座用于连接阻尼器活塞杆。
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