CN112065265B - 一种顶驱装置的控制结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种顶驱装置的控制结构，主要解决现有顶驱装置电机使用寿命短、遥控内防喷器关断机构占用空间较大，使得吊环倾斜油缸跨距大、液压控制管路复杂的问题。该顶驱装置的控制结构包括主电机输入传动机构，与主电机输入传动机构相连的中间轴传动总成，通过中间轴传动总成驱动的方钻杆，用于方钻杆内的遥控内防喷器的关断机构，以及用于控制结构内各轴承润滑点润滑的润滑系统。本发明的顶驱装置控制结构通过对顶驱装置的主电机输入传动机构、方钻杆内的遥控内防喷器的关断机构、齿轮箱体的润滑系统进行改进，延长了顶驱装置主电机的使用寿命，使关断机构的液压管路更加简单，在很大程度上节约了空间，使得整体结构更加紧凑。

Description

一种顶驱装置的控制结构
技术领域
本发明涉及石油钻井技术领域，具体地说，是涉及一种顶驱装置的控制结构。
背景技术
顶驱装置是一种新型的石油钻井机械，代替了传统的转盘钻井，促进了钻井技术自动化的进步，现已成为石油钻机的标配设备。
其中，主电机作为顶驱的动力源，其输入传动机构在顶驱使用过程中的运行情况不仅影响电机的使用寿命，还直接关系到整套顶驱装置的正常运行。同时，齿轮箱作为传动机构核心部件，保证其各润滑点充分润滑及其润滑油的正常循环，十分重要。现有技术中顶驱装置中的回油循环通常是在齿轮箱体和下筒体之间安装一根回油管，在使用过程中，回油管易发生弯折堵塞，无法保障顶驱装置的主承载轴承得到有效润滑，降低了顶驱装置的使用寿命。
为了提高自动化程度及井涌和井喷实施更有效地控制，顶驱装置在钻井液循环通道中设置了两个内防喷器，上部与主轴连接的为遥控内防喷器，下部与保护接头连接的为手动内防喷器，二者的区别在与遥控内防喷器通过液压系统可实现远程开关控制，手动防喷器则需要使用专用扳手人工手动操作开关。在正常钻井操作中，手动防喷器很少用到，都是靠远程控制遥控内防喷器，来防止在钻杆卸扣过程中钻井液溅到台面上。顶驱内防喷器是防止发生井喷、井涌的有效设备之一，而且严禁在半开半关的情况下使用，开启、闭合必须到位，这也使得遥控内防喷器的关断机构必须十分可靠。
常规顶驱遥控内防喷器一般都是靠液压油缸操作换向，调节油缸带动开关套上的齿条上下移动，与齿条配合的齿轮也同时转动带动内防喷器的球阀90°旋转，实现内防喷器的打开或关闭。这种结构简单，传动可靠，但采用双液压油缸，占用空间较大，使得吊环倾斜油缸跨距大，液压控制管路也相对复杂。
发明内容
本发明的目的在于提供一种顶驱装置的控制结构，主要解决现有顶驱装置电机使用寿命短、遥控内防喷器关断机构占用空间较大，使得吊环倾斜油缸跨距大、液压控制管路复杂的问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种顶驱装置的控制结构，包括主电机输入传动机构，与主电机输入传动机构相连的中间轴传动总成，通过中间轴传动总成驱动的方钻杆，用于方钻杆内的遥控内防喷器的关断机构，以及用于控制结构内各轴承润滑点润滑的润滑系统。
进一步地，所述主电机输入传动机构包括齿轮箱盖和齿轮箱体，通过电机连接法兰安装于齿轮箱盖上的主电机，与主电机的主轴通过花键连接的输入轴，设置于主轴与输入轴连接处外围的用于保证花键连接定心精度的调心滚子轴承，设置于输入轴中部外围与齿轮箱体内的齿轮啮合的高速齿轮，设置于输入轴另一端端头外围的圆柱滚子轴承，以及固定连接于输入轴轴头端面的轴头压板。
进一步地，所述电机连接法兰与调心滚子轴承端面之间设置有调整垫；所述调心滚子轴承的下端面设置有用于电机回转时调心滚子轴承限位的衬圈；所述圆柱滚子轴承的上端面设置有用于电机回转时圆柱滚子轴承限位的挡圈；所述轴头压板通过螺栓与输入轴的轴头端面固定连接。
进一步地，所述关断机构包括套设于遥控内防喷器外的关断滑套，嵌于关断滑套内并与内防喷器的开关旋钮相配合连接的左右两个摇臂机构总成，与关断滑套相连并安装于顶驱装置的背钳立柱上的关断支架，以及与关断支架铰接并安装于顶驱装置的旋转头上的关断油缸；其中，左右所述摇臂机构总成结构相同，方向相反；左右所述摇臂机构总成均与内防喷器壁固定连接。
进一步地，所述关断滑套包括套接于内防喷器外壁上的滑套套体，开设于滑套套体左右两侧面的摇臂总成机构安装孔，以及通过螺栓与滑套套体上端面固定连接的滚道环，其中，所述关断支架一端滑动连接于滚道环的环槽内。
进一步地，所述摇臂机构总成包括通过螺栓固定在内防喷器壁上的摇臂支座，贯穿摇臂支座中心的摇臂支轴，与摇臂支轴相连的摇臂，通过卡圈安装于摇臂支轴延伸出摇臂端面的油杯，贯穿摇臂设置的滚轮支轴，与滚轮支轴一端连接的滚轮，与滚轮支轴另一端螺纹连接的放松螺母，以及设置于放松螺母与摇臂端面之间放松垫圈；其中，所述摇臂支轴与摇臂支座、摇臂之间还配合设置有滚针轴承。
进一步地，所述关断油缸包括油缸缸体及通过铰销与油缸缸体两端的相连的连接座；两端的连接座分别与旋转头和关断支架相连。
进一步地，所述润滑系统包括与齿轮箱体贯通作为主油池的下筒体，与下筒体连通用于向齿轮箱体注入润滑油的主油路，与主油路相连的分油座，一端与分油座相连且另一端与齿轮箱体的多个加油口相连的多个分油支路，集成于齿轮箱体内部用于将齿轮箱体内部润滑点贯通的循环回路，形成于齿轮箱内部的循环回路上的多个局部油池，开设于方钻杆的推力圆锥滚子轴承下方的轴承座上的多个油槽和多个第一回油孔，以及开设于下筒体顶部的环槽和若干第二回油孔；其中，第二回油孔与下筒体连通。
进一步地，所述主油路上设置有用于将主油池中的润滑油泵入分油座的电动油泵，以及设置于主油路上的溢流阀、过滤器、冷却器及压力表。
进一步地，所述分油座上设置有压力开关；所述局部油池均设置有便于润滑系统维护保养的排污球阀和磁吸丝堵。
进一步地，所述下筒体外壁还设置有液位液温计；所述下筒体底部的设置有放油球阀。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明的顶驱装置控制结构通过对主电机输入传动机构进行改进，将电机主轴和输入轴分为两部分，采用渐开线花键连接，输入轴一端采用调心滚子轴承，不仅有良好的调心性能，还能承受径向和轴向双向作用的载荷，具有较好的抗冲击能力，能充分承受顶驱运行时产生的轴向力，有效地改善了电机主轴的受力情况，另一端采用圆柱滚子轴承，作为游动端支撑，能有效地承受径向重载荷与冲击载荷。
(2)本发明中的主电机输入传动机构一方面能有效的保证主电机轴仅承受径向载荷，稳定的输入扭矩，很大程度上改善了电机的受载情况，大幅度的提高了电机使用寿命，另一方面能保证了顶驱装置传动机构能够平稳的传递扭矩，进一步提高了顶驱装置的使用可靠性。
(3)本发明通过顶驱装置控制结构中内防喷器的关断结构进行改进，依靠滑套上下运动带动摇臂齿轮齿条机构旋转遥控内防喷器的内部球阀进而实现内防喷器的开启、闭合。关断滑套内嵌有与防喷器开关旋钮相配合的摇臂机构，且摇臂支座用螺栓固定在内防喷器壁上，关断油缸上下动作时，关断滑套驱动摇臂并最终带动内防喷器内球阀旋转完成开启、闭合。左右摇臂机构总成结构相似，方向相反。该结构只用了一个液压油缸，而且对油缸行程的要求不高，液压管路更加简单，很容易实现防喷器的完全开启和关闭，在很大程度上节约了空间，使得整体结构更加紧凑。
(4)本发明中的润滑系统在顶驱装置工作时，润滑油在润滑系统内部形成局部油池，当油面到达油槽底面，润滑油流入推力圆锥滚子轴承中，使滚子底部完全浸在润滑油中，充分润滑轴承的各处滚子，部分润滑油通过轴承与轴之间的间隙流经圆柱滚子轴承返回下筒体的主油池，当润滑油高于轴承座顶面时，润滑油通过轴承座的第一回油孔，一部分流经下筒体的环槽及第二回油孔，另一部分流经圆柱滚子轴承，最终返回下筒体的主油池，通过内部集成润滑循环油道安全可靠有效。
附图说明
图1为本发明(除去关断机构)的剖面结构示意图。
图2为图1中A部的放大图。
图3为图1中B部的放大图。
图4为发明-实施例中轴承座的结构示意图。
图5为本发明-实施例中下筒体的结构示意图。
图6为本发明中主电机输入传动机构的剖面结构示意图。
图7为本发明中遥控内防喷器的关断机构使用状态结构示意图。
图8为本发明中遥控内防喷器的关断机构的爆炸结构示意图。
图9为本发明中关断机构的滑套爆炸结构示意图。
图10为本发明中关断机构的的摇臂机构总成爆炸结构示意图。
其中，附图标记对应的名称为：
1-主电机输入传动机构，2-中间轴传动总成，3-方钻杆，4-齿轮箱盖，5-齿轮箱体，6-电机连接法兰，7-主电机，8-输入轴，9-调心滚子轴承，10-高速齿轮，11-圆柱滚子轴承，12-轴头压板，13-调整垫，14-衬圈，15-挡圈，16-关断滑套，17-摇臂机构总成，18-关断支架，19-关断油缸，20-滑套套体，21-摇臂总成机构安装孔，22-滚道环，23-摇臂支座，24-摇臂支轴，25-摇臂，26-卡圈，27-油杯，28-滚轮支轴，29-滚轮，30-放松螺母，31-放松垫圈，32-滚针轴承，33-油缸缸体，34-连接座，35-下筒体，36-主油路，37-分油座，38-分油支路，39-局部油池，40-油槽，41-第一回油孔，42-环槽，43-第二回油孔，44-电动油泵，45-溢流阀，46-过滤器，47-冷却器，48-压力表，49-压力开关，50-排污球阀，51-磁吸丝堵，52-液位液温计，53-放油球阀，54-轴承座，55-内防喷器，56-背钳立柱，57-旋转头。
具体实施方式
下面结合附图说明和实施例对本发明作进一步说明，本发明的方式包括但不仅限于以下实施例。
实施例
如图所示，本发明公开的一种顶驱装置的控制结构，包括主电机输入传动机构1，与主电机输入传动机构1相连的中间轴传动总成2，通过中间轴传动总成2驱动的方钻杆3，用于方钻杆3内的遥控内防喷器的关断机构，以及用于控制结构内各轴承润滑点润滑的润滑系统；
所述主电机输入传动机构1包括齿轮箱盖4和齿轮箱体5，通过电机连接法兰6安装于齿轮箱盖4上的主电机7，与主电机7的主轴通过花键连接的输入轴8，设置于主轴与输入轴8连接处外围的用于保证花键连接定心精度的调心滚子轴承9，设置于输入轴8中部外围与齿轮箱体内的齿轮啮合的高速齿轮10，设置于输入轴8另一端端头外围的圆柱滚子轴承11，以及固定连接于输入轴8轴头端面的轴头压板12。在本实施例中，所述齿轮箱盖4和齿轮箱体5是整体配套加工，通过电机连接法兰6的止口配合有效地保证了主电机的主轴和输入轴8的同轴度，从而保证了花键的定心精度，使各键受力均匀，连接可靠。
在本实施例中，所述电机连接法兰6与调心滚子轴承9端面之间设置有调整垫13；所述调心滚子轴承9的下端面设置有用于电机回转时调心滚子轴承9限位的衬圈14；所述圆柱滚子轴承11的上端面设置有用于电机回转时圆柱滚子轴承限位的挡圈15；所述轴头压板12通过螺栓与输入轴8的轴头端面固定连接。
这样的设计使得主电机输入传动机构一方面能有效的保证主电机轴仅承受径向载荷，稳定的输入扭矩，很大程度上改善了电机的受载情况，大幅度的提高了电机使用寿命，另一方面能保证了顶驱装置传动机构能够平稳的传递扭矩，进一步提高了顶驱装置的使用可靠性。
在本实施例中，所述关断机构包括套设于遥控内防喷器55外的关断滑套16，嵌于关断滑套16内并与内防喷器的开关旋钮相配合连接的左右两个摇臂机构总成17，与关断滑套16相连并安装于顶驱装置的背钳立柱56上的关断支架18，以及与关断支架18铰接并安装于顶驱装置的旋转头57上的关断油缸19；其中，左右所述摇臂机构总成17结构相同，方向相反；左右所述摇臂机构总成17均与内防喷器壁固定连接。
在本实施例中，所述关断滑套包括套接于内防喷器外壁上的滑套套体20，开设于滑套套体20左右两侧面的摇臂总成机构安装孔21，以及通过螺栓与滑套套体20上端面固定连接的滚道环22，其中，所述关断支架18一端滑动连接于滚道环22的环槽内。
在本实施例中，所述摇臂机构总成17包括通过螺栓固定在内防喷器壁上的摇臂支座23，贯穿摇臂支座23中心的摇臂支轴24，与摇臂支轴24相连的摇臂25，通过卡圈26安装于摇臂支轴24延伸出摇臂25端面的油杯27，贯穿摇臂25设置的滚轮支轴28，与滚轮支轴28一端连接的滚轮29，与滚轮支轴28另一端螺纹连接的放松螺母30，以及设置于放松螺母30与摇臂25端面之间放松垫圈31；其中，所述摇臂支轴24与摇臂支座23、摇臂25之间还配合设置有滚针轴承32。
在本实施例中，所述关断油缸19包括油缸缸体33及通过铰销34与油缸缸体33两端的相连的连接座34；两端的连接座34分别与旋转头和关断支架18相连。
具体使用时，关断机构依靠滑套上下运动带动摇臂旋转遥控内防喷器的内部球阀进而实现内防喷器的开启、闭合。关断滑套内嵌有与防喷器开关旋钮相配合的摇臂机构，且摇臂支座用螺栓固定在内防喷器壁上，关断油缸上下动作时，关断滑套驱动摇臂并最终带动内防喷器内球阀旋转完成开启、闭合。左右摇臂机构总成结构相似，方向相反。该结构只用了一个液压油缸，而且对油缸行程的要求不高，液压管路更加简单，很容易实现防喷器的完全开启和关闭，在很大程度上节约了空间，使得整体结构更加紧凑。
在本实施例中，所述润滑系统包括与齿轮箱体5贯通作为主油池的下筒体35，与下筒体35连通用于向齿轮箱体5注入润滑油的主油路36，与主油路36相连的分油座37，一端与分油座37相连且另一端与齿轮箱体5的多个加油口相连的多个分油支路38，集成于齿轮箱体内部用于将齿轮箱体内部润滑点贯通的循环回路，形成于齿轮箱内部的循环回路上的多个局部油池39，开设于方钻杆3的推力圆锥滚子轴承下方的轴承座上的多个油槽40和多个第一回油孔41，以及开设于下筒体35顶部的环槽42和若干第二回油孔43；其中，第二回油孔43与下筒体35连通。
使用时，方钻杆3的推力圆锥滚子轴承下方的轴承座上加工了16处油槽和8处第一回油孔，在下筒体顶部加工了环槽和16处第二回油孔在系统加油或工作时，润滑油在图1中的齿轮箱体的循环回路中形成局部油池，当油面到达油槽底面，润滑油流入推力圆锥滚子轴承中，使滚子底部完全浸在润滑油中，充分润滑轴承的各处滚子，部分润滑油通过轴承与轴之间的间隙流经圆柱滚子轴承返回下筒体的主油池，当润滑油高于轴承座面时，润滑油通过轴承座的第一回油孔，一部分流经下筒体的环槽及回油孔，另一部分流经圆柱滚子轴承，最终返回下筒体的主油池，通过内部集成润滑循环油道安全可靠有效。
在本实施例中，所述主油路36上设置有用于将主油池中的润滑油泵入分油座37的电动油泵44，以及设置于主油路36上的溢流阀45、过滤器46、冷却器47及压力表48。
在本实施例中，所述分油座37上设置有压力开关49；所述局部油池均设置有便于润滑系统维护保养的排污球阀50和磁吸丝堵51，使得润滑系统的维护保养十分方便。
在本实施例中，所述下筒体35外壁还设置有液位液温计52；所述下筒体35底部的设置有放油球阀53，用于检修时对放空主油池的润滑油。
顶驱装置在使用本发明中的润滑系统后，保证了顶驱装置的主承载轴承的推力圆锥滚子轴承在顶驱装置启动前及工作时都能得到充分的润滑，很大程度上提高了其使用寿命，使得顶驱装置的使用更加安全可靠。
通过上述设计，本发明的顶驱装置控制结构通过对顶驱装置的主电机输入传动机构、方钻杆内的遥控内防喷器的关断机构、齿轮箱体的润滑系统进行改进，延长了顶驱装置主电机的使用寿命，使关断机构的液压管路更加简单，很容易实现防喷器的完全开启和关闭，在很大程度上节约了空间，使得整体结构更加紧凑。因此，具有很高的使用价值和推广价值。
上述实施例仅为本发明的优选实施方式之一，不应当用于限制本发明的保护范围，但凡在本发明的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本发明一致的，均应当包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种顶驱装置的控制结构，其特征在于，包括主电机输入传动机构(1)，与主电机输入传动机构(1)相连的中间轴传动总成(2)，通过中间轴传动总成(2)驱动的方钻杆(3)，用于方钻杆(3)内的遥控内防喷器的关断机构，以及用于控制结构内各轴承润滑点润滑的润滑系统；
所述关断机构包括套设于遥控内防喷器外的关断滑套(16)，嵌于关断滑套(16)内并与内防喷器的开关旋钮相配合连接的左右两个摇臂机构总成(17)，与关断滑套(16)相连并安装于顶驱装置的背钳立柱上的关断支架(18)，以及与关断支架(18)铰接并安装于顶驱装置的旋转头上的关断油缸(19)；其中，左右所述摇臂机构总成(17)结构相同，方向相反；左右所述摇臂机构总成(17)均与内防喷器壁固定连接；
所述摇臂机构总成(17)包括通过螺栓固定在内防喷器壁上的摇臂支座(23)，贯穿摇臂支座(23)中心的摇臂支轴(24)，与摇臂支轴(24)相连的摇臂(25)，通过卡圈(26)安装于摇臂支轴(24)延伸出摇臂(25)端面的油杯(27)，贯穿摇臂(25)设置的滚轮支轴(28)，与滚轮支轴(28)一端连接的滚轮(29)，与滚轮支轴(28)另一端螺纹连接的放松螺母(30)，以及设置于放松螺母(30)与摇臂(25)端面之间放松垫圈(31)；其中，所述摇臂支轴(24)与摇臂支座(23)、摇臂(25)之间还配合设置有滚针轴承(32)。
2.根据权利要求1所述的一种顶驱装置的控制结构，其特征在于，所述主电机输入传动机构(1)包括齿轮箱盖(4)和齿轮箱体(5)，通过电机连接法兰(6)安装于齿轮箱盖(4)上的主电机(7)，与主电机(7)的主轴通过花键连接的输入轴(8)，设置于主轴与输入轴(8)连接处外围的用于保证花键连接定心精度的调心滚子轴承(9)，设置于输入轴(8)中部外围与齿轮箱体内的齿轮啮合的高速齿轮(10)，设置于输入轴(8)另一端端头外围的圆柱滚子轴承(11)，以及固定连接于输入轴(8)轴头端面的轴头压板(12)。
3.根据权利要求2所述的一种顶驱装置的控制结构，其特征在于，所述电机连接法兰(6)与调心滚子轴承(9)端面之间设置有调整垫(13)；所述调心滚子轴承(9)的下端面设置有用于电机回转时调心滚子轴承(9)限位的衬圈(14)；所述圆柱滚子轴承(11)的上端面设置有用于电机回转时圆柱滚子轴承限位的挡圈(15)；所述轴头压板(12)通过螺栓与输入轴(8)的轴头端面固定连接。
4.根据权利要求3所述的一种顶驱装置的控制结构，其特征在于，所述关断滑套包括套接于内防喷器外壁上的滑套套体(20)，开设于滑套套体(20)左右两侧面的摇臂总成机构安装孔(21)，以及通过螺栓与滑套套体(20)上端面固定连接的滚道环(22)；其中，所述关断支架(18)一端滑动连接于滚道环(22)的环槽内。
5.根据权利要求4所述的一种顶驱装置的控制结构，其特征在于，所述关断油缸(19)包括油缸缸体(33)及通过铰销与油缸缸体(33)两端的相连的连接座(34)；两端的连接座(34)分别与旋转头和关断支架(18)相连。
6.根据权利要求5所述的一种顶驱装置的控制结构，其特征在于，所述润滑系统包括与齿轮箱体(5)贯通作为主油池的下筒体(35)，与下筒体(35)连通用于向齿轮箱体(5)注入润滑油的主油路(36)，与主油路(36)相连的分油座(37)，一端与分油座(37)相连且另一端与齿轮箱体(5)的多个加油口相连的多个分油支路(38)，集成于齿轮箱体内部用于将齿轮箱体内部润滑点贯通的循环回路，形成于齿轮箱内部的循环回路上的多个局部油池(39)，开设于方钻杆(3)的推力圆锥滚子轴承下方的轴承座上的多个油槽(40)和多个第一回油孔(41)，以及开设于下筒体(35)顶部的环槽(42)和若干第二回油孔(43)；其中，第二回油孔(43)与下筒体(35)连通。
7.根据权利要求6所述的一种顶驱装置的控制结构，其特征在于，所述主油路(36)上设置有用于将主油池中的润滑油泵入分油座(37)的电动油泵(44)，以及设置于主油路(36)上的溢流阀(45)、过滤器(46)、冷却器(47)及压力表(48)。
8.根据权利要求7所述的一种顶驱装置的控制结构，其特征在于，所述分油座(37)上设置有压力开关(49)；所述局部油池均设置有便于润滑系统维护保养的排污球阀(50)和磁吸丝堵(51)。
9.根据权利要求8所述的一种顶驱装置的控制结构，其特征在于，所述下筒体(35)外壁还设置有液位液温计(52)；所述下筒体(35)底部的设置有放油球阀(53)。
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