CN201546213U - 新型自升式海洋钻井平台升降装置 - Google Patents

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付雪川
高立君
严作堂
翟红升
林青
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Abstract

本实用新型公开了一种新型自升式海洋钻井平台升降装置，其交错轴及平行轴齿轮减速机构的箱体内安装有输入轴系、减速轴系和输出轴系，所述输出轴系为少齿差行星齿轮减速机构的曲轴，所述少齿差行星齿轮减速机构和NGW行星齿轮减速机构的内齿圈分别设置在同一壳体的内圆表面上，该壳体的一端与所述箱体联接，其另一端与大法兰联接，所述大法兰安装在平台主结构架上，所述少齿差行星齿轮减速机构的行星架与所述NGW行星齿轮减速机构的太阳轮轮轴联接；所述NGW行星齿轮减速机构的行星架与七齿输出轴联接，所述七齿输出轴上安装有七齿齿轮。本实用新型采用两次减速，可以利用现有电机来升降单齿80吨-150吨，力放大倍数可达1500-6000倍，社会和经济效益良好。

Description

新型自升式海洋钻井平台升降装置
一.技术领域：本实用新型涉及一种升降装置，特别是涉及一种新型自升式海洋钻井平台升降装置。
二.背景技术：自升式钻井、采油及生活平台都有升降装置，它的主要功能是，当自升式平台钻井时，通过升降装置把平台升离水面，为海上作业做好准备，作业结束后，再把平台降入水面，升起桩脚，使平台重新恢复成漂浮状态，准备拖航至下一个井位作业。自升式钻井平台升降系统是平台的关键部件，对平台安全起着至观重要的作用。由于技术要求高，长期以来，升降系统的研发和制造一直为国外所垄断，技术成果对外封锁、保密；对其核心部分——升降传动系统更是讳莫如深。因为升降系统具有较大的承受载荷，特别是七齿爬升齿轮，要求绝对安全可靠。目前的升降装置无不例外为大减速比齿轮传动减速装置，一般传动比可达到1500-6000，小齿轮爬升速度很慢。
三.实用新型内容：
本实用新型所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种结构紧凑、重量轻、成本低、传动比大、承载能力高，安装拆卸方便、安全可靠的新型自升式海洋钻井平台升降装置。
本实用新型为解决技术问题所采取的技术方案是：
一种新型自升式海洋钻井平台升降装置，含有交错轴及平行轴齿轮减速机构、少齿差行星齿轮减速机构、以及NGW行星齿轮减速机构，所述交错轴及平行轴齿轮减速机构的箱体内安装有输入轴系、减速轴系和输出轴系，其中，所述输入轴系与电机联接，所述输入轴系与所述减速轴系为交错轴齿轮连接，所述减速轴系与所述输出轴系为平行轴齿轮连接，所述输出轴系为所述少齿差行星齿轮减速机构的曲轴，所述少齿差行星齿轮减速机构的内齿圈和所述NGW行星齿轮减速机构的内齿圈分别设置在同一壳体的内圆表面上，该壳体的一端与交错轴及平行轴齿轮减速机构的箱体联接，其另一端与大法兰联接，所述大法兰安装在平台主结构架上，所述少齿差行星齿轮减速机构的行星架与所述NGW行星齿轮减速机构的太阳轮轮轴联接；所述NGW行星齿轮减速机构的行星架与七齿输出轴联接，所述七齿输出轴上安装有七齿齿轮。
所述七齿输出轴两端通过轴承与安装法兰连接，所述安装法兰通过连接环固定在平台主结构架上。
所述七齿输出轴与所述NGW行星齿轮减速机构的行星架之间通过花键和花键轴连接；所述少齿差行星齿轮减速机构的行星架与所述NGW行星齿轮减速机构的太阳轮轴之间通过花键和花键轴连接。
本实用新型的积极有益效果：
1、本实用新型采用两次减速箱，传动比非常大，可以利用现有电机来升降单齿80吨-150吨(正常升降载荷)，力放大倍数可达1500-6000倍。
2、本实用新型重载、轻载分别设置；行星箱内齿圈与主结构联结的安装法兰之间靠止口定位螺栓联结；因此安装、拆卸、维护非常方便。
3、本实用新型采用交错轴齿轮减速机构输入使安装更灵活更方便，采用少齿差行星齿轮减速机构使结构更紧凑，重量更轻，效率高达80％。
4、本实用新型输出七齿轴与减速器采用两体结构，使爬升七齿齿轮能够实现对称布置，轴承受力大幅减小，避免采用昂贵的大孔轴承。
5、本实用新型适用范围广，有很广泛的市场前景，特别是适用于海洋钻井平台升降，也可用于船闸及大坝等场合，因其成本低、安全性高、实用性强等优点，具有良好的社会和经济效益。
四.附图说明：
图1为自升式海洋钻井平台升降装置的结构示意图；
图2为图1所示自升式海洋钻井平台升降装置的右视图；
图3为图1所示自升式海洋钻井平台升降装置的左视图；
图4为图1上半部分的放大图。
五.具体实施方式：
实施例：参见图1-图3，图中，1-电机及制动器，2-输入轴系，3-箱体大盖，4-减速轴系，5-螺栓，6-垫圈，7-轴承，8-螺栓，9-端盖，10-螺栓，11-垫圈，12-箱体，13-距离套，14-输出轴系，15-键，16-距离套，17-螺栓，18-垫圈，19-销，20-行星架，21-中间法兰，22-螺钉，23-壳体，24-大端法兰，25-螺栓，26-安装法兰，27-螺栓，28-垫圈，29-七齿输出轴，30-端盖，31-螺钉，32-端盖，33-油封，34-端盖，35-油封，36-销，37-行星架，38-太阳轮轴。
其中，动力由电机及制动器1通过交错轴及平行轴箱内两级齿轮传动减速，一级减速通过输入轴系2的锥齿轮轴与减速轴系4的盘齿轮相啮合，二级减速通过减速轴系4的轴齿轮与输出轴系14的盘齿轮啮合实现。以上是通过连续两次减速实现第一次减速，通过第一次减速其减速比(传动比)达10-25。交错轴及平行轴的箱体12为铸件箱体，与壳体23通过螺栓17、垫圈18及销子19相连接，安装拆卸简单。
电机及制动器1的固定是通过螺栓与箱体12相联结，因为经过两级齿轮减速后，齿轮输出轴的速度已经较低，但离设计要求还有差距，这时候传递扭矩较大，如果继续采用平行轴减速，那么减速机承载能力很难达到设计要求。行星齿轮传动与平行轴齿轮传动相比较具有承载能力高、体积小、效率高、重量轻、传动比大、噪声低、可靠性高、寿命长等优点。因此二次减速采用行星齿轮减速传动，根据设计采用两级行星传动，行星传动的总传动比为150-240。一、二次减速后的总传动比为1500-6000，单齿提升力可达：正常升降单齿提升力80-150吨，预压载荷单齿力110-210吨，抗风暴载荷单齿力130-240吨，升降速度0-0.457m/min(0-1.5ft/min)，设计寿命151小时---正常升降载荷；26小时---预压载荷升降载荷。升降装置总效率高达80％以上，这在大传动比及高载荷传动中是不多见的。一次减速与二次减速之间力的传递通过曲轴(即是输出轴系)14及行星架20，它属于少齿差行星齿轮减速机构，包含外齿轮两个，行星架一个，外齿轮通过销轴与行星架20联接在一起，通过曲轴14的双偏心转动，动力经外齿轮及行星架20传到二级行星传动。二级行星传动采用NGW行星齿轮减速机构，NGW行星齿轮减速机构的级太阳轮轴38与少齿差行星齿轮减速机构的行星架通过花键和花键轴联接，NGW行星齿轮减速机构的行星轮又与内齿圈啮合，NGW行星齿轮减速机构的太阳轮和行星轮旋转的中心线及内齿圈的中心线同心——即公共轴线，这样NGW行星齿轮减速机构得行星轮有两种运动自转和公转(绕自身轴线和公共轴线)，由于NGW行星齿轮减速机构得行星轮为三个，所以增加了同时受力的齿轮对数，大幅度提高了承载力，结构更为紧凑、体积明显减少。NGW行星齿轮减速机构的行星架37与七齿输出轴29端部通过花键和花键轴联结，七齿输出轴29另一端是齿数为7的大模数、压力角的齿轮，升降装置与主结构之间的靠法兰、止口定位，法兰四角平面来传递内齿圈所承受的扭矩，用四个螺栓来固紧到主结构上。升降装置安装在平台主结构后七齿齿轮与齿条相啮合以实现升降平台、放收桩腿等目的。
壳体23与大端法兰24用销子和高强度螺栓25联结，大端法兰24有4个螺栓孔、4个角的平面，用其和平台主结构固联，并把壳体23所传递之力传递给固定主结构，以实现固定整个升降装置之目的。
本升降装置内所有齿轮材料均选用国内顶级齿轮钢材料20Cr2Ni4A，七齿输出轴采用机械性能非常好的高强度调质钢40CrNiMoA，其机械性能指标见下表：
  材料   抗拉强度σb(MPa)   屈服强度σs(MPa)   伸长率6(％)   收缩率(％)   冲击功Akv(J)
  20Cr2Ni4A   1180   1080   10   45   46(-40℃)
  40CrNiMoA   980   835   12   55   46(-40℃)
其中，齿轮采用渗碳淬火处理，七齿输出轴采用调质处理。除输出七齿齿轮外，所有传动齿轮精度高于6级GB/T10095-2001，齿面粗糙度不高于0.8um；七齿齿轮模数达80mm-100mm，齿形角25°-30°，数控火焰切割(或电火花放电线切割)加工工艺，其精度可达10-11级。
改变减速轴系的数量、改变行星齿轮减速机构的级数、以及改变相邻行星齿轮减速机构之间的联接方式能够组成多个实施例，均为本实用新型的常见变化以及保护范围，在此不一一详述。

Claims (3)

1.一种新型自升式海洋钻井平台升降装置，含有交错轴及平行轴齿轮减速机构、少齿差行星齿轮减速机构、以及NGW行星齿轮减速机构，其特征是：所述交错轴及平行轴齿轮减速机构的箱体内安装有输入轴系、减速轴系和输出轴系，其中，所述输入轴系与电机联接，所述输入轴系与所述减速轴系为交错轴齿轮连接，所述减速轴系与所述输出轴系为平行轴齿轮连接，所述输出轴系为所述少齿差行星齿轮减速机构的曲轴，所述少齿差行星齿轮减速机构的内齿圈和所述NGW行星齿轮减速机构的内齿圈分别设置在同一壳体的内圆表面上，该壳体的一端与交错轴及平行轴齿轮减速机构的箱体联接，其另一端与大法兰联接，所述大法兰安装在平台主结构架上，所述少齿差行星齿轮减速机构的行星架与所述NGW行星齿轮减速机构的太阳轮轮轴联接；所述NGW行星齿轮减速机构的行星架与七齿输出轴联接，所述七齿输出轴上安装有七齿齿轮。
2.根据权利要求1所述的新型自升式海洋钻井平台升降装置，其特征是：所述七齿输出轴两端通过轴承与安装法兰连接，所述安装法兰通过连接环固定在平台主结构架上。
3.根据权利要求1或2所述的新型自升式海洋钻井平台升降装置，其特征是：所述七齿输出轴与所述NGW行星齿轮减速机构的行星架之间通过花键和花键轴连接；所述少齿差行星齿轮减速机构的行星架与所述NGW行星齿轮减速机构的太阳轮轴之间通过花键和花键轴连接。
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