齒輪齒條式鉆柱升沉補償裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種齒輪齒條式鉆柱升沉補償裝置，包括上夾持機構和下夾持機構，上夾持機構向上與游車固定連接，上夾持機構左右兩邊對稱固定安裝有一個補償缸，每側的補償缸向上伸出的活塞桿端頭均設置有一個鏈輪體，上夾持機構下表面中心位置向下連接有中間齒條；下夾持機構向下與鉆桿連接，下夾持機構左右兩邊向上對稱安裝有豎直導軌，該兩個豎直導軌中安裝有多對齒輪，所有的齒輪均與中間齒條嚙合連接，該兩個豎直導軌的上端分別連接有一根鏈條，每根鏈條繞過各自一側的鏈輪體后與該側的補償缸缸體連接。本實用新型的裝置，既方便了對齒輪的整體控制、潤滑、維護和更換，增強了安全性。
【專利說明】
齒輪齒條式鉆柱升沉補償裝置
技術領域
[0001]本實用新型屬于機械設備技術領域，涉及一種齒輪齒條式鉆柱升沉補償裝置。
【背景技術】
[0002]鉆柱升沉補償裝置是深海鉆井系統(tǒng)的重要設備之一，由于波浪的作用，深海鉆井所采用的鉆井船或者浮式鉆井平臺將產生周期性的升沉運動，并使鉆柱上下往復運動，弓丨起井底鉆壓的變化，甚至使鉆頭脫離井底，影響鉆進的效率，降低鉆頭和鉆桿壽命，產生操作的安全隱患，甚至導致無法鉆進和被迫停工，造成重大經濟損失。因此，為了減少停工期，降低鉆井成本，浮式鉆井平臺或鉆井船必須對鉆柱升沉運動采取適當的補償措施。
[0003]目前升沉補償系統(tǒng)按照其動力提供方式，可分為主動式、半主動式、被動式補償系統(tǒng)。主動式升沉補償系統(tǒng)具有較好的補償效果和較強的適應性，但由于鉆桿重量大，上下往復運動頻繁，因此補償過程中會消耗大量的能量;被動式升沉補償系統(tǒng)由于在補償過程中基本不需要系統(tǒng)額外提供能量，而且系統(tǒng)簡單，得到了較為廣泛的應用，但是由于沒有采用精確的控制策略，補償精度不高，并且存在著一定的滯后現(xiàn)象;半主動式升沉補償系統(tǒng)綜合了主動、被動系統(tǒng)的優(yōu)點，但是需要增設中間能量轉換設備，系統(tǒng)結構較為復雜，而且隨著鉆柱重量的不斷增大，仍然會消耗較多的能量。
[0004]另外，按照升沉補償裝置的安裝位置，又可以分為天車補償、游車補償、死繩補償和快繩補償等幾種形式。其中天車補償的優(yōu)點在于補償裝置固定，運動管線少;缺點在于井架重心高，負荷較大。游車補償與天車補償相反，重心低但運動管線較多。死繩補償和快繩補償的優(yōu)點在于不增加井架的額外負荷，但鋼絲繩工作條件惡劣，壽命降低。
[0005]現(xiàn)有的升沉補償系統(tǒng)，均是靠液壓缸的伸縮來進行升沉補償，傳動方式過于單一，有必要探索設計其他機械傳動方式，來代替單一的液壓驅動。
【實用新型內容】
[0006]本實用新型的目的是提供一種齒輪齒條式鉆柱升沉補償裝置，解決了現(xiàn)有技術中以液壓驅動方式為主，能量利用率不夠、反應不靈敏、補償效果不理想的問題。
[0007]本實用新型所采用的技術方案是一種齒輪齒條式鉆柱升沉補償裝置，包括上夾持機構和下夾持機構，上夾持機構向上與游車固定連接，上夾持機構左右兩邊對稱固定安裝有一個補償缸，每側的補償缸向上伸出的活塞桿端頭均設置有一個鏈輪體，上夾持機構下表面中心位置向下連接有中間齒條;下夾持機構向下與鉆桿連接，下夾持機構左右兩邊向上對稱安裝有豎直導軌，該兩個豎直導軌中安裝有多對齒輪，所有的齒輪均與中間齒條嚙合連接，該兩個豎直導軌的上端分別連接有一根鏈條，每根鏈條繞過各自一側的鏈輪體后與該側的補償缸缸體連接。
[0008]本實用新型的齒輪齒條式鉆柱升沉補償裝置，其特征還在于:
[0009]兩個補償缸均為單作用活塞缸，內腔上部為有桿腔，內腔下部為無桿腔，兩個補償缸有桿腔的油口均連接有單向閥，兩個補償缸無桿腔的油口同時與液控安全閥連通，液控安全閥再通過液壓管路與多個氣液蓄能器連通。
[OO1O]每個齒輪均設置有自己的機械鎖緊機構。
[0011 ]本實用新型的有益效果是，具有以下優(yōu)點:
[0012]I)增設帶有潤滑油路的豎直導軌
[0013]現(xiàn)有技術中的齒輪安裝方式，彼此之間相互獨立，不便于整體更換。本裝置中將齒輪統(tǒng)一定位安裝到帶有潤滑油路的導軌上，既方便了對齒輪的整體控制、潤滑，又方便了后期的維護和更換。
[0014]2)增設液控安全閥，增強了被動補償機構的安全和可靠性。
[0015]氣液蓄能器具有很高的壓縮能量，一旦大鉤懸掛的鉆柱脫落，大鉤載荷急劇下降，如果不采取安全措施，補償缸會以很高的速度升起，造成重大事故，增設液控安全閥，限制了回路中的最高工作壓力，增強了安全性。
[0016]3)增設齒輪的機械鎖緊機構
[0017]安裝在導軌上每個齒輪的傳動軸上的機械鎖緊機構，使得裝置不工作時，或者出現(xiàn)緊急情況時，在動力端輸出軸鎖死之后，抱緊齒輪傳動軸，使其停止旋轉。
【附圖說明】
[0018]圖1是本實用新型的結構不意圖；
[0019]圖2是本實用新型在波浪上升時的齒輪齒條主動補償示意圖；
[0020]圖3是本實用新型在波浪下降時的齒輪齒條主動補償示意圖。
[0021]圖中，1.游車，2.上夾持機構，3.鏈輪體，4.鏈條，5.補償缸，6.齒輪，7.豎直導軌，
8.中間齒條，9.機械鎖緊機構，10.下夾持機構，11.氣液蓄能器，12.液壓管路，13.液控安全閥，14.大鉤，15.鉆桿。
【具體實施方式】
[0022]下面結合附圖和【具體實施方式】對本實用新型進行詳細說明。
[0023]如圖1所示，本實用新型的結構是，包括上夾持機構2和下夾持機構10，上夾持機構2向上與游車I固定連接，上夾持機構2左右兩邊分別對稱固定安裝有一個補償缸5，每側的補償缸5向上伸出的活塞桿端頭均設置有一個鏈輪體3，上夾持機構2下表面對稱中心位置向下固定連接有中間齒條8;下夾持機構10向下與鉆桿14連接，下夾持機構10左右兩邊向上對稱安裝有剛性的帶潤滑油路的豎直導軌7，該兩個豎直導軌7中左右一一對應安裝有多對齒輪6(圖1、圖2、圖3實施例中顯示的均是三對齒輪6，可以根據實際需要增減)，所有的齒輪6均與中間齒條8嚙合連接，每個齒輪6均設置有自己的機械鎖緊機構9，該兩個豎直導軌7的上端分別連接有一根鏈條4，每根鏈條4繞過各自一側的鏈輪體3后與該側的補償缸5缸體固定連接(即補償缸5的缸體作為鏈條4的固定端，兩個豎直導軌7作為每根鏈條4的活動端)；
[0024]兩個補償缸5均為單作用活塞缸，內腔上部為有桿腔，內腔下部為無桿腔，兩個補償缸5有桿腔的油口均連接有單向閥，兩個補償缸5無桿腔的油口同時與液控安全閥13連通，液控安全閥13再通過液壓管路12與多個氣液蓄能器11連通。
[0025]每個齒輪6通過各自的傳動軸安裝在豎直導軌7上，所有齒輪6的傳動軸有兩種驅動方式，即由液壓栗通過液壓馬達驅動或者由變頻器通過變頻電機驅動，所有齒輪6共同嚙合傳動中間齒條8，帶動游車I上下移動。
[0026]上述的兩個補償缸5、液控安全閥13、氣液蓄能器11一起稱為被動補償機構;兩側的鏈輪體3、鏈條4 一起稱為增程機構;左右對稱的各對齒輪6及其機械鎖緊機構9、兩個豎直導軌7、中間齒條8—起稱為齒條齒輪主動補償機構。
[0027]本實用新型的工作過程分為游車被動補償和齒輪齒條的主動補償，下面分別闡述其工作原理。
[0028]第一，游車被動補償的工作原理
[0029]參照圖1，補償缸5的無桿腔承受鉆桿14所有的載荷。當浮式平臺鉆井船隨波浪下降時，由于浮式平臺鉆井船浮力增大，浮式平臺鉆井船自身重力不變，鉆桿14載荷減小，補償缸5的下腔壓力減小，氣液蓄能器11氣體膨脹，導致補償缸5活塞桿向上伸出，通過增程機構，獲得兩倍的伸出位移。鏈條4帶動豎直導軌7向上移動，下夾持機構10帶動鉆桿14向上移動。
[0030]同理，當浮式平臺鉆井船隨波浪上升時，由于浮式平臺鉆井船浮力降低，浮式平臺鉆井船自身重力不變，下夾持機構10載荷增大，補償缸5的下腔壓力增大，氣液蓄能器11氣體被壓縮，補償缸5的活塞桿向下縮回，鏈條4帶動導軌7向下移動，下夾持機構10帶動鉆桿14向下移動。
[0031 ]總之，當浮式平臺鉆井船上升時，氣液蓄能器11內的氣體進一步被壓縮以補償上升位移并儲存能量；當浮式平臺鉆井船下沉時，氣液蓄能器11內的氣體膨脹以補償下沉位移，儲存的能量被釋放?？梢钥闯?，被動式升沉補償系統(tǒng)相當于是一個空氣或液壓空氣彈簧，依靠海浪的舉升力和浮式平臺鉆井船自身的重力來壓縮和釋放氣液蓄能器11中的壓縮空氣，從而實現(xiàn)升沉補償。
[0032]第二，齒輪齒條主動補償的工作原理
[0033]圖2、圖3中虛線箭頭代表浮式平臺鉆井船隨波浪上升、下降;實線箭頭代表各對象的移動方向或者旋轉方向，
[0034]如圖2所示，當浮式平臺鉆井船隨波浪向上移動時，虛線箭頭向上。各個齒輪6在傳動軸的驅動下，左側的各個齒輪6—起逆時針旋轉，右側的齒輪6—起順時針旋轉，通過與游車下方的中間齒條8嚙合傳動，兩側的導軌7同時向下移動，并通過下夾持機構10帶動鉆桿14向下移動。
[0035]如圖3所示，當浮式平臺鉆井船隨波浪向下移動時，虛線箭頭向下。各個齒輪6在傳動軸的驅動下，左側的齒輪6—起順時針旋轉，右側的齒輪6—起逆時針旋轉，通過與游車下方的中間齒條8嚙合傳動，兩側的導軌7同時向上移動，并通過下夾持機構10帶動鉆桿14向上移動。同時在補償過程中，導軌8中的潤滑油路可以對齒輪進行潤滑。
[0036]上述兩種主動補償方式，實質是將齒輪6和中間齒條8的嚙合傳動，轉換為導軌7帶動鉆桿14進行上下運動，進而轉換為鉆桿14相對于浮式平臺鉆井船的位移，進行升沉運動的主動補償。
[0037]本實用新型采用齒輪齒條嚙合的傳動方式，代替單一的液壓驅動，提高了補償系統(tǒng)的穩(wěn)定性、適應性和可靠性。
【主權項】
1.一種齒輪齒條式鉆柱升沉補償裝置，其特征在于:包括上夾持機構(2)和下夾持機構(10),上夾持機構(2)向上與游車(I)固定連接，上夾持機構(2)左右兩邊對稱固定安裝有一個補償缸(5)，每側的補償缸(5)向上伸出的活塞桿端頭均設置有一個鏈輪體(3)，上夾持機構(2)下表面中心位置向下連接有中間齒條(8);下夾持機構(10)向下與鉆桿(14)連接，下夾持機構(10)左右兩邊向上對稱安裝有豎直導軌(7)，該兩個豎直導軌(7)中安裝有多對齒輪(6)，所有的齒輪(6)均與中間齒條(8)嚙合連接，該兩個豎直導軌(7)的上端分別連接有一根鏈條(4)，每根鏈條(4)繞過各自一側的鏈輪體(3)后與該側的補償缸(5)缸體固定連接。2.根據權利要求1所述的齒輪齒條式鉆柱升沉補償裝置，其特征在于:所述的兩個補償缸(5)均為單作用活塞缸，內腔上部為有桿腔，內腔下部為無桿腔，兩個補償缸(5)有桿腔的油口均連接有單向閥，兩個補償缸(5)無桿腔的油口同時與液控安全閥(I3)連通，液控安全閥(13)再通過液壓管路(12)與多個氣液蓄能器(11)連通。3.根據權利要求1所述的齒輪齒條式鉆柱升沉補償裝置，其特征在于:所述的每個齒輪(6)均設置有自己的機械鎖緊機構(9)。
【文檔編號】E21B19/09GK205605141SQ201620327892
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年4月19日
【發(fā)明人】何慶, 王定亞, 于興軍, 段武, 王議
【申請人】寶雞石油機械有限責任公司