轉盤結構的改進和優化

趙世剛，荻麗莉，王玉石，胡 軍，李治鋼

（1.渤海裝備遼河重工有限公司，遼寧盤錦 124010；2.西部鉆探準東鉆井公司南疆項目部，新疆阜康 831511；3.川慶鉆探川西鉆探公司青海項目部，青海花土溝 816400）①

轉盤結構的改進和優化

趙世剛1，荻麗莉1，王玉石1，胡 軍2，李治鋼3

（1.渤海裝備遼河重工有限公司，遼寧盤錦 124010；2.西部鉆探準東鉆井公司南疆項目部，新疆阜康 831511；3.川慶鉆探川西鉆探公司青海項目部，青海花土溝 816400）①

作為石油鉆機三大工作機之一，轉盤在鉆機工作過程中配合鉆機其他設備來完成鉆機鉆井作業。從制造和使用的角度出發，對轉盤的結構進行了改進和優化，同時提出了轉盤結構改進與優化時應注意的問題和解決辦法。

鉆機；轉盤；轉臺；補心

轉盤屬于石油鉆機旋轉系統設備之一，在鉆機鉆井過程中，轉盤的主要作用是驅動鉆柱旋轉、懸掛鉆柱、上卸鉆具、處理鉆井事故時倒扣、造扣以及在懸掛鉆柱時防止鉆柱倒轉等。轉盤工作時，動力經過轉盤一級齒輪副傳遞到轉盤轉臺，轉臺再經轉盤各種補心到井口來驅動或懸掛鉆柱［1］。

隨著石油鉆井技術的發展，普通鉆機的轉盤部分功能雖然已被頂驅代替，例如頂驅代替了轉盤驅動鉆柱旋轉、倒扣、造扣、處理鉆井事故等功能。但是到目前為止，即使是最先進的自動化鉆機，轉盤還是鉆機必配的設備。因為轉盤懸掛鉆柱、配合井口鉆具作業等功能是頂驅或其他設備無法取代的，一方面轉盤可作為頂驅備用設備，可在頂驅維修期間繼續作業；另一方面頂驅與轉盤二者配合來鉆井或處理一些鉆井事故，會使鉆井效率大幅提高。

由于轉盤安裝在井口中心，工作環境非常惡劣，在轉盤作業時，泥漿、油漬經常會包裹、浸入轉盤，還有來自鉆柱的軸向沖擊和振動直接作用到轉盤上，這些特征需要轉盤具有高可靠性的特點［2］。轉盤經過長期的使用和發展，其結構和性能也有了改進和提高，轉盤系列產品也從ZP175發展到ZP605，但是轉盤系列化，并沒有帶來轉盤結構的多樣性，轉盤結構固定單一。本文結合目前轉盤的結構形式，在設計轉盤結構過程中進行了部分改進和優化。

1 底座結構優化

1） 改進鑄造底座結構。對底座出油孔位置進行調整，盡量使其遠離主軸承安裝臺肩面，另外使出油孔4個圓角盡量采用大圓弧面過渡，如圖1所示。

2） 改進鑄焊底座的焊縫形式［3］。焊縫盡量使用開坡口外焊縫，便于施焊和探傷，如圖2所示。

3） 改進鑄焊底座結構。設計鑄焊底座時，盡可能增加鑄造底座、外壁板、底板的焊接焊縫長度，如圖3所示。

圖1 改進后的鑄造底座結構

圖2 改進后的鑄焊底座的焊縫形式

圖3 改進后的鑄焊底座焊接結構

2 齒輪副結構改進

轉盤結構是一級減速箱，但是不同于一般減速箱結構，轉盤的輸出軸是外圓內方的空心軸。目前轉盤輸入軸與輸出軸均為90°布置，所以使用1副錐齒輪副來實現轉盤動力傳遞，而且動力源也來自轉盤外部。這樣的結構設計看起來復雜而且也增加了加工及裝配難度，因為錐齒輪不易加工，而且大錐齒輪圈裝在轉臺中間部位，錐齒輪副的潤滑是靠小錐齒輪的旋轉帶油到牙齒嚙合面，這樣不但使錐齒輪副潤滑不夠充分，而且潤滑油有1個循環過程，增加了轉盤對潤滑油的儲存量，同時要在底座輸入軸方向必須設計1個出油孔，而出油孔會大幅降低轉盤底座強度，如圖4所示。對轉盤齒輪副結構改進是：把轉盤輸入軸與輸出軸設計成平行結構，齒輪均裝配在軸下端，齒輪半浸在油池中，這樣就解決了轉盤加工、裝配、潤滑以及受力等問題，如圖5所示。

圖4 錐齒輪副結構

圖5 直齒輪副結構

3 主補心結構優化

轉盤不僅輸出轉矩，而且還得承受整個鉆柱的重力，但是這2個工況不同時出現。另外，為了滿足這2個工況，轉盤需要各種補心和卡瓦，來配合轉盤完成這2種工況。對轉盤主補心結構優化是：在轉盤轉臺內設計1個能夠自動卡持鉆柱的外方內圓自動卡瓦，卡瓦能方便安裝和取出，卡瓦設計成獨立、對開式結構、純機械式無動力源結構，能卡持不同管徑、不同管接頭形式的管柱，同時不能損壞管柱表面。如圖6所示。

圖6 自動卡瓦結構

4 結語

經過改進后的轉盤應用在渤海裝備遼河重工有限公司生產的5 000 m自動化全液壓鉆機上，配套轉盤是YYZP275型液壓驅動轉盤，用2個液壓馬達通過直齒輪副傳遞動力到轉盤主補心，輸入軸與輸出軸垂直平行布置，轉盤主軸承有單獨的潤滑通道，齒輪副通過油池浸油潤滑，油管線與轉盤兩個馬達接好給油后就可驅動轉盤，結構簡單緊湊，目前此鉆機已經過工廠試驗并交付用戶。

［1］ 李繼志.石油鉆采機械概論［M］.北京：中國石油大學出版社，2011.

［2］ 孫慶群.石油生產及鉆采機械概論［M］.北京：中國石化出版社，2011.

［3］ 趙備庫，雷小紅，王娜，等.絞車滾筒軸密封結構改進［J］.石油礦場機械，2012，41（1）：94-96.

Improvement and Optimization of Rotary Table Structure

As one of the three great working machines of rig，rotary table is used to mate the other rig machines and to do drilling operation.From the view of manufacturing and operation，the upgrading and optimization are introduced and corresponding problems and its counter solutions after improvement and optimization are introduced as well.

rig；rotary table；turntable；bushing

TE923

B

10.3969／j.issn.1001-3842.2014.09.023

1001-3482（2014）09-0086-03

2014-02-25

趙世剛（1976-），男，甘肅慶陽人，工程師，主要從事石油鉆采設備設計工作，E-mail：lhzsg2006＠126.com。