ZJ50/3150LDB鉆機并車傳動裝置的設計*

唐瑞東

(蘭州蘭石石油裝備工程股份有限公司，甘肅 蘭州 730314)

0 引 言

我國地緣遼闊，有著豐富的石油資源，近年來，國內陸地、沙漠及海上油田開采迅速發展，一方面隨著油氣田勘探和開發技術的提高，進而對鉆采機械裝備提出了更高的要求。另一方面隨著石油鉆采的成本不斷增加，迫使油田開采廠家從各個方面降低開采成本。現階段，由于電驅動鉆機設備成本相對較高，使得傳統的機械鉆機和機電復合鉆機成為各大油田廠家公認的，也是最直接有效的降本方案。鑒于此，對于鉆采設備制造商來說，對傳統機電復合鉆機的研發和改進有著深層次的意義和市場潛力。ZJ50LDB鉆機是蘭州蘭石石油裝備工程股份有限公司為中國石油渤海鉆探工程公司研發生產的機電復合驅動鉆機，為滿足用戶需求，在改進并車傳動裝置潤滑方式的同時，研制了一種配套新型的柴油機液力変矩偶合正車減速箱機組提供動力、滾子鏈傳動并車、整體鏈條箱驅動絞車和泥漿泵的并車傳動裝置。此設計解決了低轉速工況下鏈條箱潤滑效果差的局限性問題。

1 并車傳動裝置技術參數

此套并車傳動裝置的設計一方面通過配套一種型號為YBOZJ770-20DDf.E新型液力變矩偶合器正車箱，在起下鉆工況緊急啟動絞車時，能夠克服柴油機冒黑煙甚至熄火的弊端；在處理井下事故時，可實現泥漿泵的低排量要求。另一方面升級改型成電動潤滑泵WBZ-125，實現了鉆機低轉速工況下的恒流量潤滑，保證了并車鏈條箱的正常潤滑。并車傳動裝置設計技術參數見表1所列。

表1 技術參數

續表1 技術參數

2 并車傳動裝置布局

并車傳動裝置平面布置如圖1所示。并車鏈條箱采用三機兩泵傳絞車帶節能發電機的七軸整體密閉式鏈條箱結構。柴油機與液力變矩偶合正車減速箱通過萬向軸連接，液力變矩偶合正車減速箱與整體并車鏈條箱之間采用萬向軸連接。可將3臺機組的動力統一，為絞車和泥漿泵提供和分配柴油機動力，可以單獨或聯合驅動一臺JC50絞車、1臺或2臺F-1600泥漿泵、1臺1 000kVA節能發電機。并車鏈條箱、機組、節能發電機分別采用楔形定位塊和壓板螺栓定位固定在后臺底座上，每套機組以及節能發電機單獨成殼，在拆卸時，主要分為五大運輸模塊單獨運輸。

圖1 并車傳動裝置平面布置示意圖1.一號機組 2.二號機組 3.三號機組 4.節能發電機組 5.鏈條箱 6.潤滑系統 7.司機臺

3 傳動原理

ZJ50/3150LDB鉆機并車傳動裝置主動力系統采用AG12V190PZL1型大功率柴油發動機及新型液力變矩偶合器正車箱。傳動系統將柴油機動力通過整體并車鏈條箱分配給絞車和泥漿泵，該型液力變矩偶合器正車箱具有傳動效率高、低速或零速工況輸出扭矩大等特點。傳動原理如圖2所示。

圖2 并車傳動裝置傳動原理圖1.絞車 2.帶絞車萬向軸 3.傳絞車軸 4.Ⅰ#軸 5.鏈條箱輸入離合器 6.萬向軸 7.液力變矩器耦合器(3臺) 8.萬向軸 9.柴油機(3臺) 10.Ⅱ#軸 11.Ⅲ#軸 12.Ⅳ#軸 13.Ⅴ#軸 14.Ⅵ#軸 15.節能發電機離合器 16.節能發電機 17.總離合器 18.帶泵離合器 19.泥漿泵

柴油機耦合器的輸出轉速：

n出=1 350/2.14=631 r/min

泥漿泵輸入轉速計算：

n泵入=631/(Z2/Z3)= 411 r/min

(其中Z2=43，Z3=28)

絞車輸入轉速計算：

n絞入=631/(Z12/Z11)= 393 r/min

(其中Z11=28，Z12=45)

節能發輸入電機轉速計算：

n節入=631/(Z6/Z5)=1 018 r/min

(其中Z6=21，Z5=52)

4 并車傳動裝置潤滑設計

并車傳動裝置鏈條箱的潤滑采用油脂和稀油強制潤滑兩種方式。各軸上的導氣龍頭、空套離合器軸承及1號軸總離合器端支撐主軸承均為黃油潤滑；并車鏈條箱各軸的主軸承、空套鏈輪軸承(1號軸、2號軸、4號軸)及傳動鏈條均為稀油強制潤滑。并車鏈條箱采用公稱流量為125 L/min的兩套電動齒輪油泵(一用一備)。有別于傳統并車鏈條箱的機械潤滑油泵(由并車鏈條箱軸通過皮帶輪、皮帶帶動機械潤滑泵轉動，常規傳動比i<1，加速)，電動潤滑泵流量恒定，不受鉆機低轉速鉆井工藝的限制，圖3所示為潤滑泵與鏈條箱轉速特性曲線圖，以筆者公司生產的傳統的BC742-828并車裝置為例，其機械潤滑泵傳動中D1=290 mm為鏈條箱軸端帶機械潤滑泵皮帶輪直徑，D2=140 mm為機械潤滑泵軸頭皮帶輪直徑，機械潤滑泵BBC-B125Y-2)，配置一種高性能齒輪泵，具有低噪聲，體積小，自吸能力強，壽命長，安裝方便等明顯優于機械潤滑泵的特點；并車鏈條箱為整體式全密閉鏈條箱，各軸端均采用甩油環加彈簧密封圈密封。

圖3 潤滑泵與并車鏈條箱轉速特性曲線圖

傳統機械潤滑泵轉速計算：

n機械=1/i·n出=D1/D2·n出

=290/140n出(r/min)

式中：D1為鏈條箱軸端帶機械潤滑泵皮帶輪直徑；D2為機械潤滑泵軸頭皮帶輪直徑；n出為鏈條箱帶潤滑泵的軸轉速。

傳統機械潤滑泵流量計算：

Q=n機械·(125/1500)=0.173n出(L/min)

式中：125 /1500為BBC-B125Y-2額定轉速1 500 r/min下的流量125 L/min。

在柴油機的計算轉速1 350 r/min下，鏈條箱帶潤滑泵軸轉速為631 r/min。鉆井現場實際使用轉速往往低于631 r/min，機械潤滑泵潤滑流量受到鉆機低轉速鉆井工藝的限制，此設計的并車傳動裝置配置的電動潤滑油泵則可以解決這一局限性。

5 市場應用

自2020年6月設計至今，ZJ50/3150LDB鉆機生產量已達到7臺套，發往內蒙、大慶、長慶、大港油田、海南等地進行鉆井作業，問題反饋率大幅度減低，市場驗證表明，ZJ50/3150LDB鉆機并車傳動裝置技術先進、性能可靠、故障率低、潤滑效果好，能滿足5 000 m鉆井工藝要求。拆卸搬遷性能好，維護方便簡潔，更加高效環保。

6 結 語

ZJ50/3150LDB鉆機并車傳動裝置的設計，將傳統的機械潤滑泵，升級改進成了兩套公稱流量為125 L/min電動潤滑泵，使得其潤滑不再受鉆機低轉速工況的限制，實現了超井深等復雜工況對并車傳動裝置的需求；且采用了YBOZJ770型液力變矩耦合器正車減速箱，使得本并車傳動裝置與傳統的相比，在低速時有很大的啟動加速性，可以適合在各種地區的地質復雜情況，起下鉆較頻繁的油田鉆井作業；在額定工況的傳動效率提高了10%～15%，大幅減少了機電復合鉆機的能源消耗，實現了高效節能的目的。