JC70D2钻井绞车.docx

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JC70D2钻井绞车

西南石油大学

《石油设备与工具方案设计课程设计》

题目名称：

JC70D2钻井绞车

学生姓名：

学生学号0903030125

专业年级：

机械工程及自动化2009（矿机）

指导教师：

评阅教师：

完成日期：

2013.1.11

1选题目的和意义

从国内外石油钻井的现状及发展趋势和研究方向来看，为了适应浅海、海滩、沙漠和丘陵等不同地带油气藏的勘探和开发，美国、德国、法国、意大利、加拿大、墨西哥和罗马尼亚等国先后开发了各种类型的石油钻机。

其中美国的钻机技术和销售业绩在世界上稳居首位，所以与国际技术接轨，实际上是与以美国为代表的钻机技术及API规范接轨。

就我国目前普遍使用的机械驱动钻机而言，美国在20世纪60年代已经成熟，到70年代得到迅速发展。

近年来，国外钻机在传动方式和结构形式方面的改进发展很快，交流变频电驱动已经广泛使用，以及绞车无级调速和新型的刹车系统的设计和改进有着突飞猛进的发展。

我国目前的深井是塔里木塔河油田的塔深（井深8408米2006年）其被誉为亚洲第一深井，而美国早在1974年在世界上最深的地质井深12226米。

这些惊人的数字都是离不开钻机绞车这一重要设备的。

石油钻机在规模上有两极发展的趋势，即深井钻机大型化和轻便钻机小型化。

2国内外研究现状分析

国内外钻机绞车在传动方式和结构形式方面的改进发展很快，交流变频电驱动、步进电机已经广泛使用，以及绞车无级调速和新型的刹车系统的设计和改进有着突飞猛进的发展。

深井钻机趋向大型化，钻深能力已达15000m，最大钩载达12500kN。

为了提高起升工作效率，绞车功率趋向于提高。

一般大型绞车由4台大扭矩的直流电动机驱动，采用强制水冷盘式刹车，起升钢丝绳直径50mm。

钻井泵单台最大功率1618kW，最高压力52.7MPa。

原苏联、罗马尼亚的钻机系列中，绞车输人功率最大1838kW。

通过对绞车的转动原理、电机的选择、主滚筒的力性能核算、刹车系统的改进使得ZJ70钻机绞车整体得到了良好的改进与优化

3总体设计方案

3.1.JC70D2绞车概述

JC-70D2绞车传动是ZJ70D系列钻机的传动系统之一，它不但担负钻机起下钻具和下套管及上卸扣,还担负着钻头钻进过程中控制钻压、处理事故，以及提取岩芯筒，试油等作业。

同时还担负着井架及钻机前后台起升和降落任务。

它主要有二大组成部分,动力装置（包括输入轴在内）和绞车主体，绞车传动动力机组。

JC-70D2绞车具有如下特点：

1）绞车功率大绞车由两台YZ08（国产）电机作为动力，经动力装置输入轴并车，额定输入功率可达1470kW。

2）调速性能好、功率利用高为适应起重量变化，节省起升时间，JC70D2绞车通过输入轴和传动轴之间的两档链条形成两个档位，而传动轴与滚筒轴之间通过高、低速离合器又形成两个档位，绞车总档数可达4正4倒，由于采用直流电机驱动，绞车可实现无级调速，大大提高了功率利用率，节省了起升作业时间，提高了工作效率。

3）采用液压盘式刹车，刹车力矩大，安全可靠，能准确地调节和控制钻压，达到均匀送钻，在下钻过程中能控制下放速度。

同时配备有风冷式电磁涡流刹车作为辅助刹车，使绞车工作的可靠性进一步提高。

4）绞车具有操作省力，控制先进的特点该绞车采用机电液的控制系统，控制简单可靠，控制手柄、刹车、钻井参数仪表等均集中在司钻控制房内，便于操作。

该绞车具有传动简单，结构紧凑，调速范围大，效率高,寿命长，工作安全可靠，外形美观等特点。

3.2盘刹绞车

结构组成MCC系统：

600V/400V（3相）230（单相）50HZ。

数量：

1台、型号:

JC70D2。

特征：

由SCR控制交流电机提供动力，配绞车插件，安装在重型拖撬装置上（带辅助设备），适用于在使用4-1/2”钻杆条件下7000米油气井的钻探。

捞砂滚筒、中间轴、输入轴、润滑系统等。

滚筒本体开槽，以使大绳有序排列：

带有过卷防碰保护装置，司钻操控台安装在司钻控制房内以操控绞车、方钻杆旋转器、主刹车、液压猫头、天车防碰装置。

司钻控制台同样配置空气报警器及气压表、润滑、和液压等显示仪表，钻井仪表操控台也集成在司钻控制房内。

规格：

额定功率

1491KW（2000HP）

电机

两台直流电机，800KW（1073HP）

滚筒数量

双滚筒

主滚筒尺寸

770×1310mm（30.3×51.6）

开槽

Lebus开槽，适用于1-1/2钻井大绳

提升速度

四档，无级变速

传动

链条驱动

刹车

水冷式液压盘刹

捞砂滚筒尺寸

220×1068mm（8.66×42.1）

刹车

带刹

防碰防坠落系统

机械/电子系统

拖撬装置

重型油田用拖撬装置

3.3直流电机

本钻机配备9套YZ08/YZ08A直流电动机：

1）电机制造符合IEEE标准。

适应环境条件：

温度：

-40℃-55℃湿度：

+20℃时相对湿度≤90%沙漠、风沙等恶劣工况。

2）技术参数：

电机型号

额定功率

额定电压

额定电流

额定转速

YZ08、YZ08A

800kW

750V

1150A

970r/min

额定效率

最大电流

最大转速

激磁方式

电机质量

92.7%

1400A

1500r/min

串励绝缘等级

3200kg

电机（定/转）H/H通风方式为强迫通风，电机正转方向为顺时针（从传动端视）：

。

3）各部温升限值、电机部件、电枢绕组、主极绕组、附极绕组、换向器轴承测量方法电阻法、电阻法、电阻法、温度计法、允许温升（K）160、180、1205。

4）电刷：

尺寸：

19.1×57.2×70（mm）电刷磨耗到限长度:

39.5（mm）牌号：

GE-T900电刷压力：

40±4N。

5）结构参数：

换向器片数184片换向器外径Φ422mm换向器长185mm电枢铁心槽数46槽电枢绕组形式单迭绕组58。

伺服电机控制简图

滚筒轴由两台YZ08电机经动力装置输入轴并车，功率合流后通过输入轴与传动轴之间的两挂链条形成两个档位，传动轴与滚筒轴之间的两挂链条又形成两个档位，绞车总共产生2×2档，此外，传动轴经与捞砂滚筒轴的一挂链条,使捞砂滚筒轴形成两档。

动力输入轴与传动轴之间的换档采用机械换档，传动轴与滚筒之间的换档采用气胎离合器换档。

3.4液压盘刹车特征：

包括6个工作卡钳和2个应急卡钳，工作卡钳在通常情况下是常开的，用于控制刹车扭距和调节送速度、钻压等，备用卡钳在通常情况下应是闭合的用于紧急刹车。

工作卡钳技术参数

单位最大正压力

75KN（16861lbs）

钳口有效工作面积

12271.8mm2（19.02in2）

工作钳油缸尺寸（直径×长度）

165×320mm（6.5×12.6in）

重量

208kg（459lbs）

单位最大正压力

75KN（16861lbs）

刹车片最大工作间隙

1mm（0.0394in）

钳口有效工作面积

17671.5mm2（27.4in2）

应急钳缸尺寸（直径×长度）

210×368mm（8.3×14.5in）

重量

224kg（494lbs）

辅助刹车

电磁涡流刹车

3.5主滚筒总成

JZ702型绞车的主滚筒总成主要由滚筒轴、滚筒体、刹车毂、连接盘、轴向推盘离合器、输入输出链轮等组成。

滚筒轴采用优质合金钢整体锻造而成，两边由调心轴承支撑，刹车毂为合金钢整体铸压而成。

刹车毂的冷却采用循环水冷却方式，其刹车毂上带有水套和水循环管线，通过滚筒轴两端的导水龙头实现冷却水的循环，防止刹车毂温度过高产生毂外表面龟裂或与刹车带产生胶合。

其循环水与辅助刹车循环水共用一个水箱，但水道不同。

（1）刹车系统

刹车系统是用来制动滚筒的。

它主要由钢带、刹车块、平衡梁、曲柄轴、限位全、调节丝杠、拉把和刹把等组成。

（2）辅助刹车

WCB324辅助刹车直接安装在绞车轴上，是一种通过压缩空气和复位弹簧的作用来驱动摩擦片与淬铜合金板的离合，从而改变制动能力的装置。

其刹车时产生的热量可通过留过合金板内水道寻坏水迅速带走。

它的特点主要表现在：

①由于刹车能力只与气囊内地压缩空气的压力成正比，而与钩载的大小无关；

②既能做为辅助刹车，又可用做完全刹车；

③循环水冷却刹车盘，减少废液的排放；

（3）水循环冷却系统

绞车的水循环冷却系统是由两套独立的水循环装置组成，共用一个大水箱，它分别由电机、水泵、管线及水罐组成。

水源采用水罐和钻井偏房水罐中的水。

一路为滚筒刹车装置散热，一路为辅助刹车散热。

3.6天车防碰与紧急刹车装置

天车防碰装置主要由防碰肘阀、继气器、梭阀、防碰控制阀组成。

当游车大钩上升到一定高度时，绳筒上快绳排绳到位，防碰肘阀阀杆被碰斜，使该常闭阀打开，主气通过防碰肘阀进入常闭继气器，是气包内主气分别进入气动辅助活塞缸及刹车气缸，气动辅助活塞缸及刹车气缸同时起作用，进刹死滚筒。

同时另一路控制常开继气器，切断进入司钻阀的进气，从而使滚筒的离合器放气，绞车停止转动，达到天车放碰的目的。

紧急刹车装置是利用气动辅助刹车的制动机构及主刹车气缸同时作用，由司钻认为控制绞车刹车。

司钻台上有紧急刹车控制阀，无论何时，只要司钻认为有必要紧急制动，只要按下此阀，主滚筒便可在最短时间内停止转动，从而达到紧急刹车的目的。

另外，在主滚筒导气龙头一端安装高度指示仪的传感器，当游车大钩超过设定高度，则自动报警。

3.7绞车结构

JC-70D2绞车为内变速，墙板式，全密闭四轴绞车，其中内变速可以使绞车获得四个档，转盘二个档，换档有机械换档和气ZJ70/4500D钻机。

1）图2-2绞车传动流程图该绞车为四轴式绞车结构，即由输入轴，传动轴，捞砂滚筒轴，滚筒轴胎离合器换档两种方式，机械换档需停车换档。

绞车的传动链条采用强制润滑，设有刹车盘循环水冷却及风冷式电磁涡流刹车。

从功能看，JC-70D2绞车传动主要由以下几个部分组成：

传动部分：

引入并分配和传递动力。

主要包括输入轴，传动轴，捞砂滚筒轴，滚筒轴等总成及传动链条等组成。

（图2-2）1—捞砂滚筒总成：

2—传动轴总成：

3—换挡机构：

4—绞车架:

5—SDF70电磁涡流刹车盘式刹车：

7—滚筒轴总成：

8捞砂滚筒刹车

2）提升部分：

担负着起放井架、钻台，起下钻具，下套管子及起吊重物，上卸扣等，主要包括滚筒轴总成，捞砂滚筒轴总成，绞车主要是通过动力的传动来完成游动系统的起升作业和捞砂滚筒的辅助作业。

动力机组输出的功率经过并车箱和角传动箱，到达链条传到捞砂滚筒轴，再通过链条将功率传递给主滚筒。

同时，在主滚筒的另一侧，直接安装WCB324辅助刹车，这样就实现了功率的逐步传递。

整个绞车系统设置有多种安全保护及辅助操作装置，保证了作业的安全可靠。

绞车技术参数

直流电动机台数×功率

9×800kw

额定转速

970r/min

电压

750DC

电流

1150A

起升大绳

12绳

钻井大绳

38mm

井架高度&形式

“K”型，45.5m（149.3‵）

快绳最大拉力 

21t

滚筒直径×长度  

580×1080

刹车毂直径×宽度

1170×310mm

主滚筒离合器型号

ATD330H

主滚筒输入链条

28S-3×112

辅助刹车

WCB324

电传系统

可控制硅单元，一对二控制，5套拒

输入电压

600VAC

输出电压

0-750VDC可调

输出电流

1800ADC（长期）

最大钩载

4500KN

绞车最大输出功率

1491KW（2,000PH）

绞车挡数

四档无级变速

底座形式

旋升式

4 绞车机组主要部件的计算和分析

4.1 主滚筒参数确定

起升滚筒是绞车中最重的部件，