TD40VS-250ton頂驅(qū)技術說明

1、 TD40VSTD40VS-250ton頂驅(qū)技術設計說明書編制 _審核 _批準 _天津瑞靈石油設備有限公司2012年5月13目 錄1TD40VS頂驅(qū)產(chǎn)品概述12TD40VS頂驅(qū)主要技術參數(shù)及輸出性能曲線33. 頂驅(qū)本體結構圖44. TD40VS外形尺寸圖55. 頂驅(qū)滾輪式導軌滑車結構簡介76TD40VS頂驅(qū)采用的六項國家實用新型86 1鉆機頂驅(qū)齒輪減速裝置（CN200720098504.7）86.2鉆機頂驅(qū)雙承載裝置（CN200720097400.4）96.3花鍵離合式鉆機頂驅(qū)旋轉(zhuǎn)頭鎖定裝置（CN200720097399.5）106.4鉆機頂驅(qū)拉桿式吊環(huán)傾斜裝置（CN200720098502.

2、8）116.5鉆機頂驅(qū)深溝球軸承內(nèi)防噴器驅(qū)動裝置（CN200720098501.3）126.6鉆機頂驅(qū)雙臂雙缸背鉗（CN200720098503.2）13 TD40VS頂驅(qū)產(chǎn)品概述頂部驅(qū)動鉆井裝置（簡稱“頂驅(qū)”）是用于取代傳統(tǒng)鉆井設備的新型鉆井裝置。頂驅(qū)集機、電、液于一體，結構復雜，多學科交叉，是當今石油鉆井領域的重大技術之一，代表著21世紀石油鉆井行業(yè)和機電液一體化石油鉆井專用設備的最高水平和發(fā)展方向，已經(jīng)成為國際鉆井行業(yè)的標準配置。天津瑞靈石油設備有限公司針對目前市場上普遍存在的技術和質(zhì)量問題對頂驅(qū)進行了細致的研究與改進，充分利用我公司自身技術優(yōu)勢，開發(fā)出了TD40VS頂部驅(qū)動鉆井裝置。該

3、裝置在設計中沿用了本公司特有的6項頂驅(qū)專利技術，并首次在API250T級別頂驅(qū)上采用滾輪式導軌滑車結構,滿足客戶選擇的需要。使TD40VS具備了更高的整體質(zhì)量和可靠性，從而有效地降低了故障發(fā)生率，節(jié)約了頂驅(qū)的維護時間和維修成本。TD40VS在提高產(chǎn)品輸出性能的同時，產(chǎn)品的體積和重量并沒有增加，具備了更高的能量密度。另外，一體化的液壓系統(tǒng)和強制齒輪油潤滑系統(tǒng)，人性化的油底殼和液壓閥匯設計等都使TD40VS進一步彰顯了不同于其它產(chǎn)品的獨特特點和突出性能。具有歸納為：Ø 采用315kw（422hp）交流變頻電機驅(qū)動，結合精密齒輪傳動技術和Siemens變頻驅(qū)動控制技術使得TD40VS1輸出

4、扭矩大，最大連續(xù)鉆進扭矩和最大間歇扭矩分別達到了33 kN.m（24300 lbf.ft）和50 kN.m（36900 lbf.ft），且運轉(zhuǎn)平穩(wěn)。Ø TD40VS1頂驅(qū)電控系統(tǒng)操作簡單、可靠、抗干擾能力強，并具有互鎖保護、報警提示等功能，保證了頂驅(qū)的正常運行。Ø 獨特的齒輪減速機設計使得減速機整體結構更為合理，同時主電機在傳動中不受軸向力和徑向力，降低了對主電機軸承的要求，解決了主電機軸承的偏磨問題，延長了其使用壽命。Ø 采用了雙承載途徑設計，提高了頂驅(qū)在石油鉆井作業(yè)中的工作效率、減少設備維修時間和費用、改善作業(yè)環(huán)境、提高了作業(yè)安全性等。Ø 采用了花鍵

5、離合式頂驅(qū)旋轉(zhuǎn)頭鎖定裝置，使得旋轉(zhuǎn)頭的鎖定更加快速，操作更加簡單。Ø 采用了頂驅(qū)拉桿式吊環(huán)傾斜裝置，使得驅(qū)動液缸吊卡在承受不確定載荷時，其活塞桿處于拉桿工況，解決了現(xiàn)有頂驅(qū)吊環(huán)傾斜液缸的活塞桿由于處于壓桿工況而容易被壓彎的問題，液缸的工作壽命得到有效地保障，克服了液缸活塞桿壓彎失穩(wěn)及因此液缸漏油給鉆井作業(yè)帶來的安全隱患。Ø 采用了頂驅(qū)深溝軸承內(nèi)防噴器驅(qū)動裝置，使得IBOP驅(qū)動結構更為簡潔，受力更為合理，因而工作壽命長、設備維修時間少、提高了作業(yè)工作效率、改善了作業(yè)環(huán)境、提高了作業(yè)安全性能。Ø 采用了雙臂雙缸背鉗，減小了上卸扣時扭矩臂產(chǎn)生的變形，延長了背鉗的使用壽命

6、，同時背鉗可以在1M的高度范圍內(nèi)上下滑動，使得拆裝保護接頭和IBOP更加方便。Ø 導軌滑車采用的是滾輪式結構，使頂驅(qū)運行更加平穩(wěn)，無噪音，且滾輪易于更換、維修。Ø 液壓系統(tǒng)集成于頂驅(qū)本體上，管線布局簡潔、合理，密封性能可靠。Ø 在采用滑塊滑動式導軌滑車結構的基礎上，首次又采用了滾輪式導軌滑車結構。2TD40VS頂驅(qū)主要技術參數(shù)及輸出性能曲線驅(qū)動方式交流變頻驅(qū)動（AC VFD）名義鉆井深度4000m（114mm鉆桿）13,123 ft（4 1/2 drill pipe）額定載荷2250 kN250 ton(US)供電電源600 VAC/50Hz(可選60Hz)額定電

7、流356 A最大電流534 A額定功率（連續(xù)）315 kw422 HP轉(zhuǎn)速范圍0-180 r/min工作扭矩（連續(xù)）33 kN.m24300 lbf.ft最大卸扣扭矩50 kN.m36900 lbf.ft背鉗夾持范圍87 200 mm2-7/85- 1/2 in液壓系統(tǒng)工作壓力14MPa2000 psiIBOP額定壓力70 MPa10000 psi中心管通孔直徑76 mm3 in中心管通孔壓力35 MPa5000 psi導軌中心距井口中心距離滑動滑車垂直：650mmVertical： 2.13 ft水平：421 mmMorizontal：1.38 ft滾動滑車垂直：655mmVertical：

8、 2.14ft水平：478 mmMorizontal：1.56 ft本體高度4.874m15.83ft本體工作高度5.43 m17.80 ft本體寬度1.50 m4.90 ft環(huán)境溫度-3555TD40VS輸出性能曲線3. 頂驅(qū)本體結構圖（滾輪式）4. TD40VS外形尺寸圖421(VS1)478(VS2)650(VS1)655(VS2)1500 5. 頂驅(qū)滾輪式導軌滑車結構簡介5.1滑車結構特點5.1.1 API250T級別頂驅(qū)首次采用滾輪結構滑車，實現(xiàn)了頂驅(qū)和滑車是沿導軌進行滾動導向和反扭，從而減小運動過程中的摩擦力。5.1.2 滑車安裝有4組承載輪和4組浮動導向輪，浮動輪由于具有自適應調(diào)

9、節(jié)結構，所以能適應導軌接觸面（尤其是導軌接頭部位）的4mm內(nèi)高度突變或變形，有效的減少了頂驅(qū)提升下降過程中對導軌的沖擊。5.1.3 滑車中部設計有鎖定頂驅(qū)限位塊，在頂驅(qū)需要進行停機檢修時能快速的將滑車鎖定在導軌上，而不需穿銷使滑車與導軌連接。5.1.4 滑車承載滾輪和浮動導向輪采用高強度模塊化結構，并且與滑車主體連接采用螺栓連接可進行拆卸，在檢修或使用過程中可以進行快速更換輪組，節(jié)省頂驅(qū)故障停機維修時間。5.2導軌結構特點5.2.1 .導軌接頭采用掛接穿銷結構，可以進行快速對接，節(jié)省了導軌安裝的時間。5.2.2 導軌采用雙銷連接，使用鎖緊銷確保導軌銷不竄動。5.2.3 第二節(jié)導軌與末節(jié)導軌均可

10、作為頂驅(qū)的轉(zhuǎn)運節(jié)使用，實現(xiàn)導軌連接的2種安裝方式，可以適應不同井架現(xiàn)場環(huán)境。5.2.4 首次采用反扭矩梁與導軌連接采用楔塊夾緊結構，避免了反扭矩梁夾板與導軌面的間隙震動，所以避免了頂驅(qū)運動過程中對反扭矩梁的沖擊。5.2.5 整個導軌采用6節(jié)半的結構方式，增加了頂驅(qū)運動導向有效長度；并縮短了所需導軌掛板的長度，增強了整個導軌的剛性?；囨i定板板TD40VS2滑車結構示意圖TD40VS2單節(jié)導軌結構示意圖頂驅(qū)止掛限位塊*2滑車承載滾輪組*4導向浮動滾輪組*4導軌吊耳導軌下端接頭導軌上端接頭6TD40VS頂驅(qū)采用的六項國家專利介紹6.1鉆機頂驅(qū)齒輪減速裝置（CN200720098504.7）頂驅(qū)齒輪

11、減速裝置結構示意圖圖中，1-鉆井電機、2-齒輪箱蓋、3-齒輪箱體、4-主動齒輪軸、 5-球形調(diào)心軸承、6-圓柱軸承、7-復合齒輪軸、8-主齒輪、9-頂驅(qū)主軸、10-漸開線花鍵。鉆機頂驅(qū)齒輪減速裝置由于采用了本實用新型技術方案，在齒輪傳動中，鉆機電機齒輪傳動中不受軸向力和徑向力，降低了電機軸承的要求，鉆井電機可以選型更高轉(zhuǎn)速的電機，并且，在同功率下鉆井電機的體積可以做到更小；與此同時，本結構設計克服了鉆井電機軸承倉偏磨和電機軸承壽命短的問題；又由于主動齒輪軸直接通過球形調(diào)心軸承和圓柱軸承生根于齒輪箱體和齒輪箱蓋，整體齒輪減速箱結構更為合理，因此齒輪嚙合精度及齒輪軸上的軸承壽命更能得到保證；由于采

12、用本實用新型的齒輪傳動結構，250API噸級別提升能力的頂驅(qū)的核心性能達到了：最大轉(zhuǎn)速180RPM、最大輸出扭矩 33 kN.m（24300 lbf.ft）。6.2鉆機頂驅(qū)雙承載裝置（CN200720097400.4）頂驅(qū)雙承載裝置結構示意圖 頂驅(qū)雙承載裝置局部剖面結構放大示意圖1- 吊卡、2- 吊環(huán)、3- 旋轉(zhuǎn)頭、4- 承載法蘭軸、5- 止推軸承、6- 承載環(huán)、7- 齒輪箱、8- 主止推軸承、 9- 主軸。本實用新型雙承載途徑頂驅(qū)結構主要由吊卡1、吊環(huán)2、旋轉(zhuǎn)頭3、承載法蘭軸4、止推軸承5、承載環(huán)6、齒輪箱7、主止推軸承8、主軸9組成。當主軸軸向受拉時，主止推軸承和承載法蘭軸上端法蘭受壓，軸

13、向載荷傳遞到齒輪箱底部；當旋轉(zhuǎn)頭受拉時，旋轉(zhuǎn)頭止推軸承受壓，通過承載環(huán)，使承載法蘭軸受拉，將軸向載荷直接傳遞到齒輪箱底部。頂驅(qū)在兩種不同作業(yè)工況下，采用上述不同的載荷途徑。本裝置結構設計合理、工作壽命長，能較大地提高頂驅(qū)在石油鉆井作業(yè)中的工作效率、減少設備維修時間和費用、改善作業(yè)環(huán)境、提高了作業(yè)安全性等。6.3花鍵離合式鉆機頂驅(qū)旋轉(zhuǎn)頭鎖定裝置（CN200720097399.5）旋轉(zhuǎn)頭處于解鎖狀態(tài)結構示意圖 旋轉(zhuǎn)頭被鎖定狀態(tài)結構示意圖圖中，1-頂驅(qū)主軸、2-旋轉(zhuǎn)頭、 3-旋轉(zhuǎn)頭齒輪盤花鍵法蘭、4-鎖定環(huán)、5-鎖定導向花鍵法蘭、6-螺栓、7-頂驅(qū)主體、8-液缸支座、9-液缸連接銷、10-液缸?；ㄦI

14、離合式頂驅(qū)旋轉(zhuǎn)頭鎖定裝置由頂驅(qū)主軸1、旋轉(zhuǎn)頭2、旋轉(zhuǎn)頭齒輪盤花鍵法蘭3、鎖定環(huán)4、鎖定導向花鍵法蘭5、螺栓6、頂驅(qū)主體7、液缸支座8、液缸連接銷9、液缸10組成?；ㄦI離合式鉆機頂驅(qū)旋轉(zhuǎn)頭鎖定裝置由于采用了本實用新型的技術方案，采用端部修尖的公母漸開線花鍵，小幅度間隙的轉(zhuǎn)動旋轉(zhuǎn)頭同時伸出液缸活塞桿，推下鎖定環(huán)，旋轉(zhuǎn)頭在操作指令的瞬間即能被鎖定，而縮回活塞桿，提起鎖定環(huán)，旋轉(zhuǎn)頭立即被解鎖，可以自由旋轉(zhuǎn)；又由于此處液缸只用于軸向提起和推下鎖定環(huán)，兩端采用用鉸接和銷接連接，液缸桿不受剪切力，液缸的工作壽命得到保障；同時，漸開線花鍵的設計保證圓周多齒同時嚙合，有利于結構在頂驅(qū)處理鉆具上卸扣時承受較大的剪

15、切沖擊力。因此，本實用新型具有結構設計合理、工作壽命長，能較大地提高頂驅(qū)在石油鉆井作業(yè)中的工作效率、減少設備維修時間和費用、改善作業(yè)環(huán)境、提高作業(yè)安全性等優(yōu)點和積極效果。6.4鉆機頂驅(qū)拉桿式吊環(huán)傾斜裝置（CN200720098502.8）鉆機頂驅(qū)拉桿式吊環(huán)傾斜裝置結構示意圖圖中，1- 吊卡、2- 吊環(huán)、3- 吊環(huán)卡子、4- 連桿、5- 連接銷、 6- 吊環(huán)傾斜驅(qū)動臂、7- 連接銷、8- 驅(qū)動液缸、9- 液缸連接銷、10- 旋轉(zhuǎn)頭。本實用新型鉆機頂驅(qū)拉桿式吊環(huán)傾斜裝置由吊卡1、吊環(huán)2、吊環(huán)卡子3、連桿4、連接銷5、吊環(huán)傾斜驅(qū)動臂6、連接銷7、驅(qū)動液缸8、液缸連接銷9、旋轉(zhuǎn)頭10組成。鉆機頂驅(qū)拉桿

16、式吊環(huán)傾斜裝置相比于目前現(xiàn)有的吊環(huán)傾斜裝置，本實用新型中的驅(qū)動液缸吊卡承受不確定載荷時，其活塞桿處于拉桿工況，解決了現(xiàn)有頂驅(qū)吊環(huán)傾斜液缸的活塞桿由于處于壓桿工況而容易被壓彎的問題，液缸的工作壽命得到有效地保障，克服了液缸活塞桿壓彎失穩(wěn)及因此液缸漏油給鉆井作業(yè)帶來的安全隱患。本實用新型結構設計合理，能減少設備停鉆維修時間和費用，有效提高作業(yè)安全保障等。6.5鉆機頂驅(qū)深溝球軸承內(nèi)防噴器驅(qū)動裝置（CN200720098501.3）頂驅(qū)深溝軸承內(nèi)防噴器驅(qū)動裝置結構示意圖 右視結構示意圖圖中， 1- IBOP閥、2- 球閥驅(qū)動柄、3- IBOP驅(qū)動殼、4- 軸承下定位環(huán)、5- 深溝球軸承、 6- 軸承倉

17、外環(huán)、7- 卡環(huán)、8- 防塵圈、9- 液缸、10- 定位法蘭、11- 旋轉(zhuǎn)頭承載法蘭、12- 軸向定位板、13- 頂驅(qū)主軸鉆機頂驅(qū)深溝軸承內(nèi)防噴器驅(qū)動裝置，包括內(nèi)防噴器驅(qū)動殼，內(nèi)防噴器驅(qū)動殼與球閥驅(qū)動柄對應安裝。本裝置具有結構緊湊、工作壽命長、設備維修時間少、提高作業(yè)工作效率、改善作業(yè)環(huán)境、提高作業(yè)安全性能等優(yōu)點和積極效果。由于深溝球軸承具有較好的軸向承載能力和軸向調(diào)心性能，克服了滾輪的偏磨及其壽命短的問題，避免了由其帶來的作業(yè)安全隱患。相比于目前現(xiàn)有的IBOP驅(qū)動方式，該驅(qū)動方式結構更為簡潔，受力更為合理。6.6鉆機頂驅(qū)雙臂雙缸背鉗（CN200720098503.2）頂驅(qū)雙臂雙缸背鉗結構示意圖圖中， 1-鉆具、2-喇叭口、3-喇叭口連接銷、4-背鉗連接板、5-背鉗連接銷、6-背鉗本體、7-頂驅(qū)主軸、8-背鉗臂、9-連接銷、10-頂驅(qū)旋轉(zhuǎn)頭。鉆機頂驅(qū)雙臂雙缸背鉗由喇叭口2、喇叭口連接銷3、鉗頭、背鉗連接板4、背鉗連接銷5、背鉗本體6、頂驅(qū)主軸7、背鉗臂8、連接銷9、頂驅(qū)旋轉(zhuǎn)頭10組成。鉆機頂驅(qū)雙臂雙缸背鉗，包括背鉗本體、背鉗臂，背鉗本體由背鉗臂連接安裝于頂驅(qū)旋轉(zhuǎn)頭，其特征是：頂驅(qū)旋轉(zhuǎn)頭裝有兩個對稱的背鉗臂，背鉗臂的底端分別連裝有兩個對稱的背鉗本體，兩個背鉗本體的對