TD40VS-250ton頂驅(qū)技術(shù)說(shuō)明

1、 TD40VSTD40VS-250ton頂驅(qū)技術(shù)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)編制 _審核 _批準(zhǔn) _天津瑞靈石油設(shè)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(shù)參數(shù)及輸出性能曲線33. 頂驅(qū)本體結(jié)構(gòu)圖44. TD40VS外形尺寸圖55. 頂驅(qū)滾輪式導(dǎo)軌滑車(chē)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介76TD40VS頂驅(qū)采用的六項(xiàng)國(guó)家實(shí)用新型86 1鉆機(jī)頂驅(qū)齒輪減速裝置（CN200720098504.7）86.2鉆機(jī)頂驅(qū)雙承載裝置（CN200720097400.4）96.3花鍵離合式鉆機(jī)頂驅(qū)旋轉(zhuǎn)頭鎖定裝置（CN200720097399.5）106.4鉆機(jī)頂驅(qū)拉桿式吊環(huán)傾斜裝置（CN200720098502.

2、8）116.5鉆機(jī)頂驅(qū)深溝球軸承內(nèi)防噴器驅(qū)動(dòng)裝置（CN200720098501.3）126.6鉆機(jī)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(dòng)鉆井裝置（簡(jiǎn)稱(chēng)“頂驅(qū)”）是用于取代傳統(tǒng)鉆井設(shè)備的新型鉆井裝置。頂驅(qū)集機(jī)、電、液于一體，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，多學(xué)科交叉，是當(dāng)今石油鉆井領(lǐng)域的重大技術(shù)之一，代表著21世紀(jì)石油鉆井行業(yè)和機(jī)電液一體化石油鉆井專(zhuān)用設(shè)備的最高水平和發(fā)展方向，已經(jīng)成為國(guó)際鉆井行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)配置。天津瑞靈石油設(shè)備有限公司針對(duì)目前市場(chǎng)上普遍存在的技術(shù)和質(zhì)量問(wèn)題對(duì)頂驅(qū)進(jìn)行了細(xì)致的研究與改進(jìn)，充分利用我公司自身技術(shù)優(yōu)勢(shì)，開(kāi)發(fā)出了TD40VS頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置。該

3、裝置在設(shè)計(jì)中沿用了本公司特有的6項(xiàng)頂驅(qū)專(zhuān)利技術(shù)，并首次在API250T級(jí)別頂驅(qū)上采用滾輪式導(dǎo)軌滑車(chē)結(jié)構(gòu),滿(mǎn)足客戶(hù)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(hù)時(shí)間和維修成本。TD40VS在提高產(chǎn)品輸出性能的同時(shí)，產(chǎn)品的體積和重量并沒(méi)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(qiáng)制齒輪油潤(rùn)滑系統(tǒng)，人性化的油底殼和液壓閥匯設(shè)計(jì)等都使TD40VS進(jìn)一步彰顯了不同于其它產(chǎn)品的獨(dú)特特點(diǎn)和突出性能。具有歸納為：Ø 采用315kw（422hp）交流變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)，結(jié)合精密齒輪傳動(dòng)技術(shù)和Siemens變頻驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)使得TD40VS1輸出

4、扭矩大，最大連續(xù)鉆進(jìn)扭矩和最大間歇扭矩分別達(dá)到了33 kN.m（24300 lbf.ft）和50 kN.m（36900 lbf.ft），且運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。Ø TD40VS1頂驅(qū)電控系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單、可靠、抗干擾能力強(qiáng)，并具有互鎖保護(hù)、報(bào)警提示等功能，保證了頂驅(qū)的正常運(yùn)行。Ø 獨(dú)特的齒輪減速機(jī)設(shè)計(jì)使得減速機(jī)整體結(jié)構(gòu)更為合理，同時(shí)主電機(jī)在傳動(dòng)中不受軸向力和徑向力，降低了對(duì)主電機(jī)軸承的要求，解決了主電機(jī)軸承的偏磨問(wèn)題，延長(zhǎng)了其使用壽命。Ø 采用了雙承載途徑設(shè)計(jì)，提高了頂驅(qū)在石油鉆井作業(yè)中的工作效率、減少設(shè)備維修時(shí)間和費(fèi)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(jiǎn)單。Ø 采用了頂驅(qū)拉桿式吊環(huán)傾斜裝置，使得驅(qū)動(dòng)液缸吊卡在承受不確定載荷時(shí)，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(wèn)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(lái)的安全隱患。Ø 采用了頂驅(qū)深溝軸承內(nèi)防噴器驅(qū)動(dòng)裝置，使得IBOP驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)潔，受力更為合理，因而工作壽命長(zhǎng)、設(shè)備維修時(shí)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(shí)扭矩臂產(chǎn)生的變形，延長(zhǎng)了背鉗的使用壽命

6、，同時(shí)背鉗可以在1M的高度范圍內(nèi)上下滑動(dòng)，使得拆裝保護(hù)接頭和IBOP更加方便。Ø 導(dǎo)軌滑車(chē)采用的是滾輪式結(jié)構(gòu)，使頂驅(qū)運(yùn)行更加平穩(wěn)，無(wú)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(jiǎn)潔、合理，密封性能可靠。Ø 在采用滑塊滑動(dòng)式導(dǎo)軌滑車(chē)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，首次又采用了滾輪式導(dǎo)軌滑車(chē)結(jié)構(gòu)。2TD40VS頂驅(qū)主要技術(shù)參數(shù)及輸出性能曲線驅(qū)動(dòng)方式交流變頻驅(qū)動(dòng)（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(dǎo)軌中心距井口中心距離滑動(dòng)滑車(chē)垂直：650mmVertical： 2.13 ft水平：421 mmMorizontal：1.38 ft滾動(dòng)滑車(chē)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(jié)構(gòu)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(dǎo)軌滑車(chē)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介5.1滑車(chē)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)5.1.1 API250T級(jí)別頂驅(qū)首次采用滾輪結(jié)構(gòu)滑車(chē)，實(shí)現(xiàn)了頂驅(qū)和滑車(chē)是沿導(dǎo)軌進(jìn)行滾動(dòng)導(dǎo)向和反扭，從而減小運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的摩擦力。5.1.2 滑車(chē)安裝有4組承載輪和4組浮動(dòng)導(dǎo)向輪，浮動(dòng)輪由于具有自適應(yīng)調(diào)

9、節(jié)結(jié)構(gòu)，所以能適應(yīng)導(dǎo)軌接觸面（尤其是導(dǎo)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(guò)程中對(duì)導(dǎo)軌的沖擊。5.1.3 滑車(chē)中部設(shè)計(jì)有鎖定頂驅(qū)限位塊，在頂驅(qū)需要進(jìn)行停機(jī)檢修時(shí)能快速的將滑車(chē)鎖定在導(dǎo)軌上，而不需穿銷(xiāo)使滑車(chē)與導(dǎo)軌連接。5.1.4 滑車(chē)承載滾輪和浮動(dòng)導(dǎo)向輪采用高強(qiáng)度模塊化結(jié)構(gòu)，并且與滑車(chē)主體連接采用螺栓連接可進(jìn)行拆卸，在檢修或使用過(guò)程中可以進(jìn)行快速更換輪組，節(jié)省頂驅(qū)故障停機(jī)維修時(shí)間。5.2導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)特點(diǎn)5.2.1 .導(dǎo)軌接頭采用掛接穿銷(xiāo)結(jié)構(gòu)，可以進(jìn)行快速對(duì)接，節(jié)省了導(dǎo)軌安裝的時(shí)間。5.2.2 導(dǎo)軌采用雙銷(xiāo)連接，使用鎖緊銷(xiāo)確保導(dǎo)軌銷(xiāo)不竄動(dòng)。5.2.3 第二節(jié)導(dǎo)軌與末節(jié)導(dǎo)軌均可

10、作為頂驅(qū)的轉(zhuǎn)運(yùn)節(jié)使用，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)軌連接的2種安裝方式，可以適應(yīng)不同井架現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境。5.2.4 首次采用反扭矩梁與導(dǎo)軌連接采用楔塊夾緊結(jié)構(gòu)，避免了反扭矩梁夾板與導(dǎo)軌面的間隙震動(dòng)，所以避免了頂驅(qū)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中對(duì)反扭矩梁的沖擊。5.2.5 整個(gè)導(dǎo)軌采用6節(jié)半的結(jié)構(gòu)方式，增加了頂驅(qū)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向有效長(zhǎng)度；并縮短了所需導(dǎo)軌掛板的長(zhǎng)度，增強(qiáng)了整個(gè)導(dǎo)軌的剛性?；?chē)鎖定板板TD40VS2滑車(chē)結(jié)構(gòu)示意圖TD40VS2單節(jié)導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)示意圖頂驅(qū)止掛限位塊*2滑車(chē)承載滾輪組*4導(dǎo)向浮動(dòng)滾輪組*4導(dǎo)軌吊耳導(dǎo)軌下端接頭導(dǎo)軌上端接頭6TD40VS頂驅(qū)采用的六項(xiàng)國(guó)家專(zhuān)利介紹6.1鉆機(jī)頂驅(qū)齒輪減速裝置（CN200720098504.7）頂驅(qū)齒輪

11、減速裝置結(jié)構(gòu)示意圖圖中，1-鉆井電機(jī)、2-齒輪箱蓋、3-齒輪箱體、4-主動(dòng)齒輪軸、 5-球形調(diào)心軸承、6-圓柱軸承、7-復(fù)合齒輪軸、8-主齒輪、9-頂驅(qū)主軸、10-漸開(kāi)線花鍵。鉆機(jī)頂驅(qū)齒輪減速裝置由于采用了本實(shí)用新型技術(shù)方案，在齒輪傳動(dòng)中，鉆機(jī)電機(jī)齒輪傳動(dòng)中不受軸向力和徑向力，降低了電機(jī)軸承的要求，鉆井電機(jī)可以選型更高轉(zhuǎn)速的電機(jī)，并且，在同功率下鉆井電機(jī)的體積可以做到更?。慌c此同時(shí)，本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)克服了鉆井電機(jī)軸承倉(cāng)偏磨和電機(jī)軸承壽命短的問(wèn)題；又由于主動(dòng)齒輪軸直接通過(guò)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(jié)構(gòu)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(shí)用新型的齒輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，250API噸級(jí)別提升能力的頂驅(qū)的核心性能達(dá)到了：最大轉(zhuǎn)速180RPM、最大輸出扭矩 33 kN.m（24300 lbf.ft）。6.2鉆機(jī)頂驅(qū)雙承載裝置（CN200720097400.4）頂驅(qū)雙承載裝置結(jié)構(gòu)示意圖 頂驅(qū)雙承載裝置局部剖面結(jié)構(gòu)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(shí)用新型雙承載途徑頂驅(qū)結(jié)構(gòu)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(dāng)主軸軸向受拉時(shí)，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(dāng)旋轉(zhuǎn)頭受拉時(shí)，旋轉(zhuǎn)頭止推軸承受壓，通過(guò)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理、工作壽命長(zhǎng)，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(shè)備維修時(shí)間和費(fèi)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(jī)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(jié)構(gòu)示意圖 旋轉(zhuǎn)頭被鎖定狀態(tài)結(jié)構(gòu)示意圖圖中，1-頂驅(qū)主軸、2-旋轉(zhuǎn)頭、 3-旋轉(zhuǎn)頭齒輪盤(pán)花鍵法蘭、4-鎖定環(huán)、5-鎖定導(dǎo)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(xiāo)、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(pán)花鍵法蘭3、鎖定環(huán)4、鎖定導(dǎo)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(xiāo)9、液缸10組成?；ㄦI離合式鉆機(jī)頂驅(qū)旋轉(zhuǎn)頭鎖定裝置由于采用了本實(shí)用新型的技術(shù)方案，采用端部修尖的公母漸開(kāi)線花鍵，小幅度間隙的轉(zhuǎn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)頭同時(shí)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(xiāo)接連接，液缸桿不受剪切力，液缸的工作壽命得到保障；同時(shí)，漸開(kāi)線花鍵的設(shè)計(jì)保證圓周多齒同時(shí)嚙合，有利于結(jié)構(gòu)在頂驅(qū)處理鉆具上卸扣時(shí)承受較大的剪

15、切沖擊力。因此，本實(shí)用新型具有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理、工作壽命長(zhǎng)，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(shè)備維修時(shí)間和費(fèi)用、改善作業(yè)環(huán)境、提高作業(yè)安全性等優(yōu)點(diǎn)和積極效果。6.4鉆機(jī)頂驅(qū)拉桿式吊環(huán)傾斜裝置（CN200720098502.8）鉆機(jī)頂驅(qū)拉桿式吊環(huán)傾斜裝置結(jié)構(gòu)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(xiāo)、 6- 吊環(huán)傾斜驅(qū)動(dòng)臂、7- 連接銷(xiāo)、8- 驅(qū)動(dòng)液缸、9- 液缸連接銷(xiāo)、10- 旋轉(zhuǎn)頭。本實(shí)用新型鉆機(jī)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(xiāo)5、吊環(huán)傾斜驅(qū)動(dòng)臂6、連接銷(xiāo)7、驅(qū)動(dòng)液缸8、液缸連接銷(xiāo)9、旋轉(zhuǎn)頭10組成。鉆機(jī)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(shí)用新型中的驅(qū)動(dòng)液缸吊卡承受不確定載荷時(shí)，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(wèn)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(lái)的安全隱患。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，能減少設(shè)備停鉆維修時(shí)間和費(fèi)用，有效提高作業(yè)安全保障等。6.5鉆機(jī)頂驅(qū)深溝球軸承內(nèi)防噴器驅(qū)動(dòng)裝置（CN200720098501.3）頂驅(qū)深溝軸承內(nèi)防噴器驅(qū)動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)示意圖 右視結(jié)構(gòu)示意圖圖中， 1- IBOP閥、2- 球閥驅(qū)動(dòng)柄、3- IBOP驅(qū)動(dòng)殼、4- 軸承下定位環(huán)、5- 深溝球軸承、 6- 軸承倉(cāng)

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(jī)頂驅(qū)深溝軸承內(nèi)防噴器驅(qū)動(dòng)裝置，包括內(nèi)防噴器驅(qū)動(dòng)殼，內(nèi)防噴器驅(qū)動(dòng)殼與球閥驅(qū)動(dòng)柄對(duì)應(yīng)安裝。本裝置具有結(jié)構(gòu)緊湊、工作壽命長(zhǎng)、設(shè)備維修時(shí)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(diǎn)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(wèn)題，避免了由其帶來(lái)的作業(yè)安全隱患。相比于目前現(xiàn)有的IBOP驅(qū)動(dòng)方式，該驅(qū)動(dòng)方式結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)潔，受力更為合理。6.6鉆機(jī)頂驅(qū)雙臂雙缸背鉗（CN200720098503.2）頂驅(qū)雙臂雙缸背鉗結(jié)構(gòu)示意圖圖中， 1-鉆具、2-喇叭口、3-喇叭口連接銷(xiāo)、4-背鉗連接板、5-背鉗連接銷(xiāo)、6-背鉗本體、7-頂驅(qū)主軸、8-背鉗臂、9-連接銷(xiāo)、10-頂驅(qū)旋轉(zhuǎn)頭。鉆機(jī)頂驅(qū)雙臂雙缸背鉗由喇叭口2、喇叭口連接銷(xiāo)3、鉗頭、背鉗連接板4、背鉗連接銷(xiāo)5、背鉗本體6、頂驅(qū)主軸7、背鉗臂8、連接銷(xiāo)9、頂驅(qū)旋轉(zhuǎn)頭10組成。鉆機(jī)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(gè)對(duì)稱(chēng)的背鉗臂，背鉗臂的底端分別連裝有兩個(gè)對(duì)稱(chēng)的背鉗本體，兩個(gè)背鉗本體的對(duì)