【摘要】：根據(jù)驅(qū)動方式,石油鉆機頂部驅(qū)動鉆井裝置分為電動頂驅(qū)(電機驅(qū)動)和液壓頂驅(qū)(液壓馬達驅(qū)動),2種頂驅(qū)的管子處理系統(tǒng)相同,其中7000m電動頂驅(qū)價格在150萬美元左右,非常昂貴。為了降低頂驅(qū)成本,提高市場競爭力,設(shè)計了一套1160kW的7000m液壓頂驅(qū),其成本僅為電頂驅(qū)的50%左右,具有非常強的市場競爭力。
【圖文】：

catingsystem;Largeflowhydraulicsystem誕生于20世紀80年代的石油鉆機頂部驅(qū)動鉆井裝置是鉆井界的重大革命性變革。目前，根據(jù)驅(qū)動方式，分為電動頂驅(qū)(電機驅(qū)動)和液壓頂驅(qū)(液壓馬達驅(qū)動)，市場上的大功率頂驅(qū)幾乎都是電驅(qū)動，其價格非常昂貴(7000m電頂驅(qū)的價格在150萬美元左右)。為了降低頂驅(qū)成本，增強市場競爭力，作者設(shè)計了一套1160kW的大功率7000m液壓頂驅(qū)，其成本僅僅為電頂驅(qū)的50%左右，將具有非常強的市場競爭優(yōu)勢。此系統(tǒng)的設(shè)計參數(shù)為:轉(zhuǎn)桿最大轉(zhuǎn)速220r/min，對應(yīng)的最大扭矩31kN·m，最大上卸扣扭矩為123圖1頂驅(qū)輸出性能曲線kN·m，對應(yīng)轉(zhuǎn)速0～20r/min。系統(tǒng)輸出性能參數(shù)如圖1所示:轉(zhuǎn)速在0～20r/min時段，為上卸扣段，最大上卸扣扭矩為123kN·m;在20～85r/min時段，為恒扭矩段，最大輸出扭矩為81kN·m，在85～220r/min時段，為恒功率段，最大輸出功率為721kW，其中頂驅(qū)90%的工作時段在80～120r/min時段。1動力站液壓系統(tǒng)設(shè)計1.1電機功率計算與分析(1)根據(jù)蒲氏公式，計算破巖功率與泥漿阻力功率。鉆頭破巖功率:N1=K·W·D頭3·n71.62×0.746(kW)式中:K為摩阻系數(shù)，取0.15;n為轉(zhuǎn)速，220r/min;D頭為鉆頭直徑，取17.8cm;W為鉆壓，28×104N。N1=K·W·D頭3·n71.62×0.746=57kW泥漿阻力功率:N2=1.15×105·γ·L·n1.6(kW)式中:γ為泥漿密度，取1.6g/cm3;L為轉(zhuǎn)柱長度，取7000m;n為動力輸出轉(zhuǎn)速，取150r/min。計算得:

機防爆，極大地降低了成本;采用2個電機單獨驅(qū)動，一方便考慮如果一個電機損壞還有一個電機可以備用，防止停機影響作業(yè)，另一方面當鉆淺層時，可以只采用單個電機作業(yè)，可提高電機和液壓泵的使用壽命。1.2液壓泵的選擇與計算1.2.1主軸轉(zhuǎn)動液壓泵確定根據(jù)設(shè)計輸出扭矩與轉(zhuǎn)速，考慮各個環(huán)節(jié)的效率，液壓泵需要提供的功率P=2π·M·N60η=895kW，再考慮性價比，選擇6個190mL/r的ＲEXＲOTH泵(總功率可以達到1500kW)。根據(jù)頂驅(qū)的工作特性，選擇液壓泵帶恒功率控制、壓力切斷控制、電比例控制，設(shè)計的液壓泵原理如圖2所示。圖2液壓泵原理圖其中，恒功率控制閥實現(xiàn)恒功率段轉(zhuǎn)速與壓力相互協(xié)調(diào)作業(yè)、保護電機不因超載而損壞，根據(jù)計算，此系統(tǒng)的恒功率壓力點設(shè)計為23MPa;考慮瞬間負載壓力過高引起液壓件損壞，液壓泵帶壓力切斷閥以保護液壓元器件，切斷壓力設(shè)計為35MPa，該壓力同時保證最大上卸扣扭矩達到123kN·m;在每個泵的出口處設(shè)計有單向閥，主要考慮當系統(tǒng)某一個泵出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)仍能正常工作，也方便排除故障點，另外當只有一組泵工作的情況下，另一組泵不會產(chǎn)生反轉(zhuǎn)。1.2.2液壓馬達變量控制液壓泵確定經(jīng)查詢，設(shè)計的液壓馬達排量調(diào)節(jié)所需流量為24L/min，選擇1個16mL/r的液壓齒輪泵來提供動力。1.3散熱系統(tǒng)的選擇與計算整個系統(tǒng)的發(fā)熱功率包括電機、分動箱、液壓泵、變速箱、減速機、液壓馬達與管路的功率損失，可總體將發(fā)熱量分為3個部分:電機、液壓系統(tǒng)與變速箱。電機采用自帶的風冷散熱器進行散熱(散熱器的功率為100kW)。液壓系統(tǒng)根據(jù)效率與功率計算，有200kW的壓力損失發(fā)熱量。查散熱器型譜，選擇2個120kW的風冷散熱器，，散熱器驅(qū)動馬達流量選擇32mL/r，壓力在5MPa，選擇散熱器的驅(qū)動液壓泵為2個16mL/r?
【作者單位】： 遵義師范學院工學院;湖南機電職業(yè)技術(shù)學院汽車工程學院;
【基金】：貴州省科學技術(shù)聯(lián)合基金項目(黔科合LH字[2015]7045號;黔科合LH字[2016]7001號)
【分類號】：TE92

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本文編號：2535858