TD40VS-250ton顶驱技术说明

1、 TD40VSTD40VS-250ton顶驱技术设计说明书编制 _审核 _批准 _天津瑞灵石油设备有限公司2012年5月13目 录1TD40VS顶驱产品概述12TD40VS顶驱主要技术参数及输出性能曲线33. 顶驱本体结构图44. TD40VS外形尺寸图55. 顶驱滚轮式导轨滑车结构简介76TD40VS顶驱采用的六项国家实用新型86 1钻机顶驱齿轮减速装置（CN200720098504.7）86.2钻机顶驱双承载装置（CN200720097400.4）96.3花键离合式钻机顶驱旋转头锁定装置（CN200720097399.5）106.4钻机顶驱拉杆式吊环倾斜装置（CN200720098502.

2、8）116.5钻机顶驱深沟球轴承内防喷器驱动装置（CN200720098501.3）126.6钻机顶驱双臂双缸背钳（CN200720098503.2）13 TD40VS顶驱产品概述顶部驱动钻井装置（简称“顶驱”）是用于取代传统钻井设备的新型钻井装置。顶驱集机、电、液于一体，结构复杂，多学科交叉，是当今石油钻井领域的重大技术之一，代表着21世纪石油钻井行业和机电液一体化石油钻井专用设备的最高水平和发展方向，已经成为国际钻井行业的标准配置。天津瑞灵石油设备有限公司针对目前市场上普遍存在的技术和质量问题对顶驱进行了细致的研究与改进，充分利用我公司自身技术优势，开发出了TD40VS顶部驱动钻井装置。该

3、装置在设计中沿用了本公司特有的6项顶驱专利技术，并首次在API250T级别顶驱上采用滚轮式导轨滑车结构,满足客户选择的需要。使TD40VS具备了更高的整体质量和可靠性，从而有效地降低了故障发生率，节约了顶驱的维护时间和维修成本。TD40VS在提高产品输出性能的同时，产品的体积和重量并没有增加，具备了更高的能量密度。另外，一体化的液压系统和强制齿轮油润滑系统，人性化的油底壳和液压阀汇设计等都使TD40VS进一步彰显了不同于其它产品的独特特点和突出性能。具有归纳为：Ø 采用315kw（422hp）交流变频电机驱动，结合精密齿轮传动技术和Siemens变频驱动控制技术使得TD40VS1输出

4、扭矩大，最大连续钻进扭矩和最大间歇扭矩分别达到了33 kN.m（24300 lbf.ft）和50 kN.m（36900 lbf.ft），且运转平稳。Ø TD40VS1顶驱电控系统操作简单、可靠、抗干扰能力强，并具有互锁保护、报警提示等功能，保证了顶驱的正常运行。Ø 独特的齿轮减速机设计使得减速机整体结构更为合理，同时主电机在传动中不受轴向力和径向力，降低了对主电机轴承的要求，解决了主电机轴承的偏磨问题，延长了其使用寿命。Ø 采用了双承载途径设计，提高了顶驱在石油钻井作业中的工作效率、减少设备维修时间和费用、改善作业环境、提高了作业安全性等。Ø 采用了花键

5、离合式顶驱旋转头锁定装置，使得旋转头的锁定更加快速，操作更加简单。Ø 采用了顶驱拉杆式吊环倾斜装置，使得驱动液缸吊卡在承受不确定载荷时，其活塞杆处于拉杆工况，解决了现有顶驱吊环倾斜液缸的活塞杆由于处于压杆工况而容易被压弯的问题，液缸的工作寿命得到有效地保障，克服了液缸活塞杆压弯失稳及因此液缸漏油给钻井作业带来的安全隐患。Ø 采用了顶驱深沟轴承内防喷器驱动装置，使得IBOP驱动结构更为简洁，受力更为合理，因而工作寿命长、设备维修时间少、提高了作业工作效率、改善了作业环境、提高了作业安全性能。Ø 采用了双臂双缸背钳，减小了上卸扣时扭矩臂产生的变形，延长了背钳的使用寿命

6、，同时背钳可以在1M的高度范围内上下滑动，使得拆装保护接头和IBOP更加方便。Ø 导轨滑车采用的是滚轮式结构，使顶驱运行更加平稳，无噪音，且滚轮易于更换、维修。Ø 液压系统集成于顶驱本体上，管线布局简洁、合理，密封性能可靠。Ø 在采用滑块滑动式导轨滑车结构的基础上，首次又采用了滚轮式导轨滑车结构。2TD40VS顶驱主要技术参数及输出性能曲线驱动方式交流变频驱动（AC VFD）名义钻井深度4000m（114mm钻杆）13,123 ft（4 1/2 drill pipe）额定载荷2250 kN250 ton(US)供电电源600 VAC/50Hz(可选60Hz)额定电

7、流356 A最大电流534 A额定功率（连续）315 kw422 HP转速范围0-180 r/min工作扭矩（连续）33 kN.m24300 lbf.ft最大卸扣扭矩50 kN.m36900 lbf.ft背钳夹持范围87 200 mm2-7/85- 1/2 in液压系统工作压力14MPa2000 psiIBOP额定压力70 MPa10000 psi中心管通孔直径76 mm3 in中心管通孔压力35 MPa5000 psi导轨中心距井口中心距离滑动滑车垂直：650mmVertical： 2.13 ft水平：421 mmMorizontal：1.38 ft滚动滑车垂直：655mmVertical：

8、 2.14ft水平：478 mmMorizontal：1.56 ft本体高度4.874m15.83ft本体工作高度5.43 m17.80 ft本体宽度1.50 m4.90 ft环境温度-3555TD40VS输出性能曲线3. 顶驱本体结构图（滚轮式）4. TD40VS外形尺寸图421(VS1)478(VS2)650(VS1)655(VS2)1500 5. 顶驱滚轮式导轨滑车结构简介5.1滑车结构特点5.1.1 API250T级别顶驱首次采用滚轮结构滑车，实现了顶驱和滑车是沿导轨进行滚动导向和反扭，从而减小运动过程中的摩擦力。5.1.2 滑车安装有4组承载轮和4组浮动导向轮，浮动轮由于具有自适应调

9、节结构，所以能适应导轨接触面（尤其是导轨接头部位）的4mm内高度突变或变形，有效的减少了顶驱提升下降过程中对导轨的冲击。5.1.3 滑车中部设计有锁定顶驱限位块，在顶驱需要进行停机检修时能快速的将滑车锁定在导轨上，而不需穿销使滑车与导轨连接。5.1.4 滑车承载滚轮和浮动导向轮采用高强度模块化结构，并且与滑车主体连接采用螺栓连接可进行拆卸，在检修或使用过程中可以进行快速更换轮组，节省顶驱故障停机维修时间。5.2导轨结构特点5.2.1 .导轨接头采用挂接穿销结构，可以进行快速对接，节省了导轨安装的时间。5.2.2 导轨采用双销连接，使用锁紧销确保导轨销不窜动。5.2.3 第二节导轨与末节导轨均可

10、作为顶驱的转运节使用，实现导轨连接的2种安装方式，可以适应不同井架现场环境。5.2.4 首次采用反扭矩梁与导轨连接采用楔块夹紧结构，避免了反扭矩梁夹板与导轨面的间隙震动，所以避免了顶驱运动过程中对反扭矩梁的冲击。5.2.5 整个导轨采用6节半的结构方式，增加了顶驱运动导向有效长度；并缩短了所需导轨挂板的长度，增强了整个导轨的刚性。滑车锁定板板TD40VS2滑车结构示意图TD40VS2单节导轨结构示意图顶驱止挂限位块*2滑车承载滚轮组*4导向浮动滚轮组*4导轨吊耳导轨下端接头导轨上端接头6TD40VS顶驱采用的六项国家专利介绍6.1钻机顶驱齿轮减速装置（CN200720098504.7）顶驱齿轮

11、减速装置结构示意图图中，1-钻井电机、2-齿轮箱盖、3-齿轮箱体、4-主动齿轮轴、 5-球形调心轴承、6-圆柱轴承、7-复合齿轮轴、8-主齿轮、9-顶驱主轴、10-渐开线花键。钻机顶驱齿轮减速装置由于采用了本实用新型技术方案，在齿轮传动中，钻机电机齿轮传动中不受轴向力和径向力，降低了电机轴承的要求，钻井电机可以选型更高转速的电机，并且，在同功率下钻井电机的体积可以做到更小；与此同时，本结构设计克服了钻井电机轴承仓偏磨和电机轴承寿命短的问题；又由于主动齿轮轴直接通过球形调心轴承和圆柱轴承生根于齿轮箱体和齿轮箱盖，整体齿轮减速箱结构更为合理，因此齿轮啮合精度及齿轮轴上的轴承寿命更能得到保证；由于采

12、用本实用新型的齿轮传动结构，250API吨级别提升能力的顶驱的核心性能达到了：最大转速180RPM、最大输出扭矩 33 kN.m（24300 lbf.ft）。6.2钻机顶驱双承载装置（CN200720097400.4）顶驱双承载装置结构示意图 顶驱双承载装置局部剖面结构放大示意图1- 吊卡、2- 吊环、3- 旋转头、4- 承载法兰轴、5- 止推轴承、6- 承载环、7- 齿轮箱、8- 主止推轴承、 9- 主轴。本实用新型双承载途径顶驱结构主要由吊卡1、吊环2、旋转头3、承载法兰轴4、止推轴承5、承载环6、齿轮箱7、主止推轴承8、主轴9组成。当主轴轴向受拉时，主止推轴承和承载法兰轴上端法兰受压，轴

13、向载荷传递到齿轮箱底部；当旋转头受拉时，旋转头止推轴承受压，通过承载环，使承载法兰轴受拉，将轴向载荷直接传递到齿轮箱底部。顶驱在两种不同作业工况下，采用上述不同的载荷途径。本装置结构设计合理、工作寿命长，能较大地提高顶驱在石油钻井作业中的工作效率、减少设备维修时间和费用、改善作业环境、提高了作业安全性等。6.3花键离合式钻机顶驱旋转头锁定装置（CN200720097399.5）旋转头处于解锁状态结构示意图 旋转头被锁定状态结构示意图图中，1-顶驱主轴、2-旋转头、 3-旋转头齿轮盘花键法兰、4-锁定环、5-锁定导向花键法兰、6-螺栓、7-顶驱主体、8-液缸支座、9-液缸连接销、10-液缸。花键

14、离合式顶驱旋转头锁定装置由顶驱主轴1、旋转头2、旋转头齿轮盘花键法兰3、锁定环4、锁定导向花键法兰5、螺栓6、顶驱主体7、液缸支座8、液缸连接销9、液缸10组成。花键离合式钻机顶驱旋转头锁定装置由于采用了本实用新型的技术方案，采用端部修尖的公母渐开线花键，小幅度间隙的转动旋转头同时伸出液缸活塞杆，推下锁定环，旋转头在操作指令的瞬间即能被锁定，而缩回活塞杆，提起锁定环，旋转头立即被解锁，可以自由旋转；又由于此处液缸只用于轴向提起和推下锁定环，两端采用用铰接和销接连接，液缸杆不受剪切力，液缸的工作寿命得到保障；同时，渐开线花键的设计保证圆周多齿同时啮合，有利于结构在顶驱处理钻具上卸扣时承受较大的剪

15、切冲击力。因此，本实用新型具有结构设计合理、工作寿命长，能较大地提高顶驱在石油钻井作业中的工作效率、减少设备维修时间和费用、改善作业环境、提高作业安全性等优点和积极效果。6.4钻机顶驱拉杆式吊环倾斜装置（CN200720098502.8）钻机顶驱拉杆式吊环倾斜装置结构示意图图中，1- 吊卡、2- 吊环、3- 吊环卡子、4- 连杆、5- 连接销、 6- 吊环倾斜驱动臂、7- 连接销、8- 驱动液缸、9- 液缸连接销、10- 旋转头。本实用新型钻机顶驱拉杆式吊环倾斜装置由吊卡1、吊环2、吊环卡子3、连杆4、连接销5、吊环倾斜驱动臂6、连接销7、驱动液缸8、液缸连接销9、旋转头10组成。钻机顶驱拉杆

16、式吊环倾斜装置相比于目前现有的吊环倾斜装置，本实用新型中的驱动液缸吊卡承受不确定载荷时，其活塞杆处于拉杆工况，解决了现有顶驱吊环倾斜液缸的活塞杆由于处于压杆工况而容易被压弯的问题，液缸的工作寿命得到有效地保障，克服了液缸活塞杆压弯失稳及因此液缸漏油给钻井作业带来的安全隐患。本实用新型结构设计合理，能减少设备停钻维修时间和费用，有效提高作业安全保障等。6.5钻机顶驱深沟球轴承内防喷器驱动装置（CN200720098501.3）顶驱深沟轴承内防喷器驱动装置结构示意图 右视结构示意图图中， 1- IBOP阀、2- 球阀驱动柄、3- IBOP驱动壳、4- 轴承下定位环、5- 深沟球轴承、 6- 轴承仓

17、外环、7- 卡环、8- 防尘圈、9- 液缸、10- 定位法兰、11- 旋转头承载法兰、12- 轴向定位板、13- 顶驱主轴钻机顶驱深沟轴承内防喷器驱动装置，包括内防喷器驱动壳，内防喷器驱动壳与球阀驱动柄对应安装。本装置具有结构紧凑、工作寿命长、设备维修时间少、提高作业工作效率、改善作业环境、提高作业安全性能等优点和积极效果。由于深沟球轴承具有较好的轴向承载能力和轴向调心性能，克服了滚轮的偏磨及其寿命短的问题，避免了由其带来的作业安全隐患。相比于目前现有的IBOP驱动方式，该驱动方式结构更为简洁，受力更为合理。6.6钻机顶驱双臂双缸背钳（CN200720098503.2）顶驱双臂双缸背钳结构示意图图中， 1-钻具、2-喇叭口、3-喇叭口连接销、4-背钳连接板、5-背钳连接销、6-背钳本体、7-顶驱主轴、8-背钳臂、9-连接销、10-顶驱旋转头。钻机顶驱双臂双缸背钳由喇叭口2、喇叭口连接销3、钳头、背钳连接板4、背钳连接销5、背钳本体6、顶驱主轴7、背钳臂8、连接销9、顶驱旋转头10组成。钻机顶驱双臂双缸背钳，包括背钳本体、背钳臂，背钳本体由背钳臂连接安装于顶驱旋转头，其特征是：顶驱旋转头装有两个对称的背钳臂，背钳臂的底端分别连装有两个对称的背钳本体，两个背钳本体的对