CN201195838Y - 自升式海洋钻井平台升降装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种自升式海洋钻井平台升降装置，其平行轴减速机构的平行轴箱体内安装有输入轴系、输出轴系和减速轴系，所述输入轴系与电机联接，所述输出轴系与一级行星齿轮减速机构的太阳轮联接，一级行星齿轮减速机构的内齿圈一端与平行轴箱体联接，其另一端通过中间联接法兰与二级行星齿轮减速机构的内齿圈的一端联接，一级行星齿轮减速机构的行星架与二级行星齿轮减速机构的太阳轮联接；二级行星齿轮减速机构的内齿圈的另一端与大法兰联接，二级行星齿轮减速机构的行星架与具有七齿齿轮的七齿输出轴联接。本实用新型采用两次减速，可以利用现有电机来升降单齿200吨－454吨，力放大倍数可达1500－16000倍，具有良好的社会和经济效益。

Description

自升式海洋钻井平台升降装置

一、技术领域：本实用新型涉及一种升降装置，特别是涉及一种自升式海洋钻井平台升降装置。

二、背景技术：自升式钻井、采油平台及试油作业平台都有升降装置，它的主要功能是，当自升式平台移位时，通过升降装置把平台升离水面，为海上作业做好准备，作业结束后，再把平台降回水面，升起桩腿，使平台重新恢复成漂浮状态，准备拖航至下一个井位作业。自升式钻井平台升降系统是平台的脊梁，对平台安全起着非常重要的作用。由于技术要求高，长期以来，升降系统的研发和制造，一直为美、日、欧所垄断，技术成果对外封锁、保密；对其核心部分——升降传动系统更是讳莫如深。因为升降系统具有较大的承受载荷，特别是7齿爬升齿轮，且要求绝对安全可靠。目前的升降装置无不例外为大减速比齿轮传动减速装置，一般传动比可达到1500-16000，小齿轮爬升速度很慢。

三、实用新型内容：

本实用新型所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种结构紧凑、重量轻、成本低、传动比大、承载能力高，安装拆卸方便、安全可靠的升降装置，核心是通过小功率电机实现提升高载荷平台。

本实用新型的技术方案是：

一种自升式海洋钻井平台升降装置，含有平行轴齿轮减速机构和行星齿轮减速机构，所述平行轴减速机构的平行轴箱体内安装有输入轴系和输出轴系，并且输入轴系和输出轴系之间设置有减速轴系，所述输入轴系与电机联接，所述输出轴系与一级行星齿轮减速机构的太阳轮联接，一级行星齿轮减速机构的内齿圈的一端与平行轴箱体联接，其另一端通过中间联接法兰与二级行星齿轮减速机构的内齿圈的一端联接，一级行星齿轮减速机构的行星架与二级行星齿轮减速机构的太阳轮联接；二级行星齿轮减速机构的内齿圈的另一端与大法兰联接，所述大法兰安装在平台主结构架上，二级行星齿轮减速机构的行星架与七齿输出轴联接，所述七齿输出轴上具有七齿齿轮。

所述大法兰上是末级组件外壳的一部分，所述七齿输出轴通过轴承套装固定在该末级组件外壳内。

所述输入轴系和输出轴系之间共设置有五个轴系，实现四级减速。

所述电机通过联轴器与输入轴系联接，所述输出轴系通过花键与一级行星齿轮减速机构的太阳轮联接，所述七齿输出轴通过花键与二级行星齿轮减速机构的行星架联接。

所述平行轴箱体为剖分式结构，由上半齿轮箱和下半齿轮箱联接而成。

本实用新型的自升式海洋钻井平台升降装置，由于提升载荷非常大，正常升降单齿提升力200-454吨，预压载荷单齿力318-587吨，抗风暴载荷单齿力455-726吨，升降速度0-0.457m/min.(0-1.5ft/min)，设计寿命151小时---正常升降载荷；26小时---预压载荷升降。

装置可分两次减速：一次减速为平行轴齿轮减速机，共四级传动，其传动比达150-400；二次减速为行星齿轮减速机，共两级传动，其传动比10-40；两次减速的总传动比为1500-16000。动力为交流电机，通过联轴器与平行轴之输入轴相联结；平行轴减速与行星减速之间的联结是箱体之间法兰固紧，动力靠花键轴传递。二次减速后，通过花键传递动力到七齿输出轴，七齿齿轮与齿条啮合实现平台及桩腿升降。升降装置与主结构之间靠法兰止口定位，法兰四翼平面来传递内齿圈所承受的扭矩，用四个螺栓把法兰与主结构固紧并以此固定升降装置。

本升降装置内所有齿轮材料均选用国内顶级齿轮钢材料20Cr2Ni4A，7齿输出轴采用机械性能非常好的高调钢40CrNiMoA，其机械性能指标可见下表

 

材料	抗拉强度σb(MPa)	屈服强度σs(MPa)	伸长率δ(％)	收缩率(％)	冲击功Akv(J)
						20Cr2Ni4A	1180	1080	10	45	46(-40°C)
40CrNiMoA	980	835	12	55	46(-40°C)

其中，齿轮采用渗碳淬火处理，输出轴采用高调质处理。除输出7齿外，所有传动齿轮精度高于6级GB/T10095-2001，齿面粗糙度不高于0.8um；7齿齿轮模数达80mm-100mm，齿形角25°-30°，数控火焰切割(或电火花放电线切割)加工工艺，其精度可达10-11级别.

本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型采用两次减速箱，传动比非常大，可以利用现有电机来升降单齿200吨-454吨(正常升降载荷)，力放大倍数可达1500-16000倍。

2、本实用新型重载、轻载分别设置；行星箱内齿圈、过渡法兰及与主结构联结的安装法兰之间靠止口定位螺栓联结；因此安装、拆卸、维护非常方便。

3、本实用新型结构紧凑、重量轻、效率高达80％。

4、本实用新型适用范围广，有很广泛的市场前景，特别是适用于海洋钻井平台升降，也可用于船闸及大坝等场合，因其成本低、安全性高、实用性强等优点，具有良好的社会和经济效益。

四、附图说明：

图1为自升式海洋钻井平台升降装置的结构示意图；

图2为图1所示自升式海洋钻井平台升降装置的俯视图；

图3为图1所示自升式海洋钻井平台升降装置的仰视图。

五、具体实施方式：

下面结合图1、图2和图3对本实用新型作进一步的描述：

其中，各序号所代表的为：电机---1，联轴器及相关法兰螺栓等---2、3、4、5、6，I轴轴系---7，II轴轴系---8，III轴轴系---9，IV轴轴系---10，平行轴箱输出轴轴系---11，平行轴箱体---12，联结螺柱、螺母、圆柱销---13、14、15，一级行星架---16，一级太阳轮---45，一级行星轮---46，一级内齿圈---17，轴承---18，中间联结法兰---19，双头螺柱、螺母、圆柱销、垫圈---20、21、22、23，第二级行星架---24，第二级太阳轮---25，第二级行星轮---26，第二级内齿圈---27，挡圈---28，双头螺柱、螺母、圆柱销、垫圈---29、30、31、32，轴承---33，末级组件外壳---34，HALF(两半环)环---35，螺栓---36，轴承---37，螺钉、垫圈---38、39，油封---40，7齿齿轮轴---41，隔环---42，7齿轴耐磨套---43，前透盖---44，上半齿轮箱---47，下半齿轮箱---48，大法兰---49，翼面---50，和平台主结构连接的螺栓孔---51。

其中，动力由电机通过平行轴箱内I—IV级齿轮传动减速，I级减速通过I轴轴系7的轴齿轮与II轴轴系8的盘齿轮相啮合，II级减速通过II轴轴系8的轴齿轮与III轴轴系9的盘齿轮啮合实现，III级减速通过III轴轴系-9的轴齿轮与IV轴轴系-10的盘齿轮啮合实现，IV级减速通过IV轴轴系10的轴齿轮与输出轴轴系11上的末级大齿轮啮合实现。以上是通过连续四次减速实现第一次减速，通过第一次减速其减速比(传动比)达150-400。平行轴箱体12为剖分式结构，上半齿轮箱47和下半齿轮箱48通过螺栓相联结，安装拆卸简单，参见附图2。

其中，电机1的固定是通过联结法兰4与平行轴箱体12相联结，因为经过四级齿轮减速后，齿轮输出轴的速度已经较低，但离设计要求还有差距，这时候传递扭矩较大，如果继续采用平行轴减速减速机承载能力很难达到设计要求。行星齿轮传动与平行轴齿轮传动相比较具有承载能力高、体积小、效率高、重量轻、传动比大、噪声低、可靠性高、寿命长等优点。因此二次减速采用行星齿轮减速传动，根据设计采用两级行星传动，行星传动的总传动比为10-40。一、二次减速后的总传动比为1500-16000，单齿提升力可达：正常升降单齿提升力200吨-454吨，预压载荷单齿力318-587吨，抗风暴载荷单齿力455-726吨，升降速度0-0.457m/min.(0-1.5ft/min)。升降装置总效率高达80％以上，这在大传动比及高载荷传动中是不多见的。一次减速与二次减速之间力的传递通过一级太阳轮45之花键与平行轴箱体12输出轴11端部的内花键相联结，一级太阳轮45一个、一级行星轮46三个、一级行星架16一个、一级内齿圈17一个，一级行星轮46安装在一级行星架16上，一级太阳轮45与一级行星轮46啮合，一级行星轮46又与一级内齿圈17啮合，一级太阳轮45与一级行星轮46、一级内齿17圈的中心线同心—既公共轴线，这样一级行星轮46有两种运动自转和公转(绕自身轴线和公共轴线)，一级行星架16的一端作为一级行星传动的输出也是二级行星传动的输入，由于行星轮46为三个，所以增加了同时受力的齿轮对数，大幅度提高了承载力，结构更为紧凑、体积明显减少，其传动比比平行轴传动高。同理，二级行星传动靠二级太阳轮25、二级行星轮26、二级内齿圈27、二级行星架24经过行星齿轮机构实现二级行星减速。二级行星架24作为输出形式，七齿输出轴41端部与二级行星架24以花键相联结，七齿输出轴41另一端是齿数为7的大模数、压力角的齿轮，升降装置安装在平台主结构后7齿与齿条相啮合以实现升降平台、放收桩腿等目的。

一次减速箱与一级行星内齿圈17通过法兰用铰制销和高强度螺栓固联，参见附图1。一级内齿圈17、二级内齿圈27通过中间联结法兰19通过铰制销和高强度螺栓固联。二级内齿圈27又与输出大法兰49用铰制销和高强度螺栓联结，大法兰49有4个螺栓孔51、4个翼面50，用其和平台主结构固联，并把二级内齿圈27所传递之力传递给固定主结构，参见附图3.以实现固定整个升降装置之目的。

升降装置除输出轴七齿齿轮、内齿轮外所有齿轮采用渗碳淬火、磨齿加工工艺，内齿轮采用高调质精插齿工艺，因此传动精度很高，总效率在大传动比1500-16000情况下仍可达80％以上。

在本实用新型中，改变平行轴减速各级之间的齿数比、齿轮参数、传动级数即轴系的数量，改变行星齿轮减速机构各级齿数比关系、齿轮参数、行星传动级数、以及改变相邻行星齿轮减速机构之间的联接方式能够组成多个实施方式，均为本实用新型的常见变化以及保护范围，在此不一一详述。

Claims (5)

1.一种自升式海洋钻井平台升降装置，含有平行轴齿轮减速机构和行星齿轮减速机构，其特征是：所述平行轴减速机构的平行轴箱体内安装有输入轴系和输出轴系，并且输入轴系和输出轴系之间设置有减速轴系，所述输入轴系与电机联接，所述输出轴系与一级行星齿轮减速机构的太阳轮联接，一级行星齿轮减速机构的内齿圈的一端与平行轴箱体联接，其另一端通过中间联接法兰与二级行星齿轮减速机构的内齿圈的一端联接，一级行星齿轮减速机构的行星架与二级行星齿轮减速机构的太阳轮联接；二级行星齿轮减速机构的内齿圈的另一端与大法兰联接，所述大法兰安装在平台主结构架上，二级行星齿轮减速机构的行星架与七齿输出轴联接，所述七齿输出轴上具有七齿齿轮。

2.根据权利要求1所述的自升式海洋钻井平台升降装置，其特征是：所述大法兰上设置有末级组件外壳，所述七齿输出轴通过轴承套装固定在该末级组件外壳内。

3.根据权利要求1所述的自升式海洋钻井平台升降装置，其特征是：所述输入轴系和输出轴系之间共设置有五轴系，实现四级减速。

4.根据权利要求1或2或3所述的自升式海洋钻井平台升降装置，其特征是：所述电机通过联轴器与输入轴系联接，所述输出轴系通过花键与一级行星齿轮减速机构的太阳轮联接，所述七齿输出轴通过花键与二级行星齿轮减速机构的行星架联接。

5.根据权利要求4所述的自升式海洋钻井平台升降装置，其特征是：所述平行轴箱体为剖分式结构，由上半齿轮箱和下半齿轮箱联接而成。

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