CN203238609U - 一种实时监测爬升齿轮轴扭矩的钻井平台升降传动装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种实时监测爬升齿轮轴扭矩的钻井平台升降传动装置，其包括：电机，电机连接平行轴齿轮减速箱，平行轴齿轮减速箱连接行星齿轮减速箱，行星齿轮减速箱连接爬升齿轮轴，所述爬升齿轮轴上设扭矩测量装置，它可直接测爬升齿轮轴的扭矩，测量结果更加精确。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种实时监测自身状态的钻井平台升降传动装置，尤其涉及一种实时监测爬升齿轮轴扭矩的钻井平台升降传动装置。
背景技术
自升式钻井平台是应用于浅海区石油钻探的主要设备，一般自升式钻井平台由三个至四个桩腿以及一个作业平台构成，作业平台上装载钻井机械、动力、器材、居住等设备。钻井时应用平台升降传动装置将作业平台沿桩脚升离海平面至一定的高度开始钻井作业；一处钻井完成后首先应用平台升降装置把作业平台降至水面使作业平台飘浮，然后升起桩腿用拖轮把钻井平台拖移到新的井位，之后降下桩腿、升起作业平台开始新一轮的作业。
自升式钻井平台升降传动装置是大型自升式钻井平台升降的关键和核心部件。根据平台总重或桩腿数量的不同，每艘平台安装36-72套不等的同规格升降传动装置。每两台升降传动装置被对称的安装在每根桩腿弦管的两侧。在作业平台或桩腿升降时，所有升降传动装置一起工作、协同完成对作业平台或桩腿的升降。这就要求作业平台在长期静止停放或升降前多台升降装置须承载均匀，始终保持平台水平。如果平台稍微倾斜且不能及时调整，就会造成各升降传动装置之间受力不均，致使个别升降传动装置过载；如果没有有效的扭矩监测系统，就不能及时发现过载，严重时有可能损坏过载的升降传动装置，甚至造成倾覆等重大事故。
扭矩监测在目前国内设计的升降装置产品已有应用，但并不成熟如：一种通过电机电流测量升降装置负载的方式，此方式无法实现平台静止时的载荷监测，同时电机工作电流与功率和扭矩的转换也非完全的线性关系，因此所测得的扭矩值存在较大误差；另一种扭矩监测是应用普通成熟的扭矩传感器加装在两根传动轴之间（如电机轴和齿轮箱输入轴之间），安装、调试和应用都比较麻烦并且需要考虑传动系统传动链的效率才能转化为最终扭矩显示，由于每个升降传动装置的系统的效率不可能是一个定值，因此扭矩显示的值也不够精确。
实用新型内容
本实用新型目的在于提供一种实时监测爬升齿轮轴扭矩的钻井平台升降传动装置，其针对上述缺陷直接检测爬升齿轮轴的扭矩，从而保证测量结果的精确。
本实用新型的目的是通过如下结构实现的，其包括：电机，电机连接平行轴齿轮减速箱，平行轴齿轮减速箱连接行星齿轮减速箱，行星齿轮减速箱连接爬升齿轮轴，所述爬升齿轮轴上设扭矩测量装置。
所述平行轴齿轮减速箱设有4级平行轴齿轮副，四级齿轮副的总传动比为389:1。
所述行星齿轮减速箱设有2级串联的NGW型行星齿轮组，行星齿轮减速箱的总转动比为24:1。
所述爬升齿轮轴内轴向设中心孔，扭矩测量装置包括：芯轴，芯轴位于中心孔内，芯轴的两端分别连接在爬升齿轮轴的两端，芯轴的一端连接扭矩测量传感器。
所述爬升齿轮轴的颈部沿圆周设有凹槽，扭矩测量装置包括：应变片，应变片位于凹槽内，应变片通过导线连接转子，转子连接在爬升齿轮轴内，转子外设定子，定子连接数据采集线路，定子和转子上分别设有电磁线圈。
所述扭矩测量传感器连接PLC控制器，PLC控制器连接显示器。
所述爬升齿轮轴内轴向设中心孔，爬升齿轮轴内径向设连接孔，连接孔一端联通中心孔，连接孔另一端的开口位于凹槽内，导线位于中心孔和连接孔内。
所述数据采集线路连接PLC控制器，PLC控制器连接显示器。
所述凹槽上连接防护套。
所述中心孔、连接孔和凹槽内填充环氧树脂。
本实用新型直接在爬升齿轮轴上安装扭矩测量装置，实时监测每套升降传动装置的受扭矩状况并将其以电压或电流的信号方式输出，以便对每个爬升齿轮的载荷及时进行调整，使每个爬升齿轮受载均衡，从而确保平台安全升降。本实用新型扭矩测量装置解决了以住在平台静止时无法监测扭矩和在扭矩显示时需要计算传动系统效率的弊端，并且本实用新型扭矩测量装置直接测爬升齿轮轴的扭矩，测量结果更加精确，可测量范围也远大于普通扭矩传感器，可达 ，并且测量精度比其它形式的升降传动装置扭矩测量方法更高。
附图说明
图1 为本实用新型的实施例1的结构示意图，图2为本实用新型实施例1爬升齿轮轴的剖面图。
图3为本实用新型实施例2爬升齿轮轴的剖面图，图4为图3中Ⅰ部分的局部放大图，图5为图3中Ⅱ部分的局部放大图。
具体实施方式
如图1所示本实用新型实施例1：
自升式钻井平台升降传动装置由电机1、平行轴齿轮减速箱2、行星齿轮减速器3、爬升齿轮轴4和安装在爬升齿轮轴上的扭矩监测装置组成一台完整的升降传动装置单元。电机1为作业平台或桩腿的升降提供动力；平行轴齿轮减速箱2内设四级平行轴斜齿轮副，传动比为389:1；行星齿轮减速箱3内设两级NGW型行星传动，两级行星齿圈由法兰连接，其传动比为24:1；爬升齿轮轴的爬升齿轮齿数为七，模数为100。
如图2在爬升齿轮轴为空心齿轮轴，所述爬升齿轮轴内轴向设中心孔，中心孔内安装一根芯轴6，芯轴的两端分别与爬升齿轮轴受扭矩的两端固定在一起，爬升齿轮轴末端安装扭矩测量传感器7，当爬升齿轮轴受扭矩产生变形时，芯轴也随之产生变形，由于芯轴的变形造成扭矩测量传感器7输入电流或电压值的变化，扭矩测量传感器7监测由于芯轴的变形而造成通过芯轴电流或电压的变化，来测量爬升齿轮轴扭矩大小的变化，扭矩测量传感器7的输出信号通过信号线8与外部PLC连接，并经过PLC的计算，最终将爬升齿轮轴的扭矩测量结果显示在中控台的显示屏上。当升降转动装置工作时，由电机1驱动通过平行轴减速箱四级减速和两级行星减速后，将扭矩传递给爬升齿轮轴，爬升齿轮轴上的爬升齿轮与桩腿上的齿条相啮合实现钻井平台或桩腿的升降；扭矩测量传感器安装于爬升齿轮轴中心孔内，由于爬升齿轮轴内的芯轴随爬升齿轮轴受扭矩产生变形，从而使扭矩测量传感器的电流或电压信号变化，通过电流或电压的变化值大小测得爬升齿轮轴承受扭矩的大小，并通过PLC计算转化为扭矩数值显示在与PLC连接的位于中控台中的显示器上，当某个爬升齿轮轴的承载超过限定值时，可通过控制装置或手动装置对升降装置受载进行及时调整，使每套爬升齿轮轴受载均衡避免安全隐患。
如图3、图4以及图5所示本实用新型实施例2包括：
自升式钻井平台升降传动装置由电机、平行轴齿轮减速箱、行星齿轮减速器、爬升齿轮轴和安装在爬升齿轮轴上的扭矩监测装置组成一台完整的升降传动装置单元。电机1为作业平台或桩腿的升降提供动力；平行轴齿轮减速箱2内设四级平行轴斜齿轮副，传动比为389:1；行星齿轮减速箱3内设两级NGW型行星传动，两级行星齿圈由法兰联接，其传动比为24:1；爬升齿轮轴的爬升齿轮齿数为七，模数为100。
所述爬升齿轮轴颈部位沿圆周开一个环形凹槽，在槽内熔焊应变片11，根据惠斯通电桥原理，通过测量爬升齿轮轴在承受扭矩状态下应变片11的微应变，并以电流或电压信号的形式输出。爬升齿轮轴内轴向设中心孔，爬升齿轮轴内径向设连接孔，连接孔一端联通中心孔，连接孔另一端的开口位于凹槽内，应变片11输出的电信号经导线9传输至转子13，转子13通过螺栓和爬升齿轮轴连接在一起，并和爬升齿轮轴一起旋转，转子外设定子，定子连接数据采集线路15，定子和转子上分别设有电磁线圈，导线9位于中心孔和连接孔内。由于受扭变形产生的电流或电压通过电磁感应由定子13传输至转子14，然后经过数据采集线路15与外部PLC相连接。在环形凹槽、爬升齿轮轴中心孔和连接孔内填充环氧树脂10以起到防潮，防蚀的效果，并起到固定导线9的作用；在凹环槽外部加装防护套12，防护套为一个环绕爬升齿轮轴的圆环。定子14收到的测量信号传送给与定子连接的PLC，然后经过PLC的分析计算，最终将爬升齿轮轴的扭矩测量结果显示在位于中控台的显示屏上。
每台升降装置爬升齿轮轴所受扭矩大小的实时准确监测可以有效的反应各传动装置间所受的载荷是否均衡，及时发现个别升降装置因为变形或其它原因造成的过载，从而避免事故产生。
Claims (10)
1.一种实时监测爬升齿轮轴扭矩的钻井平台升降传动装置，包括：电机，电机连接平行轴齿轮减速箱，平行轴齿轮减速箱连接行星齿轮减速箱，行星齿轮减速箱连接爬升齿轮轴，其特征在于：所述爬升齿轮轴上设扭矩测量装置。
2.根据权利要求1所述的一种实时监测爬升齿轮轴扭矩的钻井平台升降传动装置，其特征在于：所述平行轴齿轮减速箱设有4级平行轴齿轮副，四级齿轮副的总传动比为389:1。
3.根据权利要求1所述的一种实时监测爬升齿轮轴扭矩的钻井平台升降传动装置，其特征在于：所述行星齿轮减速箱设有2级串联的NGW型行星齿轮组，行星齿轮减速箱的总转动比为24:1。
4.根据权利要求1、2或3所述的一种实时监测爬升齿轮轴扭矩的钻井平台升降传动装置，其特征在于：所述爬升齿轮轴内轴向设中心孔，扭矩测量装置包括：芯轴，芯轴位于中心孔内，芯轴的两端分别连接在爬升齿轮轴的两端，芯轴的一端连接扭矩测量传感器。
5.根据权利要求1、2或3所述的一种实时监测爬升齿轮轴扭矩的钻井平台升降传动装置，其特征在于：所述爬升齿轮轴的颈部沿圆周设有凹槽，扭矩测量装置包括：应变片，应变片位于凹槽内，应变片通过导线连接转子，转子连接在爬升齿轮轴内，转子外设定子，定子连接数据采集线路，定子和转子上分别设有电磁线圈。
6.根据权利要求4所述的一种实时监测爬升齿轮轴扭矩的钻井平台升降传动装置，其特征在于：所述扭矩测量传感器连接PLC控制器，PLC控制器连接显示器。
7.根据权利要求5所述的一种实时监测爬升齿轮轴扭矩的钻井平台升降传动装置，其特征在于：所述爬升齿轮轴内轴向设中心孔，爬升齿轮轴内径向设连接孔，连接孔一端联通中心孔，连接孔另一端的开口位于凹槽内，导线位于中心孔和连接孔内。
8.根据权利要求5所述的一种实时监测爬升齿轮轴扭矩的钻井平台升降传动装置，其特征在于：所述数据采集线路连接PLC控制器，PLC控制器连接显示器。
9.根据权利要求5所述的一种实时监测爬升齿轮轴扭矩的钻井平台升降传动装置，其特征在于：所述凹槽上连接防护套。
10.根据权利要求7所述的一种实时监测爬升齿轮轴扭矩的钻井平台升降传动装置，其特征在于：所述中心孔、连接孔和凹槽内填充环氧树脂。
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