专利名称：油田用可调速偶合器减速箱的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种油田用可调速偶合器减速箱。
技术背景目前，油田钻机集中式动力机组的基本配制有两种 一种是柴油 机+减速机构到负载机组；与柴油机匹配的减速机构有液力变矩器、液力偶合 器减速箱、机械减速箱三种。另一种是交流电机+可调速的传动机构，然后输 出到负载机组；其中有的液力偶合器减速箱附带有小范围调速功能。在与交 流电机配套的可调速的传动机构目前只有进口式调速型偶合器减速箱。这些 机构或减变速装置的主要功能是把原动机的功率经过处理后传递到负载机组 它们特点各异，优缺点分别为
A机械减速箱操作简单，修理维护容易，但属于直连方式，对传动链没 有保护功能。
B液力变矩器可实现输入输出互不干涉，有保护动力机组的优点，但传 动效率低，机组经济性差。
C与柴油机配套的液力偶合器减速箱的传动效率高，额定效率可达95% 以上，但不能调速，或调速范围非常小。
D与电机配套的调速型偶合器目前在油田只有一种进口式调速型，用于 钻井的泥浆泵组，但其调速范围是0.75 0.97，调速范围比较窄。
调速型偶合器，目前没有在油田钻机上得到广泛推广，其石油钻机传动 系统的技术难点是
A主要是因为油田钻机的负载非常复杂，如果不经过精确的计算，很难设 计出正确的调速范围和调速方法。
B传动系统易发生扭振，偶合器叶片倾倒，悠车等故障发生。轻则传动箱 损坏，重则扭断钻杆，损坏钻机，导致钻井失败。
C采用调速型偶合器，需要一些电器，由于动力机组属于二级防爆区，传 动箱的所有电器采用防爆装置。所以生产厂家在油田钻机中运用调速型偶合器都非常谨慎，其中不乏失败者 目前，在油田钻机上主传动运用的偶合器传动箱没有真正的调速型偶合器传 动装置。
发明内容本实用新型所要解决的技术问题是，为油田钻机动力机组提供一种 满足不同工况下速度与功率要求的液力偶合器与齿轮减速箱相结合的油田用 可调速偶合器减速箱。本实用新型油田用可调速偶合器减速箱，包括扁圆形 液力偶合器及齿轮减速箱，偶合器背壳安装在传动箱的输入端，与泵轮和旋 转外壳安装在一起，勺管壳体与输入轴承座结合在一起，勺管从勺管壳体中 直接伸到箱体外，偶合器泵轮与偶合器涡轮之间带有叶片的空腔构成了偶合 器工作腔，偶合器泵轮与输入轴相连，偶合器涡轮与涡轮轴相连，涡轮轴与 输出轴位于同一轴线上，与其平行的过渡轴二端的减速齿轮分别与涡轮轴上 的齿轮、输出轴上的齿轮相啮合，构成了两级减速机构，偶合器旋转外壳的 齿轮与供油泵轴上的供油泵增速齿轮相啮合，供油泵轴驱动供油泵的主动齿 轮轴，供油泵出口管路上设有散热器。可沿勺管壳体移动的勺管与勺管壳体 之间构成勺管腔，勺管上设有排油孔，勺管壳体上也设有排油孔，勺管腔与 勺管壳体的排油孔相通并直接连通到箱体底部，勺管的顶端与可使勺管沿勺 管壳体伸縮的防爆电动执行器相连接。散热器依次由风扇防爆电机、风扇、 导风筒、散热器体、散热器单节组成的。供油泵是齿轮泵，主、从动齿轮轴、 安装在内、外侧支撑轴承中，内侧支撑轴承为短圆柱滚子轴承，外侧支撑轴
承为自动调心滚子轴承。经过特殊设计的散热器能带走大约为240 360kW的 热量。风扇防爆电机满足长期野外工作条件，防护等级高；风扇为特殊高压 头风扇，最大压头可达880Pa，散热器体可安装12 14个散热器单节。为解 决调速过程中发生扭振时叶轮强度问题，我们通过有限元设计分析模拟液流 流动的力学场，对叶轮、叶片作出精确的应力计算，设计出循环圆直径为700 750mm的多角形偶合器的三个叶轮及叶片的基本厚度5 。满足调速时恶劣工况 下的强度要求，安全系数适度。与电动机输出轴相连的输入轴的转动带动偶合器泵轮转动，只要使偶合 器工作腔充油，偶合器涡轮就旋转，并通过涡轮轴、过渡轴、输出轴输出功 率。同时偶合器旋转外壳通过齿轮啮合驱动供油泵增速齿轮及其供油泵轴， 带动供油泵旋转，为整个传动箱供油.。当需要调节速度时，防爆电动执行器 拉动勺管在勺管壳体并轴承座与偶合器背壳形成的油腔中作直线往复运动， 调节整个偶合器腔体中的油位，使偶合器泵轮与偶合器涡轮之间传递的扭矩 发生变化，在外部负载的作用下，使输出的转速达到所需要的范围。 现在油田钻机主传动用偶合器传动箱还没有调速功能，本偶合器传动箱调速 性能完全满足油田钻机负载(泥浆泵、绞车、转盘)的需要，调速机理采用勺 管调节偶合器充油量，使之输出转速实现无级变速，既可在额定点实现高效
率，又可在需要的工况下实现变速。调速时，热损耗允许达到40%，满足钻机 所需牵引力和调速范围。防爆电动执行器的控制盘上设有精确的电位显示。
本实用新型与现有技术相比可实现
1，油田运用的主传动用偶合器传动箱是离合型，无法实现调速，只能与 柴油机实现配套，无法与交流电动机实现配套，而本实用新型不但可以离合 而且在与电动机配套时，可实现输出功率从小到大的调节，输出转速相应变 化，满足不同工况下的速度和功率要求。
2，现有的油田钻机的辅助传动装置运用的调速型液力偶合器传动箱功率 仅有40 80kW;本实用新型功率扩展到800 1200kW，调速范围扩展到40%
解决了在调速工况下损失功率及散热冷却问题。
3，与传统的进口调节式液力偶合器相比，其采用人工手动控制，可实现 无级变速；本实用新型的控制依据钻机工况不同，可实现电动控制，实现功 率无级变化、输出转速无级变化。当需要在钻机中并车运用时，可用相应的 电路调节，实现两个或两个以上的传动箱并行控制，达到相同的输入功率和 输出功率配置。能使原动机的功率分配保持在一个比较均衡的范围内。
4，输出转速通过勺管调节输出速度，最低可运行速度是额定工作点速度的60%,独立设计的供油泵，每分钟可以向散热器供油550 600L/min。
5，本偶合器减速箱采用可调速的扁圆形液力偶合器作为传动的主要部件 输出端带有两级齿轮减速机构，机械减数比可以通过改变齿轮齿数在2. 0左 右自由调整。功率从800kW到1200kW范围内。
综上所述，本传动箱适宜油田7000米以下机械传动钻机的动力机组，对 比于现在油田动力机组运用的单变矩器传动箱、离合型偶合器传动箱、机械 齿轮传动箱，它具有效率高、可靠性高、调速灵活(具有40%的调速范围)等特 点。在油田初步获得运用，可获得可观的经济效益。而且其与电动机配套节 能效果较离合型偶合器传动箱与柴油机配套节能效果高许多，而且现场噪声 大为下降，工人劳动强度降低，对于油田使用者的经济效益非常可观，在工
业运用过程中，钻机每钻进l个月，运用调速型偶合器及电动机组打井可节 约60t燃油。
图1是本实用新型主传动原理示意图。
图2是本实用新型结构示意图。
图3是本实用新型散热器结构示意图。
图4是本实用新型供油泵结构示意图。
具体实施方式
现结合附图对本实用新型作进一步的说明 参照图l:勺管5的顶端与防爆电动执行器12相连，偶合器泵轮6与偶合器 涡轮7之间构成偶合器的工作腔，偶合器泵轮6与输入轴2相连，偶合器涡 轮7与涡轮轴13相连，涡轮轴13与输出轴17位于同一轴线上，与其平行的 过渡轴15 二端的减速齿轮14和16分别与涡轮轴13上的齿轮、输出轴17上 的齿轮相啮合，构成了两级减速机构，偶合器旋转外壳8的齿轮与供油泵轴 IO上的供油泵齿轮相啮合，并驱动供油泵ll。
参照图2:这种油田用可调速偶合器减速箱，其偶合器背壳4安装在传动箱的输入端，与泵轮6和旋转外壳8安装在一起，勺管壳体与输入轴承座3结合 在一起，勺管5从勺管壳体中直接伸到箱体外，偶合器泵轮6与偶合器涡轮7 之间带有叶片的空腔构成了偶合器的工作腔，偶合器泵轮6与输入轴2相连， 输入轴端设有输入法兰1，偶合器涡轮7与涡轮轴13相连，涡轮轴13与输出 轴17位于同一轴线上，与其平行的过渡轴15 二端的减速齿轮14和16分别 与涡轮轴13上的齿轮、输出轴17上的齿轮相啮合，构成了两级减速机构。 偶合器旋转外壳8的齿轮与供油泵轴10上的供油泵增速齿轮9相啮合，供油 泵轴IO驱动供油泵11的主动齿轮轴，供油泵出口管路上设有散热器。可沿 勺管壳体3移动的勺管5与勺管壳体之间构成勺管腔，勺管5上设有排油孔， 勺管壳体3上也设有排油孔，勺管腔与勺管壳体3的排油孔相通并直接连通 到箱体底部，勺管5的顶端与可使勺管沿勺管壳体伸縮的防爆电动执行器12 相连接。
参照图3:散热器依次由风扇防爆电机19、风扇20、导风筒21、散热器体22、 散热器单节23组成的。
参照图4:供油泵是齿轮泵，主、从动齿轮轴24、 28安装在壳体25的内、外 侧支撑轴承26、 27中，内侧支撑轴承为短圆柱滚子轴承，外侧支撑轴承为自 动调心滚子轴承。
权利要求1一种油田用可调速偶合器减速箱，包括扁圆形液力偶合器及齿轮减速箱，其特征在于偶合器背壳(4)安装在传动箱的输入端，与泵轮(6)和旋转外壳(8)安装在一起，勺管壳体与输入轴承座(3)结合在一起，勺管(5)从勺管壳体中直接伸到箱体外，偶合器泵轮(6)与偶合器涡轮(7)之间带有叶片的空腔构成了偶合器的工作腔，偶合器泵轮(6)与输入轴(2)相连，偶合器涡轮(7)与涡轮轴(13)相连，涡轮轴(13)与输出轴(17)位于同一轴线上，与其平行的过渡轴(15)二端的减速齿轮分别与涡轮轴(13)上的齿轮、输出轴(17)上的齿轮相啮合，构成了两级减速机构，偶合器旋转外壳(8)的齿轮与供油泵轴(10)上的供油泵增速齿轮(9)相啮合，供油泵轴(10)驱动供油泵(11)的主动齿轮轴，供油泵出口管路上设有散热器。
2.要求1所述的油田用可调速偶合器减速箱，其特征在于可沿 勺管壳体(3)移动的勺管(5)与勺管壳体之间构成勺管腔，勺管(5)上设有排油孔， 勺管壳体(3)上也设有排油孔，勺管腔与勺管壳体(3)的排油孔相通并直接连通 到箱体底部，勺管(5)的顶端与可使勺管沿勺管壳体伸縮的防爆电动执行器似 相连接。
3.根据权利要求1所述的油田用可调速偶合器减速箱，其特征在于散热 器依次由风扇防爆电机(19)、风扇(2Q)、导风筒(21)、散热器体(22)、散热器单节 (23)组成的。
4.根据权利要求1所述的油田用可调速偶合器减速箱，其特征在于供油 泵是齿轮泵，主、从动齿轮轴(24)、 (28)安装在内、外侧支撑轴承(26)、 (27) 中，内侧支撑轴承为短圆柱滚子轴承，外侧支撑轴承为自动调心滚子轴承。
专利摘要一种油田用可调速偶合器减速箱，偶合器背壳与泵轮和旋转外壳安装在一起勺管壳体与输入轴承座结合在一起，勺管从勺管壳体中直接伸到箱体外偶合器泵轮与偶合器涡轮之间构成偶合器工作腔，偶合器泵轮与输入轴相连偶合器涡轮与涡轮轴相连，涡轮轴与输出轴位于同一轴线上，与其平行的过渡轴二端的减速齿轮分别与涡轮轴上的齿轮、输出轴上的齿轮相啮合，构成两级减速机构，旋转外壳的齿轮与供油泵轴上的齿轮相啮合并驱动供油泵轴供油泵出口管路上设有散热器。本偶合器减速箱调速性能完全满足油田钻机负载泥浆泵、绞车、转盘的需要，勺管调节偶合器充油量，使之输出转速实现无级变速，既可在额定点实现高效率，又可在需要的工况下实现变速。
文档编号F16H47/06GK201221596SQ200720015288
公开日2009年4月15日 申请日期2007年10月11日 优先权日2007年10月11日
发明者萍 于, 张宗峰, 张英爽, 曹晓龙, 杜广明 申请人:中国北车集团大连机车研究所