机械工程师
MECHANICAL ENGINEER
JC90DB钻井绞车轻量化设计
赵涛”，刘勇，王洪川，贾俊梁，孙博
（1.西安石油大学，西安710065：2.宝鸡石油机械有限责任公司，陕西宝鸡721002）
摘要：随着海洋石油勘探的发展，石油钻机的配套设备正在朝着体积小、重量轻、功能完善的方向发展。文中重点介绍了 JC9ODB海洋钻井绞车轻量化改进设计的技术方案，主要对绞车底座、滚筒轴等零部件进行了优化设计，并通过有限元 ANYSYS软件分析计算，验证了该方案的可行性。改进后的绞车总体外形和安装尺寸与原90DB绞车相同，但重量却减少
了13029kg，减重比达到15.6%，效果良好。关键调：钻并绞车：轻量化：优化设计：有限元
中图分类号：TP391.7;TE933 0引言
文献标志码：A
近年来，随着世界范围内油气资源消耗的递增和陆地原油开采速度的加快，海洋领域内的油气勘探开发已成为新的焦点，由于海洋平台作业环境的特殊性，对钻井设备的重量控制要求非常严格。而国内石油钻井装备普遍存在体积庞大、重量超重、安装不便等问题。本文旨在对JC90DB钻井绞车进行优化改进，在保证绞车使用功能和对外接口不变的前提下，尽可能减轻其重量，节约成
本，同时也为平台节省可变载荷。 1JC90DB绞车简介
JC90DB绞车由2台1100kW的交流变频电动机提供动力，电动机经联轴器将动力分别输人至左、右齿轮减速箱，经二级齿轮减速后驱动滚简轴旋转。绞车自动送钻装置分别由2台45kW交流变频电动机通过大传动比立式减速机和左、右齿轮箱两级减速后带动滚筒轴完成自动送钻过程。绞车外形尺寸为10680mmx3200mmx3120mm，总重量为83760kg，绞车分3个模块吊装，各模块独立成撬，外形结构如图1所示。
图1JC-90DB绞车外形结构图
2JC90DB绞车轻量化设计方索
根据JC90DB绞车的结构和组成部分，绞车底座、滚简轴总成及减速箱总成重量最大，约占绞车重量的2/3，
因此主要考虑从这几部分进行轻量化改进设计。 2.1较车底座轻量化改进设计
原90DB绞车底座采用左、右小底座和大底座的分体
文章编号：1002-2333(2017)01-0043-03
式结构。大底座由4根主横梁和多根纵梁组成。左右小底座高度为300mm，中间大底座高度为700mm。考虑到海洋钻井绞车在使用中不会频繁拆卸，在保证绞车底座上设备正常安装和对外接口不变的情况下，对绞车底座进行以下优化改进：1)绞车底座由分体式改为整体式；2)绞车底座高度由700mm改为560mm；3）绞车4根主横梁改为3根；4)其它细节部位优化设计。
改进后的绞车底座重量为12080kg：与原绞车底座相比重量减轻了6303kg，减重比例为34.3%，效果明显。对改进后的绞车底座强度和刚度进行有限元计算，结果如下：
1)强度校核计算。图2为改进后的JC90DB绞车底座应力分布图。根据图中结果可知最大应力值处于卸扣与吊耳接触孔处，应力值为199.53MPa。根据公司作业文件《起重吊耳的设计和强度计算》，对吊耳进行强度校核，吊耳的抗剪强度、挤压强度、抗弯组合应力均满足要求。除吊耳销孔外，其余部分最大VonMises应力为88.6MPa。
图2改进后的绞车底座应力分布图
由n,=3,0,325 MPa, 则:[0]=-_325=108.33 MPa>
n3
88.6MPa，故改进后的绞车底座强度满足要求。
2)度校核计算。图3为改进后的90DB绞车底座位移分布图。由分析可知，最大变形值处于后大梁右端处，变形值为1.725mm。1.725/10000=1.725x10-<0.0025(即 1/400，GB/T50017钢结构设计规范中规定的工作平台主
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