海洋平台科技成果总结

项目基本信息

∙项目名称

面向自升式海洋钻井平台的行星传动齿轮-齿条爬升与锁紧系统

∙项目大类

科技发明制作A类

∙项目小类

机械与控制

∙项目简介

传统自升式海洋钻井平台采用液压系统进行传动，该系统体积庞大、后期维护复杂、难以适应恶劣的海洋作业环境；作品采用齿轮齿条传动方式，使系统机构精简、运行精度高、维护方便。

本作品是一种面向自升式海洋钻井平台的行星传动齿轮齿条式爬升与锁紧系统，设计出多级串行行星齿轮减速器与具有自动调整及自动复位功能的锁紧装置，很好地实现传动装置的扭矩输出以及平台的载荷转换。

∙项目图片：

项目介绍

海洋石油钻井平台主要有自升式钻井平台、半潜式钻井船、浮式钻井船等。自升式海洋钻井平台工作区域为靠近陆地的沿海一带，工作水深较浅。

自升式海洋钻井平台由平台、支腿以及爬升机构组成，平台可沿支腿升降。其中，爬升机构按动力源形式一般可分为电动升降装置和液压升降装置。电动升降平台也称齿轮-齿条式升降平台，它采用电动机作为原动力，利用减速器将转动力矩传动到攀爬齿轮上，由多个啮合于支腿齿条上的攀爬齿轮的同时动作来实现平台的升降。液压升降平台则采用电动机-液压泵-液压马达的传动方式。升降时，液压系统可以缓冲各马达负载的不均衡，支腿升降与刹车之间也可以由液压系统来完成。但是液压系统升降平台存在一些不可避免的缺点，与新型的齿轮-齿条式爬升系统平台相比处于劣势，主要可分为以下几点：

1)需要独立的液压泵站和铺设大量的液压管路，占据空间大，且容易产生油液泄漏，污染工作环境；

2)体积相对庞大、臃肿，相比采用齿轮-齿条结构的电动系统升降平台的移动性较差；

3)油液在压力作用下体积发生变化，或因为油液泄漏等原因导致系统控制精度低。

本作品采用了多级串行行星齿轮减速结合齿轮—齿条机构作为自升式海洋钻井平台爬升与锁紧系统的传动机构，该新型的齿轮-齿条式传动机构相比传统的液压系统具有以下优点：

1)作业环境整洁；

2)后期维护保养方便；

3)控制精度高、响应快；

4)系统结构精简、可移动性好。

本作品采用模块化设计思想，将海洋钻井平台的设计分为新型多级串行行星减速器、齿轮-齿条爬升装置与锁紧装置三个主要组成部分。其特点如下：

1)大传动比新型多级串行行星齿轮减速器

作品使用有自主知识产权的新型多级串行行星齿轮减速器，采用三级行星轮系及两级平行轴轮系传动，传动比达5400，相对于现有的海洋钻井平台中使用的行星减速器，可获得更大传动比，并有效地提高了传动效率。

2)自调节锁紧装置

作品中的锁紧装置中采用自行设计的自调节弹簧复位装置。其成本相对较低，结构优化，能有效地实现卡爪垂直方向的位置调节。

与此同时，本作品所涉及的原理与方法不仅适用于海洋钻井平台的爬升作业过程，同样适用于货场起重设备，其中，该新型多级串行行星齿轮减速器更可应用于多个相关领域（如风力发电）。

作品中新型多级串行行星齿轮减速器及具有自动调节及复位功能的锁紧装置已申报国家专利并获批，该装置具有较高创新性，其主要创新点如下：

1.自行设计新型多级串行行星减速器

目前，在自升式海洋钻井平台爬升机构中使用的行星减速器大都采用直线形结构，若和原动机相连，则沿轴线方向需要较大的安装空间，且若要上下并排安装多台减速器时，与之相连的原动机布置、安装变得极为困难。

为了解决行星减速器和原动机相连在安装位置空间带来的局限性，本作品中采用的减速器的创新点在于提供一种传动比大，外形安装尺寸小的模块化L型混合式减速器。

该减速器创新点主要有：

1)自行设计的多级串行行星齿轮减速器

作品使用有自主知识产权的新型多级串行行星齿轮减速器，该减速器采用三级行星轮系及两级平行轴轮系传动，相对于现有的海洋钻井平台中使用的行星减速器，可获得更大传动比，并有效地提高了传动效率。

与传统海洋钻井平台液压升降系统相比，本减速器具有尺寸结构紧凑、重量轻、定位精确以及能够输出较大扭矩等优点。

2)L型减速器外型

模块化布置的三级行星齿轮系相串联保证在尽可能小的径向尺寸下能够获得5400的传动比，具有传动比大的特点。模块化布置的2级定轴齿轮传动，其作用除了获得一定传动比以外，主要作用是与行星轮系组成一个L形的外形，以保证原动机的合理布置；即采用定轴轮系和行星轮系组合（构成L形），从而改变整个轮系组成的减速器的输入轴线和输出轴线间的位置，输入轴、输出轴线间具有一定的距离、又保持相互平行；可以有效解决多台行星减速器平行并排安装时，给原动机的布置、安装带来的不便，充分利用了径向和轴向空间；在保证传动比大的情况下，具有结构紧凑、外形安装尺寸小、重量轻的特点。可以用于设备安装空间不是很大的起重运输等行业的传动系统。

2.自行设计具有自动调节及自动复位功能的锁紧装置

锁紧装置具有以下两个创新点：

1)卡爪齿条锁紧装置，具有结构简洁，锁紧更加稳固，平台锁紧操作方便，锁紧反应速度快的特点。

2)锁紧装置的弹簧复位装置，锁紧时保持卡爪的准确对位，退出时通过弹性结构复位，使得桩腿的

齿间受力更加均匀，并能减少卡爪与齿条间的磨损，保证了卡爪与桩腿齿条的寿命。

该研究作品是具有包括自主知识产权的新型混合式、高效、大功率减速传动机构和锁紧机构以及成套装置，是国产第一套自主创新的现代海洋石油钻井平台高性能传动齿轮-齿条爬升与锁紧系统。作品设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标

1.设计目的

旨在丰富自升式海洋钻井平台的设计思路和方法，提高我国自升式海洋钻井平台的设计水平，使我国早日具备有自主知识产权的自升式海洋钻井平台齿轮-齿条爬升与锁紧系统的设计研发能力。

2.基本思路

自升式海洋钻井平台传动系统体积庞大且造价较高，我小组采取样机试制的方式对自升式海洋钻井平台爬升与锁紧系统进行研究，设计出新型多级串行行星减速器、齿轮-齿条爬升装置、锁紧装置