垂直反车调速型液力偶合器传动箱的研制

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　　1 前言

　　调速型液力偶合器以其空载起动、柔性传动、无级调速的卓越性能与交流变频调速技术并驾齐驱，成为当今最先进、备受推崇的调速手段，在国外已广泛应用于油田钻井。

　　垂直反车调速型液力偶合器传动箱( 以下简称垂直反车传动箱) 是以偶合器为传动元件、带有一级减速齿轮机构反向输出、且输出轴在输入轴垂直上方的传动箱。它与柴油机配套驱动钻机泥浆泵组，可提高泥浆泵机组的调速范围( 在与柴油机匹配时，输出转速可达输入转速的 80% 左右; 与电机匹配时，输出转速可达输入转速的 60% 左右) ，实现在输入转速不变情况下的快速离合，使输出转速为 0，以满足油田高效、自动控制，可靠散热及特殊工况运用的要求。同时，可适应现场钻井泵和柴油机带泵机组的各种搬迁形式。

　　目前，垂直反车传动箱在国内还是空白，且市场需求量较大，优势非常明显，因此，垂直反车传动箱的研制具有十分重要的意义。

　　2 垂直反车传动箱的传动方式与优势

　　油田钻机的主要循环设备泥浆泵的传动方式有4 种: ⑴ 柴油机 + 一级齿轮减速箱 + 皮带轮; ⑵柴油机 + 单变矩器 + 皮带轮; ⑶ 柴油机 + 带减速机构的偶合器传动箱 + 皮带轮; ⑷ 变频电机 + 皮带轮。这 4 种传动方式中与泥浆泵的连接都采用皮带轮结构，由于柴油机输出轴与泥浆泵输入轴中心不在同一高度，因此，机组与泥浆泵之间需要牢固连接，以实现皮带的正常传动。这种结构在传递功率时的剧烈振动对机组寿命危害很大，而且安装非常困难。只有正确的传动链、准确的安装和调整、精确的控制系统才能保证机组正常运行。而垂直反车传动箱是一级减速反向输出，且输出轴在输入轴垂直上方，可直接与泥浆泵连接，取代了以往的皮带轮传动，提高了传动效率。垂直反车传动箱带泵机组的整体传动方式如图1 所示。

　　其传动过程是柴油机通过万向轴将功率传递给传动箱的泵轮轴，再由偶合器涡轮轴传给输出轴，最后通过万向轴直接将功率传给泥浆泵。

　　3 垂直反车传动箱的结构及主要技术指标

　　3. 1 结构

　　垂直反车传动箱的外形如图2 所示。该传动箱主要由输入轴、输出轴等组成，辅助部分有供油泵轴组成、润滑系统、控制系统、风扇冷却系统等。

　　传动箱采用水平分箱，分上、中、下3 箱体。主传动轴布置在水平分箱面上，输出轴在输入轴的垂直上方。传动箱输出为一级减速，偶合器采用现有的循环圆为700 mm 的叶轮、泵轮包涡轮结构，出口调速。传动箱冷却采用单独风冷方式，风扇由电机带动，固定在上箱体的上部。当油温低于50℃时，风扇电机停止转动; 当油温高于 70℃时，风扇电机开始转动。