李曉光，張曉軍，戴克文，朱興，任偉

（遼寧陸海石油裝備研究院有限公司，遼寧 盤錦 124010）

海洋鉆井平臺在鉆井作業(yè)過程中，需要將鉆具（包括鉆桿、鉆鋌、套管等）由懸臂梁堆場移運到鉆臺，再將鉆桿單根連接成立根，已連接好的立根可直接用于鉆井，也可直接排進指梁備用，即鉆桿的移運、排放操作。另外在海上鉆井作業(yè)，經(jīng)常遇到風浪，環(huán)境極其惡劣，安全問題很難保證。因此提高鉆具的鉆進效率、減少鉆井的操作人數(shù)尤為重要。

關(guān)節(jié)式抓管機是海洋鉆井平臺的主要吊運設(shè)備，擔負著鉆具在懸臂梁和自動貓道機之間的移運工作。關(guān)節(jié)式抓管機為全液壓驅(qū)動，系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠性高、控制精準、結(jié)構(gòu)緊湊、覆蓋范圍廣，工作效率極高，配有獨立的操作間，極大地改善操作人員的工作環(huán)境，減輕工人勞動強度。同時，關(guān)節(jié)式抓管機還可以通過夾持器的吊鉤吊取其它裝置與設(shè)備，作為吊機使用。

1 關(guān)節(jié)式抓管機介紹

1.1 關(guān)節(jié)式抓管機結(jié)構(gòu)介紹

關(guān)節(jié)式抓管機（以下簡稱抓管機）位于懸臂梁左側(cè)，通過焊接形式與懸臂梁上的基礎(chǔ)連接固定，主要由基座、轉(zhuǎn)臺、司機室、主臂、主臂液缸、副臂液缸、副臂、伸縮臂、夾持器等部分組成，見圖1。

基座焊接固定在懸臂梁的吊機基礎(chǔ)上，基座的主要目的是將抓管機上的所有載荷傳遞到平臺結(jié)構(gòu)件上?；鶎⒆ス軝C提高到一個預期的操作高度，同時為原動機提供空間，基座內(nèi)部裝有電機（帶萬向軸）、電纜拖鏈、電纜槽、啟停裝置和燈具等。拖鏈能確保抓管機在±180°范圍內(nèi)回轉(zhuǎn)。人可以通過一個合頁艙門進入基座內(nèi)部。

圖1 關(guān)節(jié)式抓管機平面圖

轉(zhuǎn)臺主要為整個抓管機提供旋轉(zhuǎn)功能，通過一套回轉(zhuǎn)機構(gòu)使抓管機可在基座上實現(xiàn)±180°范圍內(nèi)任意旋轉(zhuǎn)，回轉(zhuǎn)機構(gòu)主要包括回轉(zhuǎn)支承、液壓馬達、行星減速機和小齒輪等?；剞D(zhuǎn)支承外圈通過高強度螺栓與轉(zhuǎn)臺固定，回轉(zhuǎn)支承的內(nèi)圈通過高強度螺栓與基座固定，可承受較大的垂向力和傾覆力矩?；剞D(zhuǎn)支承的內(nèi)圈是一個大齒圈，加工有內(nèi)齒，轉(zhuǎn)臺下底面安裝有3套驅(qū)動裝置，驅(qū)動裝置由液壓馬達、行星減速機和小齒輪組成，小齒輪提供吊機回轉(zhuǎn)運動時所需的扭矩，轉(zhuǎn)臺可通過驅(qū)動裝置帶動整個關(guān)節(jié)式抓管機和負載做旋轉(zhuǎn)運動。通過轉(zhuǎn)臺平臺上一個合頁艙門可以進入轉(zhuǎn)臺內(nèi)部，內(nèi)部空間提供給了HPU和液壓控制閥件，同時液壓油箱也集成在了轉(zhuǎn)臺內(nèi)部。柱塞泵安裝在轉(zhuǎn)臺底部，驅(qū)動電機安裝在基座內(nèi)，中間通過一根萬向軸連接，控制抓管機的液壓閥和其他一些輔助設(shè)備也安裝在轉(zhuǎn)臺內(nèi)部油箱上面。

圖2 關(guān)節(jié)式抓管機功能和速度試驗照片

圖3 關(guān)節(jié)式抓管機 抓管試驗照片

圖4 關(guān)節(jié)式抓管機負荷試驗照片

圖5 關(guān)節(jié)式抓管機 負荷試驗砝碼照片

司機室由轉(zhuǎn)臺的平臺支撐，人員通過一段直梯進入司機室，直梯與轉(zhuǎn)臺一起旋轉(zhuǎn)，保證發(fā)生故障后操作者可以在任意位置離開抓管機。

轉(zhuǎn)臺、主臂、副臂之間通過主臂液缸、副臂液缸、銷軸等進行連接，副臂通過其內(nèi)部的伸縮液缸與伸縮臂連接，通過主臂液缸、副臂液缸、伸縮液缸的組合運動，可實現(xiàn)抓管機在前后、俯仰、高度方向上的調(diào)整。

夾持器通過內(nèi)置稱重傳感器的銷軸與伸縮臂前端連接，主要負責管具的抓取工作。夾持器通過液缸與馬達實現(xiàn)夾持器±180°范圍內(nèi)任意旋轉(zhuǎn)、鉗爪夾緊、壓緊管具、鉗爪水平移動4個動作。同時還可將夾持器替換為吊耳，作為吊車使用。

1.2 技術(shù)參數(shù)

回轉(zhuǎn)范圍：360°；

回轉(zhuǎn)速度：0～1.0r/min；

抓管載荷：3.5t；

夾持器回轉(zhuǎn)角度：±180°；

適用管具長度：3.5～14m；

抓管尺寸（同時夾持）：2—7/8″，6根；5—1/2″，3根；6—5/8″，3根；8″，1根；9—1/2″，1根；13—3/8″，1根；20″，1根。

2 關(guān)節(jié)式抓管機的試驗

關(guān)節(jié)式抓管機完成制造、總裝及單個動作測試后，于2017年年初在遼寧陸海石油裝備研究院有限公司鉆機成套基地進行了廠內(nèi)試驗，試驗標準參照美國石油學會API Spec 2C《海洋基座式起重機》，下面將主要試驗項目進行介紹（圖2～5）。

表1

2.1 功能和速度試驗（表1）

2.2 夾持器抓管試驗（表2）

表2

2.3 負荷試驗（表3）

表3

2.4 安全設(shè)施試驗（表4）

表4

2.5 報警試驗（表5）

3 結(jié)語

通過試驗證明，關(guān)節(jié)式抓管機的各項參數(shù)和性能均達到設(shè)計要求，試驗后經(jīng)檢查，結(jié)構(gòu)件沒有彎曲、變形，焊縫表面和內(nèi)部均未見裂紋。同時該關(guān)節(jié)式抓管機可實現(xiàn)單人、自動化、迅速、準確地將管具抓取后放置在貓道機上，是一種穩(wěn)定、高效、節(jié)能、安全的海洋平臺鉆具吊運工具。

表5