以转盘的发展进程情况来看，转盘可以分为三代：第一代主要是老式以机械方式驱动转盘，现已经被淘汰，且不常见。第二代转盘主要采用高速液压马达组合减速机方式驱动，该液压转盘解决了机械驱动的传动部件多、传动装置复杂、体积重量过大等问题，已经在钻井船上广泛使用。第三代新型液压转盘综合了整个钻井包工艺要求，配置了低速大扭矩液压马达，设计了开式液压系统，使用综合液压站集中供油方式，使其体积更小，质量更轻，拆装布置更方便，且便于实现精确和自动化控制。

1、新型液压转盘的机械原理及技术参数

转盘的主要功能有：①转动井中钻具，传递足够大的扭矩和转速；②下套管或取下钻时，承托井中全部套管柱的重量；③辅助完成卸钻头、卸扣；④处理事故时倒扣、造扣等工作；⑤采用井下动力钻具时，转盘制动上部钻杆柱，以承受反扭矩。新型液压转盘主要由回转机构和锁紧机构组成，其中回转马达选用低速大扭矩的径向柱塞液压马达来完成，其运行由电控制手柄进行控制，运行的启动和停止都经过设定的斜坡（除紧停外），保证其启动和运行的平稳性。锁紧油缸的控制由电开关按钮控制，通过电磁阀来控制锁紧油缸的伸缩。所有电控液压元件为隔爆型，满足class 1 zone 1防爆要求。系统配置有扭矩设定比例减压阀、电液比例换向阀、电磁换向阀、压力传感器、过滤器、压力补偿器、电液换向阀及系统所需安全阀等高精密液压元件，保证设备的正常工作。

1.1新型液压转盘的机械原理

图1为转盘的设计外形图，包括传动大齿轮、传动小齿轮、支撑轴承、连接轴和液压马达。液压马达高速回转时，通过齿轮传动，传递给回转中心，最终实现转盘的正反转功能，并传递扭矩，带动钻具旋转钻进。另外在转盘的侧面还配置了锁紧销，通过控制油缸的伸缩，实现锁紧销的伸出缩回，伸出的锁紧销卡在回转机构的凹槽内，实现锁紧功能。

1.2新型液压转盘的技术参数

主要设计参数：转盘的最大扭矩Td：61000Nm；转盘的转速V：0~15r/min；液压系统的最高压力p0：210Bar；液压马达的型号：CA100 SA0 N0C；齿轮减速比i：5.75。

2、新型液压转盘液压系统的设计分析

该新型液压转盘液压系统为开式系统，系统的油源为钻井包综合液压站，该综合液压站由4×90kW的电机泵组组成，流量达到4×260L/min，能满足整个钻井包所有设备所需的液压油源，并具有冗余功能，同时配置了加热器、冷却器、过滤器、系统安全阀等液压元件，保证了整个钻井包各个机器的正常运转。

2.1液压系统设计计算

液压马达的输出扭矩：T0=Td/i/ηr=61000/5.75/0.6=17681Nm

式中ηr——机械传动效率。

液压马达比扭矩计算：Ts=T0/(p0-p1)×ηm=16321/（210-15）/0.97=93.5Nm/bar

式中p1——液压马达背压；

ηm——液压马达效率。

液压马达输出转度：n=V×5.75=15×5.75=86.25rev/min；

所选液压马达为：CA100；比扭矩：100Nm/bar；输出转度：190rev/min。

2.2新型液压转盘的液压系统原理分析

图2为液压系统的原理图，回转机构的控制驱动装置主要靠低速大扭矩液压马达来完成，其安装在转盘的输入轴端，反扭矩由支撑板传递，由转盘箱体承受。新型液压转盘通常为高速低扭矩和低速大扭矩的作业工况，综合机械传动要求，采用低速大扭矩液压马达可较为方便地与主机参数相匹配，减少钻井时冲击对液压马达的影响，其具有起动效率高、起动扭矩大、运转平稳等优点。该系统配置了比例减压阀4，系统的扭矩大小控制由电比例减压阀4控制，操作扭矩电位控制旋钮，放大器读取扭矩电位计控制手轮信号PR1并对其进行处理，通过线性电流信号的输出控制电比例减压阀，改变比例减压阀的调定压力，从而实现转盘扭矩范围的调整。回转方向及速度的控制由速度电控手柄控制，通过控制电控手柄输入控制信号PR2、PR3给比例阀放大器，比例阀放大器输出控制电流到电液比例换向阀上来实现液压马达的正反转控制。另外放大器读取速度电控手柄信号时并对其进行处理，通过线性电流信号的输出控制电液比例换向阀的控制压力，该压力可以改变阀芯的开口量，从而实现输出流量大小的调节，改变液压马达的转速。添加启动斜坡，将电位计手柄操作到不同的位置，控制转盘的正转和反转并实现无级变速，实现动作平缓无冲击。现场运行过程中，电液比例换向阀开口量保持不变，当外负载变大的情况下，通常阀的输出流量会下降，导致液压马达回转速度下降。本系统为了解决该问题，系统中为其增加了压力补偿器5，确保了转盘回转时保持稳定的速度，并不受外部负载的影响，极大地改善了设备的使用性能。当需要转盘停止运转时，操作电控手柄回到中位，PR2、PR3控制信号通过斜坡降到零，放大器输出的电流信号同时降到零，电液比例换向阀关闭进出油口，液压马达停止回转。新型液压转盘高扭矩（即反扭矩）释放时，通过调节比例减压阀4，使柱塞马达18在外扭矩下实现反转，使马达慢慢释放钻杆产生的反扭矩。

2.3新型液压转盘的改进及性能分析

新型液压转盘选用的CA100液压马达为低速大扭矩液压马达，该马达启动及运行时需保证有15～20bar的背压，能将柱塞及时顶出，避免撞缸。考虑到运行时的背压问题及反扭矩释放时需要增加补油问题，系统中增加了补压阀6，能始终保持回转马达进出油侧都能保持有15bar的背压，并在扭矩释放时及时补油防止马达吸空导致马达损伤。马达的进出油方向各配有溢流阀17，实现对液压马达的过载保护。

新型液压转盘在使用过程中需要增加自由回转功能，以便出现紧急情况时使用大钳对转盘内的钻杆进行倒扣、造扣。系统中增加了电液换向阀11来实现转盘自由回转。控制室给出控制信号到电液换向阀11，电液换向阀换向，液压马达A、B腔油口接通油箱，实现马达自由回转；另外在叠加一个单向节流阀12来实现自由回转速度的控制。

新型液压转盘锁紧销在机器停止不工作时，为了让设备保持在一定的工作状态而增加的一种功能。操作锁紧电按钮，通过电磁阀S1、S3控制油缸的伸出，推动锁紧销沿着导向套插入低速回转中的转盘凹槽中，阻止转盘的运转，当油缸内部的接近开关K1、K3信号反馈回控制室，锁紧信号灯亮，表示转盘已经锁紧到位，让转盘停止回转并保持在该位置，方便下次工作时能在该状态下继续进行工作。需要注意的是锁紧销油缸进行锁紧前需要与转盘运行速度实现互锁，就是转盘速度降到0.5r/min时，锁紧销油缸才能伸出进行锁紧，否则由于速度过大，锁紧销油缸锁紧时产生巨大冲击，对转盘造成破坏。继续工作时，操作脱开电按钮，通过电磁阀S2、S4控制锁紧油缸缩回，通过锁紧油缸拉力把锁紧销拉出转盘凹槽，油缸内部的接近开关K2、K4信号反馈回控制室，脱开信号灯亮，锁紧信号灯灭，表示锁紧销已经脱离，转盘可以继续工作。但需要注意的是，必须在转盘建立在停止工作前的方向和扭矩状态下才能打开锁紧销，继续工作，否则会发生倒扣问题。

总结：在海洋钻井平台的应用表明，新型液压转盘体积小，质量轻，拆装布置方便，调速范围广且无级可调，可控性好，运行平稳无冲击，操作响应快，自动化程度高，便于实现精确和智能控制，满足了海洋钻井的工艺要求，已在某钻井平台上得到应用。

参考文献

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