海上钻机减震阻尼装置，装置主要由底座、铰链、弹簧、拉簧组成，在钻机后侧使用铰链将底座与钻机相连，在钻机前侧使用弹簧、拉簧组合的方式将底座与钻机相连，本装置结构简单、可靠性高、缓冲减震效果好，可有效减小海上钻探施工过程中因涌浪、潮汐等不利条件对钻机产生的上顶下压作用的影响。
二. 海上钻机减震阻尼装置发明背景
随着我国社会、政治和经济的发展，海洋勘察在新一轮沿海大开发中的作用也更加突出，一大批跨海大桥工程，海上风电工程、港口与近海工程已经被提上日程，海上勘察项目也随之增多。
传统的海上钻探作业是将钻机的底座采用刚性连接的方式固定在船舶施工平台上，因海上风大浪急、潮汐涨落、海流复杂多变，施工船起伏晃动剧烈，施工条件极为恶劣。钻机在钻进过程中受施工船起伏晃动的影响，钻杆连同钻机上下往复运动，使得钻机更加频繁的发生上顶下压作用，引起钻压变化，影响钻机钻进的效率，同时也极大的损耗钻杆、钻具、钻机内部零部件，降低钻杆、钻具、钻机的使用寿命，产生操作上的安全隐患，甚至导致无法钻进而被迫停工，造成较大的经济损失。海上天气又复杂多变的，每一天的施工时间都非常宝贵，为充分利用有限的时间，保证钻机在施工期间可靠持续运行，在这样的背景下克服现有技术缺点，经过反复摸索与实践，设计了海上钻机减震阻尼装置，该装置使得钻机与底座之间为弹性连接，钻机在钻进过程中出现上顶下压时，由于弹性软连接对钻机起到了缓冲减震，减小海上涌浪起伏等不利条件对钻探施工的影响。
三. 海上钻机减震阻尼装置工作原理
海上钻机减震阻尼装置示意图如图1所示，装置主要包括底座、铰链、弹簧、拉簧等几个部分，底座使用铰链、弹簧、拉簧组合的方式与原有钻探钻机进行连接。其中底座使用16#国标槽钢进行焊接制造，使用时将底座直接固定在海上平台上。钻机尾端使用铰链将底座与钻机相连接，在钻机前端不固定的情况下，钻机与底座可绕铰链旋转，实际效果如图2所示。
在钻机前端左右两侧各布置一个弹簧与拉簧，共计4个弹簧和拉簧，弹簧规格为2吨，拉簧规格为800公斤。弹簧与拉簧用以提供竖直方向上的约束，如图3所示，当钻机在施工过程出现上顶下压现象时，钻机上顶产生的冲击可经由拉簧缓冲再传到钻杆上，减小对钻杆钻具的影响，降低钻杆钻具的磨损。而钻机下压时产生的冲击可经由弹簧的缓冲再传到的钻机本身，避免了钻机直接冲击平台而发生的零部件损耗。在弹簧与底座、钻机的连接部位设置定位销，避免因装置上下升降剧烈，导致弹簧脱钩的情况出现。概括的说，当钻机在钻进过程中发生上顶下压现象时，装置中的弹簧与拉簧的协同组合发挥作用，对钻机钻进过程中的冲击做反向缓冲减震，达到上拉下弹的效果，减小对钻杆、钻具、钻机零部件的损耗。
在实际使用过程中，可根据实际施工海况条件以及弹簧、拉簧的拉弹应力消散情况对弹簧、拉簧拉弹力进行动态调节，保证钻机与底座之间处于动态平衡状态，达到最理想的缓冲减震效果。减震阻尼装置整体效果如图4所示。
四. 海上钻机减震阻尼装置的有益效果
针对海上钻探施工风大浪急、海流复杂多变、施工船舶摇晃剧烈的特点而设计研制出的海上钻机减震阻尼装置具有结构简单特点，是在原有钻机的基础上稍加改造而来，具有可复制可推广的特点。本装置可靠性高，可在工作海况中持续平稳运行。本装置缓冲减震效果好，将极大的减小海上不利自然条件对钻机钻探施工过程的影响，可在钻探施工过程中钻机出现上顶下压现象时，对钻机做反向缓冲减震，减小钻杆、钻具、钻机零部件的损耗，降低钻机的维修频率与维护成本，节省人力物力，最大程度的利用海上施工的宝贵窗口期，提高海上施工的工作效率，最大程度发挥出钻机的经济效益。该装置的设计制造对我院海上钻探装备与海上钻探工作的发展和进步具有十分重要的意义。
论文作者:王立晗
论文发表刊物:《工程管理前沿》2019年第21期
论文发表时间:2019/12/16
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