一种用于天车升沉补偿的弹簧蓄能补偿装置技术领域
本发明涉及一种用于天车升沉补偿的弹簧蓄能补偿装置，属于海洋钻井领域。
背景技术
近年来，随着中国经济的快速发展，特别是石油化工行业和汽车行业的发展，石
油、天然气的供应日益不足。再加上陆上石油资源逐渐枯竭，对海洋石油开采，特别是深海
石油的开采，已成为必然趋势。
升沉补偿装置是海洋石油钻井开发过程中的重要设备，用来补偿钻柱随浮式钻井
平台运动产生的升沉运动，保持钻头与井底之间的钻压稳定，防止钻头提离井底引发钻井
事故，确保钻井作业的顺利进行。
蓄能器是升沉补偿装置的重要组成部分，直接影响到被动补偿系统的补偿精度和
补偿速度，还会影响到半主动补偿系统中主动补偿部分的能耗。目前升沉补偿装置的蓄能
器普遍采用气体加载式液压蓄能器，这种蓄能器具有结构简单、容量大、可以通过进行并联
做成大尺寸的优点，但是其反应滞后、能量利用率低的问题十分突出，导致被动补偿的补偿
精度不高、补偿速度较慢。此外，若采用气液蓄能器进行蓄能，由于补偿装置的承载能力要
求，需要在天车架上并排多个工作气瓶，大大增加了井架顶部的重量，降低了其安全性和稳
定性。
发明内容
本发明的目的是为了克服以上所述缺点及现有技术的不足，提供一种用于天车升
沉补偿的弹簧蓄能补偿装置，以期改善被动补偿部分的补偿精度和补偿速度问题，减小补
偿装置重量，提高安全性和稳定性。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
本发明一种用于天车升沉补偿的弹簧蓄能补偿装置，主要由齿轮式弹簧蓄能器和
弹簧式液压蓄能器组成。4个齿轮式弹簧蓄能器安装在天车主体上部，2个弹簧式液压蓄能
器分别安装在天车主体前后两侧。
所述齿轮式弹簧蓄能器由齿轮和涡旋板弹簧组成。齿轮式弹簧蓄能器通过支撑座
安装在天车滑轮上方，分布在天车滑轮两侧；4个齿轮与垂直安装在天车架上的4根导向齿
条相啮合，涡旋板弹簧一端接在齿轮中心的轴上，另一端接在齿轮内表面。
所述弹簧式液压蓄能器由液压缸和并联弹簧总成组成。弹簧式液压蓄能器通过蓄
能器连接座安装在天车主体前后两侧，并联弹簧总成采用多层并联卧式结构。
本发明具有的有益效果是：1、本发明相比国内外现有的气液蓄能器，反应要更加
灵敏，对储存着的能量的释放率更高，能提高被动补偿部分的补偿精度和补偿速度；2、本发
明不需要额外配备工作气瓶，增加了井架顶部的可用空间，大大减少了井架顶部的重量，提
高了井架的安全性和稳定性；3、本发明可作为现有的补偿技术的补充，与现有的液压蓄能
器一起使用，同样能提高补偿的精度和速度，减少工作气瓶的数量。
附图说明
图1是本发明一种用于天车升沉补偿的弹簧蓄能补偿装置的结构示意图；
图2是图1的俯视图。
图中1.导向齿条、2.齿轮、3.涡旋板弹簧、4.支撑座、5.天车滑轮、6.天车架、7.液
压缸、8.并联弹簧总成、9.天车主体、10.蓄能器连接座。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明：
如图1、图2所示，本发明一种用于天车升沉补偿的弹簧蓄能补偿装置，主要由齿轮
式弹簧蓄能器和弹簧式液压蓄能器组成。4个齿轮式弹簧蓄能器安装在天车主体9上部，2个
弹簧式液压蓄能器分别安装在天车主体9前后两侧。
所述齿轮式弹簧蓄能器由齿轮2和涡旋板弹簧3组成。齿轮式弹簧蓄能器通过支撑
座4安装在天车滑轮5上方，分布在天车滑轮5两侧；4个齿轮2与垂直安装在天车架6上的4根
导向齿条1相啮合，涡旋板弹簧3一端接在齿轮2中心的轴上，另一端接在齿轮2内表面。
所述弹簧式液压蓄能器由液压缸7和并联弹簧总成8组成。弹簧式液压蓄能器通过
蓄能器连接座10安装在天车主体9前后两侧；并联弹簧总成8采用多层并联卧式结构。
本发明一种基于弹簧蓄能的天车半主动升沉补偿装置的工作过程如下：
当浮式钻井平台随海浪上升时，天车主体9相对于天车架6向下运动，弹簧式液压
蓄能器的液压缸7中的液压油被压缩，推动并联弹簧总成8压缩，储存能量，同时由于天车主
体9与天车架6的相对运动，齿轮2沿着导向齿条1向下运动，使得齿轮式弹簧蓄能器中的涡
旋板弹簧3旋紧，储存能量；当浮式钻井平台随海浪下降时，天车主体9相对于天车架6向上
运动，弹簧式液压蓄能器的并联弹簧总成恢复变形，推动液压缸7中的活塞杆上升，释放能
量，同时齿轮式弹簧蓄能器中的涡旋板弹簧3舒张，带动齿轮2沿着导向齿条1向上运动，释
放能量。