一種獨立轉盤直流電驅動鑽機系統的製作方法

2023-04-25 10:41:31

專利名稱：一種獨立轉盤直流電驅動鑽機系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及石油鑽機控制技術領域，具體來講涉及一種石油鑽機電控系統中 獨立轉盤直流電驅動鑽機系統。
背景技術：
當前，國產石油鑽機按驅動方式大體分為機械驅動鑽機、機電複合驅動鑽機、電 驅動鑽機。其中電驅動鑽機按照傳動能源性質，又分為直流調速電驅動鑽機和交流變頻電 驅動鑽機。1、機械驅動鑽機早期的國產石油鑽機主要是機械驅動鑽機，傳動形式為柴油機——萬向軸——液 力變矩器——萬向軸——通風式離合器——皮帶並車裝置，通過鏈條傳動絞車，通過萬向 軸傳動鑽井泵。驅動轉盤的動力由絞車高速端鏈輪輸出，傳動路線為下角傳動箱——萬向 軸——上直角箱——轉盤傳動裝置——萬向軸——轉盤。絞車主剎車採用帶式剎車或液壓 盤式剎車，輔助剎車採用電磁渦流剎車，轉盤傳動裝置設計為兩檔，採用手動換檔。機械驅 動的鑽機特點控制系統以氣、液控制為主，電控系統簡單，鑽機價格較電驅動鑽機低。其缺 點也很明顯，工作人員勞動強度大，風險大，效率低。2、機電複合驅動鑽機機電複合驅動鑽機主要是機械傳動和電力傳動相結合的複合型新型鑽機，它可以 實現機電功能互補，即在機械有故障的時候，電力部分可以在短時間內代替機械原有的功 能，進行鑽進作業；在電力有故障的時候，機械部分可以進行起下鑽作業，這樣就大大降低 了卡鑽等鑽井工程事故的發生。它還解決了傳統機械鑽機泥漿泵衝次和轉盤轉速無法合理 匹配的問題，司鑽通過友好的觸控螢幕操作界面，通過專門配置的自動送鑽系統，以最優化的 鑽井參數進行鑽井作業，大大提高了鑽井效率、減輕了司鑽的勞動強度、增加了安全係數， 並能使鑽機在鑽進工況下的性能接近全數控電動鑽機水平，且價格較全電動鑽機低很多。 在我國現在使用的電動鑽機中，轉盤獨立電驅動鑽機仍是主要鑽機。3、直流電驅動鑽機直流電驅動鑽機驅動系統採用AC/DC電驅動方式，由幾臺柴油發電機組並聯後統 一向交流母線供電，幾個可控矽整流櫃(SCR)分別控制泥漿泵電機、絞車電機和轉盤電機。 絞車輔助剎車採用電磁渦流剎車，設置斷電、斷水(或失風)保護及高溫報警保護。母線通 過一臺變壓器向交流電機、照明和生活區供電。司鑽臺能對絞車、轉盤、泥漿泵等進行監視 和控制。直流電驅動鑽機的特點能滿足定向井、水平井等任何鑽井工藝的需求；驅動系 統採用一對一或一對多的方式驅動，能滿足絞車和泥漿泵任何工況的功率需要，且節能環 保；轉盤的扭矩限制可以從0 100%範圍內任意調節；驅動系統實現了對絞車、轉盤和泥 漿泵的無級調速，獲得良好的鑽井特性；其價格較交流電驅動系統更為低廉。4、交流變頻電驅動鑽機[0011]全數控變頻電動鑽機是一款滿足深井、特殊鑽井工藝要求而設計開發的全數控變 頻電驅動鑽機。動力控制系統，變頻調速控制系統均採用數位化網絡控制技術。具有優異 的調速性能，過載能力強，可靠性高，抗幹擾能力強；整套系統採用優化設計、合理布局，使 得操作簡便、可靠，易於維護與維修。該系統投資較大，維護費用較高。綜上所述，目前的獨立轉盤電驅動鑽機，普遍使用節能發電機，即將發電機連接到 驅動絞車和泥漿泵的柴油上，利用柴油機的剩餘功率進行發電，發電的頻率及功率受絞車 和泥漿泵的影響很大，發出的電壓及頻率處于波動狀況。鑽井工程效率，主要取決於轉盤效率。傳統的機械動力驅動轉盤其固有缺點為傳 動軸需長期冷卻、定時檢查、機械噪音大、轉速調節範圍小、不具備無級調速、轉矩不可控、 零速時無轉矩等。採用電驅動轉盤能解決以上問題。轉盤若採用變頻調速裝置驅動，誠然能 解決機械動力驅動轉盤的缺點，但在節能發電機供電情況下，變頻調速裝置會出現整流和 逆變效率降低，浪費能源，諧波含量增大，使元器件發熱量增加，加速老化，扭矩精度下降， 轉速可控性降低，且成本高昂。
實用新型內容本實用新型的目的是為了解決上述技術的不足，根據我國鑽井裝備整體層次不高 的客觀情況，本著適用、安全、高效、節能的宗旨，在保留原有機械鑽機井架、底座、循環系 統、絞車裝置、泥漿泵等裝備的基礎上，提供一種與之相配套的獨立轉盤直流電驅動鑽機系 統。本實用新型所提出的技術問題是這樣解決的一種獨立轉盤直流電驅動鑽機系 統，主要由轉盤電機子系統和控制該轉盤電機子系統的電控系統構成，所述電控系統主要 由節能發電機、輔助發電機、電機控制系統、電磁剎車機構、直流調速驅動裝置和轉盤電機 連接構成，所述直流調速驅動裝置與轉盤電機連接構成轉盤電機子系統；其中，所述節能發 電機與直流調速驅動裝置相連接，轉盤電機與直流調速驅動裝置相連接；所述輔助發電機 與電機控制系統相連接。所述節能發電機與直流調速驅動裝置之間的連接線路上設置有輔助發電機斷路 器，輔助發電機與電機控制系統之間的連接線路上設置有節能發電機斷路器，輔助發電機 斷路器與節能發電機斷路器相互連接的線路上設置有互鎖斷路器。所述輔助發電機包括第一輔助發電機和第二輔助發電機，第一輔助發電機和第二 輔助發電機共同連接於並車裝置上。所述電磁剎車機構連接在母線上，(母線為本技術通用術語，圖中未做標示)。所述轉盤電機子系統主要由直流電機、直流調速裝置和驅動裝置斷路器連接構 成，所述直流調速裝置的上端與驅動裝置斷路器相連接，下端與直流電機相連接，其中，所 述驅動裝置斷路器的上端與輸入進線相連接。所述驅動裝置斷路器與直流調速裝置相連接的線路上設置有電抗器。所述直流調速裝置與直流電機相連接的線路上設置有直流過壓保護器。所述驅動裝置斷路器與電抗器相連接的線路上設置有交流過壓保護器。本實用新型的工作原理是採用直流調速系統來進行轉盤的獨立電驅動，由於在 節能發電機供電情況下，若直流裝置觸發角不變的情況下(UDC = K. UAC. sini )直流電壓將發生波動(這種現象稱為擾動)，系統將偏離原有的平衡點，為了消除擾動影響，本實用 新型採用模糊控制技術，使之對該擾動具有不敏感性，使系統維持在原有平衡點上長期穩 定的工作。而扭矩精度不變和速度仍可控，諧波含量維持在一個較小範圍。出於節約成本 的需要，本實用新型採用了小於電機功率的直流調速驅動裝置，利用功率放大模塊驅動大 型功率可控矽組件，從而達到「小驅大」目的，有效減少成本。本實用新型使用並適應節能發電機能源達到節能降耗，保持鑽井工程效率，電氣 設備壽命更長，性能更為穩定，價格更為低廉，適用我國鑽機更新升級的普遍現狀，降低成 本的目的。
圖1為本實用新型電控系統的結構示意圖；圖2為本實用新型轉盤電機子系統的結構示意圖；圖中1-節能發電機、2-第一輔助發電機、3-第二輔助發電機、4-並車裝置、5-節 能發電機斷路器、6-電機控制系統、7-電磁剎車機構、8-互鎖斷路器、9-輔助發電機斷路 器、10-直流調速驅動裝置、11-轉盤電機、12-驅動裝置斷路器、13-電抗器、14-直流調速裝 置、15-直流電機、16-直流過壓保護器、17-交流過壓保護器。
具體實施方式

以下結合附圖對本實用新型的具體實施方式
進行詳細描述。如圖1所示，一種獨立轉盤直流電驅動鑽機系統，所述系統主要由轉盤電機子系 統和控制該轉盤電機子系統的電控系統構成，所述電控系統主要由節能發電機1、輔助發電 機、電機控制系統6、電磁剎車機構7、直流調速驅動裝置10和轉盤電機11連接構成，所述 直流調速驅動裝置10與轉盤電機11連接構成轉盤電機子系統；其中，所述節能發電機1與 直流調速驅動裝置10相連接，轉盤電機11與直流調速驅動裝置10相連接；所述輔助發電 機與電機控制系統6相連接。電機控制系統6為除轉盤電機外的其他電機的控制系統。如圖1所示，所述節能發電機1與直流調速驅動裝置10之間的連接線路上設置有 輔助發電機斷路器9，輔助發電機與電機控制系統6之間的連接線路上設置有節能發電機 斷路器5，輔助發電機斷路器9與節能發電機斷路器5相互連接的線路上設置有互鎖斷路器 8。如圖1所示，所述輔助發電機包括第一輔助發電機2和第二輔助發電機3，第一輔 助發電機2和第二輔助發電機3共同連接於並車裝置4上。如圖1所示，所述電磁剎車機構7連接在母線上。如圖2所示，所述轉盤電機子系統主要由直流電機15、直流調速裝置14和驅動裝 置斷路器12連接構成，所述直流調速裝置14的上端與驅動裝置斷路器12相連接，下端與 直流電機15相連接，其中，所述驅動裝置斷路器12的上端與輸入進線相連接。如圖2所示，所述驅動裝置斷路器12與直流調速裝置14相連接的線路上設置有 電抗器13。如圖2所示，所述直流調速裝置14與直流電機15相連接的線路上設置有直流過 壓保護器16。[0036]如圖2所示，所述驅動裝置斷路器12與電抗器13相連接的線路上設置有交流過 壓保護器17。具體實施時，將主柴油機作為節能發電機的動力源，出於系統穩定的需要，在節能 發電機不能滿足系統要求的情況下穩定運行，再增加兩臺輔助發電機，並視系統的情況投 入一臺或兩臺都投入系統使用，在兩臺都投入的情況下，使用並車裝置使發出的電流能滿 足系統的要求。發電機發出的電力輸入到系統的各個部分，如裝盤驅動部分，電機控制系統部分， 控制系統部分，井架照明部分。在轉盤驅動部分，由於轉盤電機需要在必要時進行反向旋轉，所以在電機電樞處 串聯直流電機換向器。三相交流經直流裝置變換電流後輸出直流給直流串聯電動機，帶動 轉盤運行。
權利要求1.一種獨立轉盤直流電驅動鑽機系統，其特徵在於所述系統主要由轉盤電機子系統 和控制該轉盤電機子系統的電控系統構成，所述電控系統主要由節能發電機(1)、輔助發電 機、電機控制系統(6)、電磁剎車機構(7)、直流調速驅動裝置(10)和轉盤電機(11)連接構 成，所述直流調速驅動裝置(10)與轉盤電機(11)連接構成轉盤電機子系統；其中，所述節 能發電機(1)與直流調速驅動裝置(10)相連接，轉盤電機(11)與直流調速驅動裝置(10) 相連接；所述輔助發電機與電機控制系統(6)相連接。
2.根據權利要求1所述獨立轉盤直流電驅動鑽機系統，其特徵在於所述節能發電機 (1)與直流調速驅動裝置(10)之間的連接線路上設置有輔助發電機斷路器(9)，輔助發電 機與電機控制系統(6)之間的連接線路上設置有節能發電機斷路器(5)，輔助發電機斷路 器(9)與節能發電機斷路器(5)相互連接的線路上設置有互鎖斷路器(8)。
3.根據權利要求1或2所述獨立轉盤直流電驅動鑽機系統，其特徵在於所述輔助發 電機包括第一輔助發電機(2)和第二輔助發電機(3)，第一輔助發電機(2)和第二輔助發電 機⑶共同連接於並車裝置⑷上。
4.根據權利要求1所述獨立轉盤直流電驅動鑽機系統，其特徵在於所述電磁剎車機 構(7)連接在母線上。
5.根據權利要求1所述獨立轉盤直流電驅動鑽機系統，其特徵在於所述轉盤電機子 系統主要由直流電機(15)、直流調速裝置(14)和驅動裝置斷路器(12)連接構成，所述直流 調速裝置(14)的上端與驅動裝置斷路器(1 相連接，下端與直流電機(1 相連接，其中， 所述驅動裝置斷路器(12)的上端與輸入進線相連接。
6.根據權利要求5所述獨立轉盤直流電驅動鑽機系統，其特徵在於所述驅動裝置斷 路器(1 與直流調速裝置(14)相連接的線路上設置有電抗器(13)。
7.根據權利要求5所述獨立轉盤直流電驅動鑽機系統，其特徵在於所述直流調速裝 置(14)與直流電機(1 相連接的線路上設置有直流過壓保護器(16)。
8.根據權利要求6所述獨立轉盤直流電驅動鑽機系統，其特徵在於所述驅動裝置斷 路器(1 與電抗器(1 相連接的線路上設置有交流過壓保護器(17)。
專利摘要本實用新型公開了一種獨立轉盤直流電驅動鑽機系統，主要由轉盤電機子系統和控制該轉盤電機子系統的電控系統構成，所述電控系統主要由節能發電機、輔助發電機、電機控制系統、電磁剎車機構、直流調速驅動裝置和轉盤電機連接構成，所述直流調速驅動裝置與轉盤電機連接構成轉盤電機子系統；其中，所述節能發電機與直流調速驅動裝置相連接，轉盤電機與直流調速驅動裝置相連接；所述輔助發電機與電機控制系統相連接。本實用新型使用並適應節能發電機能源達到節能降耗，保持鑽井工程效率，電氣設備壽命更長，性能更為穩定，價格更為低廉，適用我國鑽機更新升級的普遍現狀，降低成本的目的。
文檔編號E21B3/04GK201835741SQ20102056501
公開日2011年5月18日 申請日期2010年10月18日 優先權日2010年10月18日
發明者劉育生, 王宏霞, 練國春 申請人:四川崑崙石油設備製造有限公司