一种多频电机直接驱动钻井绞车装置及其直接驱动方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及石油钻井及地质钻探的技术领域，特别是涉及一种多频电机直接驱动钻井绞车装置及其直接驱动方法，其采用电机主轴与绞车主轴通过联轴器直接连接，无变速器机构，通过多频电机的转速控制实现绞车转速控制，通过切换绕组的连接方式，改变绕组并联支路数，进而改变电机频率，输出多组不同的转速和扭矩，从而实现绞车提升速度的变化，在超低速度下具备送钻功能，在满足钻机使用要求同时保证事故处理能力安全系数高的基础上，既实现高效率高功率因数高能源利用率，又降低了功率；包括多频电机和绞车主轴，多频电机固定在底座上，其电机主轴通过联轴器与绞车主轴连接，滚筒套设在绞车主轴外侧，多频电机采用多绕组结构。

A multi frequency motor direct drive drilling winch device and its direct drive method

【技术实现步骤摘要】
一种多频电机直接驱动钻井绞车装置及其直接驱动方法
本专利技术涉及石油钻井及地质钻探的
，特别是涉及一种多频电机直接驱动钻井绞车装置及其直接驱动方法。
技术介绍
钻井绞车装置是石油钻井与地质钻探机台上的主要提升装备，是一种可以提升和下放钻柱的装备，具备速度调节功能。其大多采用以下形式：动力机主轴通过齿轮变速箱减速增大扭曲输出到绞车滚筒主轴上，也有一类绞车采用单速永磁电机直接驱动绞车滚筒主轴回转。已有的单速永磁电机驱动的钻井绞车装置虽然满足了低速大扭矩处理事故时的使用要求，但是在电机选型时仍按正常钻进时的最大提下钻速度选定。由于没有机械变速系统，无法满足绞车的减速增扭工况；如果同时满足绞车最大提升力和最大提升速度的需求，选定的永磁电机功率将非常大，其变频控制系统将非常昂贵，其节能的效果被减弱；已有的非直驱绞车传动装置，采用齿轮箱间接传动，其齿轮箱中采用行星齿轮减速的方式实现绞车传动，其存在以下缺点：1.齿轮箱需要密封，密封易失效，导致润滑油漏失，造成齿轮箱失效；2.齿轮箱工作过程中磨损的铁屑易导致润滑油失效，影响散热，造成齿轮箱失效；3.现有绞车由于工况的问题，需要较大的功率，且调速范围过大，难以在较大较大范围控制。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提供一种传动机构不易失效、能源利用率高、体积重量相对紧凑的多频电机直接驱动钻井绞车装置及其直接驱动方法，采用电机主轴与绞车主轴通过联轴器直接连接，无变速器机构，通过多频电机的转速控制实现绞车转速控制，从而实现绞车提升速度的变化，在超低速度下具备送钻功能。为实现上述目的，本专利技术是采用下述技术方案实现的：一种多频电机直接驱动钻井绞车装置，包括多频电机和绞车主轴，所述多频电机固定在底座上，其电机主轴通过联轴器与绞车主轴连接，滚筒套设在绞车主轴外侧，所述多频电机采用多绕组结构。一种可能的技术方案中，所述多频电机设置为左右对称的两个，分别为第一多频电机和第二多频电机，其中第一多频电机的第一电机主轴通过第一联轴器与绞车主轴连接，第二多频电机的第二电机主轴通过第二联轴器与绞车主轴连接。一种可能的技术方案中，所述底座上位于第一多频电机和第二多频电机之间对称设置有两个支撑架，所述绞车主轴转动设置在所述两个支撑架上。一种可能的技术方案中，所述第一多频电机和第二多频电机分别设有电机绕组切换柜和变频器，用于切换绕组的连接方式。一种可能的技术方案中，所述第一多频电机设有第一多频电机出线盒，所述第二多频电机设有第二多频电机出线盒，所述第一多频电机出线盒和第二多频电机出线盒的绕组分别设有a1，a2，...am，m为电机每相下线圈组的个数。一种绞车装置的直接驱动方法，是根据任一项上述的多频电机直接驱动钻井绞车装置实现的，正常工况下使用绕组串联，使用1倍扭矩和1倍转速状态，额定功率为f，额定扭矩为T的电气参数，变频器采用上述电气参数进行控制；处理解卡事故时，切换电机绕组至并联，使用n倍扭矩和1/n倍转速状态，额定功率为f/n，额定扭矩为n＊T的电气参数，变频器采用上述电气参数进行控制，n为电机并联支路数的倍数，n的取值范围依据电机反电势及绕组形式决定。与现有技术相比本专利技术的有益效果为：采用多频电机作为钻井绞车装置的驱动电机，通过切换绕组的连接方式，改变绕组并联支路数，进而改变电机频率，输出多组不同的转速和扭矩，结构上采用直驱方式使得钻机系统维护方便，本申请结构简单，不配置减速箱与润滑装置，提高了工作效率，性能上在满足钻机使用要求同时保证事故处理能力安全系数高的基础上，既实现高效率高功率因数高能源利用率，又降低了功率，使成本得到大幅度降低。适宜在勘探钻井设备进行推广，包含地质钻机、石油钻机、水井钻机的绞车装置，经济效果显著。附图说明图1是本专利技术的结构示意图；图2第一多频电机出线盒和第二多频电机出线盒结构示意图。附图标记：1-第一多频电机出线盒；2-第二多频电机出线盒；3-第一多频电机；4-第二多频电机；5-第一联轴器；6-第二联轴器；7-第一电机主轴；8-第二电机主轴；9-绞车主轴；10-滚筒；11-底座；12-支撑架。具体实施方式下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。如图1所示，本专利技术的多频电机直接驱动钻井绞车装置，包括多频电机和绞车主轴9，多频电机固定在底座11上，其电机主轴通过联轴器与绞车主轴9连接，滚筒10套设在绞车主轴9外侧，多频电机采用多绕组结构。本实施例中，多频电机设置为左右对称的两个，分别为第一多频电机3和第二多频电机4，其中第一多频电机3的第一电机主轴7通过第一联轴器5与绞车主轴9连接，第二多频电机4的第二电机主轴8通过第二联轴器6与绞车主轴9连接。第一多频电机3与第二多频电机4可单独驱动绞车滚筒10转动，也可同时驱动绞车滚筒10转动。在驱动电机选型时，电机功率不能过小。钻井绞车装置是按最大工作负载设计最大功率(额定功率)，而钻机由浅到深钻进的过程中，实际应用的负载只有最大负载的20％-30％，实际输出功率与额定功率的比值就是负载率，若采用异步电机在低负载率时功率因数和电机效率急剧下降，只有20％左右，能源浪费严重，若采用永磁单速电机，尽管电机的能源利用率高，但是功率体积不能降低。若电机功率仅按照正常工况选取，虽然能够提供2倍过载扭矩，但钻井现场解卡事故处理时间从几分钟到连续几天不等，长时间过载会造成电机过载发热严重，连续解卡能力不足，需按最恶劣工况进行电机选型，造成成本过高。本申请采用多频电机作为钻井绞车装置的驱动电机，该电机采用多绕组结构，通过切换绕组的连接方式，改变绕组并联支路数，进而改变电机频率，输出多组不同的转速和扭矩。正常工况时，采用绕组串联的方式，提供高转速低扭矩；处理解卡事故时，切换绕组为并联方式，提供正常工况多倍的额定扭矩，满足了绞车装置的低绳速高负载要求。使用多频电机仅切换绕组连接方式，电机功率仅按正常工况进行考虑，不仅降低了电机选型时的功率，还可为钻机提供连续解卡的能力。本实施例中，底座11上位于第一多频电机3和第二多频电机4之间对称设置有两个支撑架12，绞车主轴9转动设置在两个支撑架12上。多频驱动电机3的绕组切换可采用电机绕组切换柜也可以在电机接线盒端手动连接，以开关大小、现场布置及切换反应速度要求灵活使用。本实施例中，第一多频电机3和第二多频电机4分别设有电机绕组切换柜和变频器，用于切换绕组的连接方式；第一多频电机3设有第一多频电机出线盒1，第二多频电机4设有第二多频电机出线盒2，第一多频电机出线盒1和第二多频电机出线盒2的绕组分别设有a1，a2，...am，m为电机每相下线圈组的个数，输入电通过第一多频电机绕组出线盒1连接第一多频电机3，第一多频电机绕组出线盒1的绕组有a1，a2，...am，通过切换绕组的连接方式，改变绕组并联支路数，进而改变电机频率，输出多组不同的转速和扭矩。输入电通过第二多频电机绕组出线盒2连接第二多频电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多频电机直接驱动钻井绞车装置，其特征在于，包括多频电机和绞车主轴(9)，所述多频电机固定在底座(11)上，其电机主轴通过联轴器与绞车主轴(9)连接，滚筒(10)套设在绞车主轴(9)外侧，所述多频电机采用多绕组结构。/n

【技术特征摘要】
1.一种多频电机直接驱动钻井绞车装置，其特征在于，包括多频电机和绞车主轴(9)，所述多频电机固定在底座(11)上，其电机主轴通过联轴器与绞车主轴(9)连接，滚筒(10)套设在绞车主轴(9)外侧，所述多频电机采用多绕组结构。


2.如权利要求1所述的多频电机直接驱动钻井绞车装置，其特征在于，所述多频电机设置为左右对称的两个，分别为第一多频电机(3)和第二多频电机(4)，其中第一多频电机(3)的第一电机主轴(7)通过第一联轴器(5)与绞车主轴(9)连接，第二多频电机(4)的第二电机主轴(8)通过第二联轴器(6)与绞车主轴(9)连接。


3.如权利要求2所述的多频电机直接驱动钻井绞车装置，其特征在于，所述底座(11)上位于第一多频电机(3)和第二多频电机(4)之间对称设置有两个支撑架(12)，所述绞车主轴(9)转动设置在所述两个支撑架(12)上。


4.如权利要求3所述的多频电机直接驱动钻井绞车装置，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭坤，李超，刘家荣，王玉超，刘文武，杨鹏，贺云超，翁炜，黄玉文，
申请(专利权)人：北京探矿工程研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11