鉆機(jī)單交流變頻異步電機(jī)直驅(qū)絞車系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及油田領(lǐng)域，具體的說是一種鉆機(jī)單交流變頻異步電機(jī)直驅(qū)絞車系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 絞車是鉆機(jī)的核屯、部件，絞車在石油鉆井過程中，不僅擔(dān)負(fù)著起下鉆具、下套管、 控制鉆壓、處理事故、提取巖忍筒、試油等各項作業(yè)，而且還擔(dān)負(fù)著井架起放任務(wù)。絞車驅(qū)動 系統(tǒng)一般為主電機(jī)驅(qū)動滾筒帶動鋼絲繩，帶動游鉤上提下放。
[0003] 目前，國內(nèi)外的鉆機(jī)絞車主要是由交流電動機(jī)加多級傳動變速箱，或變頻電機(jī)加 一級傳動減速箱驅(qū)動，或是采用永磁同步電機(jī)直接驅(qū)動。前兩驅(qū)動方式還需要帶變速機(jī)構(gòu) 及其潤滑系統(tǒng)，使結(jié)構(gòu)復(fù)雜、故障點增多；后一驅(qū)動方式由于井隊頻繁搬家，造成控制閉環(huán) 反饋中采集信號的編碼器工作不可靠，故障率高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了克服現(xiàn)有的絞車結(jié)構(gòu)復(fù)雜、故障率高的不足，本發(fā)明提供一種鉆機(jī)單交流變 頻異步電機(jī)直驅(qū)絞車系統(tǒng)，該鉆機(jī)單交流變頻異步電機(jī)直驅(qū)絞車系統(tǒng)取消了原絞車中的減 速箱及其潤滑系統(tǒng)，采用交流變頻電動機(jī)直驅(qū)絞車，使結(jié)構(gòu)簡單，提高了工作效率，降低了 故障率。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種鉆機(jī)單交流變頻異步電機(jī)直驅(qū)絞車系統(tǒng)，包括交流變 頻電動機(jī)、滾筒總成，所述的交流變頻電動機(jī)通過聯(lián)軸器驅(qū)動滾筒總成，所述交流變頻電動 機(jī)的繞組參數(shù)為：
[0006] 定子槽數(shù)Z= 72,并聯(lián)路數(shù)a= 4,電機(jī)極數(shù)2P= 12,每極每相槽數(shù)q= 2,繞組 極距T=6,線圈節(jié)距Y= 5,轉(zhuǎn)子槽數(shù)48槽，定子線圈應(yīng)數(shù)21應(yīng)，接線方式Y(jié)接。
[0007] 本發(fā)明具有如下有益效果：由于采取上述方案，該絞車系統(tǒng)采取交流變頻異步電 動機(jī)直驅(qū)絞車滾筒，省去了減速箱及其潤滑系統(tǒng)，簡化結(jié)構(gòu)，大大減少了故障點，提高工作 效率；同時，克服了采用永磁同步電機(jī)系統(tǒng)必須用編碼器才能工作的情況，也避免了深度弱 磁導(dǎo)致的對控制系統(tǒng)的不良影響。經(jīng)過油田現(xiàn)場應(yīng)用，該絞車系統(tǒng)性能優(yōu)越，運(yùn)行過程中無 故障停機(jī)現(xiàn)象，適合在油層比較淺的區(qū)塊應(yīng)用。
【附圖說明】
[0008] 圖1是本發(fā)明的原理圖；
[0009] 圖2是本發(fā)明中交流變頻電動機(jī)的接線圖；
[0010] 圖3是滾筒總成的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0011] 圖4是現(xiàn)有絞車的驅(qū)動原理圖；
[0012] 圖5是電動機(jī)在不同頻率時的調(diào)速特性；
[0013] 圖6是直驅(qū)變頻電機(jī)特性曲線。
[0014] 圖中1-交流變頻電動機(jī)，2-聯(lián)軸器，3-滾筒總成，4-剎車盤，5-聯(lián)軸器法蘭，6-絞 車架，7-主軸，8-滾筒繩槽。
【具體實施方式】
[0015] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明：
[0016] 由圖1至圖3所示，一種鉆機(jī)單交流變頻異步電機(jī)直驅(qū)絞車系統(tǒng)，包括交流變頻電 動機(jī)1、滾筒總成3,所述的交流變頻電動機(jī)1通過聯(lián)軸器2連接滾筒總成3,絞車滾筒3的 端部連接有剎車盤4。與現(xiàn)有的絞車系統(tǒng)相比，省去了減速箱及其潤滑系統(tǒng)，使交流變頻電 動機(jī)1直驅(qū)滾筒總成3,其關(guān)鍵在于采用了改進(jìn)的交流變頻電動機(jī)。
[0017] 所述交流變頻電動機(jī)1為320kW，其繞組參數(shù)為：定子槽數(shù)Z= 72,并聯(lián)路數(shù)a= 4,電機(jī)極數(shù)2P= 12,每極每相槽數(shù)q= 2,繞組極距T=6,線圈節(jié)距Y= 5,轉(zhuǎn)子槽數(shù)48 槽，定子線圈應(yīng)數(shù)21應(yīng)，接線方式Y(jié)接。
[0018] 該直驅(qū)絞車主要包括W下部分：絞車架、滾筒總成、320kW交流變頻電動機(jī)、液壓 盤式剎車、電氣控制系統(tǒng)和潤滑系統(tǒng)等。
[0019] (1)絞車架
[0020] 直驅(qū)絞車架為軸承座支撐的無墻板式結(jié)構(gòu)，能準(zhǔn)確定位并支撐電動機(jī)、滾筒軸、液 壓盤剎等，絞車架可分為絞車架體和底座兩大部分。 陽OW 似滾筒總成
[0022] 滾筒總成是絞車的關(guān)鍵部件，它由滾筒體、剎車鼓、軸承座和主軸7等件組成，聯(lián) 軸器2通過聯(lián)軸器法蘭5與主軸7相連。工作時，滾筒上纏有游動系統(tǒng)的鉆井鋼絲繩，通過 控制交流變頻電動機(jī)1的正反轉(zhuǎn)使鋼絲繩在滾筒體上纏繩或退繩，W實現(xiàn)鉆具起升或下放 等目的。主軸的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速大小取決于交流變頻電動機(jī)的轉(zhuǎn)向和控制速度。滾筒總成通過 左軸承座和右軸承座用8條M36X120的螺栓固緊在軸承座上，滾筒軸一端預(yù)留有儀表裝置 接口（G3/4螺孔）。滾筒體表面開有滾筒繩槽8,可W使鋼絲繩纏繞時排繩整齊，避免了相 互間的擠壓，能有效延長鋼絲繩的使用壽命。 陽〇2引 做液壓盤剎機(jī)構(gòu)
[0024] 該直驅(qū)絞車主剎車采用液壓盤式剎車，主要用于剎車制動和緊急制動，剎車盤由 鋼板組成，剎車盤外徑為。1500mm，厚度40mm。該直驅(qū)絞車液壓盤剎設(shè)有1把常開剎車錯和 1把常閉剎車錯，剎車錯缸為可調(diào)節(jié)式油缸，不但可W調(diào)節(jié)剎車副間隙，提高剎車塊的利用 率，延長更換周期，還使拆裝、維修安全、方便，剎車錯采用浮動油缸結(jié)構(gòu)，有自動補(bǔ)償作用。 [00對 （4)防碰天車裝置
[00%] 防碰裝置的作用是當(dāng)游車系統(tǒng)上升到限定位置時，通過限位裝置作用，緊急剎車， 使游動系統(tǒng)停止上升，防止碰天車，確保安全。防碰裝置采用二重保險防碰系統(tǒng)。一是過圈 防碰，二是電子式防碰。
[0027] 過圈防碰：絞車采用氣控過圈閥裝置，過圈閥安裝在滾筒上方，可沿軸向左右調(diào) 整，過圈閥撥桿的長度依游車上升到極限高度時鋼絲繩在滾筒上纏繩量來調(diào)整（游車上升 距天車梁下平面2 - 3米處）。當(dāng)游車上升處于極限高度時，快繩觸角碰撥桿，盤剎閉式錯 進(jìn)行緊急剎車，將滾筒剎死。
[0028] 電子防碰：絞車的自動減速、自動停車及防止上碰下砸是通過位置傳感器實時檢 測大鉤位置，由PLC分析運(yùn)算實現(xiàn)位置控制，使絞車工作時可靠地實現(xiàn)了自動減速及自動 停車，防止大鉤上碰下砸，并可實時精確指示大鉤當(dāng)前位置。
[0029] 妨潤滑系統(tǒng)
[0030] 絞車主要潤滑脂潤滑部位包括滾筒兩側(cè)滾筒軸支撐軸承，連接電機(jī)與滾筒軸齒式 聯(lián)軸器等。滾筒軸支撐軸承加注潤滑脂點設(shè)在滾筒體正前方底座表面外，其余各潤滑點均 設(shè)在需要潤滑的部位。
[0031]目前直驅(qū)絞車的機(jī)械結(jié)構(gòu)可W簡化成如圖4所示的方式：
[0032] 對于直驅(qū)的絞車系統(tǒng)來說，減速箱可W省略，i=1 ;1500m鉆機(jī)，使用了兩個動滑 輪，四根大繩，S=4 ;漉筒直徑：d=0. 5m
[0033] 1500m鉆機(jī)部分技術(shù)數(shù)據(jù)：
[0034]最大載荷：1000 kN
[0035] 提升空吊卡時的勻速運(yùn)動速度/(m/s) :1. 5m/s
[0036] 套管作業(yè)和解卡時大鉤的提升速度（m/s):0.1~0.2m/s
[0037] 通過1500m鉆機(jī)提供的技術(shù)要求可W計算出電機(jī)的基本技術(shù)數(shù)據(jù)：
[0038] Pn= (mXgXv)/nmechanical = (lOOOkNX0. 2m/s)/0. 9 = 222kW
[0039]
W40] 分析異步電動機(jī)的機(jī)械特性如圖5及圖6所示，
[OOW當(dāng)n相對較小時，由于較?。╔鹿子繞組的漏抗，X3轉(zhuǎn)子繞組的漏抗的 歸算值），Tl(定子繞組的電阻）的影響即不可忽略。此時，Mm的數(shù)值大為降低。如圖為變 頻時異步電動機(jī)的機(jī)械特性，其中fll>fl2 >fl3 >fl4 >fl5。當(dāng)n較低時，如fl6 時，Mm大為降低，電機(jī)起動轉(zhuǎn)矩不夠。
[0042]

陽046] 式中ml為定子相數(shù)3,化為定子電源電壓，可見，如果極對數(shù)P增加，則Mm,MQ均 陽0創(chuàng)起動轉(zhuǎn)矩MQ是異步電機(jī)接至電源開始起動時的電磁轉(zhuǎn)矩，此時S= 1(n= 0)[0044] 則起動轉(zhuǎn)矩?? W45] 最大轉(zhuǎn)矩Mn 增大，當(dāng)滿足電機(jī)起動條件：在負(fù)載下，起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)Km >2.2,M?>Mz,Mz為負(fù)載轉(zhuǎn) M 矩，電機(jī)就能低速大扭矩起動。
[0047] 為此將原絞車驅(qū)動中常用的6極電動機(jī)改為12極電動機(jī)，W提高起動轉(zhuǎn)矩。其布 線圖如圖2,繞組參數(shù)：定子槽數(shù)Z= 72,并聯(lián)路數(shù)a= 4,電機(jī)極數(shù)2P= 12,每極每相槽 數(shù)Q= 2,繞組極距T=6,線圈節(jié)距Y= 5,轉(zhuǎn)子槽數(shù)48槽，定子線圈應(yīng)數(shù)21應(yīng)，接線方式 Y接。
[0048] 根據(jù)計算得到的電機(jī)數(shù)據(jù)，該直驅(qū)絞車系統(tǒng)選擇的交流異步變頻電動機(jī)的數(shù)據(jù)如 下所示：
[0049] 額定功率：320kW;額定電壓：3PH eOOVac;額定電流：415A;額定頻率：10. 2Hz;額 定轉(zhuǎn)速：110巧m ;恒功率最高轉(zhuǎn)速：260巧m ;最高轉(zhuǎn)速：300巧m ;額定轉(zhuǎn)矩：30560Nm ;額定效 率：95% ;功率因數(shù)0. 83 ;極數(shù)：12極；絕緣等級：H級；防護(hù)等級：IP54 ;冷卻方式：強(qiáng)迫風(fēng) 冷；過載倍數(shù)>1. 8倍；PN=222kW<電機(jī)額定功率320kW ;Nmax=22化pm<恒功率最高 轉(zhuǎn)速26化pm。
[0050] 該直驅(qū)絞車是目前國內(nèi)外結(jié)構(gòu)最簡單的一種絞車系統(tǒng)，同一主電機(jī)還具有自動送 鉆功能，傳動效率高。過去的絞車系統(tǒng)主滾筒軸驅(qū)動為一臺300kW及W上的大功率主電機(jī)， 而在特殊鉆井工藝需要時，需要采用另一臺37kW~50kW的專用自動送鉆電機(jī)實現(xiàn)恒壓與 恒速鉆進(jìn)功能。而本發(fā)明均采用一臺主電機(jī)就可W實現(xiàn)日常鉆進(jìn)驅(qū)動滾筒軸，可W用該主 電機(jī)進(jìn)行自動送鉆，取消專用自動送鉆小電機(jī)及其聯(lián)接齒輪等附帶機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單，重量 減輕，搬運(yùn)方便，更加適合油田鉆井需要。
【主權(quán)項】
1. 一種鉆機(jī)單交流變頻異步電機(jī)直驅(qū)絞車系統(tǒng)，包括交流變頻電動機(jī)（I)、滾筒總成 (3)，其特征在于：所述的交流變頻電動機(jī)（1)通過聯(lián)軸器（2)驅(qū)動滾筒總成（3)，所述交流 變頻電動機(jī)（1)的繞組參數(shù)為： 定子槽數(shù)Z=72,并聯(lián)路數(shù)a=4,電機(jī)極數(shù)2P = 12,每極每相槽數(shù)q = 2,繞組極距 T= 6,線圈節(jié)距Y=5,轉(zhuǎn)子槽數(shù)48槽，定子線圈IM數(shù)21阻，接線方式Y(jié)接。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種鉆機(jī)單交流變頻異步電機(jī)直驅(qū)絞車系統(tǒng)。主要解決現(xiàn)有的絞車結(jié)構(gòu)復(fù)雜、故障率高的問題。其特征在于：所述的交流變頻電動機(jī)(1)通過聯(lián)軸器(2)驅(qū)動滾筒總成(3)，所述交流變頻電動機(jī)(1)的繞組參數(shù)為：定子槽數(shù)Z＝72，并聯(lián)路數(shù)a＝4，電機(jī)極數(shù)2P＝12，每極每相槽數(shù)q＝2，繞組極距τ＝6，線圈節(jié)距Y＝5，轉(zhuǎn)子槽數(shù)48槽，定子線圈匝數(shù)21匝，接線方式Y(jié)接。該鉆機(jī)單交流變頻異步電機(jī)直驅(qū)絞車系統(tǒng)取消了原絞車中的減速箱及其潤滑系統(tǒng)，采用交流變頻電動機(jī)直驅(qū)絞車，使結(jié)構(gòu)簡單，提高了工作效率，降低了故障率。
【IPC分類】B66D1/12
【公開號】CN105129643
【申請?zhí)枴緾N201510337105
【發(fā)明人】王生, 楊元東, 何俊才, 張善德, 羅曉麗
【申請人】中國石油天然氣集團(tuán)公司, 大慶石油管理局
【公開日】2015年12月9日
【申請日】2015年6月17日