專利名稱：一種獨立轉盤直流電驅動鉆機系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及石油鉆機控制技術領域，具體來講涉及一種石油鉆機電控系統(tǒng)中 獨立轉盤直流電驅動鉆機系統(tǒng)。
背景技術：
當前，國產(chǎn)石油鉆機按驅動方式大體分為機械驅動鉆機、機電復合驅動鉆機、電 驅動鉆機。其中電驅動鉆機按照傳動能源性質，又分為直流調速電驅動鉆機和交流變頻電 驅動鉆機。1、機械驅動鉆機早期的國產(chǎn)石油鉆機主要是機械驅動鉆機，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——皮帶并車裝置，通過鏈條傳動絞車，通過萬向 軸傳動鉆井泵。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。絞車主剎車采用帶式剎車或液壓 盤式剎車，輔助剎車采用電磁渦流剎車，轉盤傳動裝置設計為兩檔，采用手動換檔。機械驅 動的鉆機特點控制系統(tǒng)以氣、液控制為主，電控系統(tǒng)簡單，鉆機價格較電驅動鉆機低。其缺 點也很明顯，工作人員勞動強度大，風險大，效率低。2、機電復合驅動鉆機機電復合驅動鉆機主要是機械傳動和電力傳動相結合的復合型新型鉆機，它可以 實現(xiàn)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(nèi)代替機械原有的功 能，進行鉆進作業(yè)；在電力有故障的時候，機械部分可以進行起下鉆作業(yè)，這樣就大大降低 了卡鉆等鉆井工程事故的發(fā)生。它還解決了傳統(tǒng)機械鉆機泥漿泵沖次和轉盤轉速無法合理 匹配的問題，司鉆通過友好的觸摸屏操作界面，通過專門配置的自動送鉆系統(tǒng)，以最優(yōu)化的 鉆井參數(shù)進行鉆井作業(yè)，大大提高了鉆井效率、減輕了司鉆的勞動強度、增加了安全系數(shù)， 并能使鉆機在鉆進工況下的性能接近全數(shù)控電動鉆機水平，且價格較全電動鉆機低很多。 在我國現(xiàn)在使用的電動鉆機中，轉盤獨立電驅動鉆機仍是主要鉆機。3、直流電驅動鉆機直流電驅動鉆機驅動系統(tǒng)采用AC/DC電驅動方式，由幾臺柴油發(fā)電機組并聯(lián)后統(tǒng) 一向交流母線供電，幾個可控硅整流柜(SCR)分別控制泥漿泵電機、絞車電機和轉盤電機。 絞車輔助剎車采用電磁渦流剎車，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(qū)供電。司鉆臺能對絞車、轉盤、泥漿泵等進行監(jiān)視 和控制。直流電驅動鉆機的特點能滿足定向井、水平井等任何鉆井工藝的需求；驅動系 統(tǒng)采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(jié)能環(huán) 保；轉盤的扭矩限制可以從0 100%范圍內(nèi)任意調節(jié)；驅動系統(tǒng)實現(xiàn)了對絞車、轉盤和泥 漿泵的無級調速，獲得良好的鉆井特性；其價格較交流電驅動系統(tǒng)更為低廉。4、交流變頻電驅動鉆機[0011]全數(shù)控變頻電動鉆機是一款滿足深井、特殊鉆井工藝要求而設計開發(fā)的全數(shù)控變 頻電驅動鉆機。動力控制系統(tǒng)，變頻調速控制系統(tǒng)均采用數(shù)字化網(wǎng)絡控制技術。具有優(yōu)異 的調速性能，過載能力強，可靠性高，抗干擾能力強；整套系統(tǒng)采用優(yōu)化設計、合理布局，使 得操作簡便、可靠，易于維護與維修。該系統(tǒng)投資較大，維護費用較高。綜上所述，目前的獨立轉盤電驅動鉆機，普遍使用節(jié)能發(fā)電機，即將發(fā)電機連接到 驅動絞車和泥漿泵的柴油上，利用柴油機的剩余功率進行發(fā)電，發(fā)電的頻率及功率受絞車 和泥漿泵的影響很大，發(fā)出的電壓及頻率處于波動狀況。鉆井工程效率，主要取決于轉盤效率。傳統(tǒng)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(jié)范圍小、不具備無級調速、轉矩不可控、 零速時無轉矩等。采用電驅動轉盤能解決以上問題。轉盤若采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(jié)能發(fā)電機供電情況下，變頻調速裝置會出現(xiàn)整流和 逆變效率降低，浪費能源，諧波含量增大，使元器件發(fā)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(nèi)容本實用新型的目的是為了解決上述技術的不足，根據(jù)我國鉆井裝備整體層次不高 的客觀情況，本著適用、安全、高效、節(jié)能的宗旨，在保留原有機械鉆機井架、底座、循環(huán)系 統(tǒng)、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鉆機系 統(tǒng)。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鉆機系 統(tǒng)，主要由轉盤電機子系統(tǒng)和控制該轉盤電機子系統(tǒng)的電控系統(tǒng)構成，所述電控系統(tǒng)主要 由節(jié)能發(fā)電機、輔助發(fā)電機、電機控制系統(tǒng)、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(tǒng)；其中，所述節(jié)能發(fā) 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(fā)電機 與電機控制系統(tǒng)相連接。所述節(jié)能發(fā)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(fā)電機斷路 器，輔助發(fā)電機與電機控制系統(tǒng)之間的連接線路上設置有節(jié)能發(fā)電機斷路器，輔助發(fā)電機 斷路器與節(jié)能發(fā)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(fā)電機包括第一輔助發(fā)電機和第二輔助發(fā)電機，第一輔助發(fā)電機和第二 輔助發(fā)電機共同連接于并車裝置上。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(tǒng)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采用直流調速系統(tǒng)來進行轉盤的獨立電驅動，由于在 節(jié)能發(fā)電機供電情況下，若直流裝置觸發(fā)角不變的情況下(UDC = K. UAC. sini )直流電壓將發(fā)生波動(這種現(xiàn)象稱為擾動)，系統(tǒng)將偏離原有的平衡點，為了消除擾動影響，本實用 新型采用模糊控制技術，使之對該擾動具有不敏感性，使系統(tǒng)維持在原有平衡點上長期穩(wěn) 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范圍。出于節(jié)約成本 的需要，本實用新型采用了小于電機功率的直流調速驅動裝置，利用功率放大模塊驅動大 型功率可控硅組件，從而達到“小驅大”目的，有效減少成本。本實用新型使用并適應節(jié)能發(fā)電機能源達到節(jié)能降耗，保持鉆井工程效率，電氣 設備壽命更長，性能更為穩(wěn)定，價格更為低廉，適用我國鉆機更新升級的普遍現(xiàn)狀，降低成 本的目的。
圖1為本實用新型電控系統(tǒng)的結構示意圖；圖2為本實用新型轉盤電機子系統(tǒng)的結構示意圖；圖中1-節(jié)能發(fā)電機、2-第一輔助發(fā)電機、3-第二輔助發(fā)電機、4-并車裝置、5-節(jié) 能發(fā)電機斷路器、6-電機控制系統(tǒng)、7-電磁剎車機構、8-互鎖斷路器、9-輔助發(fā)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鉆機系統(tǒng)，所述系統(tǒng)主要由轉盤電機子系 統(tǒng)和控制該轉盤電機子系統(tǒng)的電控系統(tǒng)構成，所述電控系統(tǒng)主要由節(jié)能發(fā)電機1、輔助發(fā)電 機、電機控制系統(tǒng)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(tǒng)；其中，所述節(jié)能發(fā)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(fā)電 機與電機控制系統(tǒng)6相連接。電機控制系統(tǒng)6為除轉盤電機外的其他電機的控制系統(tǒng)。如圖1所示，所述節(jié)能發(fā)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(fā)電機斷路器9，輔助發(fā)電機與電機控制系統(tǒng)6之間的連接線路上設置有節(jié)能發(fā)電機 斷路器5，輔助發(fā)電機斷路器9與節(jié)能發(fā)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(fā)電機包括第一輔助發(fā)電機2和第二輔助發(fā)電機3，第一輔 助發(fā)電機2和第二輔助發(fā)電機3共同連接于并車裝置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(tǒng)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(jié)能發(fā)電機的動力源，出于系統(tǒng)穩(wěn)定的需要，在節(jié)能 發(fā)電機不能滿足系統(tǒng)要求的情況下穩(wěn)定運行，再增加兩臺輔助發(fā)電機，并視系統(tǒng)的情況投 入一臺或兩臺都投入系統(tǒng)使用，在兩臺都投入的情況下，使用并車裝置使發(fā)出的電流能滿 足系統(tǒng)的要求。發(fā)電機發(fā)出的電力輸入到系統(tǒng)的各個部分，如裝盤驅動部分，電機控制系統(tǒng)部分， 控制系統(tǒng)部分，井架照明部分。在轉盤驅動部分，由于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(lián)直流電機換向器。三相交流經(jīng)直流裝置變換電流后輸出直流給直流串聯(lián)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鉆機系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)主要由轉盤電機子系統(tǒng) 和控制該轉盤電機子系統(tǒng)的電控系統(tǒng)構成，所述電控系統(tǒng)主要由節(jié)能發(fā)電機(1)、輔助發(fā)電 機、電機控制系統(tǒng)(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(tǒng)；其中，所述節(jié) 能發(fā)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(fā)電機與電機控制系統(tǒng)(6)相連接。
2.根據(jù)權利要求1所述獨立轉盤直流電驅動鉆機系統(tǒng)，其特征在于所述節(jié)能發(fā)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(fā)電機斷路器(9)，輔助發(fā)電 機與電機控制系統(tǒng)(6)之間的連接線路上設置有節(jié)能發(fā)電機斷路器(5)，輔助發(fā)電機斷路 器(9)與節(jié)能發(fā)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(jù)權利要求1或2所述獨立轉盤直流電驅動鉆機系統(tǒng)，其特征在于所述輔助發(fā) 電機包括第一輔助發(fā)電機(2)和第二輔助發(fā)電機(3)，第一輔助發(fā)電機(2)和第二輔助發(fā)電 機⑶共同連接于并車裝置⑷上。
4.根據(jù)權利要求1所述獨立轉盤直流電驅動鉆機系統(tǒng)，其特征在于所述電磁剎車機 構(7)連接在母線上。
5.根據(jù)權利要求1所述獨立轉盤直流電驅動鉆機系統(tǒng)，其特征在于所述轉盤電機子 系統(tǒng)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(jù)權利要求5所述獨立轉盤直流電驅動鉆機系統(tǒng)，其特征在于所述驅動裝置斷 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(jù)權利要求5所述獨立轉盤直流電驅動鉆機系統(tǒng)，其特征在于所述直流調速裝 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(jù)權利要求6所述獨立轉盤直流電驅動鉆機系統(tǒng)，其特征在于所述驅動裝置斷 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鉆機系統(tǒng)，主要由轉盤電機子系統(tǒng)和控制該轉盤電機子系統(tǒng)的電控系統(tǒng)構成，所述電控系統(tǒng)主要由節(jié)能發(fā)電機、輔助發(fā)電機、電機控制系統(tǒng)、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(tǒng)；其中，所述節(jié)能發(fā)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(fā)電機與電機控制系統(tǒng)相連接。本實用新型使用并適應節(jié)能發(fā)電機能源達到節(jié)能降耗，保持鉆井工程效率，電氣設備壽命更長，性能更為穩(wěn)定，價格更為低廉，適用我國鉆機更新升級的普遍現(xiàn)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(yōu)先權日2010年10月18日
發(fā)明者劉育生, 王宏霞, 練國春 申請人:四川昆侖石油設備制造有限公司