專利名稱：一種鉆機(jī)數(shù)控電驅(qū)動裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種鉆機(jī)數(shù)控電驅(qū)動裝置，它屬于石油開采及地質(zhì)勘探設(shè)備，適用于各種石油及地質(zhì)鉆機(jī)，特別適用于各種大型深井鉆機(jī)。
常規(guī)的石油及地質(zhì)勘探鉆機(jī)，多采用以柴油機(jī)為動力，用機(jī)械傳動的方法，直接驅(qū)動鉆桿做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，在這種驅(qū)動方式中，由于傳動系統(tǒng)限制，其整個驅(qū)動裝置只能都固定于鉆井井口平臺上，在鉆進(jìn)過程中不能隨鉆桿向下運(yùn)動。這種固定的底驅(qū)方式加接鉆桿和更換鉆頭操作復(fù)雜，容易發(fā)生事故?，F(xiàn)在國內(nèi)外為解決這個問題，已開始采用頂驅(qū)裝置，把驅(qū)動鉆桿旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動裝置置于鉆桿頂端，隨鉆桿向下運(yùn)動，在加接織桿時，只要把鉆桿連接器解銷，把頂驅(qū)裝置升入鉆塔頂及可?，F(xiàn)在發(fā)展的鉆井頂部驅(qū)動裝置，主要有兩種，一種是液壓驅(qū)動裝置，另一種是直流驅(qū)動裝置。它們分別是使用液壓馬達(dá)或直流電動機(jī)做動力源，通過減速裝置減速后直接帶動鉆桿轉(zhuǎn)動。使用液壓馬達(dá)驅(qū)動，雖然驅(qū)動力矩大，可以調(diào)整其驅(qū)動力矩，而且液壓馬達(dá)本身的體積小，重量輕。但是，由于需要一套液壓泵站及控制系統(tǒng)，該液壓泵站的功率要求很大(一般在500千瓦左右)，它的體積很大，只能放置于地面，通過高壓軟管引到鉆塔頂端與頂驅(qū)裝置相連，并隨其上下移動，其結(jié)構(gòu)是相當(dāng)笨重的。再者，液壓驅(qū)動是恒力(或恒力矩)驅(qū)動，低速特性不好，不能適應(yīng)短時過載的要求。液壓裝置對液壓油的要求較高，野外工作條件使得需經(jīng)常對液壓油進(jìn)行過濾或更換。由于液壓頂驅(qū)裝置的上述缺點(diǎn)，現(xiàn)在國外主要發(fā)展電頂驅(qū)裝置。為方便地對其工作工況進(jìn)行控制，為得到較好的低速特性，現(xiàn)在的電驅(qū)動裝置都是以直流電動機(jī)為動力源，利用直流電動機(jī)的可變工況和低速特性來滿足頂驅(qū)裝置的動力要求。但是，在進(jìn)行石油鉆探時，有很高的防爆要求。直流電動機(jī)中的換向電刷嚴(yán)重影響了防爆性能，必須使用結(jié)構(gòu)很復(fù)雜的屏蔽措施。而且普通的直流電機(jī)體積較大，電刷等是易磨損件，在使用中有很多維護(hù)問題。
本實(shí)用新型的目的是發(fā)明一種鉆機(jī)數(shù)控電驅(qū)動裝置，它可以方便地控制改變工況，有很大的驅(qū)動功率和較低的成本。
本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)如


圖1所示，它包含有減速器3和殼體1，在殼體1上裝有吊環(huán)4，減速器3的輸出端接有鉆桿連接器2，在減速器3的輸入端有機(jī)車電機(jī)5，有可變頻電源變換器9、標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面10、可和其它設(shè)備共有的中央控制計(jì)算機(jī)11以及插于標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面10之中與可變頻電源變換器9相連并對其進(jìn)行控制的控制適配模塊12，其特征在于機(jī)車電機(jī)5為勵磁式直流電機(jī)，有直流發(fā)電機(jī)6，機(jī)車電機(jī)5的勵磁輸入端與直流發(fā)電機(jī)6的輸出端相連，直流發(fā)電機(jī)6的輸入軸接有一臺稀土永磁轉(zhuǎn)子全速電機(jī)7，稀土永磁轉(zhuǎn)子全速電機(jī)7的輸入端與可變頻電源變換器9相連并由其驅(qū)動。
附
圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。8為本實(shí)用新型所連接的鉆桿。
本實(shí)用新型的工作原理如下本實(shí)用新型在工作時，本實(shí)用新型的鉆桿連接器2與鉆桿8相連，并在鉆桿頂端，被井架吊車通過鋼繩與吊環(huán)4相連吊持，承擔(dān)部分頂驅(qū)裝置及鉆桿的重量。機(jī)車電機(jī)5由直流電電源供電，驅(qū)動減速器3工作。減速器3通過鉆桿連接器2帶動鉆桿8旋轉(zhuǎn)，完成鉆進(jìn)功能。機(jī)車電機(jī)5的勵磁端與直流發(fā)電機(jī)6的輸出端相接，而直流發(fā)電機(jī)6的輸入軸與稀土永磁轉(zhuǎn)子全速電機(jī)7的輸出軸機(jī)連。在主動變工況時，鉆桿驅(qū)動的工況由可和其它設(shè)備共有的中央控制計(jì)算機(jī)11控制，在需要改變驅(qū)動工況時，中央控制計(jì)算機(jī)11通過標(biāo)準(zhǔn)串行通訊接口發(fā)出選通與可變頻電源變換器9的控制端相連并對其進(jìn)行控制的控制適配模塊12的地址選通信號。標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面10在接收到地址選通信號后，選通相應(yīng)的控制適配模塊12。在選通好后，中央控制計(jì)算機(jī)11給出新的驅(qū)動工況所對應(yīng)的轉(zhuǎn)子速度數(shù)值，由控制適配模塊12鎖存并變換后驅(qū)動可變頻電源變換器9。改變可變頻電源變換器9的輸出頻率，從而改變了稀土永磁轉(zhuǎn)子全速電機(jī)7的工。由于改變了稀土永磁轉(zhuǎn)子電機(jī)7的轉(zhuǎn)速也就直接改變了直流發(fā)電機(jī)6的轉(zhuǎn)速，而直流發(fā)電機(jī)6的輸出電壓與轉(zhuǎn)速成比例關(guān)系，因而也就改變了機(jī)車電機(jī)5的勵磁電壓，從而也就改變了機(jī)車電機(jī)5的工況，完成主動改變工況的工作。一般的勵磁電機(jī)勵磁功率只占其輸出功率的2～5％。因此，使用由數(shù)控的可變頻電源變換器9驅(qū)動的稀土永磁轉(zhuǎn)子電機(jī)7帶動直流線電機(jī)6來調(diào)整機(jī)車電機(jī)5(主電機(jī))的勵磁這種二級控制方式，可以使用較小的數(shù)控器件控制教大的輸出。
本實(shí)用新型采用直流電機(jī)驅(qū)動的頂驅(qū)方式，具有電驅(qū)動和頂驅(qū)動的特點(diǎn)。同時，使用中央控制計(jì)算機(jī)控制可變頻電源變換器調(diào)整稀土永磁轉(zhuǎn)子電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速，通過改變其所帶的直流發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速，來改變機(jī)車電機(jī)的勵磁，從而改變機(jī)車電機(jī)工況，達(dá)到方便地控制改變工況的目的，采用這種二級控制方式，可以用較小的控制功率得到很大的驅(qū)動功率，大大降低了對控制電子器件的要求，可以降低成本。
在本實(shí)用新型中，殼體1、鉆桿連接器2，減速器3、吊環(huán)4和機(jī)車電機(jī)5等都可以利用鉆機(jī)現(xiàn)有電頂驅(qū)裝置的現(xiàn)成設(shè)計(jì)，或直接用其致裝。本實(shí)用新型中的直流發(fā)電機(jī)6可以使用現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)直流電機(jī)，也可以使用永磁轉(zhuǎn)子直流發(fā)電機(jī)。稀土永磁轉(zhuǎn)子電機(jī)7可以使用如專利號為CNZL89216856或CNZL89219833的電機(jī)，它和可變頻電源變換器9配合使用，形成一全速稀土同步電機(jī)。直流發(fā)電機(jī)6，稀土永磁轉(zhuǎn)子電機(jī)7和可變頻電源變換器9的功率大致相等，可以是機(jī)車電機(jī)5額定輸出功率的2～5％。直流發(fā)電機(jī)6和稀土永磁轉(zhuǎn)子電機(jī)7可以安裝于機(jī)車電機(jī)5的近旁殼體1上。也可以放置于地面，通過電纜把機(jī)車電機(jī)5的勵磁電流送入殼體1上裝有的機(jī)車電機(jī)5上。
本實(shí)用新型中使用的可變頻電源變換器9可以是一套整流器件如可控頻逆變器，結(jié)構(gòu)如專利號為CNZL89214316的專利或?qū)＠枮镃NZL89209067的專利。也可以使用日本富士公司的G5系列或G7系列逆變器。
本實(shí)用新型中的標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面10可以選用美國ME公司(MECHATRONICEQUIPMENT INC.)的I/O 32，或是美國OPTO 22公司的PB16AH。中央控制計(jì)算機(jī)11可以選用美國OPTO 22公司的LC4控制器，也可以選用美國ME公司的PCS-1工業(yè)過程控制工作站，還可以選用普通PC計(jì)算機(jī)。適配模塊12可選用OPTO22公司的DA 3或類似的D/A轉(zhuǎn)換模塊。
權(quán)利要求1.一種鉆機(jī)數(shù)控電驅(qū)動裝置，它包含有減速器(3)和殼體(1)，在殼體(1)上裝有吊環(huán)(4)，減速器(3)的輸出端接有鉆桿連接器(2)，在減速器(3)的輸入端有機(jī)車電機(jī)(5)，有可變頗電源變換器(9)、標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面(10)、可和其它設(shè)備共有的中央控制計(jì)算機(jī)(11)以及插于標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面(10)之中與可變頻電源變換器(9)相連并對其進(jìn)行控制的控制適配模塊(12)，其特征在于機(jī)車電機(jī)(5)為勵磁式直流電機(jī)，有直流發(fā)電機(jī)(6)，機(jī)車電機(jī)(5)的勵磁輸入端與直流發(fā)電機(jī)(6)的輸出端相連，直流發(fā)電機(jī)(6)的輸入軸接有一臺稀土永磁轉(zhuǎn)子全速電機(jī)(7)，稀土永磁轉(zhuǎn)子全速電機(jī)(7)的輸入端與可變頻電源變換器(9)相連并由其驅(qū)動。
專利摘要一種鉆機(jī)數(shù)控電驅(qū)動裝置，它有減速器、機(jī)車電機(jī)、可變頻電源變換器、標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面、中央控制計(jì)算機(jī)及控制適配模塊等，其特征在于機(jī)車電機(jī)為勵磁式直流電機(jī)，有直流發(fā)電機(jī)，其輸出端與機(jī)車電機(jī)的勵磁端相連，其輸入軸接有由可變頻電源變換器驅(qū)動的稀土永磁轉(zhuǎn)子全速電機(jī)。本實(shí)用新型具有電驅(qū)和頂驅(qū)的特點(diǎn)。使用中央控制計(jì)算機(jī)控制可變頻電源變換器調(diào)整稀土永磁轉(zhuǎn)子電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速來改變機(jī)車電機(jī)的勵磁，從而達(dá)到方便地控制改變工況的目的。采用二級控制方式，可用較小的控制功率得到很大的驅(qū)動功率，大大降低了對控制電子器件的要求，降低成本。
文檔編號E21B44/00GK2218251SQ9421918
公開日1996年1月24日 申請日期1994年8月23日 優(yōu)先權(quán)日1994年8月23日
發(fā)明者石行 申請人:北京市西城區(qū)新開通用試驗(yàn)廠