專利名稱：一種全電控鉆井頂部驅(qū)動(dòng)裝置的制作方法
一種全電控鉆井頂部驅(qū)動(dòng)裝置，它屬于一種鉆井設(shè)備，可用于石油開采以及地質(zhì)勘探等。
現(xiàn)在的鉆井設(shè)備，驅(qū)動(dòng)鉆桿旋轉(zhuǎn)的裝置，多采用固定于鉆井井口平臺(tái)的型式，在鉆進(jìn)過程中，不隨鉆桿向下運(yùn)動(dòng)。這種驅(qū)動(dòng)方法加接鉆桿和更換鉆頭的操作復(fù)雜，因而逐漸被鉆井頂部驅(qū)動(dòng)裝置所取代?，F(xiàn)在已有的鉆井頂部驅(qū)動(dòng)裝置，它使用可上下移動(dòng)的驅(qū)動(dòng)頭置于鉆桿頂端驅(qū)動(dòng)鉆桿旋轉(zhuǎn)。在鉆進(jìn)過程中，隨鉆桿向下移動(dòng)。而在加接鉆桿時(shí)，只要把鉆桿連接器解鎖，把頂驅(qū)裝置升入鉆塔頂部及可。現(xiàn)在發(fā)展的鉆井頂部驅(qū)動(dòng)裝置，主要有兩種，一種是液壓驅(qū)動(dòng)裝置，另一種是直流驅(qū)動(dòng)裝置。它們分別是使用液壓馬達(dá)或直流電動(dòng)機(jī)做動(dòng)力源，通過減速裝置減速后直接帶動(dòng)鉆桿轉(zhuǎn)動(dòng)。使用液化馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，雖然驅(qū)動(dòng)力矩大，可以調(diào)整其驅(qū)動(dòng)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(dòng)，其結(jié)構(gòu)是相當(dāng)笨重的。再者，液壓驅(qū)動(dòng)是恒力(或恒力矩)驅(qū)動(dòng)，低速特性不好，不能適應(yīng)短時(shí)過載的要求。液壓裝置對(duì)液壓油的要求較高，野外工作條件使得需經(jīng)常對(duì)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(duì)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(dòng)裝置都是以直流電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力源，利用直流電動(dòng)機(jī)的可變工況和低速特性來滿足頂驅(qū)裝置的動(dòng)力要求。但是，在進(jìn)行石油鉆探時(shí)，有很高的防爆要求。直流電動(dòng)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。
本發(fā)明的目的是發(fā)明一種全電控鉆井頂部驅(qū)動(dòng)裝置，它有較大的低速驅(qū)動(dòng)力矩特性，并可以很方便地控制改變工況，無電刷，有較好的防爆性能，機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單。
本發(fā)明如附

圖1所示。它有吊環(huán)1、鉆桿連接器2、減速器3、電動(dòng)機(jī)殼體4、定子5、定子線圈6、轉(zhuǎn)子7和轉(zhuǎn)子支承8，其特征在于轉(zhuǎn)子7為稀土永磁材料制造的永磁轉(zhuǎn)子，定子線圈6接有可變頻電源變換器9，在鉆臺(tái)上有標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面10，該標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面10通過標(biāo)準(zhǔn)串行通訊接口與可和其它設(shè)備共有的中央控制計(jì)算機(jī)11相連，在標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面10中插有與可變頻電源變換器9的控制端相連并對(duì)其進(jìn)行控制的控制適配模塊12。
附圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
在本發(fā)明中，吊環(huán)1、鉆桿連接器2、減速器3、電動(dòng)機(jī)殼體4、定子5、定子線圈6都可以利用現(xiàn)在已有的直流電機(jī)頂部驅(qū)動(dòng)裝置的現(xiàn)有設(shè)計(jì)，甚至可以直接使用現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行改裝。轉(zhuǎn)子7使用稀土永磁材料制造。在使用時(shí)，當(dāng)定子線圈6中通入一定頻率的交流電后，在定子5內(nèi)形成一個(gè)旋轉(zhuǎn)的磁場，該旋轉(zhuǎn)磁場與稀土永磁材料制造的轉(zhuǎn)子7的永磁場相互作用，從而使得轉(zhuǎn)子7做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。轉(zhuǎn)子7的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通過減速器3減速后，帶動(dòng)鉆桿連接器2轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)鉆桿轉(zhuǎn)動(dòng)，完成鉆進(jìn)功能。在使用中，鉆桿驅(qū)動(dòng)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(dòng)工況時(shí)，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(duì)其進(jìn)行控制的控制適配模塊12的地址選通信號(hào)。標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面10在接收到地址選通信號(hào)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(dòng)工況所對(duì)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(dòng)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，從而改變了電動(dòng)機(jī)的工況。
本發(fā)明使用稀土永磁材料制造的轉(zhuǎn)子替代了原來的由電刷供電的線繞轉(zhuǎn)子，不僅免去了易磨損和打火的電刷系統(tǒng)，其防爆性好，維護(hù)簡單。而且由于稀土永磁材料制造的磁體的磁能積和剩余磁場強(qiáng)度都很高，在相同轉(zhuǎn)子尺寸下有更大的驅(qū)動(dòng)力矩，并且具有和直流電機(jī)一樣的低速驅(qū)動(dòng)力矩特性。使用可共有的中央控制計(jì)算機(jī)控制可變頻電源變換器的輸出頻率，從而控制驅(qū)動(dòng)工況?？刂品奖?、并為使用復(fù)雜的控制策略打下了基礎(chǔ)。本發(fā)明的稀土永磁材料制造的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)簡單，可以實(shí)現(xiàn)更高的驅(qū)動(dòng)功率和轉(zhuǎn)速。
在本發(fā)明中，轉(zhuǎn)子7為稀土永磁材料制造的永磁轉(zhuǎn)子，可以選用釹鐵硼材料或是鈰鐵硼材料，可以是整體式的，在內(nèi)部嵌入一金屬輸出軸，也可以是把稀土永磁材料制造成磁體，固定于轉(zhuǎn)子輸出軸表面。
在本發(fā)明中，吊環(huán)1、鉆桿連接器2、減速器3等都可以利用現(xiàn)有的直流電頂驅(qū)裝置的現(xiàn)成設(shè)計(jì)，或直接用其改裝。在改型設(shè)計(jì)時(shí)，可以利用稀土永磁材料適應(yīng)高轉(zhuǎn)速的特點(diǎn)，加大減速器的減速比。
本發(fā)明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(hào)為CN89214316的專利或?qū)＠?hào)為CN89209067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。
在本發(fā)明中，標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面10可以選用美國ME公司(MECHATRONICEQUIPMENTINC.)的I/O32，或是美國OPTO22公司的PB16AH。中央控制計(jì)算機(jī)11可以選用美國OPTO22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DA3或類似的D/A轉(zhuǎn)換模塊。
權(quán)利要求
1.一種全電控鉆井頂部驅(qū)動(dòng)裝置，它有吊環(huán)1、鉆桿連接器2、減速器3、電動(dòng)機(jī)殼體4、定子5、定子線圈6、轉(zhuǎn)子7和轉(zhuǎn)子支承8，其特征在于轉(zhuǎn)子7為稀土永磁材料制造的永磁轉(zhuǎn)子，定子線圈6接有可變頻電源變換器9，在鉆臺(tái)上有標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面10，該標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面10通過標(biāo)準(zhǔn)串行通訊接口與可和其它設(shè)備共有的中央控制計(jì)算機(jī)11相連，在標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面10中插有與可變頻電源變換器9的控制端相連并對(duì)其進(jìn)行控制的控制適配模塊12。
全文摘要
一種全電控鉆井頂部驅(qū)動(dòng)裝置，它屬于一種鉆進(jìn)設(shè)備，它有吊環(huán)、鉆桿連接器、減速器、電動(dòng)機(jī)殼體、定子等，其特征在于轉(zhuǎn)子為稀土永磁材料轉(zhuǎn)子，定子線圈接有可變頻電源變換器，在鉆臺(tái)上有標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面和通過串口相連的可共有的中央控制計(jì)算機(jī)，在控制介面中插有對(duì)可變頻電源變換器進(jìn)行控制的適配模塊。由于使用稀土永磁轉(zhuǎn)子替代了原來的電刷供電繞線轉(zhuǎn)子，其防爆性好，維護(hù)簡單，通過中央控制計(jì)算機(jī)可方便地改變工作工況。
文檔編號(hào)E21B3/02GK1078288SQ9210306
公開日1993年11月10日 申請(qǐng)日期1992年4月29日 優(yōu)先權(quán)日1992年4月29日
發(fā)明者石行 申請(qǐng)人:北京市西城區(qū)新開通用實(shí)驗(yàn)廠