CN103001395A - 顶驱系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种顶驱系统，包括永磁调速电机、两级减速传动分体设置的上齿轮箱和下齿轮箱，上齿轮箱与永磁调速电机的输出轴相连，下齿轮箱与顶驱主轴相连接，永磁调速电机的动力经由上齿轮箱和下齿轮箱传递给顶驱主轴，来带动钻具旋转完成钻井作业。本发明将电机输出轴与顶驱主轴同心布置，使电机尺寸受限较少，并缩小顶驱的整体尺寸，并改良顶驱齿轮箱承重效果，降低了加工成本，降低了日常维修工作的难度。并且采用盘式永磁调速电机具有轴向尺寸小、动力输出精度高、可控性好、功率因素高、最大输出扭矩大等优势。
Description
技术领域
本发明涉及石油机电工程，尤其是一种顶驱系统。
背景技术
如图1所示，目前各型号顶驱均采用单一齿轮箱实现二级减速，将电机输出动力传递给顶驱主轴，冲管机构和电机均位于齿轮箱上部，并采用法兰连接。
由于齿轮箱输出轴（顶驱主轴）必须中置，使得与该主轴连接的冲管机构（泥浆通道组件）也必须置中安装。小吨位顶驱都采用单电机驱动，由于冲管机构的存在，使得电机必须安装在齿轮箱顶部中心或左或右的一侧并偏后，这造成了宽度方向的尺寸较大，由于井架空间有限，必须严格控制顶驱电机的体积和功率。
同时由于电机一般重量较大，偏置的结构会造成齿轮箱的严重偏重，影响顶驱的上、卸扣和起、下钻作业。另一方面，现有顶驱的电机采用普通的三相异步交流电机，其轴向尺寸较大，占据了较大的高度上的空间，并且输出精度有限，最大输出扭矩不够，不能灵活地适应复杂的工况。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种提高电机的输出精度和最大输出扭矩，并对整体结构进行重新布置的顶驱系统，从而最大限度地缩小顶驱的宽度和高度，实现顶驱结构的小型化。
为实现上述目的，本发明一种顶驱系统，包括永磁调速电机、两级减速传动分体设置的上齿轮箱和下齿轮箱，上齿轮箱与永磁调速电机的输出轴相连，下齿轮箱与顶驱主轴相连接，永磁调速电机的动力经由上齿轮箱和下齿轮箱传递给顶驱主轴，来带动钻具旋转完成钻井作业。
进一步，所述永磁调速电机为盘式永磁调速电机。
进一步，所述上齿轮箱与下齿轮箱之间通过设置复合齿轮的长轴相连接，完成动力的传递。
进一步，所述复合齿轮包括设置在长轴上部的大齿轮、长轴下部的小齿轮。
进一步，所述电机输出轴与顶驱主轴同心布置。
进一步，所述上齿轮箱与下齿轮箱之间的空间设置泥浆通道。
进一步，所述上齿轮箱包括相配合的三副齿轮：所述大齿轮、惰轮和电机输出轴齿轮，在不改变传动比的情况下，为了拼凑中心矩，将惰轮设置在大齿轮和电机输出轴齿轮之间，电机输出轴齿轮设置在所述电机输出轴上。
进一步，所述下齿轮箱包括相互配合的两副齿轮：所述小齿轮和主轴大齿轮，主轴大齿轮安装在所述顶驱主轴上。
本发明将电机输出轴与顶驱主轴同心布置，使电机尺寸受限较少，并缩小顶驱的整体尺寸，并改良顶驱齿轮箱承重效果，降低了加工成本，降低了日常维修工作的难度。并且采用盘式永磁调速电机具有轴向尺寸小、动力输出精度高、可控性好、功率因素高、最大输出扭矩大等优势。
附图说明
图1为现有技术中顶驱系统结构示意图；
图2为本发明顶驱系统结构示意图；
图3为本发明顶驱系统剖视结构示意图；
图4为上齿轮箱结构示意图；
图5为下齿轮箱结构示意图。
具体实施方式
下面，参考附图，对本发明进行更全面的说明，附图中示出了本发明的示例性实施例。然而，本发明可以体现为多种不同形式，并不应理解为局限于这里叙述的示例性实施例。而是，提供这些实施例，从而使本发明全面和完整，并将本发明的范围完全地传达给本领域的普通技术人员。
为了易于说明，在这里可以使用诸如“上”、“下”“左”“右”等空间相对术语，用于说明图中示出的一个元件或特征相对于另一个元件或特征的关系。应该理解的是，除了图中示出的方位之外，空间术语意在于包括装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的装置被倒置，被叙述为位于其他元件或特征“下”的元件将定位在其他元件或特征“上”。因此，示例性术语“下”可以包含上和下方位两者。装置可以以其他方式定位（旋转90度或位于其他方位），这里所用的空间相对说明可相应地解释。
如图2至图5所示，本发明顶驱系统，包括永磁调速电机、两级减速传动分体设置的上齿轮箱2和下齿轮箱3，上齿轮箱2与下齿轮箱3之间通过设置复合齿轮的长轴4相连接。复合齿轮包括设置在长轴4上部的大齿轮9、长轴4下部的小齿轮5。
上齿轮箱2包括相互配合安装的长轴上部大齿轮9、惰轮10、和电机输出轴齿轮12，其中：长轴上部大齿轮9安装在长轴4上部，电机输出轴齿轮12设置在电机输出轴13上，惰轮10安装于惰轮轴14上，在不改变传动比的情况下，为了拼凑中心矩，将惰轮10设置在大齿轮9和电机输出轴齿轮12之间，并与两齿轮同时啮合。下齿轮箱3包括相互配合安装的长轴下部小齿轮5和主轴大齿轮11， 长轴下部小齿轮5安装在所述长轴4的下部，主轴大齿轮11安装在顶驱主轴6上。
本发明中，永磁调速电机动力依次经由电机输出轴13、电机输出轴齿轮12、惰轮10、长轴上部大齿轮9、长轴4、长轴下部小齿轮5、主轴大齿轮11传递给顶驱主轴6，从而来带动钻具旋转完成钻井作业。
并且，本发明中永磁调速电机为盘式永磁调速电机1，由于采用分体式齿轮箱设计，将实现两级减速传动的上齿轮箱2与下齿轮箱3分布成上下结构，两齿轮箱各实现一级减速，上齿轮箱2与下齿轮箱3之间预留的空间给泥浆通道8（冲管机构）设置了安装空间。
电机输出轴13、泥浆通道8（冲管机构）中心与顶驱主轴6同心布置，使盘式永磁调速电机1尺寸受限较少，并缩小顶驱的整体尺寸，解决了电机宽度方向上的空间问题，也改善了齿轮箱的受力情况，并改良顶驱齿轮箱承重效果。这样，在不影响泥浆通道的前提下，实现了电机输出轴与顶驱主轴同心，节省了顶驱整体尺寸，避免了电机的偏置，改良了顶驱齿轮箱的受力情况。进而降低了加工成本，降低了日常维修工作的难度。
关键在于，本发明中首次将盘式永磁调速电机1引入到了顶驱系统中，将盘式永磁调速电机1作为顶驱的主电机，这在本领域开创了先河。由于盘式永磁调速电机1轴向尺寸较小，可大幅度降低整个顶驱的高度，实现顶驱整体结构的小型化。而且盘式永磁调速电机1有着动力输出精度高，可控性好，功率因素高，最大输出扭矩大等优势，它可以更灵活地适应钻井工况。
Claims (8)
1.顶驱系统，其特征在于，该系统包括永磁调速电机、两级减速传动分体设置的上齿轮箱和下齿轮箱，上齿轮箱与永磁调速电机的输出轴相连，下齿轮箱与顶驱主轴相连接，永磁调速电机的动力经由上齿轮箱和下齿轮箱传递给顶驱主轴，来带动钻具旋转完成钻井作业。
2.如权利要求1所述的顶驱系统，其特征在于，所述永磁调速电机为盘式永磁调速电机。
3.如权利要求1所述的顶驱系统，其特征在于，所述上齿轮箱与下齿轮箱之间通过设置复合齿轮的长轴相连接。
4.如权利要求1所述的顶驱系统，其特征在于，所述复合齿轮包括设置在长轴上部的大齿轮、长轴下部的小齿轮。
5.如权利要求1所述的顶驱系统，其特征在于，所述电机输出轴与顶驱主轴同心布置。
6.如权利要求1所述的顶驱系统，其特征在于，所述上齿轮箱与下齿轮箱之间的空间设置泥浆通道。
7.如权利要求4所述的顶驱系统，其特征在于，所述上齿轮箱包括相配合的三副齿轮：所述大齿轮、惰轮和电机输出轴齿轮，在不改变传动比的情况下，为了拼凑中心矩，将惰轮设置在大齿轮和电机输出轴齿轮之间，电机输出轴齿轮设置在所述电机输出轴上。
8.如权利要求4所述的顶驱系统，其特征在于，所述下齿轮箱包括相互配合的两副齿轮：所述小齿轮和主轴大齿轮，主轴大齿轮安装在所述顶驱主轴上。
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