CN103410435B - 一种用于深孔取心的高速电驱动顶驱 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于深孔取心的高速电驱动顶驱，该顶驱设有竖向的托架，托架的后侧面通过滚轮与钻塔上的导轨滑接，托架的正侧面设置有水龙头和驱动电机，顶驱的驱动电机为直驱电机，该直驱电机竖向设置于托架正侧面的中部，且直驱电机设有两头均穿出电机的中空电机主轴，电机主轴的下端与摆管上卸扣装置的主轴连接，摆管上卸扣装置的主轴下端通过主轴防保接头直接与钻杆转换接头连接，该钻杆转换接头与取心钻杆连接；该顶驱还设置有液压系统、电气传动与控制系统和摆管上卸扣装置。该顶驱由电机直接驱动主轴回转，能够大范围调速控制，能够远程电动控制和自动加接钻杆，具有节能、高效的运行特点。

Description

一种用于深孔取心的高速电驱动顶驱

技术领域

本发明涉及一种钻探设备，具体涉及一种用于深孔取心的高速电驱动顶驱。

背景技术

随着国民经济的快速发展，对资源的要求相应提高，深层勘探找矿成为主要攻坚对象。未来勘查重点将由浅表逐步转向深部勘查与开发以发掘第二找矿空间的资源潜力。

传统岩心勘探用的立轴回转式钻机是广泛使用的一种机型，目前已经不能很好的满足现代化钻探施工要求。立轴回转式钻机为机械传动回转方式钻探，该钻机的整个传动链均为硬连接，这使得齿轮的工作状况很恶劣，在钻探过程中很容易发生齿轮损坏的情况，从而使得钻探工作的难度和故障率增大。并且立轴回转式钻机的给进行程短，工作效率低，操作工人的劳动强度大，预防及处理孔内事故的能力和反应速度差，对于目前高效、安全钻探的要求相距甚远。

另外一种应用较多的全液压岩芯钻机多为液压变量马达驱动，该型钻机经过减速器带动穿过主轴的钻杆进行钻孔施工。但是液压传动系统的工作效率低，钻探能耗大，顶驱的总功率小，导致其回转操作时无法实现瞬时重载，对复杂地层的应对能力很弱，在钻探操作过程中较容易出现孔内事故；并且全液压岩芯钻机的提钻时间长，降低了钻探的效率。所以，现有的钻探设备已不能很好适应深孔取芯施工的需求。

发明内容

本发明需要解决的技术问题就在于克服现有技术的缺陷，提供一种用于深孔取芯的高速电驱动顶驱，该顶驱由交流变频电机直接驱动主轴回转，能够从静止到高速回转大范围的调速控制，在高速回转时也可承担重载，并且能够远程电动控制，液压辅助动作，自动加接钻杆，具有节能、高效的运行特点。

为解决上述问题，本发明采用技术方案为：

一种用于深孔取心的高速电驱动顶驱，该顶驱设有竖向的托架，托架的后侧面通过滚轮与钻塔上的导轨滑接，托架的正侧面设置有水龙头和驱动电机，顶驱的驱动电机为直驱电机，该直驱电机竖向设置于托架正侧面的中部，且直驱电机设有两头均穿出电机的中空电机主轴，电机主轴的下端与摆管上卸扣装置的主轴连接，摆管上卸扣装置的主轴下端通过主轴防保接头直接与钻杆转换接头连接，该钻杆转换接头与取心钻杆连接。

本发明为了实现自动的加接、上紧和卸开钻杆，减少人工操作的误差和体力消耗，较佳的技术方案有，直驱电机的主轴下端外侧设有反扭矩挡板，主轴下端的外侧还设有旋转头组件；该旋转头组件通过两个吊环与吊卡连接；旋转头的下端设有反扭矩板和背钳。

本发明为了实现钻井液的高效循环，实时检测直驱电机主轴的转速，较佳的技术方案还有，水龙头的上部设有用于循环钻井液的鹅颈管；托架的正侧面通过防转板与水龙头连接，水龙头的下端通过水龙头连接法兰与用于监测直驱电机转速的编码器减速箱外壳连接，编码器减速箱的主轴套在直驱电机的主轴上端；水龙头主轴的下端穿过编码器减速箱与直驱电机主轴上端连接。

本发明为了能够实现液压控制顶驱的钻探作业过程，较佳的技术方案还有，托架中部还设有液压系统，液压系统包括液压泵机、液控阀组、蓄能器和液压油箱，液压泵机通过液压管路分别与液控阀组和液压油箱连接；液控阀组通过液压管路与托架上的蓄能器连接。

本发明为了能够实现人工控制顶驱的钻探作业过程，较佳的技术方案还有，顶驱还设有用于控制顶驱工作的电气传动与控制系统，电气传动与控制系统包括电控本体箱、顶驱控制器和变频器，电控本体箱通过信号线路与顶驱控制室中的顶驱控制器连接；电控本体箱通过控制线路还与液压泵机、液控阀组和连接；顶驱控制器通过控制线路与用于控制直驱电机工作的变频器连接。

本发明为了实现通过液压控制吊环和吊卡的倾斜，较佳的技术方案还有，托架上还设有两个用于倾斜吊环和吊卡的倾斜油缸，两个倾斜油缸的一端连接于旋转头的外侧，两个倾斜油缸的另一端分别连接于吊环的中下部；倾斜油缸通过液压管路与液控阀组连接。

本发明为了实现对于顶驱的竖直平衡的调节，较佳的技术方案还有，水龙头上还设有用于提升顶驱的提环，提环上设有两个用于调整顶驱竖直位置的平衡油缸，两个平衡油缸通过液压管路分别与液控阀组连接。

本发明为了将顶驱固定在钻塔上以克服钻探过程中的反扭矩力，较佳的技术方案还有，托架后侧面的两侧分别设有上下两组滚轮，滚轮夹持在与钻塔连接的导轨两侧。

本发明为了保护顶驱不受损坏，较佳的技术方案还有，托架的正侧面设有用于保护顶驱的防护栏。

本发明为了提高顶驱的钻探性能，扩大顶驱的作业范围，较佳的技术方案还有，直驱电机为具有低速大扭矩、高速恒功率特性的交流变频电机；顶驱驱动的钻杆为不墩粗的外平钻杆。

本发明的优点和有益效果为：

1、本发明集动力元件、主要功能部分、辅助功能部分于一体的整体设计，采用了交流变频电机直接驱动钻柱，取消了齿轮减速箱设计，是一个单独的集成的设备，使得本发明的顶驱结构简化，重量减轻，钻探效率更高。

2、本发明采用交流变频电机直接驱动，采用的高速电驱动顶驱具有结构简洁、效率高、消耗小、节能、可实现无级调速、实现过载保护的特点，提高了顶驱的工作性能，降低了顶驱能耗。

3、本发明的摆管上卸扣装置由独立的液压系统驱动，液压系统上带有电磁阀组，可通过电气传动与控制系统进行远程操纵，本发明提供的高速电驱动顶驱具有实现自动加接钻杆，上紧、卸开钻杆间衔接螺纹的性能，其自动化程度高，从而大大缩减了打钻施工人员的工作量，减小了劳动强度，提高了工作效率，缩短了施工所需时间。

4、本发明的高速电驱动顶驱，具有起拔力大，可提供高转速、大扭矩施工作业的性能，其性能远远高于现在常用的机械及液压式勘探取心设备，所以本发明提供的高速电驱动顶驱可以满足深层勘探取心施工的需要。

附图说明

图1为本发明用于深孔取心的高速电驱动顶驱的立体结构图。

图2为本发明用于深孔取心的高速电驱动顶驱的左侧视图。

图中：1、提环；2、鹅颈管；3、水龙头；4、水龙头连接法兰；5、编码器减速箱；6、液压油箱；7、液压泵机；8、直驱电机；9、液控阀组；10、反扭矩挡板；11、旋转头组件；12、主轴防保接头；13、吊环；14、钻杆转换接头；15、反扭矩板；16、风机；17、电控本体箱；18、蓄能器；19、托架；20、防转板；21、滚轮；22导轨、；23、吊卡；24、倾斜油缸；25、防护栏。

具体实施方式

下列实施例将进一步说明本发明。

实施例1

如图1和图2所示，本发明采用技术方案为一种用于深孔取心的高速电驱动顶驱，该顶驱设有竖向的托架19，托架19的后侧面通过滚轮21与钻塔上的导轨22滑接，托架19的正侧面设置有水龙头3和驱动电机，顶驱的驱动电机为直驱电机8，该直驱电机8竖向设置于托架19正侧面的中部，且直驱电机8设有两头均穿出电机的中空电机主轴，电机主轴的下端与摆管上卸扣装置的主轴连接，摆管上卸扣装置的主轴下端通过主轴防保接头12直接与钻杆转换接头14连接，该钻杆转换接头14与取心钻杆连接。

实施例2

在实施例1的基础上，本发明为了实现自动的加接、上紧和卸开钻杆，减少人工操作的误差和体力消耗，较佳的实施方式还有，直驱电机8的主轴下端外侧设有反扭矩挡板10，主轴下端的外侧还设有旋转头组件11；该旋转头组件11通过两个吊环13与吊卡23连接；旋转头的下端设有反扭矩板15和背钳；为了实现钻井液的高效循环，实时检测直驱电机8主轴的转速，水龙头3的上部设有用于循环钻井液的鹅颈管2；托架19的正侧面通过防转板20与水龙头3连接，水龙头3的下端通过水龙头连接法兰4与用于监测直驱电机8转速的编码器减速箱5外壳连接，编码器减速箱5的主轴套在直驱电机8的主轴上端；水龙头3主轴的下端穿过编码器减速箱5与直驱电机8主轴上端连接，其他部分与实施例1完全相同。

实施例3

在实施例2的基础上，本发明为了能够实现液压控制顶驱的钻探作业过程，较佳的实施方式还有，托架19中部还设有液压系统，液压系统包括液压泵机7、液控阀组9、蓄能器18和液压油箱6，液压泵机7通过液压管路分别与液控阀组9和液压油箱6连接；液控阀组9通过液压管路与托架19上的蓄能器18连接；为了能够实现人工控制顶驱的钻探作业过程，顶驱还设有用于控制顶驱工作的电气传动与控制系统，电气传动与控制系统包括电控本体箱17、顶驱控制器和变频器，电控本体箱17通过信号线路与顶驱控制室中的顶驱控制器连接；电控本体箱17通过控制线路还与液压泵机7、液控阀组9和连接；顶驱控制器通过控制线路与用于控制直驱电机8工作的变频器连接，其他部分与实施例2完全相同。

实施例4

在实施例3的基础上，本发明为了实现通过液压控制吊环13和吊卡23的倾斜，较佳的实施方式还有，托架19上还设有两个用于倾斜吊环13和吊卡23的倾斜油缸24，两个倾斜油缸24的一端连接于旋转头3的外侧，两个倾斜油缸24的另一端分别连接于吊环13的中下部；倾斜油缸24通过液压管路与液控阀组9连接；为了实现对于顶驱的竖直平衡的调节，水龙头3上还设有用于提升顶驱的提环1，提环1上设有两个用于调整顶驱竖直位置的平衡油缸，两个平衡油缸通过液压管路分别与液控阀组9连接；顶驱驱动的钻杆为圆钻杆，其他部分与实施例3完全相同。

实施例5

在实施例4的基础上，本发明为了将顶驱固定在钻塔上以克服钻探过程中的反扭矩力，保护顶驱不受损坏，较佳的实施方式还有，托架19后侧面的两侧分别设有上下两组滚轮21，滚轮21夹持在与钻塔连接的导轨22两侧；托架19的正侧面设有用于保护顶驱的防护栏25；为了提高顶驱的钻探性能，扩大顶驱的作业范围，直驱电机8为具有低速大扭矩、高速恒功率特性的交流变频电机，电机上设有风机19；顶驱驱动的钻杆为不墩粗的外平钻杆，其他部分与实施例4完全相同。

最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (7)

1.一种用于深孔取心的高速电驱动顶驱，该顶驱设有竖向的托架，托架的后侧面通过滚轮与钻塔上的导轨滑接，托架的正侧面设置有水龙头和驱动电机，其特征在于，顶驱的驱动电机为直驱电机，该直驱电机竖向设置于托架正侧面的中部，且直驱电机设有两头均穿出电机的中空电机主轴，电机主轴的下端与摆管上卸扣装置的主轴连接，摆管上卸扣装置的主轴下端通过主轴防保接头直接与钻杆转换接头连接，该钻杆转换接头与取心钻杆连接；

直驱电机的主轴下端外侧设有反扭矩挡板，主轴下端的外侧还设有旋转头组件；该旋转头组件通过两个吊环与吊卡连接；旋转头的下端设有反扭矩板和背钳；

水龙头的下端通过水龙头连接法兰与用于监测直驱电机转速的编码器减速箱外壳连接，编码器减速箱的主轴套在直驱电机的主轴上端；水龙头主轴的下端穿过编码器减速箱与直驱电机主轴上端连接；

托架后侧面的两侧分别设有上下两组滚轮，滚轮夹持在与钻塔连接的导轨两侧；

顶驱驱动的钻杆为不墩粗的外平钻杆。

2.如权利要求1所述的用于深孔取心的高速电驱动顶驱，其特征在于，水龙头的上部设有用于循环钻井液的鹅颈管；托架的正侧面通过防转板与水龙头连接。

3.如权利要求2所述的用于深孔取心的高速电驱动顶驱，其特征在于，托架中部还设有液压系统，液压系统包括液压泵机、液控阀组、蓄能器和液压油箱，液压泵机通过液压管路分别与液控阀组和液压油箱连接；液控阀组通过液压管路与托架上的蓄能器连接。

4.如权利要求3所述的用于深孔取心的高速电驱动顶驱，其特征在于，顶驱还设有用于控制顶驱工作的电气传动与控制系统，电气传动与控制系统包括电控本体箱、顶驱控制器和变频器，电控本体箱通过信号线路与顶驱控制室中的顶驱控制器连接；电控本体箱通过控制线路还与液压泵机和液控阀组连接；顶驱控制器通过控制线路与用于控制直驱电机工作的变频器连接。

5.如权利要求4所述的用于深孔取心的高速电驱动顶驱，其特征在于，托架上还设有两个用于倾斜吊环和吊卡的倾斜油缸，两个倾斜油缸的一端连接于旋转头的外侧，两个倾斜油缸的另一端分别连接于吊环的中下部；倾斜油缸通过液压管路与液控阀组连接。

6.如权利要求5所述的用于深孔取心的高速电驱动顶驱，其特征在于，水龙头上还设有用于提升顶驱的提环，提环上设有两个用于调整顶驱竖直位置的平衡油缸，两个平衡油缸通过液压管路分别与液控阀组连接。

7.如权利要求6所述的用于深孔取心的高速电驱动顶驱，其特征在于，托架的正侧面设有用于保护顶驱的防护栏。