CN103457444B - 变频器和井下变频勘探开采系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种变频器和井下变频勘探开采系统，该变频器呈筒状，该变频器具有能够供井道杆体贯穿的空心腔。本发明提供的变频器呈筒状，且该变频器具有能够供井道杆体贯穿的空心腔，这样，井道杆体能够自空心腔穿过，使得该变频器分布在井道杆体的四周，能够有效利用井道中的空间，从而能够避免井壁对该变频器产生干涉，使得该变频器能够随井道杆体进入井道，则缩短了变频器与电机的距离，从而缩短了控制线缆和驱动线缆的长度，降低了对电机及时响应的影响，降低了输出功率的消耗，进而降低了变频器的使用成本；降低了控制线缆和驱动线缆被损坏的几率，进而提高了该变频器的使用可靠性。

Description

变频器和井下变频勘探开采系统

技术领域

本发明涉及矿井设备变频驱动控制技术领域，更具体地说，涉及一种变频器和井下变频勘探开采系统。

背景技术

变频器是变频调速领域内的重要设备，广泛应用于传统工业(如纺织、陶瓷、机床加工等)。目前，普通常见的变频器主要包括：箱体，和位于箱体内的变频器主体；其中变频器主体主要包括功率器件IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor)、与功率器件相连的驱动板、与驱动板相连的控制板、电容组件；其中，驱动板和控制板均设置有I/O(input/output)接口。不同功率等级的变频器，大小不同，通常变频器功率越大，其体积也越大。通常变频器的箱体呈长方体状。

在井下勘探和石油开采应用领域，对矿井设备的变频驱动控制有着广泛的应用前景，存在将变频器应用于矿井设备的需求。在井下勘探和石油开采应用领域，井道的横截面为圆形，矿井设备的井道杆体(例如钻杆、抽油杆、抽水杆等被电机驱动进行旋转运动或反复来回运动的杆体)需要伸入井道内进行工作。例如在石油开采行业，对于井道和井道杆体的直径存在特定标准，通常井道直径为116mm，井道杆体直径为64mm，现有的变频器箱体呈长方体状，变频器只能放置在井道口的上方(井道外的地面上)，然后通过控制线缆和驱动线缆接到井道内的抽油机上。但是，对于较深的井道，需要较长的控制线缆和驱动线缆接到抽油机的电机上，影响电机的及时响应，导致输出功率的消耗较大，使得变频器的使用成本较高；另外，较长的线缆较易被损坏，导致变频器的使用可靠性较低。

综上所述，如何降低对电机及时响应的影响，以降低输出功率的消耗，进而降低变频器的使用成本，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种变频器，以降低对电机及时响应的影响，降低输出功率的消耗，进而降低变频器的使用成本。本发明的另一目的是提供一种具有上述变频器的井下变频勘探开采系统。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种变频器，所述变频器呈筒状，所述变频器具有能够供井道杆体贯穿的空心腔；

所述变频器包括：能够进入井道的外筒，内套于所述外筒且能够供所述井道杆体贯穿的内筒，变频器主体，和分别与所述内筒和所述外筒密封相连的端盖；其中，所述端盖、所述内筒和所述外筒形成密封腔，所述变频器主体位于所述密封腔内。

优选的，上述变频器中，所述空心腔呈圆柱形。

优选的，上述变频器中，所述变频器呈圆筒状。

优选的，上述变频器中，所述变频器的内径为62-72mm，所述变频器的外径为107-117mm。

优选的，上述变频器中，所述外筒包括至少两个密封相连的分筒，相连的两个所述分筒的对接面平行于所述外筒的轴线。

优选的，上述变频器中，相连的两个所述分筒通过满焊或者密封胶密封相连；所述端盖与所述外筒通过满焊或者密封胶密封相连；所述端盖与所述内筒通过满焊或者密封胶密封相连。

优选的，上述变频器中，所述外筒的外壁上对应于所述变频器主体的功率器件的位置处设置有散热结构。

优选的，上述变频器中，散热结构为散热槽。

优选的，上述变频器中，所述外筒和所述内筒均为金属壳体，所述端盖为金属端盖。

本发明提供的变频器呈筒状，且该变频器具有能够供井道杆体贯穿的空心腔，这样，能够使井道杆体自空心腔穿过，使得该变频器分布在井道杆体的四周，能够有效利用井道中的空间，从而能够避免井壁对该变频器产生干涉，使得该变频器能够随井道杆体进入井道，则缩短了变频器与电机的距离，从而缩短了控制线缆和驱动线缆的长度，降低了对电机及时响应的影响，降低了输出功率的消耗，进而降低了变频器的使用成本。

同时，本发明提供的变频器，能够随井道杆体进入井道，则缩短了变频器与电机的距离，从而缩短了控制线缆和驱动线缆的长度，降低了控制线缆和驱动线缆被损坏的几率，进而提高了该变频器的使用可靠性。

基于上述提供的变频器，本发明还提供了一种井下变频勘探开采系统，该井下变频勘探开采系统包括：井道杆体；固定设置于所述井道杆体的下端，且用于勘探开采矿资源的电机驱动设备；上述任意一项所述的变频器，所述变频器套设于所述井道杆体的外侧且固定于所述井道杆体上，且所述变频器与所述电机驱动设备的电机电连接。

优选的，上述井下变频勘探开采系统中，所述变频器位于所述电机驱动设备的上方并相邻设置；所述变频器与所述电机驱动设备抵接，或者所述变频器与所述井道杆体通过螺栓、卡扣或捆绑线固定连接。

本发明提供的井下变频勘探开采系统，将变频器套设于井道杆体上，且变频器与电机驱动设备的电机电连接，则缩短了变频器与电机之间的距离，也实现了对电机的及时驱动和及时控制，降低了变频器的使用成本，进而降低了井下变频勘探开采的成本；同时提高了变频器的使用可靠性，从而提高了整个井下变频勘探开采系统的可靠性，降低了出现停工的几率，进而有效提高了井下勘探开采效率，并起到了变频节能作用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的变频器的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的变频器中散热结构的示意图；

图3为图2中A部分的放大示意图；

图4为本发明实施例提供的变频器的分解示意图；

图5为本发明实施例提供的变频器的安装示意图。

上图1-5中：

1为变频器、11为外筒、111为散热槽、112为分筒、12为端盖、121为通孔、13为空心腔、14为内筒、2为井道杆体、3为电机驱动设备、4为井道。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种变频器，能够随井道杆体进入井道，降低了对电机及时响应的影响，降低了输出功率的消耗，进而降低了该变频器的使用成本。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供的变频器，呈筒状，该变频器1具有能够供井道杆体2贯穿的空心腔13。其中，井道杆体2为矿井设备的井道杆体，井道4为石油开采井道、井下勘探井道等地下井道。

本发明实施例提供的变频器呈筒状，且该变频器1具有能够供井道杆体2贯穿的空心腔13，这样，能够使井道杆体2自空心腔13穿过，使得该变频器1分布在井道杆体2的四周，能够有效利用井道4中的空间，从而能够避免井壁对该变频器1产生干涉，使得该变频器1能够随井道杆体2进入井道4，则缩短了变频器1与电机的距离，从而缩短了控制线缆和驱动线缆的长度，降低了对电机及时响应的影响，降低了输出功率的消耗，进而降低了变频器1的使用成本。

同时，本发明实施例提供的变频器，能够随井道杆体2进入井道4，则缩短了变频器1与电机的距离，从而缩短了控制线缆和驱动线缆的长度，降低了控制线缆和驱动线缆被损坏的几率，进而提高了该变频器1的使用可靠性。

本发明实施例提供的变频器的安装方法为：将该变频器1套设在井道杆体2的外侧，变频器1与井道杆体2固定连接。优先选择变频器1位于电机驱动设备3的上方且与电机驱动设备3的电机电连接，电机驱动设备3固定在井道杆体2上。实现变频器1与井道杆体2固定连接，可有多种方式，例如变频器2通过与电机驱动设备3抵接来实现与井道杆体2的间接固定连接，或者直接将变频器1固定在井道杆体2上，变频器1与井道杆体2可通过螺栓、卡扣或者捆绑绳固定连接。本发明实施例对此不做具体地限定。需要说明的是，电机驱动设备3为钻头设备、抽油机或者潜水泵等。当电机驱动设备3为潜水泵时，井道杆体2主要是起支撑作用，变频器1与潜水泵都随井道杆体2上下往复，当井道杆体2往下走的时候，变频器1带动潜水泵吸油；当井道杆体2把两者提起来时则控制电机转速不用吸油以起到节省能量的作用。

通常井道杆体2为圆柱形，为了进一步便于该变频器1进入井道4，上述变频器1的空心腔13呈圆柱形。这样，能够便于井道杆体2贯穿变频器1，同时也能够减小变频器1与井道杆体2占用的空间，便于变频器1随井道杆体2进入井道4。

上述实施事例提供的变频器，外形可为长方体状，也为柱状，为了便于变频器1进入井道4，上述变频器1呈圆筒状。具体的，变频器1呈直圆筒状。为了进一步优化上述技术方案，优先选择变频器1呈等径圆筒状。当然，变频器1还可呈其他形状，只要能够保证变频器1能够随井道杆体2进入井道4即可。

目前，井道4和井道杆体2具有标准尺寸，通常井道4的直径为116mm，井道杆体2的直径为64mm，为了便于变频器1随井道杆体2进入井道4，优先选择变频器1的内径为67mm，变频器1的外径为112mm。当然，对于不同的井道4和井道杆体2，变频器1的内径和外径还可为其他尺寸，在实际应用过程中，根据井道4和井道杆体2的具体尺寸而设定，优先选择变频器1的内径为62-72mm，变频器1的外径为107-117mm。

上述实施例提供的变频器呈筒状，对于变频器1的具体结构并未限定。优选的，上述实施例提供的变频器，包括：外筒11，内套于外筒11的内筒14，变频器主体，和分别与内筒14和外筒11密封相连的端盖12；其中，端盖12、内筒14和外筒11形成密封腔，变频器主体位于密封腔内。很显然，外筒11能够进入井道4，内筒14能够供井道杆体2贯穿。对于变频器1的内部结构，本发明实施例对此不做限定，只要能够使整个变频器1呈筒状即可。

需要说明的是，端盖12的数目为两个，且分别位于外筒11的两端，端盖12具有供井道杆体2穿过的通孔121，以满足井道杆体2穿过整个变频器；当端盖12套在内筒14的外侧时，通孔121能够供内筒14穿过。其中，一个端盖12上设置有过线孔，以使线缆能够与变频器主体的接线端子连接。

为了便于变频器主体的安装，上述实施例提供的变频器中，外筒11包括至少两个密封相连的分筒112，相连的两个分筒112对接面平行于外筒11的轴线。这样，可先将变频器主体安装在每个分筒112上，然后在对接分筒112形成外筒11，从而便于变频器主体的安装。优选的，上述实施例提供的变频器中，分筒112的数目为两个，分别为第一分筒和第二分筒。优先选择，第一分筒和第二分筒关于变频器1的轴线对称。当变频器1呈圆筒状时，第一分筒和第二分筒均呈半圆筒状。当然，也可根据变频器主体的分布将外筒11分为两个或者多个大小不等的分筒112，或者将外筒11分为多个大小相等的分筒112，本发明实施例对此不做具体地限定。

优选的，上述实施例提供的变频器中，相连的两个分筒112通过满焊或者密封胶密封相连；端盖12与外筒11通过满焊或者密封胶密封相连；端盖12与内筒14通过满焊或者密封胶密封相连。当然，也可通过其他方式实现密封相连，本发明实施例对此不做具体地限定。

鉴于井下的地热导致的高温环境，要求变频器1具有较好的散热性能。优选的，上述实施例提供的变频器中，外筒11的外壁上设置有散热结构。该散热结构可分布在整个外筒11的外壁上，也可分布在外筒11的部分外壁上，根据实际所需的散热性能而确定。当选择后者时，优先选择外筒11的外壁上对应于变频器主体的功率器件的位置处设置有散热结构。因为功率器件为主要的发热器件。散热结构可为散热槽111也可为散热纹理，即通过增加外筒11的外表面面积来提高外筒11的散热性能，进而提高整个变频器1的散热性能。为了最大限度地提高散热性能，优先选择散热结构为散热槽111。具体的，散热槽111可为条形槽，且沿外筒11的轴向延伸；散热槽111也可为环形槽，沿外筒11的周向延伸。

为了进一步优化上述技术方案，上述实施例提供的变频器中，外筒11和内筒14均为金属壳体，端盖12为金属端盖，提高外筒11、内筒14和端盖12的散热性能，进而进一步提高整个变频器1的散热性能。优选的，外筒11、内筒14和端盖12选择导热率较高的金属。具体的，外筒11和内筒14均为铸铜壳体，端盖12为铸铜端盖。为了降低成本，优先选择外筒11和内筒14为压铸成型筒体，端盖12为压铸成型端盖。

基于上述实施例提供的变频器，本发明实施例还提供了一种井下变频勘探开采系统，该井下变频勘探开采系统包括：井道杆体2；固定设置于井道杆体2的下端，且用于勘探开采矿资源的电机驱动设备3；上述任意一项所述的变频器1，该变频器1套设于井道杆体2的外侧且固定于井道杆体2上，变频器1与电机驱动设备3的电机电连接。

需要说明的是，井下变频勘探开采系统用于勘探或开采矿资源(例如石油、水等)，电机驱动设备为钻头设备、抽油机或者潜水泵等。

本发明实施例提供的井下变频勘探开采系统，将变频器1套设于井道杆体2上，且变频器1与电机驱动设备3的电机电连接，则缩短了变频器1与电机之间的距离，也实现了对电机的及时驱动和及时控制，降低了变频器1的使用成本，进而降低了井下变频勘探开采的成本；同时提高了变频器1的使用可靠性，从而提高了整个井下变频勘探开采系统的可靠性，降低了出现停工的几率，进而有效提高了井下勘探开采效率，并起到了变频节能作用。

优选的，上述井下变频勘探开采系统中，变频器1位于电机驱动设备3的上方并相邻设置，这样可尽可能地缩短变频器1与电机驱动设备3之间的距离。实现变频器1与井道杆体2固定连接有多种方式，优选的，变频器1与电机驱动设备3抵接，即变频器2通过与电机驱动设备3的固定来实现与井道杆体2的间接固定连接。当然，也可选择将变频器1直接固定在井道杆体2上，优先选择变频器1与井道杆体2通过螺栓、卡扣或捆绑线固定连接。当然，变频器1还可通过其他方式固定在井道杆体2上，本发明实施例对此不做具体地限定。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (11)

1.一种变频器，其特征在于，所述变频器(1)呈筒状，所述变频器(1)具有能够供井道杆体(2)贯穿的空心腔(13)；

所述变频器包括：能够进入井道的外筒(11)，内套于所述外筒(11)且能够供所述井道杆体(2)贯穿的内筒(14)，变频器主体，和分别与所述内筒(14)和所述外筒(11)密封相连的端盖(12)；其中，所述端盖(12)、所述内筒(14)和所述外筒(11)形成密封腔，所述变频器主体位于所述密封腔内。

2.如权利要求1所述的变频器，其特征在于，所述空心腔(13)呈圆柱形。

3.如权利要求1所述的变频器，其特征在于，所述变频器(1)呈圆筒状。

4.如权利要求3所述的变频器，其特征在于，所述变频器(1)的内径为62-72mm，所述变频器(1)的外径为107-117mm。

5.如权利要求1所述的变频器，其特征在于，所述外筒(11)包括至少两个密封相连的分筒(112)，相连的两个所述分筒(112)的对接面平行于所述外筒(11)的轴线。

6.如权利要求5所述的变频器，其特征在于，相连的两个所述分筒(112)通过满焊或者密封胶密封相连；所述端盖(12)与所述外筒(11)通过满焊或者密封胶密封相连；所述端盖(12)与所述内筒(14)通过满焊或者密封胶密封相连。

7.如权利要求1所述的变频器，其特征在于，所述外筒(11)的外壁上对应于所述变频器主体的功率器件的位置处设置有散热结构。

8.如权利要求7所述的变频器，其特征在于，散热结构为散热槽(111)。

9.如权利要求1所述的变频器，其特征在于，所述外筒(11)和所述内筒(14)均为金属壳体，所述端盖(12)为金属端盖。

10.一种井下变频勘探开采系统，其特征在于，包括：井道杆体(2)；固定设置于所述井道杆体(2)的下端，且用于勘探开采矿资源的电机驱动设备(3)；如权利要求1-9中任意一项所述的变频器(1)，所述变频器(1)套设于所述井道杆体(2)的外侧且固定于所述井道杆体(2)上，且所述变频器(1)与所述电机驱动设备(3)的电机电连接。

11.如权利要求10所述的井下变频勘探开采系统，其特征在于，所述变频器(1)位于所述电机驱动设备(3)的上方并相邻设置；所述变频器(1)与所述电机驱动设备(3)抵接，或者所述变频器(1)与所述井道杆体(2)通过螺栓、卡扣或捆绑线固定连接。