CN105417419B - 宽调速范围电动储能修井机 - Google Patents

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Abstract

一种宽调速范围电动储能修井机，用于油田修井作业，包括传动系统、电控系统和液气路系统，其中：传动系统包括依次连接的变频电机、联轴器、变速箱、传动轴、角传动箱、绞车、游动系统、司钻箱，传动系统通过变频电机与上装传动系统的合理匹配，拓宽了修井机动力输出范围，不同载荷情况下均能够保证较高的工作效率。电控系统包括变频器和超级电容器，电容器在修井作业的下放和解卡时充电，在修井作业的起升时快速放电，与井场变压器一起为变频电机供电。液气路系统由一台液压站电机驱动三联泵，分别为修井机液压系统、变速箱润滑系统、液压式空压机提供液压动力，减少动力源配置，节约生产成本，整车结构紧凑，实现了轻量化。

Description

宽调速范围电动储能修井机
技术领域
本发明涉及油气开发所用的修井机技术领域，具体是一种宽调速范围电动储能修井机。
背景技术
修井机是油田修井作业的重要设备，油田用修井机多以车载柴油发动机为动力。随着国家对节能减排的高标准要求，以及柴油价格的不断攀升，采用电动修井机取代柴油动力修井机成为新的发展方向。电动修井机具有能源利用率高、环境污染小、作业费用低等优点，但电动修井机在使用过程中受到井场变压器的容量限制，大多难以满足作业需要，若依据井场变压器容量匹配电动修井机功率，会导致电动修井机功率小、作业效率较低。因此需要一种普遍适用于井场作业环境的新型电动修井机，满足修井作业动力需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种节能降耗，环境污染小，作业效率较高的新型宽调速范围电动储能修井机。在满足修井作业动力需求的前提下，通过拓宽修井机调速范围和配备储能系统的方式，最大限度的降低变频电机配置功率，减小电动修井机对井场变压器的容量限制，增强电动修井机现场适用性。
为实现上述目的，本发明提出了以下技术方案：
一种宽调速范围电动储能修井机，包括相互连接配合的传动系统和电控系统，其中：所述传动系统包括依次连接的变频电机、联轴器、变速箱、传动轴、角传动箱、绞车、游动系统、司钻箱；所述电控系统包括变频器和储能系统，所述变频器对变频电机进行无级调速并控制变频电机输出转速和扭矩，从而控制游动系统的起升、下放；所述储能系统至少包括一个超级电容器。
在一个实施例中，所述的宽调速范围电动储能修井机还包括一个液气路系统，所述液气路系统包括液压站电机、三联泵、修井机液路系统、变速箱润滑系统、液压式空压机、修井机气路系统；所述液压站电机为所述三联泵提供动力；所述三联泵的第一联驱动修井机液路系统，所述三联泵的第二联驱动变速箱润滑系统，所述三联泵的第三联驱动变液压式空压机，液压式空压机通过气路管线为修井机气路系统提供压缩空气，完成司钻箱的气路系统控制。
优选地，所述传动系统采用上装传动系统，变频电机为变频调速异步电机。
优选地，所述机械变速箱设置三个档位，所述角传动箱在常规锥齿轮传动机构的基础上，增加一套齿轮换挡机构和一套链轮换挡机构。
优选地，所述超级电容器，在修井作业的下放和解卡步骤的时间内充电，在修井作业的起升步骤的时间内快速放电，与井场变压器一起为所述变频电机供电。
优选地，所述超级电容器负责当井场变压器所提供功率小于变频电机的负载功率时，与所述井场变压器共同给变频电机提供功率。
优选地，液压站电机为全封闭、自扇冷、鼠笼式、高效率隔爆型三相异步电动机，所述空压机采用液压式空压机。
本发明的有益效果是，
1、传动系统通过变频电机与上装传动系统的合理匹配，拓宽了修井机动力输出范围，不同载荷情况下均能够保证较高的工作效率。
2、电控系统的超级电容储能系统可在作业现场电源容量不足的情况下，对作业现场的变压器容量进行补充，满足修井作业动力需求，提高电动修井机现场适用性。
3、液气路系统的修井机液路系统、气路系统、变速箱润滑系统共用一台液压站电机，减少动力源配置，节约生产成本，整车结构紧凑，实现了轻量化。
附图说明
图1为本发明宽调速范围电动储能修井机传动原理图；
图2为本发明宽调速范围电动储能修井机电控原理图；
图3为本发明宽调速范围电动储能修井机液气路控制原理图。
图中：1.变频电机，2.联轴器，3.变速箱，4.传动轴，5.角传动箱，6.绞车，7.游动系统，8.司钻箱，9.变频器，10.储能系统，11.液压站电机，12.三联泵，13.修井机液路系统，14.变速箱润滑系统，15.液压式空压机，16.修井机气路系统。
具体实施方式
以下结合附图并以具体实施方式为例，对本发明进行详细说明。但是，本领域技术人员应该知晓的是，本发明不限于所列出的具体实施方式，只要符合本发明的精神，都应该包括于本发明的保护范围内。
本发明的宽调速范围电动储能修井机包括相互连接配合的传动系统、电控系统和液气路系统。
如图1所示，本宽调速范围电动储能修井机传动系统主要由变频电机1，联轴器2，变速箱3，传动轴4，角传动箱5，绞车6，游动系统7、司钻箱8组成。变频电机1的输出轴与变速箱3通过联轴器2相连接，变速箱3的输出轴与角箱5通过传动轴4相连接。变频电机动力通过角传动箱5的齿轮传动机构和链轮传动机构输出到绞车6，驱动绞车6旋转，带动游动系统7完成修井作业。司钻箱8通过组合调压阀手柄的开度控制绞车6转速和游动系统7起下速度。
在一个实施例中变频电机1采用专业变频调速异步电机，传动系统采用上装传动系统，通过变频电机与上装传动系统的合理匹配，减小变频电机功率，使修井机具有宽调速范围，不同载荷情况下均能够保证较高的工作效率。变频调速异步电机1的扭矩较大、变频范围宽，可实现50Hz-90Hz宽恒功率变频调速。根据修井作业解卡、正常起下、高速起下作业工况负载要求，将变频电机设置三个变频功率档位。变频电机配置独立风扇驱动，防护等级IP56，绝缘等级H级，系统2分钟内过载能力1.5倍，能够满足常规修井作业动力需求。
其中传动系统中的机械变速箱3和角传动箱5，机械变速箱3设置三个档位，在正常起下工况时可根据负载情况选择合适的档位，保证不同载荷情况下修井作业效率。角传动箱5在常规锥齿轮传动机构的基础上，增加一套齿轮换挡机构和一套链轮换挡机构，使角传动箱在传递两相交轴之间的运动和动力的同时，还具有四档换挡调速功能。根据修井作业解卡、正常起下、高速起下的工况要求，设置角传动箱四个档位传动比。
本发明的宽调速范围电动储能修井机的电控系统主要包括变频器9和储能系统10。变频器9通过司钻箱8对变频电机1进行无级调速，控制变频电机1输出转速和扭矩，使司钻可以有效的控制游动系统7的起升、下放。储能系统10用于在井场变压器所提供功率小于变频电机1的负载功率时给予补充电能。当井场变压器所提供功率小于变频电机1的负载功率时，变频电机1的功率由电网和储能系统10共同提供。当电网和井场变压器正常工作且所提供功率大于变频电机1的负载功率时，变频电机1的功率仅由电网提供。当井场变压器所提供功率小于变频电机1的负载功率时，变频电机1的功率由电网和储能系统10共同提供。
在如图2所示的实施例中，储能系统10包括DC/DC变压器、一个控制模块和一个超级电容器，超级电容器利用修井作业起升下放管柱间隙，实现充放电。按照修井作业规范，修井作业起升、下放、解卡三个步骤用时基本相当。利用修井机的这种动力需求特性，在修井作业下放、解卡的2/3的时间内为超级电容充电，在修井作业起升的1/3的时间内快速放电，与井场变压器一起为修井机电机供电，达到修井机的功率要求，完成整个修井作业过程。本发明的超级电容储能技术突出优点是充放电时间短、循环寿命长、功率密度高、工作温度范围宽。
如图3所示，本发明的宽调速范围电动储能修井机的液气路系统由液压站电机11、三联泵12、修井机液路系统13、变速箱润滑系统14、液压式空压机15、修井机气路系统16组成。液气路系统主要用于完成各传动部件和电控系统的液气控制操作，实现整机传动和变频控制。
液压站电机11为三联泵12提供动力。三联泵12第一联驱动修井机液路系统13，通过液路系统管线阀件，完成修井作业液路系统各项控制操作。三联泵12第二联驱动变速箱润滑系统14，为变速箱润滑系统提供液压动力。三联泵12第三联驱动变液压式空压机15，液压式空压机15通过气路管线为修井机气路系统16提供压缩空气，完成司钻箱8的气路系统控制。液压站电机11为全封闭、自扇冷、鼠笼式、高效率隔爆型三相异步电动机。空压机15采用液压式空压机，通过液压动力转换获得压缩空气，活塞式结构，体积小，输出量大。
本发明的液气路系统由一台液压站电机驱动三联泵，分别为修井机液压系统、变速箱润滑系统、液压式空压机提供液压动力。修井机液路、气路系统、变速箱动力源取自一台液压站电机，减少了动力源配置。
应该注意的是上述实施例是示例而非限制本发明，本领域技术人员将能够设计很多替代实施例而不脱离附后的权利要求书的范围。

Claims (2)

1.一种宽调速范围电动储能修井机，包括相互连接配合的传动系统和电控系统，所述传动系统包括依次连接的变频电机（1）、联轴器（2）、变速箱（3）、传动轴（4）、角传动箱（5）、绞车（6）、游动系统（7）、司钻箱（8）；所述电控系统包括变频器（9）和储能系统（10），所述变频器（9）对变频电机（1）进行无级调速并控制变频电机（1）输出转速和扭矩，从而控制游动系统（7）的起升、下放；所述储能系统（10）至少包括一个超级电容器，其特征是：
所述宽调速范围电动储能修井机还包括一个液气路系统，所述液气路系统包括液压站电机（11），三联泵（12），修井机液路系统（13），变速箱润滑系统（14），液压式空压机（15），修井机气路系统（16）；所述液压站电机（11）为所述三联泵（12）提供动力；所述三联泵（12）的第一联驱动修井机液路系统（13），所述三联泵（12）的第二联驱动变速箱润滑系统（14），所述三联泵（12）的第三联驱动变液压式空压机（15），液压式空压机（15）通过气路管线为修井机气路系统（16）提供压缩空气，完成司钻箱（8）的气路系统控制。
2.如权利要求1所述的宽调速范围电动储能修井机，其特征是：所述传动系统采用上装传动系统，变频电机（1）为变频调速异步电机；
所述变速箱（3）设置三个档位，所述角传动箱（5）在常规锥齿轮传动机构的基础上，增加一套齿轮换挡机构和一套链轮换挡机构。
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