CN106374674A - 一种装配飞轮的异步伺服电动钻机动力系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种装配飞轮的异步伺服电动钻机动力系统，装配飞轮的异步伺服电动钻机动力系统包括：电机、减速机、用于控制所述电机转动的伺服控制器和用于存储动能的飞轮动力系统；伺服控制器与电机电连接，电机的主轴通过传动轴与飞轮动力系统连接，减速机的动力输出端与钻机的动力输入轴连接。本发明通过伺服控制器控制电机的转动，由转动的电机提供转动的动力输出给减速机和飞轮动力系统，经过减速机减速和增加扭矩之后将动力输出给钻机，同时转动的飞轮动力系统自身存储一定的动能并在电机输出扭矩不足时短时间内释放自身存储的动能，增加了电机输出的扭矩。本发明具有传动效率高，扭矩大，安全性高的特点。

Description

一种装配飞轮的异步伺服电动钻机动力系统
技术领域
本发明涉及钻机动力技术领域，具体涉及一种装配飞轮的异步伺服电动钻机动力系统。
背景技术
在现有技术中，电动钻机动力系统主要由变频控制器、电机以及液力变矩器组成。这种变频动力系统从节能效果和使用成本上比电机直驱和柴油机驱动要有优势，得到了广泛使用。但在使用过程中，会出现以下几种情况，对于使用者来说不仅不方便，而且带来安全隐患。具体表现在：1.低速时扭矩较小；2.依然需要使用液力变矩器，传动效率低；3.与柴油机并机非常复杂且容易停机；4.没有位置限定，可能出现顶天车的恶性事故；5.短时间内加入大扭矩时可能造成停机。
这主要是因为变频器是一种电机速度控制器，只能对于电机的转速或频率实现控制，对于其他参数，例如扭矩和位置等无法形成有效控制，更不能形成闭环控制，所以诸多功能不能实现。液力变矩器的功能是转换电机的转速使之与联动机的输入转速一致，同时还可以将冲击性负荷吸收，以热能的方式释放出来。虽然吸收了冲击性负荷，但是最终却没有加以利用而是浪费掉了。
发明内容
本发明的目的在于提供一种装配飞轮的异步伺服电动钻机动力系统，用以解决现有的钻机动力系统低速时扭矩小，传动效率低，容易熄火以及容易出现出现顶天车的恶性事故的问题。
为实现上述目的，本发明提供一种装配飞轮的异步伺服电动钻机动力系统，所述装配飞轮的异步伺服电动钻机动力系统包括电机、减速机以及用于控制所述电机转动的伺服控制器和用于存储动能的飞轮动力系统，所述伺服控制器与所述电机电连接，所述电机的主轴通过传动轴与所述飞轮动力系统连接，所述减速机的动力输入端通过传动轴与所述电机的主轴或者所述飞轮动力系统动力输出端连接，所述减速机的动力输出端与钻机的动力输入轴连接。
优选的，所述伺服控制器包括：传感器、控制模块以及驱动模块，所述传感器安装在所述电机主轴上用于监测所述电机主轴转动角度位置参数并将其转换成电信号发送给所述控制模块；所述控制模块与所述传感器电连接，用于接收所述传感器发送的电信号并根据该电信号控制所述电机转动；所述驱动模块与所述控制模块电连接，用于根据所述控制模块驱动指令驱动所述电机转动。
优选的，所述伺服控制器还包括用于将所控制模块发送的电信号发送给用户终端的数据传输模块。
优选的，所述飞轮动力系统包括：行星齿轮机构、飞轮以及调速电机，所述行星齿轮机构与所述电机连接；所述飞轮与所述行星齿轮机构连接存储动能并在所述电机扭矩不足时，通过释放自身存储的动能增加所述电机扭矩；所述调速电机用于控制所述飞轮转动。
优选的，所述飞轮为圆盘形飞轮。
优选的，所述电机为异步交流电机或同步交流电机。
优选的，所述伺服控制器为异步伺服控制器或同步伺服控制器。
本发明具有如下优点：本发明通过伺服控制器控制电机的转动，由转动的电机提供转动的动力输出给减速机和飞轮动力系统，经过减速机减速和增加扭矩之后将动力输出给钻机，同时转动的飞轮动力系统自身存储一定的动能并在电机输出扭矩不足时短时间内释放自身存储的动能，增加了电机输出的扭矩，从而使得装配飞轮的异步伺服电动钻机动力系统输出的扭矩更加充足。本发明具有传动效率高，扭矩大，安全性高的特点。克服了现有的钻机动力系统低速时扭矩小，传动效率低，容易熄火的缺点，同时解决了顶天车等恶性事故的问题。
附图说明
图1为本发明装配飞轮的异步伺服电动钻机动力系统的结构图。
图2为本发明伺服控制器的结构图。
图3为实施例2装配飞轮的异步伺服电动钻机动力系统的结构图。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
如图1和2所示，该装配飞轮的异步伺服电动钻机动力系统包括：电机1、减速机2、伺服控制器6以及飞轮动力系统3。本发明通过伺服控制器6控制电机1的转动，由转动的电机1提供转动的动力输出给减速机2和飞轮动力系统3，经过减速机2减速和增加扭矩之后将动力输出给钻机，同时转动的飞轮动力系统3由于自身存储一定的动能并在电机1输出扭矩不足时短时间内释放自身存储的动能，增加了电机1输出的扭矩，从而使得装配飞轮的异步伺服电动钻机动力系统输出的扭矩更加充足。本发明具有传动效率高，扭矩大，安全性高的特点。克服了现有的钻机动力系统低速时扭矩小，传动效率低，容易熄火的缺点，同时避免出现顶天车的恶性事故的问题。
在本实施例中，该电机1为异步交流电机，可以理解的，也可是与同步伺服控制器配合使用的同步交流电机。高速旋转的电机1用于输出转动的动力，电机主轴的一端通过传动轴5与飞轮动力系统3连接，带动飞轮动力系统3转动，飞轮动力系统3动力输出端又通过传动轴将动力输出给减速机2，经过减速机2降低转速和提高扭矩之后，减速机2通过钻机动力输入轴将动力输出给钻机，飞轮动力系统3包括：行星齿轮机构、飞轮以及调速电机。行星齿轮机构连接减速机2与飞轮，转动的行星齿轮机构带动了飞轮转动，该飞轮为大型圆盘飞轮，飞轮质量较大，转动的飞轮存储了大量的动能，当电机1输出扭矩减小时，由于飞轮依然保持原来转速在转动，因此飞轮通过行星齿轮机构短时间内向电机主轴释放较大的动能，增加了电机1输出的扭矩，从而使得装配飞轮的异步伺服电动钻机动力系统输出的扭矩更加充足。当在飞轮启动或者释放动能后转速较低时，为了使得惯性较大的飞轮尽快达到与行星齿轮机构匹配的转速，本发明还设置了调速电机，通过的调速电机与行星齿轮机构的共同配合带动飞轮加速转动，使得飞轮短时间内达到与行星齿轮机构匹配的转速。在本实施例中，飞轮为圆盘形飞轮，可以理解的，飞轮也可是圆柱形或者其他形状的飞轮，飞轮的质量可以根据所需存储的动能大小确定。
为了精确控制电机1的转动，本发明的电机1是由伺服控制器6控制，伺服控制器6与电机1电连接。该伺服控制器6包括：传感器61、控制模块62、数据传输模块64以及驱动模块63。传感器61安装在电机主轴的另一端，通过传感器61监测电机主轴转动角度位置参数并将其转换成电信号发送给控制模块62，控制模块62程序中内置电动机模型，控制模块62接收传感器61发送过来包含有电机主轴的转动角度位置参数的电信号，并根据转动角度位置参数进行比较和计算，计算出下一时刻电机1的转动角度位置参数并将其生成驱动指令发送给驱动模块63，驱动模块63按照驱动指令驱动电机1转动，从而在伺服控制器6的控制下，能够实现对电机1转速、扭矩以及位置三个参数的闭环控制。同时数据传输模块64将控制模块62送的电信号发送给用户终端，用户可以通过终端查看电机1各种参数随时了解电机1运转情况。如果电机1的转速和扭矩和钻机4所需的转速和扭矩相差较大的时，在伺服控制器6的控制下电机1自动增加或减小转速和扭矩。在本实施例中，伺服控制器6为异步伺服控制器，可以理解的，也可以是同步伺服控制器。由于本发明装配飞轮的异步伺服电动钻机动力系统输出给钻机4的动力可以精确控制，使得钻机4的泥浆泵之间转动的角度差值更精确，泥浆泵的泵冲均匀错开，钻井液脉冲更加平滑，同时使得钻机4具有防止井下钻具与井壁粘卡的功能。由于传感器61监测电机主轴转动角度位置参数，通过给钻机设定一个最高限位点，限制电机1将钻具提升的高度，从而避免了顶天车等事故的发生。
实施例2
如图3所示，本实施例与实施例1的不同之处在于，飞轮动力系统3安装在电机主轴的另一端，电机1通过传动轴5与减速机2动力输入端直接连接。本实施例中装配飞轮的异步伺服电动钻机动力系统除了与实施例1中的装配飞轮的异步伺服电动钻机动力系统除了飞轮动力系统3不同，其他组件和功能完全相同，因此在此不再详细介绍。
实施例3
本实施例与实施例1的不同之处在于，本实施例电机1通过转向齿轮和传动轴5将飞轮动力系统3与减速机2共同连接在电机1的一端，这就大大减小了整个装配飞轮的异步伺服电动钻机动力系统的长度。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (7)

1.一种装配飞轮的异步伺服电动钻机动力系统，所述装配飞轮的异步伺服电动钻机动力系统包括电机、减速机以及用于控制所述电机转动的伺服控制器和用于存储动能的飞轮动力系统，其特征在于，所述伺服控制器与所述电机电连接，所述电机的主轴通过传动轴与所述飞轮动力系统连接，所述减速机的动力输入端通过传动轴与所述电机的主轴或者所述飞轮动力系统动力输出端连接，所述减速机的动力输出端与钻机的动力输入轴连接。
2.根据权利要求1所述的装配飞轮的异步伺服电动钻机动力系统，其特征在于，所述伺服控制器包括：传感器、控制模块以及驱动模块，所述传感器安装在所述电机主轴上用于监测所述电机主轴转动角度位置参数并将其转换成电信号发送给所述控制模块；所述控制模块与所述传感器电连接，用于接收所述传感器发送的电信号并根据该电信号控制所述电机转动；所述驱动模块与所述控制模块电连接，用于根据所述控制模块驱动指令驱动所述电机转动。
3.根据权利要求2所述的装配飞轮的异步伺服电动钻机动力系统，其特征在于，所述伺服控制器还包括用于将所控制模块发送的电信号发送给用户终端的数据传输模块。
4.根据权利要求1所述的装配飞轮的异步伺服电动钻机动力系统，其特征在于，所述飞轮动力系统包括：行星齿轮机构、飞轮以及调速电机，所述行星齿轮机构与所述电机连接；所述飞轮与所述行星齿轮机构连接存储动能并在所述电机扭矩不足时，通过释放自身存储的动能增加所述电机扭矩；所述调速电机用于控制所述飞轮转动。
5.根据权利要求1所述的装配飞轮的异步伺服电动钻机动力系统，其特征在于，所述飞轮为圆盘形飞轮。
6.根据权利要求1所述的装配飞轮的异步伺服电动钻机动力系统，其特征在于，所述电机为异步交流电机或同步交流电机。
7.根据权利要求1或2所述的装配飞轮的异步伺服电动钻机动力系统，其特征在于，所述伺服控制器为异步伺服控制器或同步伺服控制器。
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