CN110206529A - 一种用于石油钻机的转速控制系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种便于实现钻机转速自动调节,同时便于转矩调节,能够有效降低能耗的用于石油钻机的转速控制系统及方法。该用于石油钻机的转速控制系统包括执行单元以及钻机转速控制电路;所述控制柜内设置有钻机转速控制电路;所述钻机转速控制电路包括依次通讯连接的整形电路、频率合成电路、频压变换电路、信号合成电路、比较电路、电动式变阻器;所述频压变换电路与电动式变阻器之间设置有超速保护电路;信号合成电路上设置有手动速度调节装置;该控制方法,包括步骤;S1、设备的安装,S2、输入电压信号UD;S3、通过钻机控制系统控制转速。采用该用于石油钻机的转速控制系统及方法,能够能够便于实现钻机钻速的自动控制,延长使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及石油钻机转速控制领域,尤其是一种用于石油钻机的转速控制系统及方法。
背景技术
众所周知的:石油钻机是指在石油钻井中,带动钻具破碎岩石,向地下钻进,钻出规定深度的井眼,供采油机或采气机获取石油或天然气。一部常用石油钻机主要由动力机、传动机、工作机及辅助设备等八大部分组成。
石油钻机在钻井的过程中钻井深度和地质状况的不同,钻井工作过程中的载荷不同,钻机的载荷变化范围较大;因此需要对钻具的转速进行相应的调节,现有技术中一般通过人工进行调节,由于人工调节的不及时,从而可能造成电机过载运转,因此容易加速电机的老化,并且造成较高的能耗。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种便于实现钻机转速自动调节,同时便于转矩调节,能够有效降低能耗的用于石油钻机的转速控制系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种用于石油钻机的转速控制系统,所述石油钻机包括钻井底座、发电系统以及钻机液循环系统;所述钻井底座上设置有井架;
所述井架的顶部设置有天车;所述天车的下方设置有游车;所述游车的下方设置有大钩;所述大钩上连接有水龙头;所述水龙头下端连接有钻杆连接;
所述钻井底座的工作平台上设置有转盘以及转盘驱动电机;
所述工作平台上设置有钻机控制柜;所述钻机控制系统包括执行单元以及钻机转速控制电路;所述控制柜内设置有钻机转速控制电路;所述钻机转速控制电路包括依次通讯连接的整形电路、频率合成电路、频压变换电路、信号合成电路、比较电路、电动式变阻器;所述比较电路与电动式变阻器通讯连接;所述频压变换电路与电动式变阻器之间设置有超速保护电路;信号合成电路上设置有手动速度调节装置;
所述电动执行单元包括转盘驱动电机以及转盘;所述转盘包括壳体;所述壳体内设置有竖向转筒以及竖向调速杆;所述竖向转筒的上设置有第一传动齿圈以及第二传动齿圈;所述壳体上端设置有盖板;所述竖向转筒上端穿过盖板,且设置有补芯;
所述竖向调速杆上设置有与第一传动齿圈匹配的第一调速齿轮以及与第二传动齿圈匹配的第二调速齿轮;
所述竖向调速杆上设置有传动斜齿轮;所述壳体的一端设置有动力输入轴;所述动力输入轴上设置有与传动斜齿轮啮合的锥齿轮;
所述竖向调速杆竖向滑动安装在壳体内;所述竖向调速杆下端设置有伸缩装置;所述伸缩装置驱动竖向调速杆上升或者下降,使得第一传动齿圈与第一调速齿轮啮合或者第二传动齿圈与第二调速齿轮啮合;所述转盘驱动电机与动力输入轴传动连接;
所述电动式变阻器与整形电路电连接;所述转盘驱动电机通过电动式变阻器与发电系统电连接。
进一步的,所述竖向转筒的一端设置有速度检测装置。
优选的,所述伸缩装置采用液压缸。
本发明还提供了一种采用所述的用于石油钻机的转速控制系统对钻机转速进行控制的方法,包括以下步骤:
S1、首先将所述转盘驱动电机通过电动式变阻器与发电系统电连接;然而在电动式变阻器上连接钻机转速控制电路;所述钻机转速控制电路包括依次通讯连接的整形电路、频率合成电路、频压变换电路、信号合成电路、比较电路、电动式变阻器;并且将电动式变阻器与整形电路通讯连接;信号合成电路上设置有手动速度调节装置;
S2、通过整形电路以及频率合成电路,将电动式变阻器的输出电压转化为与转速成正比的电压信号UD;
S3、通过手动速度调节装置设定一个与速度对应的电压信号UI;电压信号UD和电压信号UI通过信号合成电压信号UE;同时通过比较电路对UD和UI进行比较,如果UD大于UI;则比较电路输出高电平,控制电动式电阻器增大电阻,从而减小UD,使得电机转速降低;如果UD小于UI;则比较电路输出低电平,控制电动式电阻器减小电阻,从而增大UD,使得电机转速提高;如果UD等于UI;则无电平输出,电动式电阻器阻值不便,电机转速不便。
进一步的,在步骤S1中,在手动速度调节装置上设置档位开关;所述档位开关控制伸缩装置的伸缩实现第一传动齿圈与第一调速齿轮啮合或者第二传动齿圈与第二调速齿轮啮合;
所述档位开关将手动速度调节装置设置的速度按第一传动齿圈与第一调速齿轮的传动比例或者第二传动齿圈与第二调速齿轮的传动比例进行转化。
本发明的有益效果是:本发明所述的一种用于石油钻机的转速控制系统,由于在转盘内设置有调速装置,从而能够便于对传动终端的转速调节,同时在通过对电机转速进行调节控住钻速的前提下,通过第一传动齿圈与第一调速齿轮啮合或者第二传动齿圈与第二调速齿轮啮合,实现对扭矩的调节;因此发明所述的一种用于石油钻机的转速控制系统能够便于钻机转速的调节,便于对扭矩进行调节,能够降低能耗,降低电机的老化,延长电机的使用寿命。
同时本发明所述的采用用于石油钻机的转速控制系统的控制方法,能够便于实现钻机钻速的自动控制,提高控制效率,降低能耗;同时提高设备的可靠性。
附图说明
图1是本发明实施例中石油钻机的立体图;
图2是本发明实施例中石油钻机的主视图;
图3是图2的A-A剖视图;
图4是本发明实施例中控制柜立体图;
图5是本发明实施例中转盘的结构示意图;
图6是本发明实施例中控制系统的电路框图;
图7是本发明实施例中整形电路的框图;
图8是本发明实施例中频率合成电路的框图;
图9是本发明实施例中频压变换电路的框图;
图10是本发明实施例中信号合成电路的框图;
图11是本发明实施例中比较电路的框图;
图12是本发明实施例中超声保护电路的框图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
如图1至图12所示,本发明所述的一种用于石油钻机的转速控制系统,所述石油钻机包括钻井底座1、发电系统11以及钻机液循环系统;所述钻井底座1上设置有井架3;
所述井架3的顶部设置有天车5;所述天车5的下方设置有游车6;所述游车6的下方设置有大钩7;所述大钩8上连接有水龙头8;所述水龙头8下端连接有钻杆2连接;
所述钻井底座1的工作平台上设置有转盘9以及转盘驱动电机10;所述工作平台上设置有钻机控制柜16;所述钻机控制系统包括执行单元以及钻机转速控制电路;所述控制柜16内设置有钻机转速控制电路;所述钻机转速控制电路包括依次通讯连接的整形电路、频率合成电路、频压变换电路、信号合成电路、比较电路、电动式变阻器;所述比较电路与电动式变阻器通讯连接;所述频压变换电路与电动式变阻器之间设置有超速保护电路;信号合成电路上设置有手动速度调节装置;
所述电动执行单元包括转盘驱动电机10以及转盘9;所述转盘9包括壳体91;所述壳体91内设置有竖向转筒92以及竖向调速杆99;所述竖向转筒92的上设置有第一传动齿圈94以及第二传动齿圈93;所述壳体91上端设置有盖板96;所述竖向转筒92上端穿过盖板96,且设置有补芯95;
所述竖向调速杆99上设置有与第一传动齿圈94匹配的第一调速齿轮911以及与第二传动齿圈93匹配的第二调速齿轮912;
所述竖向调速杆99上设置有传动斜齿轮910;所述壳体91的一端设置有动力输入轴97;所述动力输入轴97上设置有与传动斜齿轮910啮合的锥齿轮98;
所述竖向调速杆99竖向滑动安装在壳体91内;所述竖向调速杆99下端设置有伸缩装置913;所述伸缩装置913驱动竖向调速杆99上升或者下降,使得第一传动齿圈94与第一调速齿轮911啮合或者第二传动齿圈93与第二调速齿轮912啮合;所述转盘驱动电机10与动力输入轴97传动连接;
所述电动式变阻器与整形电路电连接;所述转盘驱动电机10通过电动式变阻器与发电系统11电连接。具体的,所述钻机液循环系统包括泥浆泵12、储泥灌13以及泥浆过滤器14。所述钻井底座1上设置有楼梯15。
在工作的过程中,通过手动速度调节装置设定一个与速度对应的电压信号UI;电压信号UD和电压信号UI通过信号合成电压信号UE;同时通过比较电路对UD和UI进行比较,如果UD大于UI;则比较电路输出高电平,控制电动式电阻器增大电阻,从而减小UD,使得电机转速降低;如果UD小于UI;则比较电路输出低电平,控制电动式电阻器减小电阻,从而增大UD,使得电机转速提高;如果UD等于UI;则无电平输出,电动式电阻器阻值不便,电机转速不变;从而实现转速的自动控制。
同时通过伸缩装置913可以使得第一传动齿圈94与第一调速齿轮911啮合或者第二传动齿圈93与第二调速齿轮912啮合;从而实现对扭矩的调节。
综上所述,本发明所述的一种用于石油钻机的转速控制系统,由于在转盘内设置有调速装置,从而能够便于对传动终端的转速调节,同时在通过对电机转速进行调节控住钻速的前提下,通过第一传动齿圈与第一调速齿轮啮合或者第二传动齿圈与第二调速齿轮啮合,实现对扭矩的调节;因此发明所述的一种用于石油钻机的转速控制系统能够便于钻机转速的调节,便于对扭矩进行调节,能够降低能耗,降低电机的老化,延长电机的使用寿命。
为了便于对钻速的检测,进一步的,所述竖向转筒92的一端设置有速度检测装置915。
为了便于控制,进一步的,所述伸缩装置913采用液压缸。
本发明还提供了一种采用所述的用于石油钻机的转速控制系统对钻机转速进行控制的方法,包括以下步骤:
S1、首先将所述转盘驱动电机10通过电动式变阻器与发电系统11电连接;然而在电动式变阻器上连接钻机转速控制电路;所述钻机转速控制电路包括依次通讯连接的整形电路、频率合成电路、频压变换电路、信号合成电路、比较电路、电动式变阻器;并且将电动式变阻器与整形电路通讯连接;信号合成电路上设置有手动速度调节装置;
S2、通过整形电路以及频率合成电路,将电动式变阻器的输出电压转化为与转速成正比的电压信号UD;
S3、通过手动速度调节装置设定一个与速度对应的电压信号UI;电压信号UD和电压信号UI通过信号合成电压信号UE;同时通过比较电路对UD和UI进行比较,如果UD大于UI;则比较电路输出高电平,控制电动式电阻器增大电阻,从而减小UD,使得电机转速降低;如果UD小于UI;则比较电路输出低电平,控制电动式电阻器减小电阻,从而增大UD,使得电机转速提高;如果UD等于UI;则无电平输出,电动式电阻器阻值不便,电机转速不便。
为了便于在调节扭矩后的钻机转速的调节,进一步的,在步骤S1中,在手动速度调节装置上设置档位开关;所述档位开关控制伸缩装置913的伸缩实现第一传动齿圈94与第一调速齿轮911啮合或者第二传动齿圈93与第二调速齿轮912啮合;
所述档位开关将手动速度调节装置设置的速度按第一传动齿圈94与第一调速齿轮911的传动比例或者第二传动齿圈93与第二调速齿轮912的传动比例进行转化。
综上所述,本发明所述的采用用于石油钻机的转速控制系统的控制方法,能够便于实现钻机钻速的自动控制,提高控制效率,降低能耗;同时提高设备的可靠性。
Claims (5)
1.一种用于石油钻机的转速控制系统,石油钻机包括钻井底座(1)、发电系统(11)以及钻机液循环系统;所述钻井底座(1)上设置有井架(3);
所述井架(3)的顶部设置有天车(5);所述天车(5)的下方设置有游车(6);所述游车(6)的下方设置有大钩(7);所述大钩(8)上连接有水龙头(8);所述水龙头(8)下端连接有钻杆(2)连接;
其特征在于:所述钻井底座(1)的工作平台上设置有转盘(9)以及转盘驱动电机(10);
所述工作平台上设置有钻机控制柜(16);所述钻机控制系统包括执行单元以及钻机转速控制电路;所述控制柜(16)内设置有钻机转速控制电路;所述钻机转速控制电路包括依次通讯连接的整形电路、频率合成电路、频压变换电路、信号合成电路、比较电路、电动式变阻器;所述比较电路与电动式变阻器通讯连接;所述频压变换电路与电动式变阻器之间设置有超速保护电路;信号合成电路上设置有手动速度调节装置;
所述电动执行单元包括转盘驱动电机(10)以及转盘(9);所述转盘(9)包括壳体(91);所述壳体(91)内设置有竖向转筒(92)以及竖向调速杆(99);所述竖向转筒(92)的上设置有第一传动齿圈(94)以及第二传动齿圈(93);所述壳体(91)上端设置有盖板(96);所述竖向转筒(92)上端穿过盖板(96),且设置有补芯(95);
所述竖向调速杆(99)上设置有与第一传动齿圈(94)匹配的第一调速齿轮(911)以及与第二传动齿圈(93)匹配的第二调速齿轮(912);
所述竖向调速杆(99)上设置有传动斜齿轮(910);所述壳体(91)的一端设置有动力输入轴(97);所述动力输入轴(97)上设置有与传动斜齿轮(910)啮合的锥齿轮(98);
所述竖向调速杆(99)竖向滑动安装在壳体(91)内;所述竖向调速杆(99)下端设置有伸缩装置(913);所述伸缩装置(913)驱动竖向调速杆(99)上升或者下降,使得第一传动齿圈(94)与第一调速齿轮(911)啮合或者第二传动齿圈(93)与第二调速齿轮(912)啮合;所述转盘驱动电机(10)与动力输入轴(97)传动连接;
所述电动式变阻器与整形电路电连接;所述转盘驱动电机(10)通过电动式变阻器与发电系统(11)电连接。
2.根据权利要求1所述的一种用于石油钻机的转速控制系统,其特征在于:所述竖向转筒(92)的一端设置有速度检测装置(915)。
3.根据权利要求1所述的一种用于石油钻机的转速控制系统,其特征在于:所述伸缩装置(913)采用液压缸。
4.采用权利要求1至权利要求3中任意一项权利要求所述的用于石油钻机的转速控制系统对钻机转速进行控制的方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1、首先将所述转盘驱动电机(10)通过电动式变阻器与发电系统(11)电连接;然而在电动式变阻器上连接钻机转速控制电路;所述钻机转速控制电路包括依次通讯连接的整形电路、频率合成电路、频压变换电路、信号合成电路、比较电路、电动式变阻器;并且将电动式变阻器与整形电路通讯连接;信号合成电路上设置有手动速度调节装置;
S2、通过整形电路以及频率合成电路,将电动式变阻器的输出电压转化为与转速成正比的电压信号UD;
S3、通过手动速度调节装置设定一个与速度对应的电压信号UI;电压信号UD和电压信号UI通过信号合成电压信号UE;同时通过比较电路对UD和UI进行比较,如果UD大于UI;则比较电路输出高电平,控制电动式电阻器增大电阻,从而减小UD,使得电机转速降低;如果UD小于UI;则比较电路输出低电平,控制电动式电阻器减小电阻,从而增大UD,使得电机转速提高;如果UD等于UI;则无电平输出,电动式电阻器阻值不便,电机转速不便。
5.根据权利要求4所述的一种用于石油钻机的转速控制系统的控制方法,其特征在于:在步骤S1中,在手动速度调节装置上设置档位开关;所述档位开关控制伸缩装置(913)的伸缩实现第一传动齿圈(94)与第一调速齿轮(911)啮合或者第二传动齿圈(93)与第二调速齿轮(912)啮合;
所述档位开关将手动速度调节装置设置的速度按第一传动齿圈(94)与第一调速齿轮(911)的传动比例或者第二传动齿圈(93)与第二调速齿轮(912)的传动比例进行转化。
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