CN110230464B - 一种基于相变散热的顶驱装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于相变散热的顶驱装置，包括：原动机以及液压油箱，所述原动机、液压油箱安装有相变散热结构或集成式散热条结构；所述相变散热结构，其主要包括：定子吸热端、原动机定子、液压油箱吸热端、定子散热管道、油箱散热管道以及散热端；本发明的相变散热装置的传热效率高，热阻小，高效可靠，顶驱装置能够维持在合适的温度范围内；相变散热介质通过相态变化自主流动，无需添加循环动力装置，与传统冷却方式相比更加节能；相变散热装置体积小，安装方便，降低了系统复杂程度，易拆卸维修，可以明显减小顶驱尺寸和重量，减轻现场作业工作量。

Description

一种基于相变散热的顶驱装置
技术领域
本发明涉及石油勘探开发技术领域，特别是一种基于相变散热的顶驱装置。
背景技术
顶部驱动钻井装置的动力部分包括原动机和液压源，在顶驱运行过程中动力部分产生大量的热量。当原动机温度过高时，会导致原动机运行出现故障，严重缩短原动机的使用寿命；当液压源温度过高时，液压油的粘度显著降低，会导致运动部位油膜被破坏，摩擦阻力增加，液压元件老化速度加大，液压缸泄漏显著增加，液压系统效率下降，液压系统的寿命会明显降低。
为维持顶驱装置正常工作，需要采取措施将原动机和液压油箱维持在合理的温度范围内。因此目前顶驱装置多采用热交换原理对原动机和液压源进行散热。
顶驱装置原动机常用的冷却方式为强制风冷或水冷，液压源常用的冷却方式为自然冷却或强制风冷。自然冷却的缺点是传热效率慢，只适合在寒冷地区使用；强制风冷的缺点是风机的风冷能力有限，传热效率差，噪音大；水冷的主要缺点是需连接水管及配置独立的水冷却循环系统，结构较复杂，成本高，不易维修，鉴于此，针对上述问题深入研究，遂有本案产生。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述问题，设计了一种基于相变散热的顶驱装置，解决了现有的传热效率慢，只适合在寒冷地区使用，风机的风冷能力有限，传热效率差，噪音大的问题。
实现上述目的本发明的技术方案为：一种基于相变散热的顶驱装置，包括：原动机以及液压油箱，其特征在于，所述原动机通过相变散热结构以及集成式散热条结构安置于液压油箱；
所述相变散热结构，其主要包括：定子吸热端、原动机定子、液压油箱吸热端、定子散热管道、油箱散热管道以及散热端；所述定子吸热端安置于原动机定子上，所述原动机定子套装于原动机上，所述定子散热管道安置于定子吸热端上，所述定子散热管道连接于散热端上，所述油箱散热管道连接于散热端上。
所述相变散热结构中定子吸热端、原动机定子、液压油箱吸热端、定子散热管道、油箱散热管道内均填充有相变散热介质。
所述相变散热结构中的散热端位于定子吸热端以及液压油箱吸热端的上方。
所述相变散热结构底部设置有出液口；所述相变散热结构的定子吸热端和液压油箱吸热端吸热端设置有进液口。
所述散热端内隔离成不连通的两部分，分别连接定子散热管道和油箱散热管道。
利用本发明的技术方案制作的基于相变散热的顶驱装置，相变散热装置的传热效率高，热阻小，高效可靠，顶驱装置能够维持在合适的温度范围内；
相变散热介质通过相态变化自主流动，无需添加循环动力装置，与传统冷却方式相比更加节能；
相变散热装置体积小，安装方便，降低了系统复杂程度，易拆卸维修，可以明显减小顶驱尺寸和重量，减轻现场作业工作量。
附图说明
图1为本发明所述一种基于相变散热的顶驱装置的外形结构示意。
图2为本发明所述一种基于相变散热的顶驱装置的实施例1结构示意图。
图3为本发明所述一种基于相变散热的顶驱装置的实施例2结构示意图。
图4为本发明所述一种基于相变散热的顶驱装置的相变散热结构(2)局部放大图。
图中：1-原动机；2-相变散热结构；3-液压油箱；4-散热端；5-定子散热管道；6-原动机定子；7-定子吸热端；8-液压油箱吸热端；9-油箱散热管道；10-相变散热介质；11-集成式吸热端；12-集成式连通段；13-集成式散热端。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行具体描述，如图1-4所示，一种基于相变散热的顶驱装置，包括：原动机1以及液压油箱3，所述原动机1通过相变散热结构2以及集成式散热条结构安置于液压油箱3；所述相变散热结构2，其主要包括：定子吸热端7、原动机定子6、液压油箱吸热端8、定子散热管道5、油箱散热管道9以及散热端4；所述定子吸热端7安置于原动机定子6上，所述原动机定子6套装于原动机1上，所述定子散热管道5安置于定子吸热端7上，所述定子散热管道5连接于散热端4上，所述油箱散热管道9连接于散热端4上；所述相变散热结构2中定子吸热端7、原动机定子6、液压油箱吸热端8、定子散热管道5、油箱散热管道9内均填充有相变散热介质10；所述相变散热结构2中的散热端4位于定子吸热端7以及液压油箱吸热端8的上方；所述相变散热结构2底部设置有出液口；所述相变散热结构2的定子吸热端7和液压油箱吸热端8吸热端设置有进液口；所述散热端4内隔离成不连通的两部分，分别连接定子散热管道5和油箱散热管道9；所述集成式散热条结构，其主要包括：集成式吸热端11、集成式连通段12以及集成式散热端13；所述集成式散热条结构沿周向贴附在液压油箱3和原动机定子6表面，所述集成式吸热端11靠近顶驱装置的发热区，所述集成式散热端13在集成式吸热端11的上方，且所述集成式吸热端11以及集成式散热端13通过集成式连通段12连接。
本实施方案的特点为，包括：原动机1以及液压油箱3，原动机1通过相变散热结构2以及集成式散热条结构安置于液压油箱3；
相变散热结构2，其主要包括：定子吸热端7、原动机定子6、液压油箱吸热端8、定子散热管道5、油箱散热管道9以及散热端4；定子吸热端7安置于原动机定子6上，原动机定子6套装于原动机1上，定子散热管道5安置于定子吸热端7上，定子散热管道5连接于散热端4上，油箱散热管道9连接于散热端4上。
利用本发明的技术方案制作的基于相变散热的顶驱装置，相变散热装置的传热效率高，热阻小，高效可靠，顶驱装置能够维持在合适的温度范围内；
相变散热介质通过相态变化自主流动，无需添加循环动力装置，与传统冷却方式相比更加节能；
相变散热装置体积小，安装方便，降低了系统复杂程度，易拆卸维修，可以明显减小顶驱尺寸和重量，减轻现场作业工作量
通过本领域人员，将本案中的零部件依次进行连接，具体连接以及操作顺序，应参考下述工作原理，其详细连接手段，为本领域公知技术，下述主要介绍工作原理以及过程。
实施例1：由说明书附图1-2可知，本案为一种基于相变散热的顶驱装置，该基于相变散热的顶驱装置运行过程中，原动机1运行过程中会产生大量的热量，通过相变散热结构2中的定子吸热端7内部的液态的相变散热介质10吸收原动机1产生的热量，当达到其沸点后汽化，气态的相变散热介质10经过定子散热管道5流动到散热端4中，采用自然冷却或者强制风冷的散热端4会使气态的相变散热介质液化，液态的相变散热介质10在重力作用下回流到定子吸热端7内，形成了吸热-气化-散热-液化-回流-气化的循环，在循环过程中将顶驱原动机的热量散发到外界环境中，该顶驱装置中的液压油箱3部分的散热循环，液压油箱吸热端8、油箱散热管道9、散热端4的路径进行循环，将顶驱液压油箱3的热量散发到外界环境中，为了增强吸热效果，在电机定子6设置凹槽，将定子吸热端7部分或全部嵌入到原动机定子6凹槽中，增大吸热面积，提高散热效率；将液压油箱吸热端8部分或全部插入到液压油箱3内部，增大吸热面积，提高散热效率，将散热端4设置成翅片结构，增大散热端4的表面积，增加相变散热介质10与外界的接触面积，提高散热效率。
实施例2：如图1和图3所示，为节约顶驱空间，可将顶驱装置的相变散热结构2换成由多个集成式散热条结构组成，集成式散热条结构沿周向贴附在液压油箱3和原动机定子6表面，其中集成式吸热端11靠近顶驱装置的发热区，集成式散热端13在集成式吸热端11的上方，远离顶驱装置的发热部分，集成式吸热端11内部的相变散热介质10吸收热量气化，气态的相变散热介质10通过集成式连通段12上升到集成式散热端13，遇冷变成液态，在重力作用下通过集成式连通段12回流到集成式吸热端11，形成了吸热-气化-散热-液化-回流-气化的循环，在循环过程中将顶驱原动机的热量散发到外界空气中，为了增强吸热效果，可在电机定子6上设置凹槽，将集成式吸热端11部分或全部嵌入到电机定子6凹槽中，增大吸热面积，提高散热效率；将集成式吸热端11部分或全部插入到液压油箱3内部，增大吸热面积，提高散热效率，可将多条集成式相变散热条的集成式散热端13引出汇聚在一起，采用强制风冷挺高散热效率。
上述技术方案仅体现了本发明技术方案的优选技术方案，本技术领域的技术人员对其中某些部分所可能做出的一些变动均体现了本发明的原理，属于本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种基于相变散热的顶驱装置，包括：原动机（1）以及液压油箱（3），其特征在于，所述原动机（1）、液压油箱（3）安装有相变散热结构（2）；
所述相变散热结构（2），其包括：定子吸热端（7）、原动机定子（6）、液压油箱吸热端（8）、定子散热管道（5）、油箱散热管道（9）以及散热端（4）；所述定子吸热端（7）安置于原动机定子（6）上，所述原动机定子（6）套装于原动机（1）上，所述定子散热管道（5）安置于定子吸热端（7）上，所述定子散热管道（5）连接于散热端（4）上，所述油箱散热管道（9）连接于散热端（4）上；所述原动机定子（6）上设置凹槽，所述定子吸热端（7）部分或全部嵌入到所述凹槽中，所述液压油箱吸热端（8）部分或全部插入到液压油箱（3）内部；
所述相变散热结构（2）中定子吸热端（7）、原动机定子（6）、液压油箱吸热端（8）、定子散热管道（5）、油箱散热管道（9）内均填充有相变散热介质（10）；
所述相变散热结构（2）中的散热端（4）位于定子吸热端（7）以及液压油箱吸热端（8）的上方；所述相变散热结构（2）底部设置有出液口；所述相变散热结构（2）的定子吸热端（7）和液压油箱吸热端（8）吸热端设置有进液口；所述散热端（4）内隔离成不连通的两部分，分别连接定子散热管道（5）和油箱散热管道（9）；相变散热介质（10）通过相态变化自主流动，无需添加循环动力装置。
2.一种基于相变散热的顶驱装置，包括：原动机（1）以及液压油箱（3），其特征在于，所述原动机（1）、液压油箱（3）安装有多个集成式散热条结构；
所述集成式散热条结构，其包括：集成式吸热端（11）、集成式连通段（12）以及集成式散热端（13）；所述集成式散热条结构沿周向贴附在液压油箱（3）和原动机定子（6）表面，所述集成式吸热端（11）靠近顶驱装置的发热区，所述集成式散热端（13）在集成式吸热端（11）的上方，远离顶驱装置的发热区，且所述集成式吸热端（11）以及集成式散热端（13）通过集成式连通段（12）连接；集成式吸热端（11）内部的相变散热介质（10）吸收热量气化，气态的相变散热介质（10）通过集成式连通段（12）上升到集成式散热端（13），遇冷变成液态，在重力作用下通过集成式连通段（12）回流到集成式吸热端（11），形成了吸热-气化-散热-液化-回流-气化的循环；在原动机定子（6）上设置凹槽，将集成式吸热端（11）部分或全部嵌入到原动机定子（6）凹槽中；将多条集成式散热条结构的集成式散热端（13）引出汇聚在一起，采用强制风冷提高散热效率。
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