CN111056471A - 一种基于交流变频电动绞车的石油钻机用提升装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于交流变频电动绞车的石油钻机用提升装置，包括变频电控组件、绞车主体和控制开关；在变频电控组件上部的控制柜内安装有变频器、温控仪、电加热器、控制回路单元；在控制柜下边的电阻柜内安装有制动电阻。绞车主体包括安装在绞车架上的依次同轴连接的交流变频制动电机、行星减速机及用于卷绕钢丝绳的卷筒体，绞车架上侧安装有自动排绳器，绞车架出绳侧安装有压绳器。本发明将变频电控组件与交流变频制动电机相互组合实现“能耗制动”的目的；本发明装置具有操作方便，安全可靠，速度控制精确，传动平稳，能耗低，效率高，能满足包括高寒地区在内的广泛区域的使用要求等优点。

Description

一种基于交流变频电动绞车的石油钻机用提升装置

技术领域

本发明涉及石油钻井、机械设备技术领域，尤其涉及一种基于交流变频电动绞车的石油钻机用提升装置。

背景技术

在油田钻井作业中，目前常用气动/液压绞车等工具进行吊装作业；现有气动/液压绞车具有以下缺点：1）在传动过程中，由于能量需要经过两次转换，存在压力损失、容积损失和机械摩擦损失，总效率较低；2）无论是提升重物还是下放重物，均需要气动/液压绞车作为动力机输出能量，能耗高；3）气体/液体具有一定的可压缩性，配合表面不可避免的有泄漏存在，无法保证严格的传动比，传动精度差低、能耗高。4）气压/液压传动系统的工作性能和效率受温度的影响较大，在高温或低温环境下工作性能较差。如在低温时，气压传动（压缩空气）容易产生结露甚至结冰的情况，进而造成设备卡阻、损坏；液压传动（液压油）粘度大、流动性差、效率低。特别是在高寒地区容易产生故障，如在俄罗斯及中亚部分高寒地区，难以满足当地坏境的使用要求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种基于交流变频电动绞车的石油钻机用提升装置,其操作方便、安全可靠、速度控制精确，传动平稳；能耗低，效率高，能满足包括高寒地区在内的广泛区域的使用要求。

为了实现以上目的，本发明采用了以下技术方案：

一种基于交流变频电动绞车的石油钻机用提升装置，包括变频电控组件、绞车主体和控制开关，所述变频电控组件通过电缆分别与绞车主体以及控制开关连接；所述变频电控组件包括控制柜、电阻柜、变频器、控制回路单元仪表开关和制动电阻，所述变频器安装于所述控制柜内，所述仪表开关安装于控制柜的前面板上，所述电阻柜置于控制柜的下方，所述制动电阻设置于电阻柜，所述变频器通过控制回路单元与仪表开关电性连接，；所述绞车主体包括交流变频制动电机、行星减速机、绞车架、卷筒、自动排绳器、压绳器、安装支架，所述交流变频制动电机、行星减速机、卷筒体依次同轴连接安装在所述绞车架上；所述自动排绳器安装于绞车架上侧，所述绞车架出绳侧安装有压绳器，所述绞车主体通过所述安装支架与外部设备连接。

本发明通过控制开关控制变频电控组件中的变频器、控制回路单元等部件，变频电控组件通过电缆与交流变频制动电机连接一起，通过控制开关控制变频器再通过控制回路单元给交流变频制动电机提供变频电源，驱动交流变频制动电机，进而依次带动行星减速机、卷筒体旋转，促使卷筒体实现缠绕或松开钢丝绳，进而实现对重物的提升或下放。变频电控组件与交流变频制动电机相互组合可实现“能耗制动”，即在进行刹车时，交流变频制动电机由“电动机”状态转换为“发电机”状态，把负载的机械能转化为热量，通过制动电阻散发到环境中去，达到制动的目的，节能降耗。

优选地，所述控制开关、控制柜、电阻柜、交流变频制动电机为防爆元件，实现防爆的目的。

进一步优选地，所述变频电控组件还包括温控仪、电加热器、散热风扇，所述温控仪通过控制回路单元与电加热器、散热风扇连接，所述温控仪通过控制回路单元控制电加热器、散热风扇，所述温控仪通过控制回路单元与所述仪表开关电性连接，所述温控仪、电加热器、控制回路单元安装于控制柜内，所述散热风扇设置在电阻柜的下部。

进一步优选地，所述控制柜背面对应变频器的位置安装有第二散热片，所述电阻柜背面对应制动电阻的位置所述安装有第一散热片；所述控制柜、电阻柜背部设置有散热风道。

所述温控仪通过所述控制回路单元与电加热器、散热风扇连接，所述温控仪用来检测防爆控制柜内的实时温度，当温度过低，可通过控制回路单元使得电加热器自动启动，温度达到设置值时自动停止加热；当温度过高，所述温控仪可通过控制回路单元使得散热风扇自动启动，温度低于设定值时自动停止。通过温控仪对电加热器、散热风扇的自动控制，使得变频器始终处于适宜的温度环境中，以满足沙漠、极地等不同的高温、低温环境的使用要求。

本发明的变频电控组件的所有非防爆电气元件封装于防爆柜体内，以满足石油钻机防爆区域的使用要求；同时根据不同的要求，当变频电控组件放置于非防爆区域内时，如放置在石油钻机的空调恒温电控房里，柜体可以是非防爆结构，加热和散热装置均可取消。

优选地，所述制动电阻(108)为M个，所述M≥1。

优选地，所述卷筒体，外侧设置有带式刹车，所述带式刹车可为手动带式刹车或者自动带式刹车。

所述自动排绳器动力来自所述卷筒体，钢丝绳在卷筒体上每缠绕一圈，自动排绳器运动一个钢丝绳当量直径的距离。

所述压绳器在弹簧力的作用下始终压紧钢丝绳，避免钢丝绳在空载放绳工况下的“松绳”及缠绳工况下的“骑绳”，与自动排绳器配合，使得排绳效果更佳。

所述安装支架与外部设备之间的连接方式为T型扣连接、法兰连接或销轴连接的任意一种。

本发明的有益效果在于：本发明的动力采用变频电控组件（变频器）直接驱动交流变频电机，能量转换率高、控制精确、传动平稳、节能降耗提效明显，能满足包括高寒地区在内的广泛区域的使用要求；该提升装置采用三重刹车：1）采用电机能耗制动作为主刹车，2）以电机盘刹即电磁失电制动器作为辅助刹车，3）滚筒体带式刹车作为紧急刹车，三重刹车联动控制，可确保绞车可靠制动、安全工作；本发明直接采用电能驱动，减少了传统的气动绞车、液压绞车中间转换环节，极大的提高了效率；采用电机能耗制动作为主刹车，在刹车时，电动机转化为发电机，把负载的机械能转化为刹车制动所需的能量，使绞车制动时所需消耗的能量极少，大大节省了能耗。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明的变频电控组件的正视图。

图3为发明的变频电控组件的侧视图。

图4为本发明的绞车主体的结构图。

图5为本发明的绞车主体的侧视图。

图6为本发明的电路连接示意图。

其中：1-变频电控组件，101-防爆控制柜，102-防爆电阻柜，103-变频器，104-温控仪，105-电加热器，106-控制回路单元，107-仪表开关，108-散热电阻，109-防爆散热风扇，110第一散热片，111-散热风道，112第二散热片，2-绞车主体，201-防爆交流变频制动电机，202-行星减速机，203-绞车架，204-卷筒体，205-自动排绳器，206-带式刹车，207-压绳器，208-安装支架，3-防爆控制开关。

具体实施方式

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通；对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将结合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。

实施例:如图1和图6所示，一种基于交流变频电动绞车的石油钻机用提升装置，包括变频电控组件1、绞车主体2和防爆控制开关3，变频电控组件1通过电缆分别与绞车主体2以及防爆控制开关3连接，该提升装置通过防爆控制开关3控制变频电控组件1中的变频器103、控制回路106等部件，输出交流变频电，驱动防爆交流变频制动电机201，进而依次带动行星减速机202、卷筒体204旋转，促使卷筒体204实现缠绕和松开钢丝绳，进而实现对重物的提升和下放。变频电控组件1与防爆交流变频制动电机201相互组合可实现“能耗制动”，即在进行刹车时，防爆交流变频制动电机201由“电动机”状态转换为“发电机”状态，把负载的机械能转化为热量，通过制动电阻散发到环境中去，达到制动的目的，节能降耗。

如图2、图3和图6所示：所述变频电控组件1包括防爆控制柜101、防爆电阻柜102、变频器103、温控仪104、电加热器105、控制回路单元106、仪表开关107、散热电阻108、防爆散热风扇109、第一散热片110、散热风道111、第二散热片112；所述变频器103、温控仪104、电加热器105、控制回路单元106安装于所述防爆控制柜101柜体内，所述仪表开关107安装于所述防爆控制柜101前面板上，所述第二散热片112安装于所述防爆控制柜101背面对应所述变频器103的位置；所述防爆电阻柜102置于所述防爆控制柜101的下方，所述防爆电阻柜102内设置有所述散热电阻108，所述第一散热片110安装于所述防爆电阻柜102背面对应所述散热电阻108的位置；所述防爆控制柜101、防爆电阻柜102背部设置有所述散热风道111，所述防爆电阻柜102下部设置有所述散热风扇109。

所述变频器103、温控仪104、电加热器105、控制回路单元106安装于所述防爆控制柜101内，与外界隔离，进而实现防爆的目的；

所述温控仪104通过所述控制回路单元106与所述电加热器105、防爆散热风扇109连接，所述温控仪104用来检测防爆控制柜内101的实时温度，当温度过低，可通过控制回路单元106控制电加热器105自动启动，温度达到设置值时自动停止加热；当温度过高，温控仪104可通过控制回路单元106控制防爆散热风扇109自动启动，温度低于设定值时自动停止。通过温控仪104对电加热器105、散热风扇109的自动控制，使得变频器103始终处于适宜的温度环境中，以满足沙漠、极地等不同的高温、低温环境的使用要求。

所述制动电阻108安装在防爆电阻柜102内，与外界隔离，进而实现防爆的目的。

所述防爆控制柜101背面对应变频器103的位置设置第二散热片112，确保电控系统运行中产生的热量有效传递到柜体外；防爆电阻柜102背面对应制动电阻108的位置设置第一散热片110，确保制动电阻108产生的热量有效传递到柜体外；体柜背部设置的散热风道111与防爆电阻柜102下部设置的散热风扇109，及时吹走散热片上的热量，增强散热效果。

所述控制开关3、交流变频制动电机201为防爆元件，以满足石油钻机防爆区域的使用要求；所述变频电控组件1的所有非防爆电气元件封装于防爆柜体内，以满足石油钻机防爆区域的使用要求；同时根据不同的要求，当变频电控组件1放置于非防爆区域内时，如放置在石油钻机的空调恒温电控房里，柜体可以是非防爆结构，加热和散热装置均可取消。

如图4、图5所示：所述绞车主体2包括防爆交流变频制动电机201、行星减速机202、绞车架203、卷筒体204、自动排绳器205、带式刹车206、压绳器207、安装支架208。所述防爆交流变频制动电机201、行星减速机202、卷筒体204依次同轴连接安装在所述绞车架203上；所述绞车架203上侧安装有所述自动排绳器205，所述绞车架203出绳侧安装有压绳器207；所述卷筒体204外侧设置有带式刹车206；所述绞车主体2通过所述安装支架208与外部设备连接。

所述防爆交流变频制动电机201、行星减速机202和卷筒体204为同轴式结构，结构简单，维护方便。

所述自动排绳器205安装在所述绞车架203的上侧，其动力来自所述卷筒体204，通过设置合适的传动比，使得钢丝绳在卷筒体204上每缠绕一圈，自动排绳器205运动一个钢丝绳当量直径的距离，确保排绳整齐有序。

所述卷筒体204的出绳一侧还安装有压绳器207，所述压绳器207在弹簧力的作用下始终压紧钢丝绳，避免钢丝绳在空载放绳工况下的“松绳”及缠绳工况下的“骑绳”，与自动排绳器205配合，使得排绳效果更佳。

所述绞车主体2通过所述安装支架208与外部设备连接，所述安装支架208的连接方式为T型扣连接、法兰连接或销轴连接的任意一种。

所述卷筒体204外侧还安装有实现紧急刹车制动功能的带式刹车206，所述带式刹车206可为手动带式刹车或者自动带式刹车，满足不同工况的要求。

最后应说明的是：以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于交流变频电动绞车的石油钻机用提升装置，其特征在于：包括变频电控组件（1）、绞车主体（2）和控制开关（3），所述变频电控组件（1）通过电缆分别与绞车主体（2）以及控制开关（3）连接；所述变频电控组件（1）包括控制柜（101）、电阻柜（102）、变频器（103）、控制回路单元(106)、仪表开关（107）和制动电阻（108），所述变频器（103）安装于所述控制柜（101）内，所述仪表开关（107）安装于控制柜（101）的前面板上，所述电阻柜（102）置于控制柜（101）的下方，所述制动电阻（108）设置于电阻柜（102），所述变频器（103）通过控制回路单元(106)与仪表开关（107）电性连接；所述绞车主体包括交流变频制动电机（201）、行星减速机（202）、绞车架（203）、卷筒（204）、自动排绳器（205）、压绳器（207）、安装支架（208），所述交流变频制动电机（201）、行星减速机（202）、卷筒体（204）依次同轴连接安装在所述绞车架（203）上；所述自动排绳器（205）安装于绞车架（203）上侧，所述绞车架（203）出绳侧安装有压绳器（207），所述绞车主体（2）通过所述安装支架（208）与外部设备连接，所述交流变频制动电机（201）通过控制回路单元(106)提供变频电流。

2.根据权利要求1所述的一种基于交流变频电动绞车的石油钻机用提升装置，其特征在于：所述控制开关（3）、控制柜（101）、电阻柜（102）、交流变频制动电机（201）为防爆元件。

3.如权利要求1或2所述的一种基于交流变频电动绞车的石油钻机用提升装置，其特征在于：所述变频电控组件（1）还包括温控仪(104)、电加热器(105)和散热风扇(109)，所述温控仪(104)通过所述控制回路单元(106)与电加热器(105)、散热风扇(109)连接，所述温控仪（104）通过控制回路单元（106）控制电加热器（105）、散热风扇(109)，所述温控仪（104）通过控制回路单元（106）与所述仪表开关（107）电性连接，所述温控仪(104)、电加热器(105)、控制回路单元(106)安装于控制柜(101)内，所述散热风扇（109）设置在电阻柜（102）的下部。

4.如权利要求3所述的一种基于交流变频电动绞车的石油钻机用提升装置，其特征在于：所述控制柜（101）背面对应变频器（103）的位置安装有第二散热片（112），所述电阻柜（102）背面对应制动电阻（108）的位置所述安装有第一散热片（110）；所述控制柜（101）、电阻柜（102）背部设置有散热风道（111）。

5.如权利要求3所述的一种基于交流变频电动绞车的石油钻机用提升装置，其特征在于：所述散热风扇（109）为防爆元件。

6.如权利要求3所述的一种基于交流变频电动绞车的石油钻机用提升装置，其特征在于：所述制动电阻(108)为M个，所述M≥1。

7.根据权利要求1所述的一种基于交流变频电动绞车的石油钻机用提升装置，其特征在于：所述卷筒体（204）外侧设置有带式刹车（206），所述带式刹车（206）为手动带式刹车或者自动带式刹车。

8.根据权利要求1所述的一种基于交流变频电动绞车的石油钻机用提升装置，其特征在于：所述自动排绳器（205）动力来自所述卷筒体（204），钢丝绳在卷筒体（204）上每缠绕一圈，自动排绳器（205）运动一个钢丝绳当量直径的距离。

9.根据权利要求1所述的一种基于交流变频电动绞车的石油钻机用提升装置，其特征在于：所述安装支架（208）与外部设备之间的连接方式为T型扣连接、法兰连接或销轴连接的任意一种。

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