CN112031739B - 一种用于石油钻井的双电机驱动系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于石油钻井的双电机驱动系统及其控制方法，用于驱动泥浆泵、绞车和转盘的双电机协同运行控制，包括：传动箱上具有相互耦合的第一传动机构和第二传动机构，第一电机、第一调速型液力耦合器、第一传动结构依次传动连接，第二电机、第二调速型液力耦合器、第二传动结构依次传动连接，低压房控制柜通过第一变频器和第二变频器分别控制所述第一电机和第一电机；电机侧控制柜和钻台侧控制柜通过光纤与低压房控制柜进行通讯，第一传动机构和第二传动机构驱动泥浆泵转动，第一传动机构和/或第二传动机构输出的分支动力输入到绞车和转盘。
Description
技术领域
本发明涉及石油钻井动力油改电技术领域，具体涉及一种石油钻井的双电机驱动系统及其控制方法。
背景技术
现有为钻井生产提供动力的柴油机或柴油发电机组消耗大量柴油，对周围环境造成污染，各大油田在电网覆盖范围内逐步开始采用电网给交流变频电机供电，通过交流变频电机给钻井提供动力。针对钻井所需的功率因钻井情况分布范围宽，直接采用单台电机驱动成本高、损耗大，可靠性低，不具有经济性，采用两台相同型号电机，在钻井功率需求小时，采用单电机运行；需求大时采用两台电机并联运行。当两台电机并机运行时，若两台电机转矩不一致时，电机之间会发生相互拖拽，转速大的电机会带动转速小的电机转动，会使电机进入发电状态，造成变频器故障，而目前对于石油钻井双电机驱动系统的设计和控制研究较少。
发明内容
鉴于此，本发明实施例的目的是提供一种用于石油钻井的双电机驱动系统及其控制方法。
为了达到上述目的，本发明实施例所采用的技术方案如下：
第一方面，本发明实施例提供一种用于石油钻井的双电机驱动系统，用于驱动泥浆泵、绞车和转盘的双电机协同运行控制，包括：传动箱、第一电机、第一调速型液力耦合器、第二电机、第二调速型液力耦合器、低压房控制柜、电机侧控制柜和钻台侧控制柜，所述传动箱上具有相互耦合的第一传动机构和第二传动机构，所述第一电机、第一调速型液力耦合器、第一传动结构依次传动连接，所述第二电机、第二调速型液力耦合器、第二传动结构依次传动连接，所述低压房控制柜通过第一变频器和第二变频器分别控制所述第一电机和第一电机；所述电机侧控制柜和钻台侧控制柜通过光纤与低压房控制柜进行通讯，所述第一传动机构和第二传动机构驱动泥浆泵转动，第一传动机构和/或第二传动机构输出的分支动力输入到绞车和转盘。
进一步地，所述低压房控制柜包括PLC和与所述PLC相连的第一人机交互显示屏。
进一步地，所述第一人机交互显示屏显示有主画面、电机操作界面、电机状态监控、电机温度监控、变频器状态及运行数据监控、制动状态监控、系统报警记录及系统时间设置界面。
进一步地，所述PLC上还连接有第一OLM模块。
进一步地，所述电机侧控制柜包括依次串接的第二OLM模块、第一远程I/O模块以及第二人机交互显示屏。
进一步地，所述钻台侧控制柜包括依次串接的第三OLM模块、第二远程I/O模块以及第三人机交互显示屏，所述第二远程I/O模块还连接有用于调速控制的脚踏开关。
进一步地，所述低压房控制柜通过PROFIBUS DP总线分别与第一变频器和第二变频器通讯。
第二方面，本发明实施例提供一种用于石油钻井的双电机驱动系统的控制方法，包括：
当PLC接受到电机起动命令后，判断电机侧控制柜、钻台侧控制柜和低压房控制柜是否就地允许，出于安全考虑任一时刻只允许一地对电机进行调速控制，当就地允许后，首先完成初始化，包括写入变频器的初始控制字和设置电机的初始速度为零；然后读取变频器内的数据和状态，以及写入需要送入变频器的数据和状态，判断变频器是否故障、电机是否故障以及是否有外部故障，若无故障的情况下，可以进行电机的调速控制；其中电机的调速控制如下：
(1)钻头在钻地表层时，采取单电机运行模式，另外一台电机作为备用；钻头向地层深部钻进时，单台电机功率不满足要求，采用两台电机并机运行；
(2)针对第一电机和第二电机并机时柔性连接，且第一电机和第二电机中任意一台电机作为主电机时，在第一电机和第二电机上采用下垂控制，下垂控制第一电机和第二电机间不需要进行通讯，转速较高的电机会承担更多的转矩，通过负反馈自动降低自身的速度给定，实现转矩向另一电机分配；
(3)当第一电机和第二电机需要并机运行时，并机的下垂控制转速调节范围不超过调速型液力耦合器允许的滑差，启动电机后，在无故障的前提下，需要先调整第一电机和第二电机的速度使其保持一致，然后才允许调速型液力耦合器合上，两台电机并机共同拖动负载，再通过变频器的下垂控制实现负荷均衡；
(4)电机停机时，需要断开调速型液力耦合器；单台电机停机时，离合断开，制动使电机速度逐渐减少至零；并机停机时，若两台电机均需停机，断开两个调速型液力耦合器，每台电机单独制动；若只需一台电机停机时，首先需要两台电机解除并机状态，然后断开需要停机的电机对应的调速型液力耦合器，电机制动停机。
进一步地，在钻进过程中，需要下套管等操作，且负荷非平滑变化，冲击负荷特征显著，单电机运行和并机运行灵活切换。
进一步地，所述电机是否故障包括电机超温、急停、故障、检修、电机散热风机风压故障，所述外部故障包括制动电阻故障。
根据以上技术方案，具有如下效果：
(1)对目前常规钻井的泥浆泵、绞车和转盘功率进行分析，钻井所需的功率因钻进情况分布在600kW-2MW，因此，直接采用单台电机驱动成本高、损耗大，可靠性低，不具有经济性。本申请提案需要解决的技术问题是如何采用双电机协同运行应对不同功率需求。
(2)针对两台电机并机时，两台电机刚性连接，两台电机转速不一致时会发生相互拖曳，在冲击性负荷时，电机缺少缓冲。本申请提案需要解决的问题是设计柔性连接系统，允许两台电机转速存在微小差异不需要严格一致，同时使电机和负荷间存在缓冲以应对冲击性负荷。
(3)为便于井队对两台电机的控制和状态监控，本申请提案需要解决两台电机的三地控制问题以及可视化操作问题，需要实现PLC柜侧、电机侧和钻井侧的三地控制，同时需要满足三地控制逻辑不冲突。
(4)即使是同一厂家同一批次的电机，其参数也不会完全一致，机械特性曲线也不会完全一致。此外，在两个电机共同拖动一个负载时，即使给定转速相同，两台电机间仍然会存在微小的偏差，从而导致输出转矩有较大差别。当两台电机转矩不一致时，电机之间会发生相互拖拽，转速大的电机会带动转速小的电机转动，使其处于发电状态。电机处于发电状态，通过逆变模块给直流侧电容充电，使直流母线电压上升，当电压上升到直流侧设定的最高保护电压时，变频器会故障停机，使电机停转。因此，本申请提案需要解决的问题是两台电机并机运行时，实现负荷均衡。
(5)电机单机运行向并机运行切换时，已经启动的电机与未启动的电机转速不一致且大部分情况转速差较大，直接执行并机命令，其负荷不均超出并机时下垂控制的调节范围，会造成后启动的电机被拖曳进入发电状态，变频器故障。本申请提案需要解决的问题是电机单机运行向并机运行切换时，严重的负荷不均衡问题。
(6)电机直接停机时，传动箱的机械大惯量会拖曳电机，使变频器直流侧过压。同时两台电机并机停机时存在两种场景，一是两台电机均需停机，二是只需要一台电机停机。两台电机均需停机时，本申请提案需要解决两台电机性能不完全一致造成的两台电机停机速度不一致，从而可能导致的停机慢的电机处于发电状态。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本实施例提供一种用于石油钻井的双电机驱动系统的示意图(图中未示出低压房控制柜、电机侧控制柜和钻台侧控制柜)；
图2为本实施例中双电机驱动控制系统硬件结构图；
图3为本实施例中人机交互主界面；
图4为本实施例中下垂控制逻辑框图；
图5为本实施例中双电机并机流程图；
图6为本实施例中双电机并机停机流程图；
图7为本实施例中双电机协同控制全流程图；
图中：传动箱1、第一电机2、第一调速型液力耦合器3、第二电机4、第二调速型液力耦合器5、绞车6、第一泥浆泵71、第二泥浆泵72、钻井架8、第一传动机构9、第二传动机构10、第一变频器11、第二变频器12、钻杆13、钻头14、转盘15、井壁套管16。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
现在，将参照附图更详细地描述根据本申请的示例性实施方式。然而，这些示例性实施方式可以由多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施方式。应当理解的是，提供这些实施方式是为了使得本申请的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施方式的构思充分传达给本领域普通技术人员，在附图中，为了清楚起见，有可能扩大了层和区域的厚度，并且使用相同的附图标记表示相同的器件，因而将省略对它们的描述。
参考图1，本实施例提供一种用于石油钻井的双电机驱动系统，用于驱动泥浆泵、绞车6 和转盘15的双电机协同运行控制，包括：传动箱1、第一电机2、第一调速型液力耦合器3、第二电机4、第二调速型液力耦合器5、低压房控制柜、电机侧控制柜和钻台侧控制柜，所述传动箱1上具有相互耦合的第一传动机构9和第二传动机构10，所述第一电机2、第一调速型液力耦合器3、第一传动机构9依次传动连接，所述第二电机4、第二调速型液力耦合器5、第二传动机构10依次传动连接，所述低压房控制柜通过第一变频器11和第二变频器12分别控制所述第一电机2和第一电机2；所述电机侧控制柜和钻台侧控制柜通过光纤与低压房控制柜进行通讯。
如图1所示，本实施例的泥浆泵由第一泥浆泵71和第二泥浆泵72组成，第一传动机构9 和第二传动机构10通过同步带耦合同步后的动力分别输入到第一泥浆泵71和第二泥浆泵72，第二传动机构10上连接两路分支同步机构后分别输入到转盘15和绞车6，从而为钻井提供动力。石油钻井的钻井架8上安装滑轮组，拉绳一端固定在钻井架上，中间穿过滑轮组后绕入绞车6，钻杆13吊装在在滑轮组的一个滑轮上，钻头14通过转盘15安装在钻杆13的下端，通过绞车6的正反转，实现钻头的钻入和拉出，石油钻井内具有井壁套管16，第一泥浆泵71和第二泥浆泵72的出口通过管路连通至钻头14旁，第一泥浆泵71和第二泥浆泵72的入口通过管路连通至井壁套管16内，通过泥浆泵囱井壁套管内的泥浆抽吸过来，再泵入到钻头旁，从而实现泥浆的循环。
这里需要说的是，第一传动机构9和第二传动机构10均为安装在传动箱1里面的链传动机构或带传动机构，这两个机构的结构设计为本领域的常规手段，具体的传动比的设置也是本领域的常规手段，本领域技术人员可以根据实际需要自行设计。所以，这里无需对第一传动机构9和第二传动机构10做进一步结构细化。上述的泥浆泵由第一泥浆泵71和第二泥浆泵72 组成，当然也可以只需要一个泥浆泵，第一传动机构9和第二传动机构10输出动力通过另一传动箱耦合后输出给这个泥浆泵；转盘15和绞车6的动力可以是第一传动机构9的动力分支和/或第二传动机构10动力分支，两路分支同步机构可以是同步带传动机构也可以是链传动等，该机构的设计为本领域常规手段，也不做进一步赘述。
本实施例中，所述低压房控制柜包括PLC和与所述PLC相连的第一人机交互显示屏。
本实施例中，所述第一人机交互显示屏显示有主画面、电机操作界面、电机状态监控、电机温度监控、变频器状态及运行数据监控、制动状态监控、系统报警记录及系统时间设置界面。
本实施例中，所述PLC上还连接有第一OLM模块。
本实施例中，所述电机侧控制柜包括依次串接的第二OLM模块、第一远程I/O模块以及第二人机交互显示屏。
本实施例中，所述钻台侧控制柜包括依次串接的第三OLM模块、第二远程I/O模块以及第三人机交互显示屏，所述第二远程I/O模块还连接有用于调速控制的脚踏开关。
本实施例中，所述低压房控制柜通过PROFIBUS DP总线分别与第一变频器11和第二变频器12通讯。
本实施例还提供一种用于石油钻井的双电机驱动系统的控制方法，包括：
当PLC接受到电机起动命令后，判断电机侧控制柜、钻台侧控制柜和低压房控制柜是否就地允许，出于安全考虑任一时刻只允许一地对电机进行调速控制，当就地允许后，首先完成初始化，包括写入变频器的初始控制字和设置电机的初始速度为零；然后读取变频器内的数据和状态，以及写入需要送入变频器的数据和状态，判断变频器是否故障、电机是否故障以及是否有外部故障，若无故障的情况下，可以进行电机的调速控制；其中电机的调速控制如下：
(1)钻头在钻地表层时，所需功率较小，采取单电机运行模式，另外一台电机作为备用；钻头向地层深部钻进时，功率开始增加，当单台电机功率不满足要求时，两台电机采取并机运行。此外，在钻进过程中，需要下套管等操作，且负荷非平滑变化，冲击负荷特征显著，单电机运行和并机运行灵活切换；
(2)针对第一电机2和第二电机4并机时柔性连接，且第一电机和第二电机中任意一台电机作为主电机时，在第一电机2和第二电机4上采用下垂控制，下垂控制第一电机2和第二电机4间不需要进行通讯，转速较高的电机会承担更多的转矩，通过负反馈自动降低自身的速度给定，实现转矩向另一电机分配；采用下垂控制能够容易地使两台电动机转速趋于同步，负荷分配也趋于平衡，下垂控制逻辑框图如图4所示。由于不同机械对下垂特性的“下垂度”要求各不相同，系统调试时，通过调整下垂系数k，可以更好的实现负荷均衡。先起动第一变频器和第一电机后，需要并机运行时PLC的程序流图如图5所示。并机的下垂控制转速调节范围不超过液力耦合器允许的滑差，启动第二变频器和第二电机后，在系统无故障的前提下，需要先调整两台电机的速度一致，减小转矩偏差。然后才允许第二调速型液力耦合器合上，两台电机并机共同拖动负载，再通过变频器的下垂控制实现负荷均衡。
(3)当第一电机2和第二电机4需要并机运行时，并机的下垂控制转速调节范围不超过调速型液力耦合器允许的滑差，启动电机后，在无故障的前提下，需要先调整第一电机2和第二电机4的速度使其保持一致，然后才允许调速型液力耦合器合上，两台电机并机共同拖动负载，再通过变频器的下垂控制实现负荷均衡；
其中，调速型液力耦合器与电机同转轴连接，用于调整输入输出转速比，同时调速中进行能量缓冲，起到冲击保护。每台电机单独配置一个充气式离合，离合断开，电机近似无负荷；离合合上，电机经液力耦合器与传动箱1相连，通过链条连接驱动泥浆泵和绞车，从而为钻井提供动力。传动系统中，两台电机并机时为柔性连接，其结构如图1所示。
双电机协同控制系统采用一套PLC控制以及现场两套就地操作台控制。低压房控制柜CPU 为主站，电机侧、司钻台侧采用远程I/O口作为从站，结构上采用主从形式，能够实现三地控制。控制系统通过PROFIBUS DP总线与两台变频器通讯，配合变频器实现双电机的控制和并机运行。司钻台和电机侧控操作柜与低压房控制柜连接采用光纤通信，以防止雷电危害，增强通讯可靠性。司钻台调速控制选用脚踏开关通过航插连接在司钻台远程I/O口，司钻台控制箱可单独进行电位计和脚踏速度调节。双电机协同控制系统硬件如图2所示。
可以利用人机交互界面给钻井现场操作人员提供了可视化的操作界面和系统的状态反馈。系统的人机显示界面由主画面、电机操作界面、电机状态监控、电机温度监控、变频器状态及运行数据监控、制动状态监控、系统报警记录及系统时间设置界面构成。系统实际运行中并机时人机交互界面的一个实例如图3所示。
(4)电机停机时，需要断开调速型液力耦合器；单台电机停机时，离合断开，制动使电机速度逐渐减少至零；并机停机时，若两台电机均需停机，断开两个调速型液力耦合器，每台电机单独制动；若只需一台电机停机时，首先需要两台电机解除并机状态，然后断开需要停机的电机对应的调速型液力耦合器，电机制动停机。并机停机的流程图如图6所示。
本实施例中，在钻井过程中，需要下套管等操作，且负荷非平滑变化，冲击负荷特征显著，单电机运行和并机运行灵活切换。
本实施例中，所述电机是否故障包括电机超温、急停、故障、检修、电机散热风机风压故障等，所述外部故障包括制动电阻故障等。
本申请方案整个双电机协同控制采用PLC控制系统，电机的起动、调速、并机、停机的流程图如图7所示。当控制系统接受到电机起动命令后，判断三地控制中是否就地允许，出于安全考虑任一时刻只允许一地对电机进行调速控制。当就地允许后，本地控制面板和触摸屏可以进行电机控制操作。系统起动变频器，首先完成初始化包括写入变频器的初始控制字和设置电机的初始速度为零。然后读取变频器内的数据和状态，以及写入需要送入变频器的数据和状态，判断变频器是否故障，电机是否故障包括电机超温、急停、故障、检修、电机散热风机风压故障等，以及是否有外部故障包括制动电阻故障等。若无故障的情况下，可以进行电机的调速控制。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (8)
1.一种用于石油钻井的双电机驱动系统的控制方法，其特征在于，所述用于石油钻井的双电机驱动系统，用于驱动泥浆泵、绞车和转盘的双电机协同运行控制，包括：传动箱、第一电机、第一调速型液力耦合器、第二电机、第二调速型液力耦合器、低压房控制柜、电机侧控制柜和钻台侧控制柜，所述传动箱上具有相互耦合的第一传动机构和第二传动机构，所述第一电机、第一调速型液力耦合器、第一传动结构依次传动连接，所述第二电机、第二调速型液力耦合器、第二传动结构依次传动连接，所述低压房控制柜通过第一变频器和第二变频器分别控制所述第一电机和第一电机；所述电机侧控制柜和钻台侧控制柜通过光纤与低压房控制柜进行通讯，所述第一传动机构和第二传动机构驱动泥浆泵转动，第一传动机构和/或第二传动机构输出的分支动力输入到绞车和转盘；所述低压房控制柜包括PLC和与所述PLC相连的第一人机交互显示屏；
所述控制方法包括：
当PLC接受到电机起动命令后，判断电机侧控制柜、钻台侧控制柜和低压房控制柜是否就地允许，出于安全考虑任一时刻只允许一地对电机进行调速控制，当就地允许后，首先完成初始化，包括写入变频器的初始控制字和设置电机的初始速度为零；然后读取变频器内的数据和状态，以及写入需要送入变频器的数据和状态，判断变频器是否故障、电机是否故障以及是否有外部故障，若无故障的情况下，可以进行电机的调速控制；其中电机的调速控制如下：
(1) 钻头在钻地表层时，采取单电机运行模式，另外一台电机作为备用；钻头向地层深部钻进时，单台电机功率不满足要求，采用两台电机并机运行；
(2) 针对第一电机和第二电机并机时柔性连接，且第一电机和第二电机中任意一台电机作为主电机时，在第一电机和第二电机上采用下垂控制，下垂控制第一电机和第二电机间不需要进行通讯，转速较高的电机会承担更多的转矩，通过负反馈自动降低自身的速度给定，实现转矩向另一电机分配；
(3) 当第一电机和第二电机需要并机运行时，并机的下垂控制转速调节范围不超过调速型液力耦合器允许的滑差，启动电机后，在无故障的前提下，需要先调整第一电机和第二电机的速度使其保持一致，然后才允许调速型液力耦合器合上，两台电机并机共同拖动负载，再通过变频器的下垂控制实现负荷均衡；
(4) 电机停机时，需要断开调速型液力耦合器；单台电机停机时，离合断开，制动使电机速度逐渐减少至零；并机停机时，若两台电机均需停机，断开两个调速型液力耦合器，每台电机单独制动；若只需一台电机停机时，首先需要两台电机解除并机状态，然后断开需要停机的电机对应的调速型液力耦合器，电机制动停机。
2.根据权利要求1所述的一种用于石油钻井的双电机驱动系统的控制方法，其特征在于，在钻进过程中，需要下套管操作，且负荷非平滑变化，冲击负荷特征显著，单电机运行和并机运行灵活切换。
3.根据权利要求1所述的一种用于石油钻井的双电机驱动系统的控制方法，其特征在于，所述电机是否故障包括电机超温、急停、检修、电机散热风机风压故障，所述外部故障包括制动电阻故障。
4.根据权利要求1所述的一种用于石油钻井的双电机驱动系统的控制方法，其特征在于，所述第一人机交互显示屏显示有主画面、电机操作界面、电机状态监控、电机温度监控、变频器状态及运行数据监控、制动状态监控、系统报警记录及系统时间设置界面。
5.根据权利要求1所述的一种用于石油钻井的双电机驱动系统的控制方法，其特征在于，所述PLC上还连接有第一OLM模块。
6.根据权利要求1所述的一种用于石油钻井的双电机驱动系统的控制方法，其特征在于，所述电机侧控制柜包括依次串接的第二OLM模块、第一远程I/O模块以及第二人机交互显示屏。
7.根据权利要求1所述的一种用于石油钻井的双电机驱动系统的控制方法，其特征在于，所述钻台侧控制柜包括依次串接的第三OLM模块、第二远程I/O模块以及第三人机交互显示屏，所述第二远程I/O模块还连接有用于调速控制的脚踏开关。
8.根据权利要求1所述的一种用于石油钻井的双电机驱动系统的控制方法，其特征在于，所述低压房控制柜通过PROFIBUS DP总线分别与第一变频器和第二变频器通讯。
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Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11619094B1 (en) | 2021-11-23 | 2023-04-04 | Saudi Arabian Oil Company | Systems and methods for employing multiple downhole drilling motors |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN201241686Y (zh) * | 2008-08-22 | 2009-05-20 | 西安宝美电气工业有限公司 | 一体化钻机控制系统 |
| RU107547U1 (ru) * | 2011-03-21 | 2011-08-20 | Закрытое акционерное общество "УРБО" (ЗАО "УРБО") | Система управления приводами главных механизмов буровой установки |
| CN204835555U (zh) * | 2015-06-08 | 2015-12-02 | 中国电信股份有限公司江苏分公司 | 一种人工智能化的发电机并机系统 |
| CN109113708A (zh) * | 2017-06-24 | 2019-01-01 | 西安曼海特工业技术有限公司 | 一种钻机控制系统 |
| CN111120582A (zh) * | 2020-02-25 | 2020-05-08 | 华兴智控(北京)能源有限公司 | 一种石油钻井用多电机驱动平行轴齿轮合力减速箱 |
Family Cites Families (19)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN2756801Y (zh) * | 2004-03-12 | 2006-02-08 | 河南石油勘探局南阳石油机械厂 | 石油钻机动力传动装置 |
| US20080203734A1 (en) * | 2007-02-22 | 2008-08-28 | Mark Francis Grimes | Wellbore rig generator engine power control |
| CN201187247Y (zh) * | 2008-04-30 | 2009-01-28 | 陕西鑫隆石油设备有限公司 | 高压交流变频电力驱动石油钻机 |
| CN201953313U (zh) * | 2011-03-18 | 2011-08-31 | 廊坊富邦德石油机械制造有限公司 | 极地低温交流变频电驱动拖挂式钻机 |
| CN102305059B (zh) * | 2011-06-28 | 2014-02-19 | 四机赛瓦石油钻采设备有限公司 | 一种石油钻机的自动控制系统及其控制方法 |
| CN102953676A (zh) * | 2012-11-16 | 2013-03-06 | 成都宏天电传工程有限公司 | 一种钻机动力系统 |
| CN202913945U (zh) * | 2012-11-16 | 2013-05-01 | 成都宏天电传工程有限公司 | 一种以电机为主动力的钻机 |
| CN102983809B (zh) * | 2012-11-16 | 2015-08-26 | 四川宏华电气有限责任公司 | 一种基于手轮和脚踏开关的交流变频电机控制系统及控制方法 |
| CN204327063U (zh) * | 2014-11-21 | 2015-05-13 | 北京中兴天传电气技术有限公司 | 一种应用于半电动石油钻机的网电低压变频装置 |
| US9644431B2 (en) * | 2014-11-26 | 2017-05-09 | Integrated Drive Systems LLC | Drilling rig system having improved electrical subsystem |
| US10097095B2 (en) * | 2016-09-21 | 2018-10-09 | General Electric Company | DC converters with modified droop control and method of use |
| CN206513775U (zh) * | 2016-12-05 | 2017-09-22 | 中国石油集团川庆钻探工程有限公司 | 钻井泥浆泵新型传动装置 |
| CN106586867A (zh) * | 2016-12-16 | 2017-04-26 | 中国石油天然气集团公司 | 一种石油钻井绞车 |
| EP3385497B1 (en) * | 2017-04-04 | 2019-12-25 | VAREL EUROPE (Société par Actions Simplifiée) | Method of optimizing drilling operation using empirical data |
| IT201800003793A1 (it) * | 2018-03-20 | 2019-09-20 | Soilmec Spa | Macchina perforatrice dotata di un dispositivo di movimentazione della batteria di perforazione a frenata elettrica. |
| CN208249756U (zh) * | 2018-04-28 | 2018-12-18 | 宝鸡石油机械有限责任公司 | 一种多电机单侧布置的单轴石油钻井绞车 |
| CN211287507U (zh) * | 2019-12-25 | 2020-08-18 | 北京中兴天传电气技术有限公司 | 应用于石油钻机的新型驱动系统 |
| CN110995087A (zh) * | 2019-12-29 | 2020-04-10 | 徐州中矿大传动与自动化有限公司 | 一种多电机机群系统功率平衡控制方法及装置 |
| CN111075425B (zh) * | 2020-01-03 | 2023-01-24 | 成都中车电机有限公司 | 一种在多电机驱动钻井系统中的控制方法 |
-
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Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN201241686Y (zh) * | 2008-08-22 | 2009-05-20 | 西安宝美电气工业有限公司 | 一体化钻机控制系统 |
| RU107547U1 (ru) * | 2011-03-21 | 2011-08-20 | Закрытое акционерное общество "УРБО" (ЗАО "УРБО") | Система управления приводами главных механизмов буровой установки |
| CN204835555U (zh) * | 2015-06-08 | 2015-12-02 | 中国电信股份有限公司江苏分公司 | 一种人工智能化的发电机并机系统 |
| CN109113708A (zh) * | 2017-06-24 | 2019-01-01 | 西安曼海特工业技术有限公司 | 一种钻机控制系统 |
| CN111120582A (zh) * | 2020-02-25 | 2020-05-08 | 华兴智控(北京)能源有限公司 | 一种石油钻井用多电机驱动平行轴齿轮合力减速箱 |
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| "如何利用PLC快速诊断钻井电控系统故障";杨守生，等;《电子世界》;20160131(第2期);全文 * |
| "破除旧观念创造新钻机(三)";陈如恒;《石油矿场机械》;20080525(第5期);全文 * |
| "螺丝桩钻机自动送钻同步性能的研究";刘平勋;《中国优秀硕士学位论文全文数据库信息科技辑》;20081115(第11期);第19页 * |
| "驱动弹性负载的调速传动";马小亮;《电气传动》;20080720(第7期);全文 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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