CN113896127B - 一种储能修井机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及修井机技术领域，公开一种储能修井机，包括储能机构，储能机构固定安装在修井机本体的车厢内部，蜗杆的上端贯穿储能箱的上端，且蜗杆的上端与蜗轮啮合连接；储能箱的内部竖直安装有四组飞轮储能器，减速机贯穿于储能箱的内底部并延伸入齿轮传动箱内；通过四组不同储能等级的飞轮储能器，在工作时能根据工作环境及工矿需求进行转换使用，采用合理功率的飞轮储能器工作，更为节能；四组飞轮储能器在工作时，直接通过PLC控制器控制电动推杆实现切换，操控方便；采用超级电容电池组配合四组飞轮储能器搭配在修井机本体上，使用寿命长、效率高、维护频率较低、稳定性好，且具有较高的功率密度，响应速度快；能够满足各种复杂的工矿需求。

Description

一种储能修井机

技术领域

本发明涉及修井机技术领域，具体来说，涉及一种储能修井机。

背景技术

修井机主要是油田进行各类油、水井管具起下作业及井下作业的常用设备。修井机常 用来起升和下放管柱作业，起升管柱的作业是间歇性的周期过程。修井机机动起升管柱的时间约占整个起单根周期的1/4，而卸扣、摆放单根等辅助作业时间则占3/4。

修井机在工作时，为了满足快速升起管柱的需求，一般都会配备大功率动力机，而在修井过程中，管柱下放、井筒清理、打捞落物以及套管修补等仅需要中小功率动力机即可满足使用，单单采用一种大功率机工作，耗能较高。

为此，我们提出一种能够多档调节的，能够根据工作环境及工矿合理调节的储能修井机。

发明内容

本发明的技术任务是针对以上不足，提供一种储能修井机，通过四组不同储能等级的飞轮储能器，在工作时能够根据工作环境及工矿需求进行转换使用，采用合理功率的飞轮储能器工作，更为节能；且四组飞轮储能器在工作时，直接通过PLC控制器控制电动推杆实现切换，操控方便；采用超级电容电池组配合四组飞轮储能器搭配在修井机本体上，使用寿命长、效率高、维护频率较低、稳定性好，且具有较高的功率密度，响应速度快；能够满足各种复杂的工矿需求；来解决上述问题。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种储能修井机，包括：储能机构，所述储能机构固定安装在修井机本体的车厢内部，所述储能机构包括有齿轮传动箱、储能箱以及动力机构，所述动力机构固定安装在所述储能箱的顶部，所述动力机构包括立板，所述立板设置有两组，且两组立板固定连接在所述储能箱顶部的一端，两组所述立板之间通过支撑轴承转动安装有转动轴，所述转动轴上固定安装有卷绕绳轮，且转动轴上安装有蜗轮，所述储能箱的内底部固定安装有密封轴承，所述密封轴承的内圈中固定插接有蜗杆，所述蜗杆的上端贯穿所述储能箱的上端，且蜗杆的上端与所述蜗轮啮合连接；

其中，所述储能箱的内部竖直安装有四组飞轮储能器，所述飞轮储能器包括真空容器，所述真空容器的内部设置有飞轮室，所述真空容器的内部固定安装有电动发电一体机，所述电动发电一体机的中轴两端分别通过磁悬浮轴承转动安装在真空容器内，所述中轴上固定安装有蓄能飞轮，所述蓄能飞轮设置在所述飞轮室内；所述真空容器的一侧外部安装有电力转换器；

所述真空容器的上端通过第一螺栓固定安装有端盖，所述端盖的顶部设置为铜质的导热板，位于上侧的磁悬浮轴承的外侧固定连接有热管，所述热管的上端与导热板的底部固定连接；所述真空容器的下端外侧固定连接有连接法兰，所述真空容器的下端中部固定安装有减速机，所述中轴的下端与所述减速机的输入轴传动连接，所述减速机的下端设置有输出轴，所述连接法兰的底部表面固定粘接有减震垫，所述连接法兰通过第二螺栓固定安装在所述储能箱的内底部，且减速机贯穿于储能箱的内底部并延伸入所述齿轮传动箱内；

所述齿轮传动箱的内部一端固定连接有第一直线轴承，所述齿轮传动箱的内部另一端滑动安装有与所述第一直线轴承对齐设置的第二直线轴承，所述第一直线轴承和第二直线轴承的内部转动安装有传动轴，所述蜗杆的下端固定安装有主驱动锥齿轮，所述输出轴的下端固定安装有竖直锥齿轮，所述传动轴上固定安装有成对设置的且能够分别与主驱动锥齿轮和竖直锥齿轮啮合的水平锥齿轮，所述齿轮传动箱的一端固定安装有电动推杆，所述电动推杆具有活塞杆，活塞杆的一端通过连杆与所述第二直线轴承的侧面固定连接，所述传动轴上固定连接有两组限位杆，两组所述限位杆分别设置在第二直线轴承两端的外侧。

作为优选，所述齿轮传动箱的一端开设有便于第二直线轴承穿过的通孔，所述齿轮传动箱的一端固定安装有操作箱，所述电动推杆设置在所述操作箱的内部，所述操作箱的外部固定安装有PLC控制器，所述电动推杆受控于所述PLC控制器。

作为优选，所述主驱动锥齿轮、竖直锥齿轮以及水平锥齿轮均设置为直齿形锥齿轮。

作为优选，所述储能机构还包括有超级电容电池组，所述超级电容电池组能够通过电力转换器与飞轮储能器电连接。

作为优选，所述修井机本体上还安装有伸缩架，所述伸缩架的端部固定安装有操作台，所述操作台上安装有滑轮组，所述卷绕绳轮通过滑轮以及绳索与滑轮组连接并用于提供驱动力或抬升力。

作为优选，所述真空容器上还安装有抽真空泵、真空度检测传感器，所述真空度检测传感器的信号输出端与PLC控制器连接，所述抽真空泵受控于所述PLC控制器。

作为优选，所述传动轴设置有两根，且每根传动轴上均设置有两对水平锥齿轮，且两对水平锥齿轮的齿面朝向相反。

作为优选，四组所述飞轮储能器呈两排对齐设置，所述主驱动锥齿轮设置在四组所述竖直锥齿轮对角线的中心点上。

作为优选，四组所述飞轮储能器中的蓄能飞轮的质量比例分别为1:2:3:4。

作为优选，所述修井机本体的车厢内底部铺设有橡胶垫。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：

1、本发明储能修井机，通过四组不同储能等级的飞轮储能器，在工作时能够根据工作环境及工矿需求进行转换使用，采用合理功率的飞轮储能器工作，更为节能；

2、本发明储能修井机，直接将飞轮储能器中的机械能进行传动使用，能源利用率较高；且四组飞轮储能器在工作时，直接通过PLC控制器控制电动推杆实现切换，操控方便；

3、本发明储能修井机，采用超级电容电池组配合四组飞轮储能器搭配在修井机本体上，使用寿命长、效率高、维护频率较低、稳定性好，且具有较高的功率密度，响应速度快；能够满足各种复杂的工矿需求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本发明实施例的修井机本体的结构示意图；

图2是根据本发明实施例的储能机构的结构示意图；

图3是根据本发明实施例的储能箱内部的俯视结构示意图；

图4是根据本发明实施例的飞轮储能器的结构示意图；

图5是根据本发明实施例的真空容器的内部结构示意图；

图6是根据本发明实施例的齿轮传动箱的内部俯视结构示意图；

图7是根据本发明实施例的图6中的A部放大结构示意图；

图8是根据本发明实施例的水平锥齿轮和竖直锥齿轮的结构示意图；

图 9 是根据本发明实施例的齿轮传动箱和储能箱的内部结构示意图。

图中：

1、修井机本体；2、车厢；3、伸缩架；4、操作台；5、滑轮组；6、储能机构；

60、操作箱；601、PLC控制器；61、齿轮传动箱；62、储能箱；621、密封轴承；63、立板；64、超级电容电池组；65、卷绕绳轮；66、蜗轮；67、转动轴；68、蜗杆；69、支撑轴承；

7、飞轮储能器；701、真空容器；702、导热板；703、端盖；704、第一螺栓；705、电力转换器；706、飞轮室；707、第二螺栓；708、连接法兰；709、减震垫；710、减速机；711、输出轴；

712、中轴；713、热管；714、电动发电一体机；715、磁悬浮轴承；716、蓄能飞轮；

801、水平锥齿轮；802、竖直锥齿轮；803、传动轴；804、第一直线轴承；805、通孔；806、第二直线轴承；807、限位杆；808、连杆；809、电动推杆；810、主驱动锥齿轮。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

如图1-图9所示，根据本发明实施例的一种储能修井机，包括储能机构6，所述储能机构6固定安装在修井机本体1的车厢2内部，所述储能机构6包括有齿轮传动箱61、储能箱62以及动力机构，所述动力机构固定安装在所述储能箱62的顶部，所述动力机构包括立板63，所述立板63设置有两组，且两组立板63固定连接在所述储能箱62顶部的一端，两组所述立板63之间通过支撑轴承69转动安装有转动轴67，所述转动轴67上固定安装有卷绕绳轮65，且转动轴67上安装有蜗轮66，所述储能箱62的内底部固定安装有密封轴承621，所述密封轴承621的内圈中固定插接有蜗杆68，所述蜗杆68的上端贯穿所述储能箱62的上端，且蜗杆68的上端与所述蜗轮66啮合连接；

如图3、图4和图5所示，所述储能箱62的内部竖直安装有四组飞轮储能器7，所述飞轮储能器7包括真空容器701，所述真空容器701的内部设置有飞轮室706，所述真空容器701的内部固定安装有电动发电一体机714，所述电动发电一体机714的中轴712两端分别通过磁悬浮轴承715转动安装在真空容器701内，所述中轴712上固定安装有蓄能飞轮716，所述蓄能飞轮716设置在所述飞轮室706内；所述真空容器701的一侧外部安装有电力转换器705；

如图4所示，所述真空容器701的上端通过第一螺栓704固定安装有端盖703，所述端盖703的顶部设置为铜质的导热板702，位于上侧的磁悬浮轴承715的外侧固定连接有热管713，所述热管713的上端与导热板702的底部固定连接；所述真空容器701的下端外侧固定连接有连接法兰708，所述真空容器701的下端中部固定安装有减速机710，所述中轴712的下端与所述减速机710的输入轴传动连接，所述减速机710的下端设置有输出轴711，所述连接法兰708的底部表面固定粘接有减震垫709，所述连接法兰708通过第二螺栓707固定安装在所述储能箱62的内底部，且减速机710贯穿于储能箱62的内底部并延伸入所述齿轮传动箱61内；

如图6所示，所述齿轮传动箱61的内部一端固定连接有第一直线轴承804，所述齿轮传动箱61的内部另一端滑动安装有与所述第一直线轴承804对齐设置的第二直线轴承806，所述第一直线轴承804和第二直线轴承806的内部转动安装有传动轴803，所述蜗杆68的下端固定安装有主驱动锥齿轮810，所述输出轴711的下端固定安装有竖直锥齿轮802，所述传动轴803上固定安装有成对设置的且能够分别与主驱动锥齿轮810和竖直锥齿轮802啮合的水平锥齿轮801，所述齿轮传动箱61的一端固定安装有电动推杆809，所述电动推杆809具有活塞杆，活塞杆的一端通过连杆808与所述第二直线轴承806的侧面固定连接，所述传动轴803上固定连接有两组限位杆807，两组所述限位杆807分别设置在第二直线轴承806两端的外侧。

如图6和图7所示，所述齿轮传动箱61的一端开设有便于第二直线轴承806穿过的通孔805，所述齿轮传动箱61的一端固定安装有操作箱60，所述电动推杆809设置在所述操作箱60的内部，所述操作箱60的外部固定安装有PLC控制器601，所述电动推杆809受控于所述PLC控制器601。通过PLC控制器601控制电动推杆809伸缩，从而控制不同对的水平锥齿轮801与主驱动锥齿轮810、竖直锥齿轮802啮合，从而实现切换不同的飞轮储能器7进行驱动工作。

如图8中所示，所述主驱动锥齿轮810、竖直锥齿轮802以及水平锥齿轮801均设置为直齿形锥齿轮。直齿形锥齿轮使得电动推杆809驱动传动轴803平移后，主驱动锥齿轮810与水平锥齿轮801之间，以及竖直锥齿轮802与水平锥齿轮801之间能够很好地啮合在一起。

具体在实施时，所述储能机构6还包括有超级电容电池组64，所述超级电容电池组64能够通过电力转换器705与飞轮储能器7电连接。所述修井机本体1上还安装有伸缩架3，所述伸缩架3的端部固定安装有操作台4，所述操作台4上安装有滑轮组5，所述卷绕绳轮65通过滑轮以及绳索与滑轮组5连接并用于提供驱动力或抬升力。所述真空容器701上还安装有抽真空泵、真空度检测传感器，所述真空度检测传感器的信号输出端与PLC控制器601连接，所述抽真空泵受控于所述PLC控制器601。

如图6中所示，所述传动轴803设置有两根，且每根传动轴803上均设置有两对水平锥齿轮801，且两对水平锥齿轮801的齿面朝向相反。四组所述飞轮储能器7呈两排对齐设置，所述主驱动锥齿轮810设置在四组所述竖直锥齿轮802对角线的中心点上。主驱动锥齿轮810设置在中心处，便于两根传动轴803上的水平锥齿轮801与主驱动锥齿轮810啮合。

在实施时，四组所述飞轮储能器7中的蓄能飞轮716的质量比例分别为1:2:3:4。所述修井机本体1的车厢2内底部铺设有橡胶垫。在实施时，蓄能飞轮716的储能功率与其的质量和速度呈正比，通过控制其质量的不同，区分出不同功率的飞轮储能器7，便于根据质量比进行合理使用；同时还能够调节各自的速度，再精细化控制蓄能功率。

为了方便理解本发明的上述技术方案，以下就本发明在实际过程中的工作原理或者操作方式进行详细说明。

飞轮储能器7的工作原理：通过利用电动发电一体机714将电能转换为蓄能飞轮716的动能；由于飞轮储能器7的内部是真空的，且采用磁悬浮轴承715作为支撑件，能够满足蓄能飞轮716高速旋转的使用需求；在高速旋转且空载的状态下，飞轮储能器7能够稳定储能。飞轮储能器7的输出端能够输出机械能，相对于电能直接转换成机械能来说，具有响应速度快，尤其是在间断性工作下，无需频繁克服摩擦力，节能且工作稳定、使用寿命长，特别适合用于修井的间断性工作中；当修井工作结束后，利用电动发电一体机714再将蓄能飞轮716的动能转换成电能进行储存。

在实际应用时，四组飞轮储能器7按照其质量比例大小划分为一级功率储能器、二级功率储能器、三级功率储能器和四级功率储能器，其中一级功率储能器功率最大；在修井过程中，根据工矿所需功率大小，选择其中一个对应等级的功率储存器，通过PLC控制器601控制电动推杆809，使该功率储能器进行输出。工作时，四级功率储存器的功率最小，在实施例中，其主要用于使卷绕绳轮65反向放松绳索使用；而一级功率储能器、二级功率储能器、三级功率储能器，均用于使卷绕绳轮65正向卷绕拉紧绳索使用；其中的工作输出方向能够根据蓄能飞轮716的旋转方向进行改变设置。

综上所述，本发明储能修井机，通过四组不同储能等级的飞轮储能器7，在工作时能够根据工作环境及工矿需求进行转换使用，采用合理功率的飞轮储能器7工作，更为节能；直接将飞轮储能器7中的机械能进行传动使用，能源利用率较高；且四组飞轮储能器7在工作时，直接通过PLC控制器601控制电动推杆809实现切换，操控方便；采用超级电容电池组64配合四组飞轮储能器7搭配在修井机本体1上，使用寿命长、效率高、维护频率较低、稳定性好，且具有较高的功率密度，响应速度快；能够满足各种复杂的工矿需求。

通过上面具体实施方式，所述技术领域的技术人员可容易的实现本发明。但是应当理解，本发明并不限于上述的具体实施方式。在公开的实施方式的基础上，所述技术领域的技术人员可任意组合不同的技术特征，从而实现不同的技术方案。

Claims (7)

1.一种储能修井机，其特征在于，包括：

储能机构（6），所述储能机构（6）固定安装在修井机本体（1）的车厢（2）内部，所述储能机构（6）包括有齿轮传动箱（61）、储能箱（62）以及动力机构，所述动力机构固定安装在所述储能箱（62）的顶部，所述动力机构包括立板（63），所述立板（63）设置有两组，且两组立板（63）固定连接在所述储能箱（62）顶部的一端，两组所述立板（63）之间通过支撑轴承（69）转动安装有转动轴（67），所述转动轴（67）上固定安装有卷绕绳轮（65），且转动轴（67）上安装有蜗轮（66），所述储能箱（62）的内底部固定安装有密封轴承（621），所述密封轴承（621）的内圈中固定插接有蜗杆（68），所述蜗杆（68）的上端贯穿所述储能箱（62）的上端，且蜗杆（68）的上端与所述蜗轮（66）啮合连接；

其中，所述储能箱（62）的内部竖直安装有四组飞轮储能器（7），所述飞轮储能器（7）包括真空容器（701），所述真空容器（701）的内部设置有飞轮室（706），所述真空容器（701）的内部固定安装有电动发电一体机（714），所述电动发电一体机（714）的中轴（712）两端分别通过磁悬浮轴承（715）转动安装在真空容器（701）内，所述中轴（712）上固定安装有蓄能飞轮（716），所述蓄能飞轮（716）设置在所述飞轮室（706）内，四组所述飞轮储能器（7）中的蓄能飞轮（716）的质量比例分别为1:2:3:4，所述真空容器（701）的一侧外部安装有电力转换器（705）；

所述真空容器（701）的下端中部固定安装有减速机（710），所述中轴（712）的下端与所述减速机（710）的输入轴传动连接，所述减速机（710）的下端设置有输出轴（711）；

所述齿轮传动箱（61）的内部一端固定连接有第一直线轴承（804），所述齿轮传动箱（61）的内部另一端滑动安装有与所述第一直线轴承（804）对齐设置的第二直线轴承（806），所述第一直线轴承（804）和第二直线轴承（806）的内部转动安装有传动轴（803），所述蜗杆（68）的下端固定安装有主驱动锥齿轮（810），所述输出轴（711）的下端固定安装有竖直锥齿轮（802），所述传动轴（803）上固定安装有成对设置的且能够分别与主驱动锥齿轮（810）和竖直锥齿轮（802）啮合的水平锥齿轮（801），所述齿轮传动箱（61）的一端固定安装有电动推杆（809），所述电动推杆（809）具有活塞杆，活塞杆的一端通过连杆（808）与所述第二直线轴承（806）的侧面固定连接，所述传动轴（803）上固定连接有两组限位杆（807），两组所述限位杆（807）分别设置在第二直线轴承（806）两端的外侧。

2.根据权利要求1所述的一种储能修井机，其特征在于，所述真空容器（701）的上端通过第一螺栓（704）固定安装有端盖（703），所述端盖（703）的顶部设置为铜质的导热板（702），位于上侧的磁悬浮轴承（715）的外侧固定连接有热管（713），所述热管（713）的上端与导热板（702）的底部固定连接；所述真空容器（701）的下端外侧固定连接有连接法兰（708），所述连接法兰（708）的底部表面固定粘接有减震垫（709），所述连接法兰（708）通过第二螺栓（707）固定安装在所述储能箱（62）的内底部，且减速机（710）贯穿设置于储能箱（62）的内底部并延伸入所述齿轮传动箱（61）内。

3.根据权利要求2所述的一种储能修井机，其特征在于，所述齿轮传动箱（61）的一端开设有便于第二直线轴承（806）穿过的通孔（805），所述齿轮传动箱（61）的一端固定安装有操作箱（60），所述电动推杆（809）设置在所述操作箱（60）的内部，所述操作箱（60）的外部固定安装有PLC控制器（601），所述电动推杆（809）受控于所述PLC控制器（601），所述主驱动锥齿轮（810）、竖直锥齿轮（802）以及水平锥齿轮（801）均设置为直齿形锥齿轮。

4.根据权利要求3所述的一种储能修井机，其特征在于，所述储能机构（6）还包括有超级电容电池组（64），所述超级电容电池组（64）能够通过电力转换器（705）与飞轮储能器（7）电连接，所述修井机本体（1）上还安装有伸缩架（3），所述伸缩架（3）的端部固定安装有操作台（4），所述操作台（4）上安装有滑轮组（5），所述卷绕绳轮（65）通过滑轮以及绳索与滑轮组（5）连接并用于提供驱动力或抬升力。

5.根据权利要求4所述的一种储能修井机，其特征在于，所述真空容器（701）上还安装有抽真空泵、真空度检测传感器，所述真空度检测传感器的信号输出端与PLC控制器（601）连接，所述抽真空泵受控于所述PLC控制器（601），所述传动轴（803）设置有两根，且每根传动轴（803）上均设置有两对水平锥齿轮（801），且两对水平锥齿轮（801）的齿面朝向相反。

6.根据权利要求5所述的一种储能修井机，其特征在于，四组所述飞轮储能器（7）呈两排对齐设置，所述主驱动锥齿轮（810）设置在四组所述竖直锥齿轮（802）对角线的中心点上。

7.根据权利要求6所述的一种储能修井机，其特征在于，所述修井机本体（1）的车厢（2）内底部铺设有橡胶垫。

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