CN116025295A - 一种纯电动模块化车载钻修井机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种纯电动模块化车载钻修井机，包括高压变频控制模块(1)、车载蓄电池(4)、变频器(5)、车载变频电机(6)、传动箱(8)、三轴输出分动箱(9)、液压系统(10)、泥浆泵(17)、控制室(25)、井架系统(26)、底盘(27)、电池模块(a)、动力模块一(b)、动力模块二(c)、传动模块(d)、绞车模块(e)和转盘模块(f)等结构。所述高压变频控制模块(1)直接与井场网电连接，将电力输送给车载蓄电池(4)与电池模块(a)，为钻修井机的运移与执行机构提供动力，实现纯电动模块化，可根据不同的工况更换模块，具有灵活、方便组合与拆解、节能、维修成本低、实用性强等优点。

Description

一种纯电动模块化车载钻修井机

技术领域

本发明涉及石油装备技术领域，具体为一种纯电动模块化车载钻修井机。

背景技术

随着电能发展，在石油装备领域中，将电动技术与传统钻修井机技术相结合已成为必然的发展趋势。钻修井机能完成钻井与修井作业的专业机械设备，它结合了钻井机与修井机的主要功能，能够完成钻井、检泵、冲砂、洗井、换封、堵水等一系列施工作业。传统钻修井机多采用柴油机作为动力源，为钻修井机的行走与施工作业提供动力，但此种驱动方式燃油能耗大，传动效率低，使作业成本居高不下，并且污染排放量高，工作噪音大，对自然环境的负面影响十分严重。

纯电动模块化车载钻修井机，具有传动效率高、噪音小、作业成本低以及环保等优点，并且用低价清洁的电力代替柴油作为动力源，既符合国家节能减排的产业政策，也符合环境保护的要求，使用模块化具有快捷移运的特点，能有效提高钻修井施工的效率，极大的满足施工现场的需求。

发明内容

本发明的目的是：将纯电动技术与车载钻修井技术进行模块化结合，将各个模块采用撬装式的结构设计，根据功率需求不同，更换不同动力模块，达到节能效果。同时，使其具备在不同工况下可以灵活更换其余模块的功能，以快速满足不同施工要求。

为实现上述目的，本发明的技术方案包括：高压变频控制模块、直流线缆、交流线缆、车载蓄电池、变频器、车载变频电机、变频电机、传动轴、传动箱、三轴输出分动箱、两轴输出分动箱、液压系统、前桥、后桥、泥浆泵、控制室、井架系统、底盘、电池模块、动力模块、传动模块、绞车模块与转盘模块等结构；所述高压变频控制模块通过直流线缆分别与车载蓄电池与电池模块相连接，也可以通过直流线缆与车载蓄电池连接，通过交流线缆与动力模块连接；所述车载蓄电池通过直流线缆与变频器连接，变频器通过交流线缆与车载变频电机连接，车载变频电机通过传动轴与传动箱连接，传动箱通过传动轴与三轴输出分动箱连接，三轴输出分动箱通过传动轴分别与前桥、后桥和液压系统连接；所述电池模块通过交流线缆分别与两个动力模块连接；所述动力模块通过传动轴与泥浆泵连接或者通过传动轴与传动模块连接，传动模块通过传动轴分别与绞车模块与转盘模块相连接。

所述高压变频控制模块中包含有漏电保护装置、整流器、变压器、变频器、真空短路器和各种计量仪器等装置，其输入端直接与井场电网连接，将高压交流电经过变频、变压、整流后从直流输出端以直流电形式输出，从交流输出端以交流电形式输出，并且其漏电保护装置可配合各种计量仪器对电压、电流以及系统温度进行实时监测，保证施工现场的用电安全。

所述车载蓄电池、变频器、车载变频电机、传动箱、三轴输出分动箱、前桥、后桥和液压系统都安装于钻修井机底盘的底部；所述车载蓄电池除了通过变频器为车载变频电机提供动力以外还为显示仪表，照明系统、控制系统以及信号装置提供电力。

所述三轴输出分动箱可以根据不同工作情况改变动力输出的方向，当钻修井机处于运移状态时三轴输出分动箱将输入的动力分配给前桥与后桥，用以驱动车辆行驶，当钻修井机处于驻车作业状态时三轴输出分动箱将输入的动力只分配给液压系统，用以辅助钻修井作业。

所述电池模块中包含有电池保护系统、高容量蓄电池和变频器，高容量蓄电池为一种双电层电容器电池，其通过极化电解质的方式将高压变频控制模块输出的直流电存储起来，在工作时通过变频器将直流电转换为交流电输出给动力模块，电池保护系统能够在高容量蓄电池充满电后自动断开电力输入，保证高容量蓄电池不会过充，并且对高容量电池进行实时监测，确保其不会出现过压、欠压、过流、温度过高、温度过低和电池老化失效等情况。

所述动力模块分为动力模块一和动力模块二，动力模块一中包含有变频电机与离合器，动力模块二中包含有变频电机、并车箱和离合器。

所述传动模块中包含有两轴输出分动箱与离合器，两轴输出分动箱将经传动轴输入的动力均匀分配后通过离合器的输出轴输出给绞车模块和转盘模块。

所述电池模块、动力模块、传动模块、绞车模块和转盘模块都是将所包含的装置集成为一体的模块化结构，并且模块外壳体都采用撬装式结构设计，可根据不同的施工情况更换其中部分相应模块，以满足不同的施工需求。

所述绞车模块中包含有传动轴、角传动箱、滚筒、绞车架、护罩、天车防碰装置和液压盘式刹车；所述传动模块将动力传到角传动箱后再通过链条传给滚筒；所述液压系统为液压盘式刹车提供液压动力。

所述转盘模块中包含有传动轴、转盘传动箱、翻转链条箱和转盘；所述传动模块输出的动力通过传动轴、转盘传动箱、翻转链条箱来驱动转盘。

本发明具有以下优点：将传统的车载钻修井机功能技术与纯电动技术进行模块化融合，实现了车载钻修井机的纯电动模块化连接，克服了传统柴油机车载钻修井机燃油能耗大、传动效率低、不灵活的弊端，本发明具有灵活、方便模块组合与分解、节能、维修成本低、适应能力强、实用性强、操作方便等优点。

附图说明

图1是本发明结构示意图（此图为图2的具体结构展示图）；

图2是本发明实施例1的原理框图；

图3是本发明实施例2的原理框图；

图4是本发明实施例3的原理框图；

图5是本发明实施例4的原理框图。

图中：1-高压变频控制模块，2-直流线缆，3-交流线缆，4-车载蓄电池，5-变频器，6-车载变频电机，7-传动轴，8-传动箱，9-三轴输出分动箱，10-液压系统，11-前桥，12-后桥，13-电池保护系统，14-高容量蓄电池，15-变频电机，16-离合器，17-泥浆泵，18-并车箱，19-两轴输出分动箱，20-转盘传动箱，21-翻转链条箱，22-转盘，23-角传动箱，24-滚筒，25-控制室，26-井架系统，27-底盘， a-电池模块， b-动力模块一， c-动力模块二， d-传动模块， e-绞车模块， f-转盘模块。

实施方式

为进一步阐述本发明的实现过程，以下结合附图及实施例对本发明的具体实施方式、结构特征及功效，详细说明如下。

其中，图2、3、4、5是本发明在不同模块组合下的原理框图，图1是对图2的具体结构展示（将图2中的不同模块应用到钻修井机的车架上进行展示，从而形成了图1）。

实施例

如图2所示，在施工作业时，所述高压变频控制模块1直接与井场网电通过高压线缆连接，高压变频控制模块1将高压交流电经过变频、变压、整流后从输出端以直流电的形式通过直流线缆2分别输出给车载蓄电池4与电池模块 a；所述车载蓄电池4将电力储存起来，在工作时将电力以直流电的形式通过直流线缆2输送给变频器5，变频器5将直流电逆变为交流电后通过交流线缆3输送给车载变频电机6，车载变频电机6将电能转化为机械能后通过传动轴7将动力传递给传动箱8，传动箱8将动力经过减速变矩后通过传动轴7传递给三轴输出分动箱9，在钻修井机处于运移状态时三轴输出分动箱9将输入的动力分配给前桥11与后桥12，用以驱动车辆行驶，在钻修井机处于驻车作业状态时三轴输出分动箱9将输入的动力只分配给液压系统10，用以辅助钻修井作业；所述电池模块 a中的电池保护系统13可实时监测高容量蓄电池14充电与放电的全过程，保证高容量蓄电池14不出现过压、欠压、过流、温度过高、温度过低和电池老化失效等情况；所述变频器5将高容量蓄电池14储存的直流电逆变为交流电后通过一条交流线缆3输出给动力模块一 b；所述变频器5通过两条交流线缆3输出给动力模块二 c；所述动力模块一 b将输入的电能转换为机械能后通过传动轴7传递给泥浆泵17；所述动力模块二 c中的两台变频电机15将输入的电能转换为机械能之后，通过传动轴7传递给并车箱18，并车箱18将两台变频电机15输入的动力合并之后通过离合器16的传动轴7传递给传动模块 d；所述传动模块 d将输入的动力由两轴输出分动箱19通过传动轴7平均分配后再通过离合器16传递给绞车模块 e和转盘模块 f，以驱动绞车模块 e中的滚筒24与转盘模块 f中的转盘22，从而完成钻修井作业。

本实施例适用于井场电网无法提供足够且功率稳定的电力，并且执行机构都需要较大功率才能正常工作的情况。考虑到井场网电无法提供足够且功率稳定的电力，则选择安装电池模块 a来存储电力，利用非工作时间用井场网电为电池模块 a充电，在工作时电池模块 a就能为泥浆泵17、绞车模块 e与转盘模块 f提供足够的电力；考虑到执行机构需要较大的功率才能正常工作，则动力模块一 b与动力模块二 c中的变频电机15选择大功率的变频电机15，并且由于绞车模块 e与转盘模块 f所消耗的功率更高，则动力模块二 c中安装两台同样的变频电机15，再通过并车箱18将动力合并后输出，以满足绞车模块 e与转盘模块 f的功率需求。

实施例

如图3所示，本实施例与实施例1类似，不同之处在于：将实施例1中所述动力模块二 c更换为动力模块一 b。

在施工作业时，本实施例的工作情况与实施例1类似，不同之处在于：所述电池模块 a与动力模块一 b连接时只需要使用一条交流线缆3将电池模块 a的输出端与动力模块一 b的输入端相连。

本实施例适用于井场电网无法提供足够且功率稳定的电力，并且执行机构不需要太大功率就能正常工作的情况。考虑到井场网电无法提供足够且功率稳定的电力，则选择安装电池模块 a来存储电力，利用非工作时间用井场网电为电池模块 a充电，在工作时电池模块 a就能为泥浆泵17、绞车模块 e与转盘模块 f提供足够的电力；考虑到执行机构不需要太大功率就能正常工作，则动力模块中的变频电机15都选择能满足施工条件的小功率电机即可，并且将动力模块二 c更换为动力模块一 b。

实施例

如图4所示，本实施例与实施例1类似，不同之处在于：将实施例1中所述电池模块 a去掉，所述高压变频控制模块1通过直流线缆2与车载蓄电池4连接，通过交流线缆3分别与动力模块一 b与动力模块二 c连接。

在施工作业时，本实施例的工作情况与实施例1类似，不同之处在于：所述高压变频控制模块1将高压交流电经过变频变压后从其交流输出端以交流电的形式通过交流线缆3分别输出给动力模块一 b与动力模块二 c，将高压交流电经过变频、变压、整流后从其直流输出端以直流电的形式通过直流线缆2输出给车载蓄电池4。

本实施例适用于井场电网不同的功率，能灵活满足现场施工作业的需要。考虑到井场电网能满足现场施工作业需要时，则不需要安装电池模块 a就能为执行机构提供足够且功率稳定的电力，所以高压变频控制模块1直接通过交流线缆3与动力模块一 b和动力模块二 c连接即可；考虑到执行机构需要较大的功率才能正常工作，则动力模块一 b和动力模块二 c中的变频电机15需选择大功率的变频电机15，并且由于绞车模块 e与转盘模块 f所消耗的功率更高，则动力模块二 c中安装两台同样的变频电机15，再通过并车箱18将动力合并后输出，以满足绞车模块 e与转盘模块 f的功率需求。

实施例

如图5所示，本实施例与实施例1类似，不同之处在于：将实施例1中所述电池模块 a去掉，所述动力模块二 c更换为动力模块一 b；所述高压变频控制模块1通过直流线缆2与车载蓄电池4连接，通过交流线缆3分别与两个动力模块一 b连接。

在施工作业时，本实施例的工作情况与实施例1类似，不同之处在于：所述高压变频控制模块1将高压交流电经过变频变压后从其交流输出端以交流电的形式通过交流线缆3分别输出给两个动力模块一 b，将高压交流电经过变频、变压、整流后从其直流输出端以直流电的形式通过直流线缆2输出给车载蓄电池4；所述高压控制模块与动力模块一 b连接时只需要使用一条交流线缆3将高压控制模块的交流电输出端与动力模块一 b的输入端相连。

本实施例适用于井场电网的功率能充分满足现场施工作业的需要，并且执行机构不需要太大功率就能正常工作的情况。考虑到井场电网能充分满足现场施工作业需要，则不需要安装电池模块 a就能为执行机构提供足够且功率稳定的电力，所以高压变频控制模块1直接通过交流线缆3与动力模块一 b连接即可；考虑到执行机构不需要太大功率就能正常工作，则将动力模块二 c更换为动力模块一 b，并且动力模块一 b中的变频电机15都选择能满足施工条件的小功率电机。

基于上述实施例的原理，可对其中各个模块进行类似的变化或组合或叠加，从而可得到相类似的技术方案，解决本发明的技术问题。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明可以扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新方法或过程或任何新的组合。

Claims (10)

1.一种纯电动模块化车载钻修井机，其特征在于：它包括高压变频控制模块(1)、直流线缆(2)、交流线缆(3)、车载蓄电池(4)、变频器(5)、车载变频电机(6)、传动轴(7)、传动箱(8)、三轴输出分动箱(9)、液压系统(10)、前桥(11)、后桥(12)、电池保护系统(13)、高容量蓄电池(14)、泥浆泵(17)、控制室(25)、井架系统(26)、底盘(27)、电池模块(a)、动力模块一(b)、动力模块二(c)、传动模块(d)、绞车模块(e)与转盘模块(f)等结构；所述高压变频控制模块(1)通过直流线缆(2)分别与车载蓄电池(4)与电池模块(a)相连接，或者通过直流线缆(2)与车载蓄电池(4)连接，通过交流线缆(3)与动力模块连接；所述车载蓄电池(4)通过直流线缆(2)与变频器(5)连接，变频器(5)通过交流线缆(3)与车载变频电机(6)连接，车载变频电机(6)通过传动轴(7)与传动箱(8)连接，传动箱(8)通过传动轴(7)与三轴输出分动箱(9)连接，三轴输出分动箱(9)通过传动轴(7)分别与前桥(11)、后桥(12)和液压系统(10)连接；所述电池模块(a)通过交流线缆(3)分别与动力模块一(b)和动力模块二(c)连接；所述动力模块一(b)和动力模块二(c)通过传动轴(7)与泥浆泵(17)连接或者通过传动轴(7)与传动模块(d)连接，传动模块(d)通过传动轴(7)分别与绞车模块(e)与转盘模块(f)相连接。

2.根据权利要求1所述的一种纯电动模块化车载钻修井机，其特征在于：所述高压变频控制模块(1)中包含有漏电保护装置、整流器、变压器、变频器(5)、真空短路器和各种计量仪器等装置，其输入端直接与井场电网连接，将高压交流电经过变频、变压、整流后从直流输出端以直流电形式输出，从交流输出端以交流电形式输出，并且其漏电保护装置可配合各种计量仪器对电压、电流以及系统温度进行实时监测。

3.根据权利要求1所述的一种纯电动模块化车载钻修井机，其特征在于：所述车载蓄电池(4)、变频器(5)、车载变频电机(6)、传动箱(8)、三轴输出分动箱(9)、前桥(11)、后桥(12)和液压系统(10)都安装于钻修井机底盘；所述车载蓄电池(4)除了通过变频器(5)为车载变频电机(6)提供电力以外，还为显示仪表、照明系统、控制系统以及信号装置提供电力。

4.根据权利要求1所述的一种纯电动模块化车载钻修井机，其特征在于：所述三轴输出分动箱(9)可以根据不同工作情况改变动力输出的方向，当钻修井机处于运移状态时三轴输出分动箱(9)将输入的动力分配给前桥(11)与后桥(12)，用以驱动车辆行驶，当钻修井机处于驻车作业状态时三轴输出分动箱(9)将输入的动力只分配给液压系统(10)，用以辅助钻修井作业。

5.根据权利要求1所述的一种纯电动模块化车载钻修井机，其特征在于：所述电池模块(a)中包含有电池保护系统(13)、高容量蓄电池(14)和变频器(5)，高容量蓄电池(14)为一种双电层电容器电池，其通过极化电解质的方式将高压变频控制模块(1)输出的直流电存储起来，在工作时通过变频器(5)将直流电转换为交流电输出给动力模块一(b)和动力模块二(c)，电池保护系统(13)能够在高容量蓄电池(14)充满电后自动断开电力输入，保证高容量蓄电池(14)不会过充，并且对高容量蓄电池(14)进行实时监测。

6.根据权利要求1所述的一种纯电动模块化车载钻修井机，其特征在于：所述动力模块分为动力模块一(b)和动力模块二(c)，动力模块一(b)中包含有1个变频电机(15)与1个离合器(16)，动力模块二(c)中包含有2个变频电机(15)、1个并车箱(18)和1个离合器(16)。

7.根据权利要求1所述的一种纯电动模块化车载钻修井机，其特征在于：所述传动模块(d)中包含有1个两轴输出分动箱(19)与2个离合器(16)，两轴输出分动箱(19)将传动轴(7)输入的动力通过2个离合器(16)输出给绞车模块(e)和转盘模块(f)。

8.根据权利要求1所述的一种纯电动模块化车载钻修井机，其特征在于：所述电池模块(a)、动力模块一(b)、动力模块二(c)、传动模块(d)、绞车模块(e)和转盘模块(f)是6个可单独拆装的模块化结构，并且模块外壳体都采用撬装式结构，可根据不同的工况更换相应模块，以满足不同的施工需求。

9.根据权利要求1所述的一种纯电动模块化车载钻修井机，其特征在于：所述绞车模块(e)中包含有传动轴(7)、角传动箱(23)、滚筒(24)、绞车架、护罩、天车防碰装置和液压盘式刹车；所述传动模块(d)将动力传到角传动箱(23)后再通过链条传给滚筒(24)；所述液压系统(10)为液压盘式刹车提供液压动力。

10.根据权利要求1所述的一种纯电动模块化车载钻修井机，其特征在于：所述转盘模块(f)中包含有传动轴(7)、转盘传动箱(20)、翻转链条箱(21)和转盘(22)；所述传动模块(d)输出的动力通过传动轴(7)、转盘传动箱(20)、翻转链条箱来驱动转盘(22)。

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