CN203450971U - 全自动缆线卷筒控制装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型为一种全自动缆线卷筒控制装置，该装置包括一底座，底座上转动地设有一缆线卷筒，缆线卷筒的转轴由一减速箱连接于一变频电机；一往复丝杠由丝杠支架设置在底座上，缆线卷筒的转轴与往复丝杠由一传动装置连接；在底座上设有与往复丝杠平行设置的导轨，导轨上滑动设有一张力检测装置，张力检测装置由一螺母连接于往复丝杠，张力检测装置的转轴上一体固定连接有一摆杆，摆杆端部设有导向轮组；卷筒控制装置包括一个接收张力检测装置的反馈信号并输出控制信号至变频电机的控制器。该装置采用电机进行卷筒收放驱动，利用张力检测装置进行张力反馈，对卷筒的收放进行实时闭环控制，实现与缆线拖动端的运动同步，保证缆线张力在合适的范围内。
Description
技术领域
本实用新型是关于一种采油工程设备，尤其涉及一种全自动缆线卷筒控制装置。
背景技术
20世纪90年代中期，智能注采系统越来越多的在油田开采和注水作业中得到应用。该智能注采系统要求长期在井下工作，通过实时监测井下参数对井下流动状态做出实时调整，因此，智能注采工艺中一般需要使用带有控制和监测缆线的井下流动控制和参数监测工具和装置，随注采管柱一起下入井下进行调控；根据不同的工艺需求，下入的缆线一般包括液压管线、电缆、光缆等。
在缆线随注采管柱下入的过程中，需要卷筒跟随管柱的起下同步实现收放动作，同时为了保护缆线，需要将缆线张力控制在合理范围内。目前，上述需求的难点主要集中在：1）由于修井机的动作通过人为控制，很难或不能获取修井机起下管柱的状态参数（包括起下的速度、加速度等）；2）起下过程中需要重复启停卷筒以装卸管柱，卷筒收放控制没有稳态过程；3）由于井下高温高压的恶劣条件，井下缆线需要进行耐压封装，一般在电缆、光缆外部包裹金属外壳承压并密封，导致缆线重量较大，卷筒惯量较大，难以仅通过控制力矩的方式控制张力。
现有的缆线卷筒大致分为手动、机械、电动等控制方式。手动卷筒最为简单，通过人力控制缆线的收放，但是，手动卷筒难以适用于卷筒惯量较大的场合；机械卷筒采用扭簧施加恒扭矩，实现恒张力控制，需要缆线张力带动卷筒加减速，但在卷筒惯量较大且需要提供较大收放加速度的场合，会导致缆线张力过大；电动卷筒通过电机进行收放，现有产品均与缆线拖动端使用同一控制系统，不需要张力检测既可实现缆线收放同步；但是，由于在缆线随注采管柱下入的过程中，缆线拖动端的移动是随时变化的，可能随时起或停，卷筒并不知道缆线拖动端的起停状态，因此，在这种工况条件下是不能采用现有电动卷筒的。
由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种全自动缆线卷筒控制装置，以克服现有技术的缺陷。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种全自动缆线卷筒控制装置，采用电机进行卷筒收放驱动，利用张力检测装置进行张力反馈，对卷筒的收放进行实时闭环控制，实现与缆线拖动端的运动同步，保证缆线张力在合适的范围内。
本实用新型的另一目的在于提供一种全自动缆线卷筒控制装置，该控制装置具有收缆排线功能，以保证缆线收回后整齐排列。
本实用新型的目的是这样实现的，一种全自动缆线卷筒控制装置，所述卷筒控制装置包括一底座，底座上转动地设有一缆线卷筒，所述缆线卷筒的转轴由一减速箱连接于一变频电机；一往复丝杠由丝杠支架设置在所述底座上，所述缆线卷筒的转轴与往复丝杠由一传动装置连接；在所述底座上设有与往复丝杠平行设置的导轨，导轨上滑动设有一张力检测装置，所述张力检测装置由一螺母连接于所述往复丝杠，张力检测装置的转轴上一体固定连接有一摆杆，所述摆杆端部设有导向轮组；所述卷筒控制装置还包括一个接收张力检测装置的反馈信号并输出控制信号至变频电机的控制器。
在本实用新型的一较佳实施方式中，所述张力检测装置至少包括一张力检测装置支架，张力检测装置支架上设有所述张力检测装置转轴；一扭簧一端固定于张力检测装置支架上，扭簧另一端固定连接在张力检测装置转轴上；所述张力检测装置支架与张力检测装置转轴之间设有一角位移传感器。
在本实用新型的一较佳实施方式中，所述控制器电连接于角位移传感器与变频电机之间。
在本实用新型的一较佳实施方式中，所述张力检测装置的转轴上还设有一摆杆位置调整摇把。
在本实用新型的一较佳实施方式中，所述往复丝杠与缆线卷筒的转轴平行设置，所述传动装置为一链传动机构。
在本实用新型的一较佳实施方式中，所述减速箱连接一手动摇柄。
由上所述，本实用新型的全自动缆线卷筒控制装置，采用变频电机进行卷筒收放驱动，可以通过变频器实现较好的转矩、速度和位置控制；利用张力检测装置进行张力反馈，对卷筒的收放进行实时闭环控制，可以为需要进行非主动的缆线同步收放作业提供缆线载体和自动控制，可以解决现场施工时人工控制卷筒难以与缆线拖动端同步而造成的缆线短时张力过大、缆线短时松弛问题，实现与缆线拖动端的运动同步，保证缆线张力在合适的范围内。解决了因排缆不整齐而造成的缆线纠缠、难以重复使用的问题，可以有效提高缆线使用次数和寿命，降低现场施工难度、降低成本。
附图说明
以下附图仅旨在于对本实用新型做示意性说明和解释，并不限定本实用新型的范围。其中：
图1：为本实用新型全自动缆线卷筒控制装置正视结构示意图。
图2：为本实用新型全自动缆线卷筒控制装置俯视结构示意图。
图3：为本实用新型全自动缆线卷筒控制装置自动缆线张力控制原理示意图。
具体实施方式
为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本实用新型的具体实施方式。
如图1、图2所示，本实用新型提出一种全自动缆线卷筒控制装置100，所述卷筒控制装置100包括一底座1，底座1上转动地设有一缆线卷筒2，所述缆线卷筒2的转轴21由一减速箱3连接于一变频电机4；一往复丝杠5由丝杠支架51设置在所述底座1上，所述缆线卷筒2的转轴21与往复丝杠5由一传动装置8连接，以将转轴21的旋转运动传递至往复丝杠5上，实现缆线卷筒2转动时带动往复丝杠5同步转动；在所述底座1上设有与往复丝杠5平行设置的导轨11，导轨11上滑动设有一张力检测装置6，所述张力检测装置6由一螺母52连接于所述往复丝杠5，张力检测装置6的转轴61上一体固定连接有一摆杆7，所述摆杆7端部设有导向轮组71，如图3所示，在向井下输送缆线时，所述导向轮组71压设于缆线9上方；所述卷筒控制装置100还包括一个接收张力检测装置6的反馈信号并输出控制信号至变频电机4的控制器（图中未示出）。
在本实施方式中，所述张力检测装置6至少包括一张力检测装置支架62，张力检测装置支架62在所述导轨11上滑动设置，张力检测装置支架62上设有所述张力检测装置转轴61；一扭簧63一端固定于张力检测装置支架62上，扭簧63另一端固定连接在张力检测装置转轴61上；所述张力检测装置支架62与张力检测装置转轴61之间设有一角位移传感器64。所述控制器电连接于角位移传感器64与变频电机4之间。
如图3所示，所述全自动缆线卷筒控制装置100自动缆线张力控制的工作原理为：缆线9由缆线卷筒2伸出后，首先穿过导向轮组71，再通过井口91上方的导向滑轮92，向下连接至下井管柱；由于摆杆7和扭簧63的作用，缆线9始终处于张紧状态。当缆线张力较小时，摆杆7位置较低（如图3中实线所示，接近初始位置）；而当缆线张力较大时，摆杆7位置较高（如图3中虚线所示，接近极限位置），通过角位移传感器64即可估计缆线张力大小；控制器将角位移传感器64反馈的张力与设定的张力控制范围相比较，实时控制变频电机的收放速度、力矩等，张力小则收缆减速或放缆加速，张力大则收缆加速或放缆减速，使缆线张力始终控制在设定范围内；此外，张力检测装置的摆杆7还能为缆线张力的快速变化提供缓冲，降低对控制系统及电机响应速度的要求。
进一步，在本实施方式中，所述往复丝杠5与缆线卷筒的转轴21平行设置，所述传动装置8为一链传动机构81；链传动机构81能够将转轴21的旋转运动传递至往复丝杠5上，实现缆线卷筒2转动时带动往复丝杠5同步转动；此外，链传动机构81中还包括一换向机构（此为现有成熟技术，再次不再赘述），可以使往复丝杠5正反两方向转动，从而带动螺母52作往复移动，由此，可以自动实现缆线规则、密实排布。
在本实施方式中，如图2所示，所述张力检测装置的转轴61上还设有一摆杆位置调整摇把611，实现摆杆7初始位置和扭簧63扭矩大小的调节。
如图1所示，所述减速箱3上连接一手动摇柄31，可以手动实现卷筒收放。
与现有缆线卷筒装置相比，本实用新型的全自动缆线卷筒控制装置具有如下有益效果：1）可以在无法获取缆线拖动端运动状态的情况下，无需人工干预，自动实现缆线收放同步控制，并将缆线张力控制在合适的范围内；2）可以自动实现缆线的规则、密实排布；3）除全自动收放控制外，还可以实现人工控制的电动收放功能和机械式人力收放功能，适应各种不同工况，可靠性高。
由上所述，本实用新型的全自动缆线卷筒控制装置，采用变频电机进行卷筒收放驱动，可以通过变频器实现较好的转矩、速度和位置控制；利用张力检测装置进行张力反馈，对卷筒的收放进行实时闭环控制，可以为需要进行非主动的缆线同步收放作业提供缆线载体和自动控制，可以解决现场施工时人工控制卷筒难以与缆线拖动端同步而造成的缆线短时张力过大、缆线短时松弛问题，实现与缆线拖动端的运动同步，保证缆线张力在合适的范围内。解决了因排缆不整齐而造成的缆线纠缠、难以重复使用的问题，可以有效提高缆线使用次数和寿命，降低现场施工难度、降低成本。
以上所述仅为本实用新型示意性的具体实施方式，并非用以限定本实用新型的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本实用新型的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本实用新型保护的范围。
Claims (6)
1.一种全自动缆线卷筒控制装置，所述卷筒控制装置包括一底座，底座上转动地设有一缆线卷筒，其特征在于：所述缆线卷筒的转轴由一减速箱连接于一变频电机；一往复丝杠由丝杠支架设置在所述底座上，所述缆线卷筒的转轴与往复丝杠由一传动装置连接；在所述底座上设有与往复丝杠平行设置的导轨，导轨上滑动设有一张力检测装置，所述张力检测装置由一螺母连接于所述往复丝杠，张力检测装置的转轴上一体固定连接有一摆杆，所述摆杆端部设有导向轮组；所述卷筒控制装置还包括一个接收张力检测装置的反馈信号并输出控制信号至变频电机的控制器。
2.如权利要求1所述的全自动缆线卷筒控制装置，其特征在于：所述张力检测装置至少包括一张力检测装置支架，张力检测装置支架上设有所述张力检测装置转轴；一扭簧一端固定于张力检测装置支架上，扭簧另一端固定连接在张力检测装置转轴上；所述张力检测装置支架与张力检测装置转轴之间设有一角位移传感器。
3.如权利要求2所述的全自动缆线卷筒控制装置，其特征在于：所述控制器电连接于角位移传感器与变频电机之间。
4.如权利要求2所述的全自动缆线卷筒控制装置，其特征在于：所述张力检测装置的转轴上还设有一摆杆位置调整摇把。
5.如权利要求1所述的全自动缆线卷筒控制装置，其特征在于：所述往复丝杠与缆线卷筒的转轴平行设置，所述传动装置为一链传动机构。
6.如权利要求1所述的全自动缆线卷筒控制装置，其特征在于：所述减速箱连接一手动摇柄。
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