CN204737680U - 钻井电磁刹车失灵液压盘刹紧急制动装置 - Google Patents

Abstract

<b>本实用新型涉及失灵保护装置技术领域，是一种钻井电磁刹车失灵液压盘刹紧急制动装置，包括电磁刹车本体、输入感应继电器、输出感应继电器、执行电源模块、通断控制电路和能在通电时气路断开且断电时气路连通的电磁换向阀；电磁刹车本体包括司钻手柄装置、可控硅触发箱和电磁刹车线圈，司钻手柄装置内设有变压器模块。本实用新型结构合理而紧凑，使用方便，其通过各个继电器和通断控制电路可实现对钻井电磁刹车工作过程的实时监控，一旦出现失灵状况则能立即触发主刹车完成紧急制动，且该监控和制动过程的为全自动化操作，可提高其控制的精度和准确度，有效避免因司钻反应不及时或操作失误而酿成重大事故的发生。</b>

Description

钻井电磁刹车失灵液压盘刹紧急制动装置

技术领域

本实用新型涉及失灵保护装置技术领域，是一种钻井电磁刹车失灵液压盘刹紧急制动装置。

背景技术

电磁涡流刹车又称电磁涡流制动器，简称电磁刹车，用于钻井作业时，它是一种将钻具下放时产生的巨大机械能转换成电能，又将电能转换为热能的非摩擦式能量转换装置，在钻井设备中作为辅助刹车使用。其与主刹车通过司钻操作配合使用，其中主刹车可为液压盘刹或者带刹等；液压盘刹的紧急制动是通过其气路的通断来实现的，具体为当其气路状态为开时，无相应动作，当气路状态为关时，进行紧急制动。在游车高速下钻过程中，必须先通过电磁刹车降低下放速度再用主刹车制动，两者缺一不可，是钻井队必不可少的设备之一。

电磁刹车的工作原理是当我们在电磁刹车的激磁线圈内通入直流电流时，在转子与定子之间便有磁通相链，使转子处在磁场闭合回路中。磁场所产生的磁力线通过磁极→气隙→电枢→气隙→磁极，形成一个闭合回路。在下钻时，绞车滚筒旋转，通过离合器驱动转子以相同转速在定子所建立的磁场内旋转。在这个磁场中，磁力线在磁级的齿部(凸极部分)分布较密，而在磁极的槽部(齿间部分)分布较稀，因此随着转子与定子的相对运动，转子各点上的磁通便处于不断重复的变化之中。换句话说，转子沿工作气隙的圆周上的因磁极的齿部和槽部的磁导不等，在空间建立脉动磁场，根据电磁感应定律，转子上便产生感应电势，在这个感应电势作用下，转子中产生涡流。涡流与定子磁场相互作用产生电磁力，力的方向由左手定则确定，该力沿转子的切线方向，并且与转子旋转方向相反。这个力对转子轴心形成的转矩称为电磁转矩，也就是电磁涡流刹车阻止滚筒旋转的制动扭矩。

电磁刹车的主电路由三相整流变压器、三相可控硅桥路、接触器开关等部分组成，控制电路由同步信号电路、可变时基震荡器、脉冲放大电路和输出变压器、电源电路等组成。在使用时，司钻通过调节司钻开关手柄位置，可改变可控硅触发箱的输入电压，从而调节可控硅触发箱的输出电压，实现对电磁刹车线圈激励电流的调节，由此由此可改变制动转矩的大小，从而达到控制钻具下放速度的目的。在钻井现场，司钻操作电磁刹车控制开关的过程中可能会出现电磁刹车突然出现故障或在下钻过程中突然失灵的现象，此时需要靠司钻来判断并快速操作主刹车进行紧急制动，以防止游车带着钻具砸向钻台面造成设备的损坏、人员的伤亡和井下的事故。然而在该过程中，钻具下放的重力加速度非常的大，主刹车需要很大的刹车力和很长的刹车距离才能制动，如果司钻反映不及时或者来不及反应就会酿成重大事故。

发明内容

本实用新型提供了一种钻井电磁刹车失灵液压盘刹紧急制动装置，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决现有电磁刹车存在的在失灵后需靠司钻自行判断并及时操作主刹车完成紧急制动，一旦司钻反应不及时或操作失误会酿成重大事故的问题。

本实用新型的技术方案是通过以下措施来实现的：一种钻井电磁刹车失灵液压盘刹紧急制动装置，包括电磁刹车本体、输入感应继电器、输出感应继电器、执行电源模块、通断控制电路和能在通电时气路断开且断电时气路连通的电磁换向阀；电磁刹车本体包括司钻手柄装置、可控硅触发箱和电磁刹车线圈，司钻手柄装置内设有变压器模块，变压器模块包括原边和副边，副边的电压输出端与可控硅触发箱的电压输入端电连接在一起，可控硅触发箱的电压输出端与电磁刹车线圈电压输入端电连接在一起；输出感应继电器的线圈接线端分别通过导线并联在副边上，输出感应继电器的数量至少有两个，且其线圈接线端接入的电压等级递增，其中最低电压高于副边的最低输入电压，最高电压不低于副边的最高输入电压，每个输出感应继电器的线圈接线端的并联支路上均通过导线电接入有高于其接入电压的输出感应继电器的常闭触点组；输入感应继电器的线圈接线端分别通过导线并联在电磁刹车线圈上，输入感应继电器的数量至少有两个，其线圈接线端接入的电压等级递增，其中最低电压高于电磁刹车线圈的最低输出电压，最高电压不低于电磁刹车线圈的最高输出电压，每个输入感应继电器的线圈接线端的并联支路上均通过导线电接入有高于其接入电压的输入感应继电器的常闭触点组；执行电源模块的供电端与电磁换向阀的线圈接线端之间通过能识别各个输入感应继电器和输出感应继电器的电磁铁与衔铁的吸合状态并在所有输入感应继电器均处于未吸合状态且同时有一个输出感应继电器处于吸合状态下导通的通断控制电路电连接在一起。

下面是对上述实用新型技术方案的进一步优化或/和改进：

上述输入感应继电器的数量可为三个，且根据其接入电压的等级分别为低电压输入继电器、中电压输入继电器和高电压输入继电器，高电压输入继电器的一组常闭触点组电串联在中电压输入继电器的线圈接线端的并联支路上，中电压输入继电器和高电压输入继电器中各有一组常闭触点组电串联在低电压输入继电器的线圈接线端的并联支路上；输出感应继电器的数量为三个，且根据其接入电压的等级分别为低电压输出继电器、中电压输出继电器和高电压输出继电器，高电压输出继电器的一组常闭触点组电串联在中电压输出继电器的线圈接线端的并联支路上，中电压输出继电器和高电压输出继电器中各有一组常闭触点组电串联在低电压输出继电器的线圈接线端的并联支路上；通断控制电路包括两个连接结点和控制电路开关，执行电源模块的供电端的一端与一个连接结点之间电串联有控制电路开关，电磁换向阀的线圈接线端的一端与另一个连接结点电连接在一起，执行电源模块的供电端的另一端与电磁换向阀的线圈接线端的另一端电连接在一起；低电压输入继电器和中电压输入继电器的各一组常闭触点组以及低电压输出继电器的一组常开触点组通过导线电连接串联为一条支路，中电压输入继电器和高电压输入继电器的各一组常闭触点组以及中电压输入继电器的一组常开触点组通过导线电连接串联为一条支路，两条支路的两端分别与两个连接结点电连接在一起。

上述还可包括保护继电器，保护继电器的线圈接线端分别通过导线并联在原边上，保护继电器的一组常闭触点组的两端分别与两个连接结点电连接在一起。

上述低电压输入继电器的设定接入电压可为120V，中电压输入继电器的设定接入电压为240V，高电压输入继电器的设定接入电压为380V。

上述低电压输出继电器的设定接入电压为6V，中电压输出继电器的设定接入电压为12V，高电压输出继电器的设定接入电压为18V。

上述电磁换向阀可为两位三通换向阀。

本实用新型结构合理而紧凑，使用方便，其通过各个继电器和通断控制电路可实现对钻井电磁刹车工作过程的实时监控，一旦出现失灵状况则能立即触发主刹车完成紧急制动，且该监控和制动过程的为全自动化操作，其代替了传统的司钻监控，可提高其控制的精度和准确度，能够快速及时的给出准确的相应，可有效避免因司钻反应不及时或操作失误而酿成重大事故的发生，具有安全、省力、简便、高效的特点。

附图说明

附图1为本实用新型最佳实施例的电路框图。

附图中的编码分别为：1为执行电源模块，2为电磁换向阀，3为可控硅触发箱，4为电磁刹车线圈，5为变压器模块，6为副边，7为原边，8为常闭触点组，9为低电压输入继电器，10为中电压输入继电器，11为高电压输入继电器，12为低电压输出继电器，13为中电压输出继电器，14为高电压输出继电器，15为连接结点，16为控制电路开关，17为常开触点组，18为保护继电器。

具体实施方式

本实用新型不受下述实施例的限制，可根据本实用新型的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。

下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步描述：

如附图1所示，该钻井电磁刹车失灵液压盘刹紧急制动装置包括电磁刹车本体、输入感应继电器、输出感应继电器、执行电源模块1、通断控制电路和能在通电时气路断开且断电时气路连通的电磁换向阀2；电磁刹车本体包括司钻手柄装置、可控硅触发箱3和电磁刹车线圈4，司钻手柄装置内设有变压器模块5，变压器模块5包括原边7和副边6，副边6的电压输出端与可控硅触发箱3的电压输入端电连接在一起，可控硅触发箱3的电压输出端与电磁刹车线圈4电压输入端电连接在一起；输出感应继电器的线圈接线端分别通过导线并联在副边6上，输出感应继电器的数量至少有两个，且其线圈接线端接入的电压等级递增，其中最低电压高于副边6的最低输入电压，最高电压不低于副边6的最高输入电压，每个输出感应继电器的线圈接线端的并联支路上均通过导线电接入有高于其接入电压的输出感应继电器的常闭触点组8；输入感应继电器的线圈接线端分别通过导线并联在电磁刹车线圈4上，输入感应继电器的数量至少有两个，其线圈接线端接入的电压等级递增，其中最低电压高于电磁刹车线圈4的最低输出电压，最高电压不低于电磁刹车线圈4的最高输出电压，每个输入感应继电器的线圈接线端的并联支路上均通过导线电接入有高于其接入电压的输入感应继电器的常闭触点组8；执行电源模块1的供电端与电磁换向阀2的线圈接线端之间通过能识别各个输入感应继电器和输出感应继电器的电磁铁与衔铁的吸合状态并在所有输入感应继电器均处于未吸合状态且同时有一个输出感应继电器处于吸合状态下导通的通断控制电路电连接在一起。根据需求，执行电源模块1可以为供电电源、供电接线端或者供电插头，当其为供电接线端或者供电插头，可将其与电磁刹车控制箱内的供电端电连接在一起。使用时，可将本实用新型集成在电磁刹车控制箱内，将电磁刹车控制箱的供电端与原边7的电压输入端电连接在一起，并将主刹车的气路接在电磁换向阀2上，当副边6有电压输出时，相应该输出电压范围的输出感应继电器的电磁铁与衔铁相吸合，同时若在电磁刹车线圈4处无电压输入时，即所有的输入感应继电器的电磁铁与衔铁均未吸合，此时通断控制电路将呈导通状态，使主刹车的气路处于断开状态，主刹车启动紧急制动；在其余状态下，通断控制电路均呈断开状态，此时主刹车的气路处于连通状态，即主刹车无相应的操作；由此可实现对钻井电磁刹车工作过程的实时监控，且一旦出现失灵状况则能立即触发主刹车完成紧急制动，其通过各个继电器和通断控制电路可实现该监控和制动过程的自动化操作，从而代替传统的司钻监控，可提高其控制的精度和准确度，及时启动紧急制动，有效避免因司钻反应不及时或操作失误而酿成重大事故的发生。

可根据实际需要，对上述钻井电磁刹车失灵液压盘刹紧急制动装置作进一步优化或/和改进：

如附图1所示，输入感应继电器的数量为三个，且根据其接入电压的等级分别为低电压输入继电器9、中电压输入继电器10和高电压输入继电器11，高电压输入继电器11的一组常闭触点组8电串联在中电压输入继电器10的线圈接线端的并联支路上，中电压输入继电器10和高电压输入继电器11中各有一组常闭触点组8电串联在低电压输入继电器9的线圈接线端的并联支路上；输出感应继电器的数量为三个，且根据其接入电压的等级分别为低电压输出继电器12、中电压输出继电器13和高电压输出继电器14，高电压输出继电器14的一组常闭触点组8电串联在中电压输出继电器13的线圈接线端的并联支路上，中电压输出继电器13和高电压输出继电器14中各有一组常闭触点组8电串联在低电压输出继电器12的线圈接线端的并联支路上；通断控制电路包括两个连接结点15和控制电路开关16，执行电源模块1的供电端的一端与一个连接结点15之间电串联有控制电路开关16，电磁换向阀2的线圈接线端的一端与另一个连接结点15电连接在一起，执行电源模块1的供电端的另一端与电磁换向阀2的线圈接线端的另一端电连接在一起；低电压输入继电器9和中电压输入继电器10的各一组常闭触点组8以及低电压输出继电器12的一组常开触点组17通过导线电连接串联为一条支路，中电压输入继电器10和高电压输入继电器11的各一组常闭触点组8以及中电压输入继电器10的一组常开触点组17通过导线电连接串联为一条支路，两条支路的两端分别与两个连接结点15电连接在一起。在使用过程中，通过闭合控制电路开关16可将通断控制电路接入感应监控状态，由此可在钻井电磁刹车出现失效时能够通过电磁继电器及时控制主刹车启动紧急制动，反应快，且可有效避免人为的失误而引发的各项事故，安全性高，便于推广。根据需求，当输入感应继电器和输出感应继电器的数量不为三个时，对应的通断控制电路的连接方式以此类推；且通断控制电路还可采用其它现有公知技术。

如附图1所示，还包括保护继电器18，保护继电器18的线圈接线端分别通过导线并联在原边7上，保护继电器18的一组常闭触点组8的两端分别与两个连接结点15电连接在一起。这样可对原边7的输入电压进行感应识别，在其无输入电压时可与两个连接结点15之间形成短路状态，从而可触发主刹车的紧急制动，由此可实现对钻井电磁刹车的输入电源失效的监控，其自动监控过程操作简单，且灵敏度高，反应及时准确。

如附图1所示，低电压输入继电器9的设定接入电压为120V，中电压输入继电器10的设定接入电压为240V，高电压输入继电器11的设定接入电压为380V。如附图1所示，低电压输出继电器12的设定接入电压为6V，中电压输出继电器13的设定接入电压为12V，高电压输出继电器14的设定接入电压为18V。通常司钻控制手柄的输出电压范围为0-16V，电磁刹车线圈4两端的输入电压范围为0-380V，这样可使其分别对应相应的感应区间，满足其对输入电压和输出电压各种变化的实时感应，同时设定高电压输出继电器14的接入电压为18V可起到保护作用，避免在电压瞬间增大时超出其额定值，提高整体的安全系数。

如附图1所示，电磁换向阀2为两位三通换向阀。这样可使其能满足通电时气路断开且断电时气路连通的需求，连接方便，安全性高。

以上技术特征构成了本实用新型的最佳实施例，其具有较强的适应性和最佳实施效果，可根据实际需要增减非必要的技术特征，来满足不同情况的需求。

Claims (10)

1.一种钻井电磁刹车失灵液压盘刹紧急制动装置，其特征在于包括电磁刹车本体、输入感应继电器、输出感应继电器、执行电源模块、通断控制电路和能在通电时气路断开且断电时气路连通的电磁换向阀；电磁刹车本体包括司钻手柄装置、可控硅触发箱和电磁刹车线圈，司钻手柄装置内设有变压器模块，变压器模块包括原边和副边，副边的电压输出端与可控硅触发箱的电压输入端电连接在一起，可控硅触发箱的电压输出端与电磁刹车线圈电压输入端电连接在一起；输出感应继电器的线圈接线端分别通过导线并联在副边上，输出感应继电器的数量至少有两个，且其线圈接线端接入的电压等级递增，其中最低电压高于副边的最低输入电压，最高电压不低于副边的最高输入电压，每个输出感应继电器的线圈接线端的并联支路上均通过导线电接入有高于其接入电压的输出感应继电器的常闭触点组；输入感应继电器的线圈接线端分别通过导线并联在电磁刹车线圈上，输入感应继电器的数量至少有两个，其线圈接线端接入的电压等级递增，其中最低电压高于电磁刹车线圈的最低输出电压，最高电压不低于电磁刹车线圈的最高输出电压，每个输入感应继电器的线圈接线端的并联支路上均通过导线电接入有高于其接入电压的输入感应继电器的常闭触点组；执行电源模块的供电端与电磁换向阀的线圈接线端之间通过能识别各个输入感应继电器和输出感应继电器的电磁铁与衔铁的吸合状态并在所有输入感应继电器均处于未吸合状态且同时有一个输出感应继电器处于吸合状态下导通的通断控制电路电连接在一起。

2.根据权利要求1所述的钻井电磁刹车失灵液压盘刹紧急制动装置，其特征在于输入感应继电器的数量为三个，且根据其接入电压的等级分别为低电压输入继电器、中电压输入继电器和高电压输入继电器，高电压输入继电器的一组常闭触点组电串联在中电压输入继电器的线圈接线端的并联支路上，中电压输入继电器和高电压输入继电器中各有一组常闭触点组电串联在低电压输入继电器的线圈接线端的并联支路上；输出感应继电器的数量为三个，且根据其接入电压的等级分别为低电压输出继电器、中电压输出继电器和高电压输出继电器，高电压输出继电器的一组常闭触点组电串联在中电压输出继电器的线圈接线端的并联支路上，中电压输出继电器和高电压输出继电器中各有一组常闭触点组电串联在低电压输出继电器的线圈接线端的并联支路上；通断控制电路包括两个连接结点和控制电路开关，执行电源模块的供电端的一端与一个连接结点之间电串联有控制电路开关，电磁换向阀的线圈接线端的一端与另一个连接结点电连接在一起，执行电源模块的供电端的另一端与电磁换向阀的线圈接线端的另一端电连接在一起；低电压输入继电器和中电压输入继电器的各一组常闭触点组以及低电压输出继电器的一组常开触点组通过导线电连接串联为一条支路，中电压输入继电器和高电压输入继电器的各一组常闭触点组以及中电压输入继电器的一组常开触点组通过导线电连接串联为一条支路，两条支路的两端分别与两个连接结点电连接在一起。

3.根据权利要求2所述的钻井电磁刹车失灵液压盘刹紧急制动装置，其特征在于还包括保护继电器，保护继电器的线圈接线端分别通过导线并联在原边上，保护继电器的一组常闭触点组的两端分别与两个连接结点电连接在一起。

4.根据权利要求1或2或3所述的钻井电磁刹车失灵液压盘刹紧急制动装置，其特征在于低电压输入继电器的设定接入电压为120V，中电压输入继电器的设定接入电压为240V，高电压输入继电器的设定接入电压为380V。

5.根据权利要求1或2或3所述的钻井电磁刹车失灵液压盘刹紧急制动装置，其特征在于低电压输出继电器的设定接入电压为6V，中电压输出继电器的设定接入电压为12V，高电压输出继电器的设定接入电压为18V。

6.根据权利要求4所述的钻井电磁刹车失灵液压盘刹紧急制动装置，其特征在于低电压输出继电器的设定接入电压为6V，中电压输出继电器的设定接入电压为12V，高电压输出继电器的设定接入电压为18V。

7.根据权利要求1或2或3所述的钻井电磁刹车失灵液压盘刹紧急制动装置，其特征在于电磁换向阀为两位三通换向阀。

8.根据权利要求4所述的钻井电磁刹车失灵液压盘刹紧急制动装置，其特征在于电磁换向阀为两位三通换向阀。

9.根据权利要求5所述的钻井电磁刹车失灵液压盘刹紧急制动装置，其特征在于电磁换向阀为两位三通换向阀。

10.根据权利要求6所述的钻井电磁刹车失灵液压盘刹紧急制动装置，其特征在于电磁换向阀为两位三通换向阀。