CN205882818U - 一种修井机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及油田作业机械设备技术领域，尤其涉及一种修井机，包括电控系统，所述电控系统内设有储能系统，所述储能系统包括电源、充电机、储能元件、保护装置和控制器，所述电源与所述充电机相连接，所述充电机和所述控制器分别与储能元件相连接，所述充电机、储能元件和控制器均分别与所述保护装置相连，所述储能元件由一个以上超级电容模块组成，所述超级电容模块由多个超级电容单体组成，所述超级电容单体为含金属锂的超级电容器。与现有技术相比，本实用新型通过全面提高储能系统的性能，从而充分提高修井机的动力源性能，为修井机高效安全环保作业提供保障，并有效减少耗能，大幅降低经济成本，适合在油田矿井等相关领域推广应用。

Description

一种修井机

技术领域

本实用新型涉及油田作业机械设备技术领域，尤其涉及一种修井机。

背景技术

传统修井机主要以柴油机为动力源，在作业实践应用中，存在因燃烧释放含硫含氮等污染物而影响环境及操作人员身体健康的问题，同时，其还存在能耗高、作业效率低、经济成本高等问题。

在随后的技术改进中，开始出现柴油机与电动设备的混合驱动，如发明专利CN105134105提供的一种混合动力式修井机，包括汽车底盘；还包括分别安装在汽车底盘上的滚筒、支腿、井架单元、驱动单元、控制单元、驱动滚筒转动的电动机以及与电动机连接的储能单元；驱动单元同时连接电动机和储能单元；控制单元同时连接驱动单元、储能单元和电动机；该发明通过提供双系统输出功率，降低了油耗，但在具体实际应用中储能单元如何与其他部件协调运行、尤其是采用何种储能元件运行能够保障机械整体的安全可靠还存在一定的不确定性。此外，实用新型专利CN201393176公开了一种电动修井机电力系统，井场变压器与整流器连接，整流器与直流母线连接；蓄电池组与直流母线并联；直流母线与功率模块连接；蓄电池组与充电单元连接；充电单元通过直流母线与变频器连接，充电单元与逆变能量回馈单元连接；该实用新型较有效地解决了井场变压器容量不足，电动修井机作业实效低的问题，但是，在应用蓄电池储能中普遍存在比能量低、功率密度低、一次充电能量少、充电速度慢、使用寿命短、以及污染环境等问题。

随着绿色可再生清洁能源的研究开发，储能元件也得到发展，尤其是超级电容以其突出的大功率和长寿命而日益受到重视，在储能系统应用中开始出现采用与蓄电池等混合应用的尝试，主体应用目的还是为缓解当前蓄电池类储能系统的缺陷，虽然在一定程度上弥补了单独应用蓄电池的缺陷，但却仍不可避免地存在应用蓄电池所带来的环境污染及能耗大等问题；而且，对超级电容的优势发挥还产生了一定的限制。

因此，亟需研究改进，提高修井机的安全可靠性和经济性，满足电动修井机作业需要，并提高修井机作业实效。

实用新型内容

本实用新型的目的是，针对现有技术存在的问题，提供一种修井机，提高作业的安全性、 可靠性，降低经济成本，充分保障电动修井机的作业需要，大幅提高修井机的作业实效。

本实用新型解决问题的技术方案是：一种修井机，包括电控系统，所述电控系统内设有储能系统，所述储能系统包括电源、充电机、储能元件、保护装置和控制器，所述电源与所述充电机相连接，所述充电机和所述控制器分别与储能元件相连接，所述充电机、储能元件和控制器均分别与所述保护装置相连，所述储能元件由一个以上超级电容模块组成，所述超级电容模块由多个超级电容单体组成，所述超级电容单体为含金属锂的超级电容器。

进一步地，在本实用新型所述的修井机中，所述超级电容单体为双电层电容器或化学赝电容器。

优选地，在本实用新型所述的修井机中，所述超级电容单体为软包超级电容单体。

较佳地，在本实用新型所述的修井机中，所述超级电容模块包括壳体、正极柱、负极柱、设置在所述壳体内部的多个软包超级电容单体，所述正极柱和负极柱均自所述壳体的内部延伸到所述壳体的外部，各所述软包超级电容单体均包括软包壳体及与所述软包壳体分别相连接的正极耳和负极耳。

优选地，在本实用新型所述的修井机中，各所述软包超级电容单体的外围均设置有散热片。

优选地，在本实用新型所述的修井机中，相邻的所述软包超级电容单体之间通过超声焊接相连接；当相邻的两个所述软包超级电容单体之间为串联时，其中一个所述软包超级电容单体的正极耳与另一个所述软包超级电容单体的负极耳之间通过超声焊接相连接；当相邻的两个所述软包超级电容单体之间为并联时，所述两个软包超级电容单体的正极耳之间通过超声焊接相连接，所述两个软包超级电容单体的负极耳之间通过超声焊接相连接；所述各软包超级电容单体组合连接所形成的整体的正极为正极集流板，所述各软包超级电容单体组合连接所形成的整体的负极为负极集流板；所述正极柱与所述正极集流板相连接，所述负极柱与所述负极集流板相连接。

较佳地，在本实用新型所述的修井机中，所述正极柱与正极集流板通过第一铝片相连接，其中，所述第一铝片的一侧与所述正极柱之间通过超声焊接相连接，所述第一铝片的另一侧与所述正极集流板之间通过超声焊接相连接；所述负极柱与所述负极集流板通过第二铝片相连接，其中，所述第二铝片的一侧与所述负极柱之间通过超声焊接相连接，所述第二铝片的另一侧与所述负极集流板之间通过超声焊接相连接。

优选地，在本实用新型所述的修井机中，所述壳体包括一个上盖、一个底板、四个侧板和四组角铝，所述四组角铝与所述四个侧板间隔设置，所述上盖、底板和侧板均插接固定在与其相邻的所述角铝上，通过所述角铝固定后的上盖、底板和侧板组成的结构通过螺丝加固； 在所述上盖和各所述软包超级电容单体之间设置有第一密封垫，在所述底板和各所述软包超级电容单体之间设置有第二密封垫；所述上盖上设有第一圆形通孔和第二圆形通孔，所述正极柱穿过所述第一密封垫及第一圆形通孔后通过带有螺纹的紧固件固定，所述负极柱穿过所述第一密封垫及第二圆形通孔后通过带有螺纹的紧固件固定；所述超级电容模块还包括均压板，在所述上盖上设有均压板过线孔，在所述上盖上固定设置有控制盒，所述均压板固定设置在所述控制盒内，所述均压板过线孔位于所述均压板的下方。

优选地，在本实用新型所述的修井机中，所述软包超级电容单体包括软包壳体及与所述软包壳体分别相连接的正极耳和负极耳，还包括正极片、隔膜和负极片，所述正极片、隔膜和负极片均设置在所述软包壳体的内部，所述隔膜折叠设置，所述隔膜包括三个以上的隔膜折叠层，在每两个相邻的所述隔膜折叠层内设有一个所述正极片或一个所述负极片，每个所述正极片与每个所述负极片之间通过一个所述隔膜折叠层分隔；所述正极片为双面涂层的正极片，所述负极片为双面涂层的负极片。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：结构设计创新，通过改进修井机的电控系统，设置高效安全的储能系统，充分利用新能源超级电容的电容量大、充电快、功率密度高、适用温度范围广等优势的同时，从超级电容单体到超级电容模块进行改进设置，全面提高储能系统的安全性、可靠性及使用寿命等性能，从而充分提高修井机的动力源性能，进而为修井机高效安全作业提供保障，并有效减少对相关电网的冲击，减少耗能，且能够充分避免以化学反应为主的蓄电池等电池应用存在的环境污染问题，相应地，大幅降低经济成本，适合在油田矿井等相关领域推广应用。

附图说明

图1为实施例1中本实用新型修井机的储能系统的结构框图；

图2为实施例1中本实用新型修井机的储能系统应用时的结构框图；

图3为实施例2中本实用新型修井机的储能系统中的超级电容模块的立体图；

图4为实施例2中本实用新型修井机的储能系统中的软包超级电容单体的外部结构示意图；

图5为实施例2中本实用新型修井机的储能系统中的超级电容模块的分解爆炸图；

图6为实施例3中本实用新型修井机的储能系统中的软包超级电容单体的内部结构示意图。

图中所示：1-壳体；2-正极柱；3-负极柱；4-软包超级电容单体，401-正极耳，402-负极耳，403-软包壳体，404-隔膜，405-正极片，406-负极片；5-控制盒；6-绝缘板，601-第一方 形通孔，602-第二方形通孔；7-上盖，701-第一圆形通孔，702-第二圆形通孔，703-均压板过线孔；8-底板；9-侧板；10-角铝；11-第一密封垫；12-第二密封垫；13-带有螺纹的紧固件。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细说明，但本实用新型不受实施例的任何限制。为增进公众对本实用新型的彻底了解，在以下优选实施例中详细说明了具体的细节，而对本领域技术人员来说没有这些细节的描述也可以完全理解本实用新型。另外，为了避免对本实用新型的实质造成不必要的混淆，并没有详细说明众所周知的元件、电路和使用方法等。

实施例1

如图1所示，一种修井机，包括电控系统，所述电控系统内设有储能系统，所述储能系统包括电源、充电机、储能元件、保护装置和控制器，所述电源与所述充电机相连接，所述充电机和所述控制器分别与储能元件相连接，所述充电机、储能元件和控制器均分别与所述保护装置相连，所述储能元件由一个以上超级电容模块组成，所述超级电容模块由多个超级电容单体组成，所述超级电容单体为含金属锂的超级电容器。

在上述实施例中，具体所述超级电容模块的数量根据不同负载的需求设置，对于所述超级电容单体的数量也要根据具体应用的负载进行设置；当需设置多个所述超级电容模块时，根据负载的实际情况，将多个所述超级电容模块进行串联、或者并联、或者串联与并联组合连接；对于所述超级电容模块内部设置的所述多个超级电容单体的设置，根据负载的实际情况进行串联、或者并联、或者串联与并联组合连接。

在上述实施例中，所述超级电容单体优选为各种双电层电容器、化学赝电容器、或者为双电层电容器与化学赝电容器的组合；为保障系统整体运行的稳定性，提高抗震抗压效果，所述超级电容单体优选为软包超级电容单体，由多个所述软包超级电容单体组成的所述超级电容模块，能够有效提高所述超级电容模块的稳定性，从而使所述储能元件的稳定性得到提高，进而使整个储能系统的稳定性和安全性得到提高，也使修井机的平稳运行得到保障。

在应用本实用新型时，如图2所示，在所述电控系统的整体控制下，所述储能系统作用于与其相连接的负载，进而驱动修井机作业，在运行过程中，所述电源用于向所述充电机供电，所述电源能够为井场电源，也能够其他便于应用的电源；所述充电机用于向所述储能元件充电，同时，在充电的不同阶段控制不同的充电模式开启，从而控制充电效果，较佳地，在充电初始阶段采用恒流充电，在充电中间段采用恒功率充电，在充电最后阶段采用恒压充电；在所述储能元件的充电过程中，所述保护装置用于对储能系统整体进行实时检测和保护， 在对所述储能元件的状态检测时，出现异常会输出异常信号给所述控制器，所述异常信号为电气隔离信号或非电气隔离信号；所述控制器用于接收来自所述充电机、储能元件、保护装置及负载的信号，并根据接收的信号进行数据处理后启动相应的控制模式，在系统出现短路、过压等异常情况时，及时切断电路并输出异常信号给设置在控制器内部的报警器。总体上，本实用新型修井机以绿色环保的储能系统为动力源，充分发挥了超级电容的充放电效率高等优势，同时，各结构协调设置，有效延长储能系统的整体使用寿命，同时，有效避免了使用蓄电池产生的环境污染等问题，为修井机的安全、稳定、绿色环保运行提供了充分保障，且无需维修维护，相对现有技术节约了大量经济成本。

实施例2

如图1和图2所示，本实用新型的一种修井机，其基本结构设置同实施例1，具体地，为增强整体运行的安全性和稳定性，充分发挥超级电容的优势，针对储能系统中组成所述储能元件的所述超级电容模块进行了改进，如图3和图4所示，所述超级电容模块包括壳体1、正极柱2、负极柱3、设置在所述壳体1内部的多个软包超级电容单体4，所述正极柱2和负极柱3均自所述壳体1的内部延伸到所述壳体1的外部，各所述软包超级电容单体4均包括软包壳体403及与所述软包壳体分别相连接的正极耳401和负极耳402。

在上述实施例中，在增强所述软包超级电容单体4及其所组成的超级电容模块的安全稳定性的同时，为充分保障其功率输出效率及自身运行的安全性，各所述软包超级电容单体4的外围均设置有散热片(图中未示)。

在上述实施例中，如图5所示，根据具体修井机的实际应用工况，各所述软包超级电容单体4之间通过串联或者并联、或者串联与并联组合连接；为保障所述超级电容模块整体运行的安全稳定性及长期使用的可靠性，相邻的所述软包超级电容单体4之间通过超声焊接相稳固连接，有效避免因震动或者压力大而出现断开等影响功率输出的故障发生，具体地，当相邻的两个所述软包超级电容单体4之间为串联时，其中一个所述软包超级电容单体4的正极耳401与另一个所述软包超级电容单体4的负极耳402之间通过超声焊接相连接；当相邻的两个所述软包超级电容单体4之间为并联时，所述两个软包超级电容单体4的正极耳401之间通过超声焊接相连接，所述两个软包超级电容单体4的负极耳402之间通过超声焊接相连接；所述各软包超级电容单体4组合连接所形成的整体的正极为正极集流板，所述软包各超级电容单体4组合连接所形成的整体的负极为负极集流板；所述正极柱2与所述正极集流板相连接，所述负极柱3与所述负极集流板相连接。

在上述实施例中，为更进一步加强运行的稳定性，较佳地，所述正极柱2与正极集流板通过第一铝片相连接，其中，所述第一铝片的一侧与所述正极柱2之间通过超声焊接相连接， 所述第一铝片的另一侧与所述正极集流板之间通过超声焊接相连接；所述负极柱3与所述负极集流板通过第二铝片相连接，其中，所述第二铝片的一侧与所述负极柱3之间通过超声焊接相连接，所述第二铝片的另一侧与所述负极集流板之间通过超声焊接相连接；在此超声焊接过程中，先将正极柱2和负极柱3分别与各自对应的铝片焊接为一体，然后，再将一体化的所述正极柱2和第一铝片及一体化的所述负极柱3和第二铝片分别与所述正极集流板和所述负极集流板通过超声焊接连接，增加了焊接面，同时，超声焊接通过超声波将正极柱2与所述第一铝片的接触面、所述第一铝片与所述正极集流板的接触面、负极柱3与所述第二铝片的接触面、所述第二铝片与所述负极集流板的接触面均迅速融化为一体，相较于现有的螺纹连接，稳固性得到显著增强，而接触面的增大，则能够使接触内阻相应得到降低，从而进一步保障了输出的功率，减少了能量的损耗；为充分保障超声焊接效果，所述正极柱2、负极柱3、正极耳401和负极耳402均优选由金属构成，较佳的选择为金属铝。

在上述实施例中，在从内部加强所述超级电容模块的稳定性的同时，为进一步从外部加强其稳定性，从而增强整体运行的稳定性，优选地，如图5所示，所述壳体1包括一个上盖7、一个底板8、四个侧板9和四组角铝10，所述四组角铝10与四个侧板9间隔设置，所述上盖7、底板8和侧板9均插接固定在与其相邻的角铝10上，通过角铝10固定后的上盖7、底板8和侧板9组成的结构通过螺丝加固，如此设置，不仅使壳体1的组装更加简单优化，大幅提高组装效率，而且还能够使软包超级电容单体4得到充分的保护，从而有效避免外部气体及水分等物质进入模块内部，进而充分防止软包超级电容单体4及其他功能性部件收到腐蚀等损坏事故的发生，使模块的安全稳定性得到提高，相应地，也利于延长模块的使用寿命；其中，所述角铝10的选择相比于其他具有同种功能的固定件相比更加轻便；同时，为进一步增强壳体1的稳固性，充分保护壳体1内部的软包超级电容单体4，并牢固固定正极柱2和负极柱3，在所述上盖7和各所述软包超级电容单体4之间设置有第一密封垫11，在所述底板8和各软包所述超级电容单体4之间设置有第二密封垫12；所述上盖7上设有第一圆形通孔701和第二圆形通孔702，所述正极柱2穿过第一密封垫11及第一圆形通孔701后通过带有螺纹的紧固件13固定，所所述负极柱3穿过第一密封垫11及第二圆形通孔702后通过带有螺纹的紧固件13固定，所述带有螺纹的紧固件13优选由塑料等绝缘材料构成，在实际生产组装中根据具体情况也可在软包超级电容单体4的周围加设其他绝缘垫，以加强防震等保护；为充分保障模块稳定运行，充分保护软包超级电容单体4，高效保障功率稳定输出，所述超级电容模块还包括均压板(图中未示)，在所述上盖7上设有均压板过线孔703，在所述上盖7上固定设置有控制盒5，所述均压板固定设置在控制盒5内，所述均压板过线孔703位于所述均压板的下方，通过所示均压板有效保护软包超级电容单体4，均衡充电功能， 平衡能量分布，相应地延长所述超级电容模块的使用寿命。

实施例3

如图1至图6所示，本实用新型的一种修井机，其基本结构设置同实施例1或实施例2，具体地，在增强所述超级电容模块的安全稳定性和可靠性提高储能系统性能的同时，为使电控系统能够更深入地增强修井机整体运行的安全性和稳定性，提高作业效率，同时，并有效延长所述储能系统的使用寿命，更加高效地充分发挥超级电容的优势，针对组成所述超级电容模块的所述软包超级电容单体4进行了整体改进：

如图4和图6所示，所述软包超级电容单体4包括软包壳体403及与所述软包壳体分别相连接的正极耳401和负极耳402，还包括正极片405、隔膜404和负极片406，所述正极片405、隔膜404和负极片406均设置在所述软包壳体403的内部，所述隔膜404折叠设置，所述隔膜404包括三个以上的隔膜折叠层，在每两个相邻的所述隔膜折叠层内设有一个所述正极片405或一个所述负极片406，每个所述正极片405与每个所述负极片406之间通过一个所述隔膜折叠层分隔；所述正极片405为双面涂层的正极片，所述负极片406为双面涂层的负极片。

在上述实施例中，所述隔膜折叠层的数量根据超级电容产品整体所需正极片405和负极片406的数量进行设置，对于每个隔膜折叠层的形状及大小根据对应设置的正极片405和负极片406进行设置，优选地，为方便生产操作及保障所得同类产品的一致性，与正极片405或负极片406相邻接的各隔膜折叠层的形状及大小等规格相同。

在上述实施例中，所述软包壳体403能够由任何适于生产制备软包超级电容壳体的材料构成，优选由尼龙、铝和聚丙烯中的任一种构成。

在上述实施例中，所述正极片405和负极片406均为双面涂层，能够利于为提高超级电容自身的功率及能量密度，其中，所述涂层具体根据实际所需产品的规格进行材料选择，所述涂层能够选用任何适于生产制备超级电容的电极材料。

在上述实施例中，所述隔膜404的折叠设置，使分隔正极片405及负极片406的隔膜404呈一体连续，能够在实现有效保障现有软包超级电容单体4相关性能的同时，为生产制备叠片式软包超级电容节约分切隔膜的繁琐工序，制备时只需针对最后一层隔膜剪切即可，具体进行层叠铺设时，只需将隔膜404逐层缠绕正极片5或者负极片406即可实现正极片405、隔膜404及负极片406之间的叠片式组装，也能够采用将正极片405或者负极片406逐片插入隔膜折叠层中实现，无需各层逐一铺设，因此，通过改进优化软包超级电容单体4的结构，降低了相关的生产成本，提高了稳定性，从而也从根本上使储能系统整体的稳定性、可靠性、安全性得到提高，进而为修井机长期高效稳定作业提供了保障，同时，也从根本上相对于现 有技术大幅降低了经济成本。

本实用新型不限于上述实施方式，本领域技术人员所做出的对上述实施方式任何显而易见的改进或变更，都不会超出本实用新型的构思和所附权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种修井机，包括电控系统，所述电控系统内设有储能系统，其特征在于：所述储能系统包括电源、充电机、储能元件、保护装置和控制器，所述电源与所述充电机相连接，所述充电机和所述控制器分别与所述储能元件相连接，所述充电机、储能元件和控制器均分别与所述保护装置相连，所述储能元件由一个以上超级电容模块组成，所述超级电容模块由多个超级电容单体组成，所述超级电容单体为含金属锂的超级电容器。

2.根据权利要求1所述的修井机，其特征在于：所述超级电容单体为双电层电容器或化学赝电容器。

3.根据权利要求1或2所述的修井机，其特征在于：所述超级电容单体为软包超级电容单体。

4.根据权利要求3所述的修井机，其特征在于：所述超级电容模块包括壳体、正极柱、负极柱、以及设置在所述壳体内部的多个软包超级电容单体，所述正极柱和负极柱均自所述壳体的内部延伸到所述壳体的外部，各所述软包超级电容单体均包括软包壳体及与所述软包壳体分别相连接的正极耳和负极耳。

5.根据权利要求4所述的修井机，其特征在于：各所述软包超级电容单体的外围均设置有散热片。

6.根据权利要求4所述的修井机，其特征在于：各所述软包超级电容单体之间通过串联或者并联连接；相邻的所述软包超级电容单体之间通过超声焊接相连接；

当相邻的两个所述软包超级电容单体之间为串联时，其中一个所述软包超级电容单体的正极耳与另一个所述软包超级电容单体的负极耳之间通过超声焊接相连接；

当相邻的两个所述软包超级电容单体之间为并联时，所述两个软包超级电容单体的正极耳之间通过超声焊接相连接，所述两个软包超级电容单体的负极耳之间通过超声焊接相连接；

所述各软包超级电容单体组合连接所形成的整体的正极为正极集流板，所述各软包超级电容单体组合连接所形成的整体的负极为负极集流板；所述正极柱与所述正极集流板相连接，所述负极柱与所述负极集流板相连接。

7.根据权利要求6所述的修井机，其特征在于：所述正极柱与正极集流板通过第一铝片相连接，其中，所述第一铝片的一侧与所述正极柱之间通过超声焊接相连接，所述第一铝片的另一侧与所述正极集流板之间通过超声焊接相连接；

所述负极柱与所述负极集流板通过第二铝片相连接，其中，所述第二铝片的一侧与所述负极柱之间通过超声焊接相连接，所述第二铝片的另一侧与所述负极集流板之间通过超声焊接相连接。

8.根据权利要求4所述的修井机，其特征在于：所述壳体包括一个上盖、一个底板、四个侧板和四组角铝，所述四组角铝与所述四个侧板间隔设置，所述上盖、底板和侧板均插接固定在与其相邻的所述角铝上，通过所述角铝固定后的上盖、底板和侧板组成的结构通过螺丝加固；

在所述上盖和各所述软包超级电容单体之间设置有第一密封垫，在所述底板和各所述软包超级电容单体之间设置有第二密封垫；所述上盖上设有第一圆形通孔和第二圆形通孔，所述正极柱穿过所述第一密封垫及第一圆形通孔后通过带有螺纹的紧固件固定，所述负极柱穿过所述第一密封垫及第二圆形通孔后通过带有螺纹的紧固件固定；

所述超级电容模块还包括均压板，在所述上盖上设有均压板过线孔，在所述上盖上固定设置有控制盒，所述均压板固定设置在所述控制盒内，所述均压板过线孔位于所述均压板的下方。

9.根据权利要求3所述的修井机，其特征在于：所述软包超级电容单体包括软包壳体及与所述软包壳体分别相连接的正极耳和负极耳，还包括正极片、隔膜和负极片，所述正极片、隔膜和负极片均设置在所述软包壳体的内部，所述隔膜折叠设置，所述隔膜包括三个以上的隔膜折叠层，在每两个相邻的所述隔膜折叠层内设有一个所述正极片或一个所述负极片，每个所述正极片与每个所述负极片之间通过一个所述隔膜折叠层分隔；所述正极片为双面涂层的正极片，所述负极片为双面涂层的负极片。