CN209195844U - 一种顶驱液压控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及石油及天然气钻探设备技术领域，特别涉及一种采用液压马达、压力传感器和液压盘刹装置从而实现顶驱主轴制动、油路压力实时监测和液压马达的全、半排量控制的顶驱液压控制系统，该顶驱液压控制系统包括顶驱本体，与顶驱本体固定连接顶驱主轴、液压马达、液压盘刹装置和液压马达控制系统，与液压马达控制系统柔性连接的泵源控制系统，液压马达包含两个子马达，分别是液压马达一和液压马达二，液压盘刹装置由刹车盘和刹车钳组成，刹车盘与顶驱主轴固定连接，刹车钳与顶驱本体固定连接，刹车盘置于刹车钳中，采用该液压控制系统的顶驱，节省了占地面积，减少了整个液压马达控制系统的重量，降低了液压系统发热严重的情况，实现了顶驱主轴无动力源时的旋转功能，能够实时监测液压马达的工作压力，降低了井底钻具脱扣的风险。

Description

一种顶驱液压控制系统

技术领域

本实用新型涉及石油及天然气钻探设备技术领域，特别涉及一种顶驱液压控制系统。

背景技术

液压顶驱在同等功率下相比电动顶驱具有体积小、重量轻等特点，广泛应用于小型钻修井机上，常规液压顶驱多采用高速马达带齿轮箱结构，液压马达控制系统复杂，齿轮箱需要稀油润滑、冷却系统，液压系统采用开式系统，液压系统发热严重，当顶驱在钻井过程中，为了避免因反扭矩造成的主轴反转，液压系统上多采用平衡阀或液控单向阀的锁紧方式对顶驱马达进行制动，但因马达内泄等因素，实际中顶驱主轴仍会缓慢反转；且在释放反扭矩时，采用液控单向阀、平衡阀的方式对于井底钻具扭矩控制不准确，存在钻具脱扣的风险。

现有技术存在以下问题：

1、现有技术采用高速马达带齿轮箱结构，液压马达控制系统复杂，齿轮箱需要稀油润滑、冷却系统，造成整个马达控制系统体积庞大，占地面积较大，重量过重；

2、现有技术液压系统采用开式系统，液压系统发热严重；

3、现有技术采用平衡阀和液控单向阀的锁紧方式对顶驱马达进行制动，无法绝对阻止顶驱主轴的反转；

4、现有技术中采用单向阀和平衡阀的方式释放反扭矩对井底的钻具扭矩控制不准确，存在钻具脱扣的风险。

为解决上述问题，需要发明一种简化顶驱结构，高安全性的顶驱液压控制系统。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术中所存在的上述不足，提供一种采用液压马达、压力传感器和液压盘刹装置从而实现顶驱主轴制动、油路压力实时监测和液压马达的全、半排量控制的顶驱液压控制系统。

为了达到上述目的，本实用新型提供了如下技术方案。

一种顶驱液压控制系统，其包括：

顶驱本体；

液压马达控制系统，所述液压马达控制系统与所述顶驱本体固定连接；

液压马达，所述液压马达与所述液压马达控制系统连通，所述液压马达由两个子马达组成，分别是液压马达一和液压马达二，所述液压马达一和液压马达二由液压马达壳体组合在一起，所述液压马达为空心轴结构，所述液压马达一和液压马达二同时为顶驱主轴提供扭矩，所述液压马达一和液压马达二的工作状态实现了顶驱主轴的高速或低速运转，当所述液压马达一全排量工作而所述液压马达二零排量输出时所述液压马达进行半排量工作，所述液压马达驱动所述顶驱主轴进行高速运转，当所述液压马达一和液压马达二同时全排量工作时实现所述液压马达的全排量工作，所述液压马达驱动所述顶驱主轴进行低速运转；

顶驱主轴，所述顶驱主轴通过花键与所述液压马达固定连接，所述液压马达直接驱动所述顶驱主轴进行运转；

泵源控制系统，所述泵源控制系统与所述液压马达控制系统柔性连接并连通，所述泵源控制系统为整个液压系统的动力源装置，；

液压盘刹装置，所述液压盘刹装置分别与所述顶驱主轴和顶驱本体固定连接，当所述顶驱主轴需要制动的时候，所述液压盘刹装置提供正压力并施加到所述顶驱主轴上实现所述顶驱主轴制动，当在钻井过程中需要所述顶驱主轴保持扭矩或反扭矩释放时，也可通过所述液压盘刹装置对所述顶驱主轴施加压力来实现相关的操作。

作为本实用新型的优选方案，所述泵源控制系统包括原动机、由所述原动机驱动的闭式泵和冲洗泵、比例溢流阀一、电磁换向阀一和比例减压阀，所述原动机通过通轴驱动所述闭式泵和冲洗泵，所述闭式泵有两个排量控制口分别是排量控制口一X1和排量控制口二X2，所述排量控制口一X1分别与所述与所述电磁换向阀一的工作油口A连接，所述排量控制口二X2与所述电磁换向阀一的工作油口B连接，所述电磁换向阀一的压力油源进口P与所述比例减压阀的工作油口A连接，所述比例减压阀的压力油口P与控制油源K连接，所述闭式泵的压力切断控制油口XA与所述比例溢流阀一的压力油口P连接，所述闭式泵、比例溢流阀一的回油口T及所述电磁换向阀一的回油口T均与液压油箱OT连接，所述闭式泵控制油源经过所述比例减压阀后，由所述电磁换向阀一对所述闭式泵的斜盘方向进行控制，进而控制了所述液压马达的转动方向，通过对所述比例减压阀输出压力的控制，实现对所述闭式泵排量的控制，进而控制了所述液压马达的转动速度，通过对所述比例溢流阀一的工作压力的控制实现对所述闭式泵进出油口PA的最高压力的控制，即实现对所述液压马达输出扭矩的控制，从而实现顶驱的“钻井扭矩限制”控制。

作为本实用新型的优选方案，所述闭式泵中连接有液压油过滤器，所述液压油过滤器对闭式泵内置补油泵中的液压油进行过滤，过滤在工作过程中产生的杂质。

作为本实用新型的优选方案，所述液压马达控制系统由液压马达压力控制系统、自由轮阀组、压力传感器组成，所述自由轮阀组与所述液压马达压力控制系统连通，所述压力传感器连接在所述液压马达压力控制系统的油路上，所述压力传感器有两个，分别是压力传感器一和压力传感器二，所述液压马达控制系统与所述冲洗泵的冲洗油口F连接，所述冲洗泵为所述液压马达的壳体冲洗提供油源，所述闭式泵为所述液压马达控制系统提供压力油源。

作为本实用新型的优选方案，所述自由轮阀组包括截止阀二、溢流阀四、梭阀、二通插装阀一、二通插装阀二、液控换向阀一、液控换向阀二、电磁换向阀二、比例溢流阀二和单向阀。

作为本实用新型的优选方案，所述液压马达压力控制系统由溢流阀一、溢流阀二、溢流阀三、截止阀一和流量调节阀组成，所述溢流阀一的压力油口P分别与所述溢流阀二的回油口T、截止阀一的工作油口A、溢流阀三的回油口T、液压马达一的本体油口C1、闭式泵的进出油口PB、压力传感器一连接，所述溢流阀一的回油口T分别与所述溢流阀二的压力油口P、截止阀的工作油口B、溢流阀三的压力油口P、液压马达一的本体油口A1、闭式泵的进出油口PA、压力传感器二连接，所述流量调节阀的工作油口A与所述冲洗泵的冲洗油口F连接，所述流量调节阀的工作油口B与所述液压马达的冲洗油口F连接、所述液压马达的泄油口D1和D2与所述单向阀的工作油口A连接。

作为本实用新型的优选方案，所述梭阀的工作油口A与所述闭式泵的进出油口PA和二通插装阀一的工作油口A连接，所述梭阀的工作油口B与所述闭式泵的进出油口PB和二通插装阀二的工作油口A连接，所述梭阀的压力油口P与所述电磁换向阀二的工作油口A连接，所述电磁换向阀二的工作油口B分别与所述液控换向阀一的工作油口B和回油口T、液控换向阀二的工作油口A和回油口T、比例溢流阀二的回油口T、单向阀的工作油口B、系统卸油口D连接，所述系统卸油口D与液压油箱OT连通，所述二通插装阀一的工作油口B2与所述截止阀二的工作油口A、溢流阀四的压力油口P、液压马达二的本体油口C3连接，所述二通插装阀一的工作油口B1与所述液控换向阀一的工作油口A连接，所述二通插装阀一的控制油口X与所述液控换向阀一的控制油口X、液控换向阀二的控制油口X、二通插装阀二的控制油口X、电磁换向阀二的压力油口P连接，所述液控换向阀二的工作油口B与所述二通插装阀二的工作油口B2连接，所述二通插装阀二的工作油口B1与所述截止阀二的工作油口B、溢流阀四的回油口T液压马达二的本体油口A3连接，所述溢流阀四的控制油口分别与所述溢流阀三的控制油口X、比例溢流阀二的压力油口P连接。

所述流量调节阀用于调节冲洗油液的流量，所述溢流阀一和溢流阀二用于限制对应液压管路中的最高压力并防止所述液压马达在突然停止时产生的压力冲击及压力波动，防坠空穴现象，所述截止阀一和截止阀二在顶驱的工作状态时处于关闭状态，当顶驱在进行维护或检修时，如需在没有压力油源的情况下转动顶驱主轴，将所述截止阀一和截止阀二打开，此时所述液压马达的本体油口A1、A3、C1、C3均接通，所述液压马达可在外负载的作用下转动，实现“空盘马达”的操作，所述溢流阀三、溢流阀四的压力油口P连接，当所述液压马达的本体油口A1和C3进油时，所述液压马达顺时针旋转，此时所述顶驱主轴在所述液压马达的驱动下处于钻井或上扣工作中，若在此工作中出现憋钻情况则通过所述比例溢流阀二来释放反扭矩，所述电磁换向阀二控制切换所述液压马达的全排量和半排量的工作状态，当所述电磁换向阀二的电磁铁YV5通电时，所述二通插装阀一和二通插装阀二控制油液与所述液压油箱OT连通，所述闭式泵的进出油口PA和PB与所述液压马达二的本体油口A3和C3连通，此时所述液压马达处于全排量工作状态，所述液压顶驱在低速档工作，当所述电磁换向阀二的电磁铁YV6通电时，经过所述梭阀的高压控制油液进入所述二通插装阀一和二通插装阀二的控制腔内，同时所述液控换向阀一和液控换向阀二执行换向操作，所述液压马达二的本体油口A3和C3与卸油口D连通，在所述单向阀的背压作用下，所述液压马达二零排量输出处于自由轮状态，此时所述液压马达处于半排量工作状态，液压顶驱在高速档工作。

作为本实用新型的优选方案，所述液压盘刹装置由刹车盘和刹车钳组成，所述刹车盘与所述顶驱主轴固定连接，所述刹车钳与所述顶驱本体固定连接，所述刹车盘置于所述刹车钳中。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果：

1、本实用新型使用液压马达主轴直接驱动顶驱主轴，去掉了齿轮箱结构，简化了液压马达控制系统，去掉了原有的齿轮箱需要的稀油润滑、冷却系统，减小了整个马达控制系统的体积，节省了占地面积，减少了整个液压马达控制系统的重量；

2、本实用新型的液压系统采用闭式系统，降低了液压系统发热严重的情况；

3、本实用新型在液压马达控制系统中增加了截止阀以实现顶驱主轴无动力源时的旋转功能；

4、本实用新型中的液压马达压力控制系统中增加了两个压力传感器，用于监测液压马达的工作压力，实现所述顶驱主轴输出扭矩的控制；

5、本实用新型中采用了液压盘刹装置，可实现顶驱主轴的瞬间制动，降低了井底钻具脱扣的风险；

6、本实用新型的液压控制系统对顶驱实现了转速两档切换，在额定转速范围内可实现无级调速。

附图说明

图1为本实用新型立体图；

图2为本实用新型泵源控制系统框图；

图3为本实用新型液压马达控制系统框图。

图中标记：1-泵源控制系统，11-闭式泵，12-原动机，13-冲洗泵，14-比例溢流阀一，15-电磁换向阀一，16-比例减压阀，17-液压油过滤器，2-液压马达控制系统，21-液压马达压力控制系统，211-溢流阀一，212-溢流阀二，213-截止阀一，214-溢流阀三，215-流量调节阀，22-自由轮阀组，220-截止阀二，221-溢流阀四，222-梭阀，223-二通插装阀一，224-二通插装阀二，225-液控换向阀一，226-液控换向阀二，227-电磁换向阀二，228-比例溢流阀二，229-单向阀，23-压力传感器，231-压力传感器一，232-压力传感器二， 3-液压马达，31-液压马达一，32-液压马达二，4-顶驱本体，5-顶驱主轴，6-液压盘刹装置，61-刹车盘，62-刹车钳。

具体实施方式

下面结合实施例及具体实施方式对本实用新型作进一步的详细描述，但不应将此理解为本实用新型上述主体的范围仅限于以下的实施例，凡基于本实用新型内容所实现的技术均属于本实用新型的保护范围。

实施例1

如图1所示，本实用新型包括顶驱本体4，与顶驱本体4固定连接顶驱主轴5、液压马达3、液压盘刹装置6和液压马达控制系统2，与液压马达控制系统2柔性连接的泵源控制系统1，液压马达3由液压马达一31和液压马达二32组成，液压马达一31和液压马达二32由壳体组合在一起，液压盘刹装置6由刹车盘61和刹车钳62组成，刹车盘61与顶驱主轴5固定连接，刹车钳62与顶驱本体4固定连接，刹车盘61置于刹车钳62中，当需要制动时，通过刹车钳62将刹车盘61夹紧进行制动。

如图2所示，泵源控制系统1包括原动机12、由原动机12驱动的闭式泵11、由原动机12驱动的冲洗泵13、比例溢流阀一14、电磁换向阀一15和比例减压阀16，原动机12通过通轴驱动闭式泵11和冲洗泵13工作，闭式泵11有两个排量控制口分别是排量控制口一X1和排量控制口二X2，排量控制口一X1分别与电磁换向阀一15的工作油口A连接，排量控制口二X2与电磁换向阀一15的工作油口B连接，电磁换向阀一15的压力油源进口P与比例减压阀16的工作油口A连接，比例减压阀16的压力油口P与控制油源K连接，闭式泵11的压力切断控制油口XA与比例溢流阀一14的压力油口P连接，闭式泵11、比例溢流阀一14的回油口T及电磁换向阀一15的回油口T均与液压油箱OT连接，在本实施例中，闭式泵11的油路中还连接有液压油过滤器17。

如图2所示，液压马达控制系统2由液压马达压力控制系统21、自由轮阀组22、压力传感器23组成，自由轮阀组22与液压马达压力控制系统21连通，压力传感器23连接在液压马达压力控制系统21的油路上，压力传感器23有两个，分别是压力传感器一231和压力传感器二232。

液压马达压力控制系统21由溢流阀一211、溢流阀二212、溢流阀三214、截止阀一213和流量调节阀215组成；自由轮阀组22由截止阀二220、溢流阀四221、梭阀222、二通插装阀一223、二通插装阀二224、液控换向阀一225、液控换向阀二226、电磁换向阀二227、比例溢流阀二228和单向阀229组成。

溢流阀一211的压力油口P分别与溢流阀二212的回油口T、截止阀一213的工作油口A、溢流阀三214的回油口T、液压马达一31的本体油口C1、闭式泵11的进出油口PB、压力传感器一231连接，溢流阀一211的回油口T分别与溢流阀二212的压力油口P、截止阀213的工作油口B、溢流阀三214的压力油口P、液压马达一31的本体油口A1、闭式泵11的进出油口PA、压力传感器二232连接，流量调节阀215的工作油口A与冲洗泵13的冲洗油口F连接，流量调节阀215的工作油口B与液压马达3的冲洗油口F连接、液压马达3的泄油口D1、D2与单向阀229的工作油口A连接；梭阀222的工作油口A与闭式泵11的进出油口PA和二通插装阀一223的工作油口A连接，梭阀222的工作油口B分别与闭式泵11的进出油口PB和二通插装阀二224的工作油口A连接，梭阀222的压力油口P与电磁换向阀二227的工作油口A连接，电磁换向阀二227的工作油口B分别与液控换向阀一225的工作油口B和回油口T、液控换向阀二226的工作油口A和回油口T、比例溢流阀二228的回油口T、单向阀229的工作油口B、系统卸油口D连接，系统卸油口D与液压油箱OT连通，二通插装阀一223的工作油口B2与截止阀二220的工作油口A、溢流阀四221的压力油口P、液压马达二32的本体油口C3连接，二通插装阀一223的工作油口B1与液控换向阀一225的工作油口A连接，二通插装阀一223的控制油口X与液控换向阀一225的控制油口X、液控换向阀二226的控制油口X、二通插装阀二224的控制油口X、电磁换向阀二227的压力油口P连接，液控换向阀二226的工作油口B与二通插装阀二224的工作油口B2连接，二通插装阀二224的工作油口B1与截止阀二220的工作油口B、溢流阀四221的回油口T与液压马达二32的本体油口A3连接，溢流阀四221的控制油口X分别与溢流阀三214的控制油口X、比例溢流阀二228的压力油口P连接。

Claims (8)

1.一种顶驱液压控制系统，其特征在于包括：

顶驱本体；

液压马达控制系统，所述液压马达控制系统与所述顶驱本体固定连接；

液压马达，所述液压马达与所述液压马达控制系统连通，所述液压马达包含两个子马达，分别是液压马达一和液压马达二；

顶驱主轴，所述顶驱主轴通过花键与所述液压马达固定连接，所述液压马达一和液压马达二通过分别通过所述花键与所述顶驱主轴固定连接；

泵源控制系统，所述泵源控制系统与所述液压马达控制系统柔性连接并连通；

液压盘刹装置，所述液压盘刹装置分别与所述顶驱主轴和顶驱本体固定连接。

2.根据权利要求1所述的一种顶驱液压控制系统，其特征在于：所述泵源控制系统包括原动机、由所述原动机驱动的闭式泵和冲洗泵、比例溢流阀一、电磁换向阀一和比例减压阀，所述闭式泵有两个排量控制口分别是排量控制口一X1和排量控制口二X2，所述排量控制口一X1与所述电磁换向阀一的工作油口A连接，所述排量控制口二X2与所述电磁换向阀一的工作油口B连接，所述电磁换向阀一的压力油源进口P与所述比例减压阀的工作油口A连接，所述比例减压阀的压力油口P与控制油源K连接，所述闭式泵的压力切断控制油口XA与所述比例溢流阀一的压力油口P连接，所述闭式泵、比例溢流阀一的回油口T及所述电磁换向阀一的回油口T均与液压油箱OT连接。

3.根据权利要求2所述的一种顶驱液压控制系统，其特征在于：所述闭式泵中连接有液压油过滤器。

4.根据权利要求2所述的一种顶驱液压控制系统，其特征在于：所述液压马达控制系统由液压马达压力控制系统、自由轮阀组、压力传感器组成，所述自由轮阀组与所述液压马达压力控制系统连通，所述压力传感器连接在所述液压马达压力控制系统的油路上，所述压力传感器有两个，分别是压力传感器一和压力传感器二。

5.根据权利要求4所述的一种顶驱液压控制系统，其特征在于：所述自由轮阀组包括截止阀二、溢流阀四、梭阀、二通插装阀一、二通插装阀二、液控换向阀一、液控换向阀二、电磁换向阀二、比例溢流阀二和单向阀。

6.根据权利要求5所述的一种顶驱液压控制系统，其特征在于：所述液压马达压力控制系统由溢流阀一、溢流阀二、溢流阀三、截止阀一和流量调节阀组成，所述溢流阀一的压力油口P分别与所述溢流阀二的回油口T、截止阀一的工作油口A、溢流阀三的回油口T、液压马达一的本体油口C1、闭式泵的进出油口PB、压力传感器一连接，所述溢流阀一的回油口T分别与所述溢流阀二的压力油口P、截止阀的工作油口B、溢流阀三的压力油口P、液压马达一的本体油口A1、闭式泵的进出油口PA、压力传感器二连接，所述流量调节阀的工作油口A与所述冲洗泵的冲洗油口F连接，所述流量调节阀的工作油口B与所述液压马达的冲洗口油F连接、所述液压马达的泄油口D1、D2与所述单向阀的工作油口A连接。

7.根据权利要求5所述的一种顶驱液压控制系统，其特征在于：所述梭阀的工作油口A与所述闭式泵的进出油口PA和二通插装阀一的工作油口A连接，所述梭阀的工作油口B分别与所述闭式泵的进出油口PB和二通插装阀二的工作油口A连接，所述梭阀的压力油口P与所述电磁换向阀二的工作油口A连接，所述电磁换向阀二的工作油口B分别与所述液控换向阀一的工作油口B和回油口T、液控换向阀二的工作油口A和回油口T、比例溢流阀二的回油口T、单向阀的工作油口B、系统卸油口D连接，所述系统卸油口D与液压油箱OT连通，所述二通插装阀一的工作油口B2与所述截止阀二的工作油口A、溢流阀四的压力油口P、液压马达二的本体油口C3连接，所述二通插装阀一的工作油口B1与所述液控换向阀一的工作油口A连接，所述二通插装阀一的控制油口X与所述液控换向阀一的控制油口X、液控换向阀二的控制油口X、二通插装阀二的控制油口X、电磁换向阀二的压力油口P连接，所述液控换向阀二的工作油口B与所述二通插装阀二的工作油口B2连接，所述二通插装阀二的工作油口B1与所述截止阀二的工作油口B、溢流阀四的回油口T与液压马达二的本体油口A3连接，所述溢流阀四的控制油口分别与所述溢流阀三的控制油口X、比例溢流阀二的压力油口P连接。

8.根据权利要求1所述的一种顶驱液压控制系统，其特征在于：所述液压盘刹装置由刹车盘和刹车钳组成，所述刹车盘与所述顶驱主轴固定连接，所述刹车钳与所述顶驱本体固定连接，所述刹车盘置于所述刹车钳中。