CN211550461U - 一种钻井用多动力减速装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于石油钻井装备领域，尤其涉及一种钻井用多动力减速装置。所述装置包括至少一级传动机构，同级的所述传动机构包括同轴向设置的输出轴以及至少两个输入轴，位于垂直输出轴的平面内的输入轴等间距绕输出轴周向设置且输入轴与输出轴传动连接；输入轴与对应的动力输入源传动连接。本实用新型结构简单，设计巧妙，通过多级传动机构之间的耦合传动实现最大功率动力输出，同时大幅度降低了整体装置的采购成本和维修成本，缩短维修时间。

Description

一种钻井用多动力减速装置

技术领域

本实用新型属于石油钻井装备领域，尤其涉及一种钻井用多动力减速装置。

背景技术

目前，国内石油行业钻机动力装置分为柴油机直接驱动、交流变频电机驱动、直流电机驱动、网电电机驱动。动力源为柴油发电机组、柴油机或网电。柴油机直接驱动调速困难、性价比低；直流电机驱动或交流异步电机驱动均存在SCR或VFD控制房，控制复杂，维护难度大，能耗高，电机及控制均为分体布置，整套驱动系统价格昂贵，同时存在散热效果和效率差、质量重、体积大、不易维修等问题，并且对天气和环境的要求也比较高。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种钻井用多动力减速装置，本实用新型结构简单，设计巧妙，通过多级传动机构之间的耦合传动实现最大功率动力输出，同时大幅度降低了整体装置的采购成本和维修成本，缩短维修时间。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案如下：

一种钻井用多动力减速装置，所述装置包括至少一级传动机构，同级的所述传动机构包括同轴向设置的输出轴以及至少两个输入轴，位于垂直输出轴的平面内的输入轴等间距绕输出轴周向设置且输入轴与输出轴传动连接；输入轴与对应的动力输入源传动连接。

优选的，所述动力输入源为上一级传动机构的输出轴或作为最初级动力输入的电机。

优选的，所述电机的输出端通过联轴器与相应的输入轴择一端或两端同时连接，或电机的输出端与对应的输入轴通过固设的相应的齿轮啮合转动。

优选的，同级所述的传动机构内的输入轴与输出轴通过相应轴杆上固设的相应的齿轮啮合并实现传动。

优选的，所述输入轴和输出轴通过轴承设置于减速箱内，且最终级的输出轴的输出端暴露至减速箱外或输出轴连接设置于外界并用于连接负载的连接件。

优选的，所述减速箱通过底座承重，作为最初级动力输入源的电机的机壳实现电机与外界的隔离，所述电机的机壳设置于减速箱外壳或底座上。电机的机壳用于保护电机不受施工环境的影响，同时电机的安装位置可以根据安装条件进行选择。

优选的，作为最初级动力输入源的电机为永磁同步电机，永磁同步电机的驱动芯片输入端与对应的控制器的输出端连接。

优选的，所述控制器包括主控制器和多个分控制器，主控制器的输出端分别与多个分控制器的输入端连接，分控制器的输出端与对应的永磁同步电机的驱动芯片输入端连接。

优选的，所述装置还包括冷却润滑机构，所述冷却润滑机构包括由油箱、连接油箱和放置传动机构的减速箱的进油管以及连接所述减速箱和油箱的出油管所组成的油路，和盘设于油箱外部的水冷管，水冷管与外界冷水源循环连通或与换热器实现热交换。

优选的，所述水冷管还设置于作为动力输入源的电机的机壳内部以及电机的控制器外部。

本实用新型工作原理如下：

采用永磁同步电机作为初级动力输入源，其输出端以同方向同转速产生相同的扭矩带动所传动的输入轴转动，输出轴通过其与输出轴上啮合的齿轮实现传动，并带动输出轴转动，而这一级输出轴可以作为最终级输出轴带动负载转动，也可以作为下一级传动机构的输入轴，并继续通过相应的齿轮啮合传动实现下一级传动机构的输出轴转动，如此实现多动力的耦合后形成一个大扭矩、大功率的动力输出，进入对大负载进行驱动。当其中某台永磁同步电机损坏时，可由控制器控制其停止，并由系统（远端HMI10内软件）自动调节其他永磁同步电机补足损失的功率，或降低功率实现动力输出。

最终输出轴的扭矩由永磁同步电机单台产生扭矩、总数量、传动机构级数以及相应的齿轮减速比决定，例如传动机构为一级，n台永磁同步电机，每台电机的工作扭矩是T，输出轴上的大齿轮与输入轴上的小齿轮的齿轮比为m，那么输出轴产生的扭矩就是n×T×m。

传动机构的级数设置根据负载的动力需求以及现场的施工以及结构安装条件确定，具体到油井钻探而言，传动机构无需多级，只需要一个输出轴连接负载，同时配套数个输入轴和相应的永磁同步电机即可。

更为具体的：1）负载功率400kW以下，输入轴数量为2个且圆周角相差180°分布，永磁同步电机数量为2个（1电机对1输入轴）或4个（两电机分别通过联轴器传动输入轴两端，提高扭矩），输入轴与输出轴上的齿轮减速比2.5～3；

2）负载功率400～800kW，输入轴数量为3个且圆周角相差120°分布，永磁同步电机数量为3个（1电机对1输入轴）或6个（两电机分别通过联轴器传动输入轴两端，提高扭矩），输入轴与输出轴上的齿轮减速比3～4；

3）负载功率800～1200kW，输入轴数量为4个且圆周角相差90°分布，永磁同步电机数量为4个（1电机对1输入轴）或8个（两电机分别通过联轴器传动输入轴两端，提高扭矩），输入轴与输出轴上的齿轮减速比3～4；

4）负载功率1200kW以上，输入轴数量为5个且圆周角相差72°分布或6个且圆周角相差60°分布，永磁同步电机数量为5-10个或6-12个，输入轴与输出轴上的齿轮减速比4～4.5；

永磁同步电机功率可根据负载功率、齿轮减速比、输入轴数量、安装位置等倒推计算。

本实用新型采用多机小功率输入并将其耦合后形成大扭矩大功率输出的作功结构来取代现有技术中的网电电机、直流电机、交流异步电机和柴油机，主要因为现有的动力机构存在种种问题，虽然目前的柴油机或各种电机都可以国产，但是一年需求量仅以千台为计，因产量小价格高昂，而且损坏采用停机维修，不仅延误生产工期，而且零部件调配速度慢，维修成本也很高，同时这两种电机的控制器多采用进口厂家（ADD、西门子公司）生产的变频器，价格昂贵。

而本实用新型采用新能源永磁同步电机作为的初级动力输入源，不仅年产量大便于购买更换，同时成本低廉，其配套的控制器相对国外进口控制器而言，价格不到后者的1/3，而且当某台永磁同步电机出现意外无法工作时，无需停机维修或者只需短暂停机，将相应的电机或控制器拆下并换上新的电机即可，相对于紧张的生产工期而言，更换永磁同步电机的采购成本和时间成本可以忽略，且电机及控制器成本价格低廉。可以说本实用新型解决了本领域一直想解决的问题，而且创造了很高的社会效益。

本实用新型与现有技术相比，具有如下优点：

1）本装置采用多台永磁同步电机作为初级动力输入源，在通过至少一级传动机构将动力耦合后输出，能够达到以小功率电机形成合力、放大扭矩驱动大功率负载的目的；

2）采用永磁同步电机，其具有响应速度快、控制精度高、质轻体小、易组合安装和易维护，尤其是价格低廉、环保无污染，能够最大限度降低钻井等大型设备动力装置的采购成本和维修成本，缩短维修时间；

3）为解决电机以及整体传动机构和控制器的散热问题，本实用新型采用冷水管分别对电机、控制器以及多级传动机构的润滑油进行换热，提高整机的散热效率。

附图说明

图1为实施例1所述钻井用多动力减速装置的结构示意图；

图2为图1所示装置的结构侧视图；

图3为图1所示装置的结构俯视图；

图4为图1所示装置的减速箱的剖视图；

图5为实施例2所述钻井用多动力减速装置的结构示意图；

图6为实施例3所述钻井用多动力减速装置的结构示意图；

图7为实施例4所述钻井用多动力减速装置的结构示意图；

图8为实施例5所述钻井用多动力减速装置的结构示意图；

图9为具体实施方式中所述的冷却润滑机构的结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例1

如图1-4和图9所示，一种钻井用多动力减速装置，所述装置包括同轴向设置于减速箱1内的输出轴1-3以及两个输入轴1-2，输入轴1-2和输出轴1-3通过轴承设置于减速箱1的箱体1-1内，位于垂直输出轴1-3的平面内的输入轴1-2等间距绕输出轴1-3周向设置，输入轴1-2两端分别通过联轴器2与永磁同步电机3的输出端连接，输出轴1-3的输出端暴露至减速箱1外并连接用于连接负载的连接法兰4。

输入轴1-2的轴杆上设有两主动齿轮，输出轴1-3上设有两从动齿轮，等高处的主动齿轮和从动齿轮啮合。

所述减速箱1通过底座5承重，永磁同步电机3外罩设有机壳以实现电机与外界的隔离，所述机壳设置于减速箱底座5上。永磁同步电机的驱动芯片输入端分别与控制器6的输出端通过电缆9连接。控制器6设置于控制器固定支架7上。

所述装置还包括冷却润滑机构，所述冷却润滑机构包括由油箱、连接油箱和放置传动机构的减速箱的进油管以及连接所述减速箱和油箱的出油管所组成的油路8，和盘设于油箱外部的水冷管，水冷管通过进水管10和回水管11与外界冷水源循环连通或与换热器实现热交换，所述水冷管还设置于永磁同步电机3的机壳内部以及电机的控制器6外部。

实施例2

如图5所示，本实施例与实施例1所述装置的不同之处在于，输入轴1-2的数量为3个，相应的永磁同步电机数量为6个且永磁同步电机的机壳与减速箱箱体连接。

实施例3

如图6所示，本实施例与实施例1所述装置的不同之处在于，输入轴1-2的数量为4个，相应的永磁同步电机数量为8个。

实施例4

如图7所示，本实施例与实施例1所述装置的不同之处在于，输入轴1-2的数量为5个，相应的永磁同步电机数量为10个。

实施例5

如图8所示，本实施例与实施例1所述装置的不同之处在于，输入轴1-2的数量为6个，相应的永磁同步电机数量为12个。

Claims (10)

1.一种钻井用多动力减速装置，其特征在于，所述装置包括至少一级传动机构，同级的所述传动机构包括同轴向设置的输出轴以及至少两个输入轴，位于垂直输出轴的平面内的输入轴等间距绕输出轴周向设置且输入轴与输出轴传动连接；输入轴与对应的动力输入源传动连接。

2.如权利要求1所述的钻井用多动力减速装置，其特征在于，所述动力输入源为上一级传动机构的输出轴或作为最初级动力输入的电机。

3.如权利要求2所述的钻井用多动力减速装置，其特征在于，所述电机的输出端通过联轴器与相应的输入轴择一端或两端同时连接，或电机的输出端与对应的输入轴通过固设的相应的齿轮啮合转动。

4.如权利要求1所述的钻井用多动力减速装置，其特征在于，同级所述的传动机构内的输入轴与输出轴通过相应轴杆上固设的相应的齿轮啮合并实现传动。

5.如权利要求1所述的钻井用多动力减速装置，其特征在于，所述输入轴和输出轴通过轴承设置于减速箱内，且最终级的输出轴的输出端暴露至减速箱外或输出轴连接设置于外界并用于连接负载的连接件。

6.如权利要求5所述的钻井用多动力减速装置，其特征在于，所述减速箱通过底座承重，作为最初级动力输入源的电机的机壳实现电机与外界的隔离，所述电机的机壳设置于减速箱外壳或底座上。

7.如权利要求1-6任一所述的钻井用多动力减速装置，其特征在于，作为最初级动力输入源的电机为永磁同步电机，永磁同步电机的驱动芯片输入端与对应的控制器的输出端连接。

8.如权利要求7所述的钻井用多动力减速装置，其特征在于，所述控制器包括主控制器和多个分控制器，主控制器的输出端分别与多个分控制器的输入端连接，分控制器的输出端与对应的永磁同步电机的驱动芯片输入端连接。

9.如权利要求1所述的钻井用多动力减速装置，其特征在于，所述装置还包括冷却润滑机构，所述冷却润滑机构包括由油箱、连接油箱和放置传动机构的减速箱的进油管以及连接所述减速箱和油箱的出油管所组成的油路，和盘设于油箱外部的水冷管，水冷管与外界冷水源循环连通或与换热器实现热交换。

10.如权利要求9所述的钻井用多动力减速装置，其特征在于，所述水冷管还设置于作为动力输入源的电机的机壳内部以及电机的控制器外部。

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