CN212137437U - 一种主推力轴承采用油润滑的顶驱直驱电机 - Google Patents

Abstract

一种主推力轴承采用油润滑的顶驱直驱电机，有固定部分和转动两部分，固定部分包括：冷却风机、盘式制动器、上端盖定子外壳、电机定子、油箱、下端盖、吸油管和冷却器；转动部分包括：防跳轴承、刹车盘、主轴、主推力轴承、电机转子、转子轮毂和扶正轴承。刹车盘和转子轮毂分别与主轴通过油压锥度配合过盈连接。主推力轴承布置在上端盖的油池内，在其下部设置了一个油箱。由布置在直驱电机外部的交流电机或液压马达驱动的齿轮油泵，将油箱内的润滑油，泵入安装在下端盖的冷却器，再进入上端盖的油池。润滑油带走主推力轴承在运转过程中产生的热量，从而克服了采用脂润滑的主推力轴承温升过高和使用寿命过短的问题。

Description

一种主推力轴承采用油润滑的顶驱直驱电机

技术领域

本发明涉及石油钻采设备技术领域，特别涉及顶部驱动装置的直驱电机。

背景技术

四川宏华石油设备有限公司于2012年公开了发明专利“一种顶驱”(专利号：201010251290.9)，2019年6月4日公开了实用新型专利“一种直驱式顶驱电机”(专利号：201821617002.5)。其结构特点是主推力轴承(11)采用脂润滑。由于主推力轴承(11) 要承受很大的轴向载荷(例如7,000m井深的石油钻机，主推力轴承(11)承受的最大轴向动载荷为21,000kN，承受最大的轴向静载荷为45,000kN)，而主推力轴承(11)运转的最高转速达到250r/min以上，远超主推力轴承(11)允许的极限转速160 r/min。据测算，主推力轴承(11)在运转过程中产生约8～9kW (1,912～2,151Cal/s)的热量。如果仅仅通过风冷，依靠表面的辐射散热，主推力轴承(11)内部的温度可能要达到280℃以上，润滑脂融化并失效，这将大幅度降低主推力轴承(11)的运用可靠性和使用寿命。在钻井过程中，如果主推力轴承(11)由于温升过高而提前损坏，必须将顶部驱动装置运至制造厂或修理厂进行解体、更换主推力轴承(11)，再进行组装试验。过长的修理时间，有可能导致油井报废，造成很大的经济损失。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题就是要克服现有技术─主推力轴承采用脂润滑的“直驱式顶驱电机(专利号：201821617002.5)”的缺点和不足，提供一种新的“主推力轴承采用油润滑的顶驱直驱电机”，使主推力轴承的实际使用寿命超过主推力轴承标准要求的使用寿命【见SY/T5530-2005石油钻机和修井机水龙有及 APIspec8C-2003第4版P29(2006年9月)】，确保顶部驱动装置在规定的大修期内才更换主推力轴承。

本实用新型是一种主推力轴承采用油润滑的顶驱直驱电机，它主要是由固定和转动两部分组成。固定部分包括：冷却风机、盘式制动器、电机外壳、上端盖、电机定子、油箱、下端盖、吸油管和冷却器等；转动部分包括：防跳轴承、刹车盘、主轴、主推力轴承、电机转子、转子轮毂和扶正轴承等。刹车盘和转子轮毂分别与主轴通过油压锥度配合连接。防跳轴承为圆锥滚子轴承，主推力轴承为推力圆锥滚子轴承，扶正轴承为短圆柱滚子轴承。主推力轴承布置在上端盖的油池内，在其下部设置了一个油箱。由布置在直驱电机外部的交流电机或液压马达驱动的齿轮油泵，将油箱内的润滑油，从吸油管，经出油口Ⅰ泵入安装在下端盖上的冷却器的进油口Ⅱ，润滑油在油冷器中被冷却后，再从冷却器的出油口Ⅲ，经管路进入上端盖的进油口Ⅳ，回到上部油池。润滑油流经主推力轴承时，润滑并带走主推力轴承在运转过程中产生的热量，润滑油依靠自身的重量，流回到下面的油箱。刹车盘与主轴通过油压锥度配合过盈连接；转子轮毂与主轴通过油压锥度配合过盈连接。

一种主推力轴承采用油润滑的直驱电机的顶部驱动装置与一种带齿轮减速箱的顶部驱动装置相比，结构简单，传递动力的运动件(如齿轮和轴承等)数量少，因此具有制造成本低、运用可靠和使用寿命长的优点。只要将主推力轴承由脂润滑改为油润滑，克服脂润滑的主推力轴承运用可靠性差和使用寿命短的缺点和不足，一种主推力轴承采用油润滑的直驱电机的顶部驱动装置具有广泛的发展前景。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图中：1-冷却风机、2-盘式制动器、3-上端盖、4-定子外壳、 5-电机定子、6-油箱、7-下端盖、8-防跳轴承、9-刹车盘、10-主轴、 11-主推力轴承、12-吸油管、13--电机转子、14-转子轮毂、15-扶正轴承、16-冷却器、A-油池、D-冷却空气、Ⅰ-出油口Ⅰ、Ⅱ- 进油口Ⅱ、Ⅲ-出油口Ⅲ、Ⅳ-进油口Ⅳ。

具体实施方式

本实用新型是一种主推力轴承采用油润滑的顶驱直驱电机，其结构如附图1所示，它是由固定和转动两部分组成。固定部分包括：冷却风机1、盘式制动器2、上端盖3、电机定子5、油箱 6、下端盖7、吸油管12和冷却器16；转动部分包括：防跳轴承 8、刹车盘9、主轴10、主推力轴承11、电机转子13、转子轮毂 14和扶正轴承15。

所述的一种主推力轴承采用油润滑的顶驱直驱电机，主推力轴承11为圆锥推力滚子轴承，布置在上端盖3的油池A内，在其下部设置了一个油箱6。由布置在直驱电机外部的电机驱动齿轮油泵附图中未显示，从油箱6内的吸油管12，将油箱6内的润滑油，从出油口Ⅰ泵入安装在下端盖7的冷却器16的进油口Ⅱ，润滑油在冷却器16被冷却后，再从油冷器的出口Ⅲ，经管路附图中未显示进入上端盖3的进口Ⅳ，回到上部油池A。润滑油流经主推力轴承11时，润滑并带走主推力轴承11在运转过程中产生的热量，润滑油依靠自身的重量，回到下面的油箱6。

所述的一种采用油润滑的顶驱直驱电机，主轴10既是电机的旋转轴又是顶部驱动装置的主轴，上端连接冲管组成，下端连接钻具附图中未显示。主轴10的中心孔是钻井液的通道，主轴 10上端的B处和下端的C处，分别与刹车盘9和转子轮毂14通过油压锥度配合过盈连接。

所述的一种主推力轴承采用油润滑的顶驱直驱电机，安装在主轴10上端的防跳轴承8是圆锥滚子轴承，一方面承受顶部驱动装置在钻井过程中产生向上跳动的轴向力，与安装在主轴10 下端的扶正轴承15同时承受电机转子13不平衡重产生的径向力。扶正轴承15为短圆柱滚子轴承。由于防跳轴承8和扶正轴承15 承受的径向力和轴向力非常小，仍然可以采用脂润滑，依靠自身的辐射散热就能满足防跳轴承8和扶正轴承15冷却和润滑的要求。

所述的一种主推力轴承11采用油润滑的顶驱直驱电机，上端盖3是顶部驱动装置的主要承受轴向力的部件。石油钻机的提升系统的大钩，通过和安装在上端盖3两侧的提环销和提环附图中未显示，提起石油钻机的动载荷和静载荷例如7,000米井深，主推力轴承11承受的最大轴向动载荷为21,000kN，承受最大的轴向静载荷为45,000kN。

所述的一种主推力轴承11采用油润滑的顶驱直驱电机，安装在顶部上端盖3上的两台冷却风机1，将冷却空气D经下端盖 7的进风孔和冷却器16吸入，通过电机定子5的气隙及电机定子 5和电机转子13的径向通风沟和轴向通风口流入电机上端，再从冷却风机1的出风口流出，带走顶驱直驱电机的电驱及主推力轴承11在运转过程中产生的热量，从而将顶驱直驱电机的电驱温度控制在允许的范围内，同时将主推力轴承11的润滑油温控制在95℃以下。

所述的一种主推力轴承采用油润滑的顶驱直驱电机，刹车组件2的作用是：在钻井过程中，井下出现卡钻，而电机突然停电，避免钻杆反转和钻杆接头松脱造成的严重事故。

所述的一种主推力轴承采用油润滑的顶驱直驱电机，电机定子5和电机转子13是直驱电机最基本的主要部件。电机定子5 是电机的固定部分，它由铁芯、绕组和定子外壳4三部分组成。其作用是，产生旋转磁场；电机转子13是电机的转动部分，在电机定子5的旋转磁场的作用下，产生转矩，带动主轴10及石油钻机的钻具旋转。

Claims (4)

1.一种主推力轴承采用油润滑的顶驱直驱电机，包括直驱式顶驱电机，其特征在于：主推力轴承(11)布置在上端盖(3)的油池(A)内，在上端盖下部设置了一个油箱(6)，由布置在直驱顶驱电机外部的交流电机或液压马达驱动的齿轮油泵将油箱(6)内的润滑油，从吸油管(12)，经出油口Ⅰ(Ⅰ)泵入安装在下端盖(7)的冷却器(16)的进油口Ⅱ(Ⅱ)，润滑油在冷却器(16)中被冷却后，再从冷却器(16)的出油口Ⅲ(Ⅲ)，经管路进入上端盖(3)的进油口Ⅳ(Ⅳ)，回到油池(A)；润滑油流经主推力轴承(11)时，润滑并带走在运转过程中产生的热量，润滑油依靠自身的重力，流回到下面的油箱(6)。

2.根据权利要求1所述的一种主推力轴承采用油润滑的顶驱直驱电机，直驱式顶驱电机带有的冷却风机(1)、盘式制动器(2)、电机外壳(4)、电机定子(5)、下端盖(7)和油箱(6)、上端盖(3)、吸油管(12)、冷却器(16)组成固定部分；直驱式顶驱电机带有的防跳轴承(8)、刹车盘(9)、扶正轴承(15)、主轴(10)、电机转子(13)、转子轮毂(14)和主推力轴承(11)组成转动部分。

3.根据权利要求2所述的一种主推力轴承采用油润滑的顶驱直驱电机，防跳轴承(8)为圆锥滚子轴承，主推力轴承(11)为推力圆锥滚子轴承，扶正轴承(15)为短圆柱滚子轴承。

4.根据权利要求2所述的一种主推力轴承采用油润滑的顶驱直驱电机，其特征在于：刹车盘(9)与主轴(10)通过油压锥度配合过盈连接；转子轮毂(14)与主轴(10)通过油压锥度配合过盈连接。

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