CN212774109U - 一种模拟石油钻机电动转盘驱动及负载的实验装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种模拟石油钻机电动转盘驱动及负载的实验装置，主要由驱动电机、刹车装置和减速装置、负载电机、编码器和扭矩传感器组成；其中，驱动电机的输出轴依次通过刹车装置、扭矩传感器和减速装置的输入轴连接，同时负载电机的传动轴和减速装置的输出轴连接；所述编码器安装于减速装置输入轴的另一端。该模拟实验装置采用驱动电机和负载电机双电机对扭的思路，来模拟钻井现场石油钻机电动转盘驱动及井下负载，方法简单可行，可靠性高。同时在模拟实验装置中加入了减速和刹车机构，模拟电动转盘驱动系统的结构，同时通过手动刹车装置，可以模拟人工干预紧急刹车等功能，防止钻井风险及事故的产生，有利于作业安全。
Description
技术领域
本实用新型涉及石油天然气钻井钻机领域的一种钻机转盘实验装置，尤其是一种模拟石油钻机电动转盘驱动及负载的实验装置。
背景技术
转盘是石油钻机的重要部件，俗称钻机八大件之一。钻井过程中，转盘驱动钻柱、井底钻具及钻头等旋转破岩，以实现油气井建井，是钻机的重要动力源。随着钻机装备的技术进步，钻机转盘普遍由机械驱动发展为电机独立驱动，电机独立驱动转盘具有结构简单、控制方便等优势。
近年来，随着钻井向自动化、智能化的方向发展，钻井装备也必须顺应自动化的发展潮流。而顶驱、电动转盘作为石油钻井的重要组成部分，在自动化控制方面大有可为，比如国内外相继开展了基于顶驱的钻柱双向扭转自动控制以及软扭矩控制技术攻关，这些自动化技术的应用大大提高了钻机效率，降低了钻井成本。在电动转盘上，目前还没有开展相关的自动控制研究，然而现役40型及以下配备电动转盘的钻机仍占有相当大的比例，因此，开展基于电动转盘的自动化技术同样具有重要意义。为更好地开展此类研究，有必要参考电动转盘的结构，建立一种能够模拟石油钻机电动转盘驱动及负载的实验装置，在该实验装置上，开展各种控制技术的前期实验，为新技术更好更快地服务于钻井现场提供技术支撑。
发明内容
本实用新型提供一种模拟石油钻机电动转盘驱动及负载的实验装置，在此实验装置上，便于开展基于电动转盘的自动化控制技术室内模拟实验，从而达到提高研发效率，缩短研发周期的目的。
本实用新型是通过以下技术方案实现的：
一种模拟石油钻机电动转盘驱动及负载的实验装置，主要由驱动电机、刹车装置和减速装置、负载电机、编码器和扭矩传感器组成；其中，驱动电机的输出轴依次通过刹车装置、扭矩传感器和减速装置的输入轴连接，同时负载电机的传动轴和减速装置的输出轴连接；所述编码器安装于减速装置输入轴的另一端。
上述方案进一步包括：
驱动电机的输出轴和刹车装置、刹车装置和扭矩传感器、扭矩传感器和减速装置的输入轴之间分别通过联轴器连接。
负载电机的传动轴和减速装置的输出轴之间通过联轴器连接。
所述驱动电机和负载电机同为交流变频调速电机或直流调速电机。
所述编码器为增量式光电编码器。
所述减速装置为齿轮减速装置或链条减速装置。
本实用新型的模拟石油钻机电动转盘驱动及负载的实验装置，具有以下优点：
（1）采用双电机对扭的思路，来模拟电动转盘驱动及井下负载，方法简单可行，一台驱动电机模拟电动转盘的主电机，一台负载电机模拟钻柱在钻进过程中由于自重及旋转破岩产生的扭矩阻力。
（2）模拟实验装置中，加入了减速装置、刹车装置等，尽量模拟现场转盘驱动系统的结构，同时通过手动刹车装置，可以模拟人工干预紧急刹车等功能，防止钻井风险及事故的产生。
附图说明
图1为本实用新型模拟石油钻机电动转盘驱动及负载的实验装置示意图。
图中标记：1、驱动电机，2、刹车装置，3、扭矩传感器，4、减速装置，5、编码器，6、负载电机，7、联轴器。
具体实施方式
下面结合附图做进一步的详细说明。
实施例1
一种模拟石油钻机电动转盘驱动及负载的实验装置，主要由驱动电机1、刹车装置2和减速装置4、负载电机6、编码器5和扭矩传感器3组成；其中，驱动电机1的输出轴依次通过刹车装置2、扭矩传感器3和减速装置4的输入轴连接，同时负载电机6的传动轴和减速装置4的输出轴连接；所述编码器5安装于减速装置4输入轴的另一端。
实施例2
上述实施例1进一步包括：驱动电机1的输出轴和刹车装置2、刹车装置2和扭矩传感器3、扭矩传感器3和减速装置4的输入轴之间分别通过联轴器7连接。负载电机6的传动轴和减速装置4的输出轴之间通过联轴器7连接。所述驱动电机1和负载电机6同为交流变频调速电机或直流调速电机。所述编码器5为增量式光电编码器。所述减速装置4为齿轮减速装置或链条减速装置。
实施例3
参照说明书附图1，一种模拟石油钻机电动转盘驱动及负载的实验装置，主要由驱动电机1、刹车装置2、扭矩传感器3、减速装置4、编码器5、负载电机6和联轴器7组成。其中，驱动电机1的电机轴与刹车装置2的输入端通过联轴器7连接，刹车装置2的输出端与扭矩传感器3的输入端通过联轴器7连接，扭矩传感器3的输出端与减速装置4输入轴的一端通过联轴器7连接，减速装置4的输出轴与负载电机6的电机轴通过联轴器7连接。
编码器5为增量式光电编码器，编码器5安装于减速装置4输入轴的另一端。驱动电机1和负载电机6同为交流变频调速电机或直流调速电机。减速装置4为齿轮减速装置或链条减速装置。
在该模拟实验装置中，驱动电机1模拟电动转盘的主电机，为实验装置的动力源。刹车装置2为手动刹车，模拟电动转盘气胎离合器惯刹，当拉动刹车装置2的手柄时，刹车装置2输出刹车信号给控制系统，从而控制驱动电机1停机，保证安全。减速装置4模拟电动转盘链条传动箱，用于实验装置减速，提高扭矩输出。负载电机6模拟转盘的负载，主要指旋转钻柱、井底钻具和钻头旋转破岩的扭矩负载。采用驱动电机1和负载电机6对扭的方式来模拟电动转盘的驱动和负载，方法简单可靠，实用性强。
模拟实验装置中扭矩传感器3实时采集驱动电机1输出的扭矩，用于判断驱动电机1输出的扭矩是否与控制系统设定扭矩输出一致，调节扭矩输出，提高控制精度。编码器5实时采集驱动电机1的转速和转角，用于对驱动电机1的旋转速度和角度进行闭环控制。
Claims (6)
1.一种模拟石油钻机电动转盘驱动及负载的实验装置，主要由驱动电机（1）、刹车装置（2）和减速装置（4）组成；其特征在于还包括负载电机（6）、编码器（5）和扭矩传感器（3）；其中，驱动电机（1）的输出轴依次通过刹车装置（2）、扭矩传感器（3）和减速装置（4）的输入轴连接，同时负载电机（6）的传动轴和减速装置（4）的输出轴连接；所述编码器（5）安装于减速装置（4）输入轴的另一端。
2.根据权利要求1所述的模拟石油钻机电动转盘驱动及负载的实验装置，其特征在于：驱动电机（1）的输出轴和刹车装置（2）、刹车装置（2）和扭矩传感器（3）、扭矩传感器（3）和减速装置（4）的输入轴之间分别通过联轴器（7）连接。
3.根据权利要求1或2所述的模拟石油钻机电动转盘驱动及负载的实验装置，其特征在于：负载电机（6）的传动轴和减速装置（4）的输出轴之间通过联轴器（7）连接。
4.根据权利要求3所述的模拟石油钻机电动转盘驱动及负载的实验装置，其特征在于：所述驱动电机（1）和负载电机（6）同为交流变频调速电机或直流调速电机。
5.根据权利要求3所述的模拟石油钻机电动转盘驱动及负载的实验装置，其特征在于：所述编码器（5）为增量式光电编码器。
6.根据权利要求3所述的模拟石油钻机电动转盘驱动及负载的实验装置，其特征在于：所述减速装置（4）为齿轮减速装置或链条减速装置。
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