CN2359446Y - 钻机绞车的自动恒功率传动装置 - Google Patents

Abstract

一种钻机绞车的自动恒功率传动装置,是在通用型钻机绞车传动装置上增设一个双曲线函数运算器构成的,该函数运算器的输入端与传动装置中电动机的转矩参数输出端相连接,而其输出端则与传动装置中的速度给定的控制端子相连接,以控制驱动电机的转速随载荷的减小而沿恒功率曲线逐渐升速,以充分利用电动机的功率和提高时效,且可扩大绞车驱动系统的工作范围。

Description

钻机绞车的自动恒功率传动装置

本实用新型涉及一种电驱动石油钻机上的绞车电气传动装置，更确切地说，涉及一种钻机绞车的自动恒功率传动装置。

目前国内运行的电驱动石油钻机都是由3-4台柴油发电机组输出的3相50Hz或60Hz的600伏交流电，输入到3-4台可控硅传动装置(1对2方式)或6台可控硅传动装置(1对1方式)，藉此分别控制绞车和两台泥浆泵的驱动电机。具体操作是由司钻在电控台给出转速指令，并输入至可控硅传动装置，以使可控硅传动装置控制驱动电机，以足够的转矩在给定的转速上运转。

由于钻机在钻探地层时会磨损钻头，且钻头磨损到一定程度就必须更换之，而此时可能井深已达数千米。钻头是装在由几百根约9米长的短根用螺纹连接而成的长达几千米的钻杆顶端，要更换钻头，就必须把这些钻杆从井中全部提升出来。为了提高工效，通常是三个短根连在一起提，这三个短根就叫做一个立根。从井中提升钻杆的作业称作起钻。在起钻作业时，最理想的状况是要求大钩的提升速度V能随载荷Q的减小而提高，如图1中的载荷一速度曲线1所示，达到QV＝C，即等功率曲线，此时功率利用率最高。由于钻机绞车是通过钢丝绳，经天车、游车带动大钩上载荷的，在起钻时，由于每减少一个立根就相当于减少载荷，人们希望能相应提高起升速度，使驱动电机的载荷一转速提升曲线尽量靠近等功率曲线，如图1中的曲线2所示。因此绞车的驱动系统应该满足无级变速和恒功率调速的要求，以充分利用功率，提高生产率和时效。

然而，目前油田中运行的钻机，无论是从国外购进的，或是国产钻机传动装置都是速度控制装置，即传动装置有一个“速度给定”端子，从“速度给定”端输入一直流电压信号，这信号就是电动机的转速指令，电动机就要在这一指令值上运转，并且不随电动机转矩的改变而变化，仅随“速度给定”信号的大小而成比例改变。或者通过机械变速挡，使绞车实现恒功率调速特性，即使绞车的提升速度呈阶跃式的V1、V2、V3状变化，其提升曲线如图1中的曲线3所示。由图可见，这种方法的功率利用率很不充分，实有改进的必要。

本实用新型的目的是提供一种能克服上述缺陷的钻机绞车的自动恒功率传动装置，使钻机绞车可以提高功率利用率和时效。

本实用新型是这样实现的：包括有由电源、速度调节器、电流调节器、触发器和电力电子器件所构成的通用型钻机传动装置，其特征在于：还设有一个函数运算器集成电路器件，该函数运算器的输入与所述传动装置中电动机的转矩参数输出端相连接，而该函数运算器的输出端则与驱动电机传动装置的转速给定控制端子相连接。以控制驱动电机的运转速度。

所述的函数运算器集成电路是双曲线函数运算器。

所述的驱动电机既可以是直流电动机，也可以是交流电动机。

所述的驱动电机最好是其外特性有一段恒功率曲线的，如直流串激电动机、交流变频电动机，以使其功率利用更充分、更适应绞车工况。

本实用新型是在石油钻机的驱动传动装置中增设一个函数运算器集成电路，该集成电路取驱动绞车的电动机的转矩参数(T)作为输入量，经过该函数运算器进行双曲线运算，再将运算后的结果(Un)去控制电动机的转速，使其自动随电动机转矩(T)的减小而沿恒功率曲线升速，以充分利用功率和提高时效。

本实用新型的特点是：1.原来绞车驱动系统的转矩(T)一转速(n)特性是矩形波，即使结合机械变速档，也只能达到图1中曲线3的效果。而本实用新型的绞车驱动系统的T-n特性则是等功率曲线(如图2中曲线4所示)，适合绞车工况要求。2.原来绞车驱动系统工作范围不大，其最大转矩为1.13Te，最高转速仅为n_e(参见图2中的曲线5)，而本实用新型可以使工作范围大为扩大，电机最大转矩可达1.5Te，最高转速可为1.6n_e。3.原来绞车是由司钻手控恒速运转的，本实用新型可以使之自动恒功率变速运行，既节省人工，又提高功率利用率。

下面结合附图及实施例，详细介绍本实用新型。

图1是钻机绞车的提升特性(载荷-速度)曲线图；

图2是钻机绞车两种驱动系统的转矩-速度(T-n)特性曲线图。

图3是本实用新型的结构组成示意图；

本实用新型的结构组成如图3所示，其包括有电源、速度调节器、电流调节器、触发器和电力电子器件所构成的通用型钻机驱动传动装置，其特征是增设了一个函数运算器集成电路，该集成电路的输入端与上述传动装置中电动机的转矩参数输出端相连接，而该函数运算器的输出端则与驱动电机传动装置的转速给定参数控制端子相连接，以控制电动机的运转速度随载荷的变化而呈双曲线状等功率变化。其中的双曲线函数运算器集成电路的型号可以是美国生产的型号为LH0094或MPY600产品。该函数运算器使用时，应根据不同厂家的说明书要求，分别加上其工作所需的电源，就可以对输入的转矩参数T进行双曲线运算，其输出端的参数Un即可加至传动装置的速度给定端，控制电动机的运转速度。此时，Un与T的关系也如图2中的曲线4所示，呈等功率的双曲线状。

本实用新型的工作过程简述如下：由于本实用新型的绞车传动装置即为通用的普通传动装置，其区别只是增添了一个双曲线函数运算器。将传动装置中的转矩参数T信号输出端子与函数运算器的输入端相连；再将其运算结果(实质上为电压Un)输出端子与传动装置的“速度给定”端子相连接，就可以控制电动机的转速，使电动机的转速按Un的大小而改变，从而替代司钻的手动“速度给定”方式。由于转矩参数T与钻机绞车的大钩载荷相对应，所以当大钩载荷逐渐减小时，函数运算器的输出值Un就会不断增加，这样就可实现绞车的转速随大钩载荷逐渐减少而沿恒功率曲线自动升速，实现发明目的。

需要指出的是，本实用新型所涉及的电动机，不仅可以是直流电动机，也可以是交流电动机；而且，最好是其外特性有一段恒功率曲线的，如直流串激电动机或交流变频电动机，以使其功率利用更充分。

Claims (4)

1、一种钻机绞车的自动恒功率传动装置，包括有由电源、速度调节器、电流调节器、触发器和电力电子器件所构成的通用型钻机传动装置，其特征在于：还设有一个函数运算器集成电路器件，该函数运算器的输入与所述传动装置中电动机的转矩参数输出端相连接，而该函数运算器的输出端则与驱动电机传动装置的转速给定控制端子相连接，以控制驱动电机的运转速度。

2、如权利要求1所述的钻机绞车的自动恒功率传动装置，其特征在于：所述的函数运算器集成电路是双曲线函数运算器。

3、如权利要求1所述的钻机绞车的自动恒功率传动装置，其特征在于：所述的驱动电机既可以是直流电动机，也可以是交流电动机。

4、如权利要求1或3所述的钻机绞车的自动恒功率传动装置，其特征在于：所述的驱动电机最好是其外特性有一段恒功率曲线电机。

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