[發明專利]一種功率補償式電動修井機動力與傳動系統

有效

• 申請號: 201610018276.1
• 申請日: 2016-01-12
• 公開（公告）號: CN105480884B
• 公開（公告）日: 2017-11-03
• 發明（設計）人: 王繼新;徐寧;蔡云光;韓云武;周君;劉穎毅;白雪
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: B66D1/14
• 分類號: B66D1/14;B66D1/12;B66D1/48;H02J3/28
• 代理公司: 長春市四環專利事務所(普通合伙)22103
• 代理人: 張建成

技術領域

本發明主要涉及電動修井機動力與傳動系統領域，特別涉及一種功率補償式電動修井機獨立作業系統的動力與傳動系統。

背景技術

修井機是對油田井下管柱或井體進行維修保養的油田機械設備，隨著我國油田的不斷開采，修井機的使用越發廣泛。傳統修井機是以柴油發動機作為動力源，行駛和作業采用同一套動力系統，由于行駛系統中發動機組功率遠大于作業系統需求峰值功率，難以避免的會產生功率浪費，不符合當今環保節能的主題，因此近年來電動修井機方案引起重視。

現有方案中為滿足工作初期高功率和大轉矩的需求，大多作業系統的執行電動機額定功率需達到100kW—120kW左右，仍大于作業過程平均需求功率60kW—80kW，依然存在功率浪費現象；部分方案中雖將行駛和作業的動力系統進行拆分，但采用柴油機帶動發電機發電為作業系統供能，節能效果欠佳；同時其作業系統仍沿用原來的傳動裝置，并未因更換動力源而進行調整。由此可見在電動修井機領域，仍可以通過采用場地電網供能、儲能設備功率補償和結構改良優化等方式降低電動機額定功率，提高傳動效率，實現進一步的節能。

發明內容

本發明的目的是提供一種功率補償式電動修井機動力與傳動系統。

本發明的技術方案為通過場地電網和儲能設備共同為作業系統供能，取代原修井機的柴油發動機或車載發電機，解決功率浪費問題，同時改良傳動裝置結構，省去變速箱、角傳動箱和鏈傳動，并采用鎖止式離合器，在保證安全性的前提下進一步降低電動機額定功率。

本發明由動力系統和傳動系統兩大部分組成。所述的動力系統包括超級電容、DC/DC穩流電源、場地電網、整流器、逆變器和交流變頻調速電機，其中，超級電容作為儲能設備存儲能量，交流變頻調速電機作為動力輸出裝置；所述的傳動系統包括分動箱、工作泵、閉鎖式液力變矩器、聯軸器、減速器和絞車，其中，閉鎖式液力變矩器由鎖止離合器和液力變矩器組成，當其輸出端需求轉矩降低到電動機額定轉矩范圍內時，鎖止離合器閉鎖，實現剛性連接傳動。

動力系統中，所述的電網為油田內場地電網，通常場地電網可提供功率在30kVA—50kVA之間，無法滿足作業峰值功率，因此需要儲能設備提供額外功率；所述的超級電容具有充放電速度快、使用壽命長、功率密度大等優點，滿足修井機作業系統周期性工作的需求，因此選作儲能設備；所述的交流變頻調速電機具有良好的調速特性，隨著近年變頻調速技術的成熟，通過自動控制實現無級變速，可省去變速箱，減輕人力操作。

傳動系統中，所述的交流變頻調速電機與絞車滾筒平行放置，省去角傳動箱的空間換向錐齒輪，提高傳動效率；所述的閉鎖式液力變矩器降低能量損失，同時依據其降速增扭作用和轉矩自適應特性，可進一步減小現有修井機的電動機額定功率，更加節能高效，避免了起步過載對電機和控制系統的損壞；所述的減速器根據電機轉速和需求轉速范圍，重新適配傳動比，去除原修井機傳動系統中的鏈傳動，提高傳動效率。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：

1.將修井機行走系統和作業系統動力進行拆分，作業系統采用電動機驅動，能量來自電網，相比現有修井機能量利用率高，污染排放少，噪聲小，節能環保；

2.選用超級電容作為儲能設備，可快速充放電，滿足修井機作業系統功率周期性變化需求，且使用過程免維護，使用壽命較長，性價比高，廢棄后污染??；

3.采用交流變頻調速電機，通過控制頻率改變輸出轉速、轉矩，依據轉速、轉矩反饋實現井管提升過程的全自動控制，省去人力操作，提高作業安全性；

4.去除原修井機傳動系統中變速箱、角傳動箱和鏈傳動結構，由減速器代替，提高傳動效率；

5.采用鎖止式液力變矩器，避免因過載或操作不當對電機和控制系統造成損傷，同時控制系統依據轉矩關系控制鎖止離合器狀態，降低了電動機的額定功率，提高工作效率。

附圖說明

下面將結合附圖對本發明做進一步說明：

圖1為動力傳動系統結構簡圖。

圖2為閉鎖式液力變矩器判別流程圖。

其中：A—動力系統；B—傳動系統；1—超級電容；2—DC/DC穩流電源；3—電網；4—整流器；5—逆變器；6—交流變頻調速電機；7—分動箱；8—閉鎖式液力變矩器，81—鎖止離合器，82—液力變矩器；9—工作泵，91—支撐缸液壓泵，92—輔助液壓泵，93—變矩器液壓泵；10—聯軸器；11—減速器；12—絞車。