[发明专利]一种油田用宽恒功率变频调速电动修井机

说明书

技术领域

本发明属于石油机械装备技术领域，特别涉及一种油田用宽恒功率调速电动修井机。

背景技术

目前修井机都是采用车载柴油发动机为动力，通过变速机构、角传动机构和卷筒减速机构驱动钢丝绳卷筒，以卷扬的方式实现基本作业功能。这种以车载柴油发动机为动力源的机械装备，存在如下问题：

1、柴油机排放污染严重

以目前使用比较广泛的XJ90Z轮式修井机采用工程柴油机为动力，装机功率为269kW，按欧I标准设计。若每台设备每年施工150天，柴油机平均使用功率60％计算，则每台每年排放的一氧化碳约2吨；碳化氢约0.6吨；其它物质约4吨。这些排放物质都对环境、对人类的生存十分有害。

2、柴油机自身的工作效率低

柴油机的工作原理是将柴油在汽缸中燃烧产生的热变成活塞的机械运动，在这个能量转化过程中，仅有30％左右的能量转化成机械能。

3、车载柴油发动机式修井机的使用、维护费用高

正常维护一台车载修井机的一年费用大约在3～5万元，柴油机、取力器、变速箱等一系列部件均需要维护、维修。发动机、变速箱的使用寿命通常为7年。每作业一口井需要柴油大约600升，市值约3000元人民币。

4、传动系统工作效率低

车载柴油发动机的动力，通过取力器、液力变矩器、机械变速箱、角传动变速箱和钢丝绳卷筒、滑轮组实现修井作业。机械传动过程长，机械阻力损耗大。通常车载柴油修井机的机械传动效率为0.6左右。

5、工作方式效率低

由于动力来源于柴油机，通常的工作方式是每天工作开始即将柴油机起动。实际的作业无论是提升作业还是下放作业，都需要有被吊物的装卸时间。真正需要修井机进行提升和下放作业时间与人工装卸时间之比通常是1∶3。意味着从工作方式上，柴油机将有75％以上时间处于空载运行，此时耗费的柴油约占满负荷的30％左右。

发明内容

为了解决目前使用的柴油修井机的排放污染严重、工作效率低、使用、维护费用高传动系统工作效率低等问题，本发明采用电动机为动力，通过变频方式进行调速。

它包括有井口钳传动机构、变速机构、绞车、钢丝绳大钩升降机构和供电系统，钢丝绳大钩升降机构中的动力件是低速大转矩电动机，升降机制动的动力件是电驱动气体压缩机，井口钳传动机构的动件是高压电动液压泵，钢丝绳大钩升降机构、升降机制动机构和井口钳动传动机构共同装在履带式拖拉机或者汽车上。供电系统包括有供电驱动气体压缩机电动机用电支路、高压电动液压泵电动机用电支路和钢丝绳卷筒低速大转矩电动机用电支路，三条电支路并联后与主空气开关输出端、主空气开关输入端与油井台变380V输出端依次电连接。低速大转矩电动机，其极对数在12极～24极之间，与变频器配合，恒功率调整范围为1∶3。升降用的低速大转矩电动机与热继电器、主驱动接触器、变频器依次电连接。变速机构由三档变速箱、角传动箱和绞车减速箱依次机械连接组成，其中三档变速箱内设有变速换挡机构，档位分为高、中、低。

电机额定功率90kW，本变频调速电动通井机采用基频以上的恒功率调速方式，极对数在12极～24极之间，系统具有高过载能力的特性，额定同步转速500r/min；额定电压380V；恒功率调速范围(50～120)Hz；电源侧功率因数不低于0.96；最大过载能力2.5倍；系统10秒内的过载能力1.5倍。该电机采用独立风机冷却，F级绝缘，S4工作制，免维护时间为10年，使用寿命20年。

电机配合变频器及专用控制模块可实现电机500-1200r/min范围内的恒功率调速。考虑实际操作的方便和实用性，电机工作频率采用选择开关，设定为50Hz、60Hz、70Hz、85Hz和120Hz，共5个挡位，运行中可根据需要选择。

机械系统采用原XJ60Z修井机的绞车、绞车减速箱和角传动箱部件，增加了三挡变速箱传动，通过联轴器与低速大转矩电动机(驱动电机)连接。三挡变速箱提供低速、中速和高速三种机械速度选择，并对应大扭矩、中扭矩和小扭矩工况，根据修井需要进行选择。具体操作步骤如下：

1、先将控制柜内所需的各分路空气开关置于“接通”状态，将各动力操作开关置于“开断”位置，电动机操作手柄置于零速位，各电动部件的连线对接确认安全无误后再接进线电源、合台变空开，合总进线空开。