[实用新型]钻机绞车的自动恒功率传动装置

说明书

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；