專利名稱：一種深孔地質勘探鉆機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種鉆機，尤其涉及一種深孔地質勘探鉆機。
背景技術：
國內外現(xiàn)有的地質勘探鉆機為轉盤式、立軸式和液壓動力頭式，基本形式為柴油機或汽油機+變速箱、電機+變速箱、柴油機或電機+液壓泵+液壓馬達+變速箱帶動鉆桿回轉鉆進形式，能源效率低，鉆機行程小(不大于6米)，不能進行長行程立根鉆進，提下鉆時回轉器需讓開孔口，鉆機提升力小，提下鉆遇阻卡鉆時無法開泵回轉掃孔，處理事故能力弱；由于深孔鉆進的復雜性，需下多級套管，開孔直徑較大，現(xiàn)有鉆機的提升力、扭矩和鉆進工藝無法滿足深孔鉆進尤其是定向鉆進的要求?，F(xiàn)有石油用頂驅為液壓馬達加齒輪減速箱帶動鉆桿回轉鉆進、變頻異步電機加齒輪減速箱帶動鉆桿回轉鉆進、變頻異步電機直接帶動鉆桿回轉鉆進，但造價、轉速和扭矩不適合地質勘探，且低負載率下電機效率和功率因數(shù)較低，能耗大。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種深孔地質勘探鉆機，克服了液壓鉆機能源利用率低，只有50%左右；鉆機是按最大工作負載設計最大功率(額定功率)，而鉆機由淺到深鉆進的過程中，實際應用的平均負載只有最大負載的20%-30%，實際輸出功率與額定功率的比值就是負載率，異步電機在低負載率時功率因數(shù)和電機效率急劇下降，只有20%左右，從面造成能源的浪費，鉆機帶減速箱在日常使用過程中保養(yǎng)維護費用高，故障率高，噪音大的缺陷。本發(fā)明解決上述技術問題的技術方案如下一種深孔地質勘探鉆機，包括用于提供鉆桿動力及控制鉆桿的變頻永磁同步電機、用于泥漿循環(huán)的水龍頭、用于支撐變頻永磁同步電機中心主軸回轉及承重的軸承箱、用于提供液壓油泵能源的液壓油箱、用于提供回轉馬達動力的液壓油泵、用于驅動回轉器轉動的回轉馬達、用于帶動背鉗運動進而安裝或者拆卸鉆桿的回轉器、用于移動或固定鉆桿的背鉗、鉆桿及用于將鉆機掛在鉆塔大鉤上的提環(huán)，所述變頻永磁同步電機中心軸為電機空心軸，所述電機空心軸與所述水龍頭連通；所述軸承箱中心軸為軸承箱空心軸，所述軸承箱空心軸與所述電機空心軸連通，所述軸承箱空心軸與所述電機空心軸通過聯(lián)軸器連接；所述液壓油箱、液壓油泵均安裝在所述軸承箱的下部，所述液壓油箱通過油管與所述液壓油泵連接；所述回轉馬達與所述回轉器連接；所述軸承箱空心軸向下延伸出所述軸承箱，所述軸承箱空心軸環(huán)外側設置有軸承，且與軸承箱連接，所述回轉器套設在伸出軸承箱外的所述軸承上；所述背鉗的通過背鉗支撐及銷軸與所述回轉器連接；所述鉆桿與所述軸承箱下端的增扭法蘭連接，所述鉆桿的空心軸與所述軸承箱空心軸連通；所述提環(huán)對稱安裝在所述軸承箱的兩側。本鉆機各部位同心且平衡，鉆機通過外接泵將泥漿從水龍頭通過變頻永磁同步電機中心軸及軸承箱的空心軸，最后通過鉆桿直接將泥漿直噴井底，再通過孔與鉆桿之間的間隙連續(xù)循環(huán)。本發(fā)明的有益效果是采用了變頻永磁電機直接帶動鉆桿回轉，省去了齒輪減速箱，減少了日常使用的維護費用，提高了傳動效率；利用永磁電機自身運行效率和功率因數(shù)幾乎與電機的負載率幾乎無關的特性，大幅度提高鉆機的能源利用率，減小能耗和碳排量，降低對環(huán)境的污染，利用永磁電機在外接電源斷電的情況下仍然能回轉發(fā)電能耗剎車的特性防止鉆桿彈性飛車。在上述技術方案的基礎上，本發(fā)明還可以做如下改進。進一步，所述電機空心軸與所述水龍頭連通通過盤根密封。進一步，所述變頻永磁同步電機下端的兩側與所述軸承箱上端的兩側對稱位置采用定位聯(lián)接器定位及固定在一起。可更好的平衡定位。所述背鉗下端設有鉆桿導入器；所述鉆桿穿過所述背鉗下部。進一步，還包括一對吊環(huán)，所述吊環(huán)對稱安裝在所述回轉器的兩側。進一步，還包括兩個調節(jié)油缸，所述兩個調節(jié)油缸的一端對稱安裝在所述回轉器的下端，所述調節(jié)油缸另一端通過銷子與所述吊環(huán)連接。調節(jié)油缸可以和回轉器旋轉馬達協(xié)同來調節(jié)吊卡上下左右位置。進一步，還包括用于鉆采，起升下降，固定鉆桿的吊卡，所述吊卡的兩側設置有凹槽，所述吊環(huán)下端放置在凹槽內，通過銷子與所述吊環(huán)連接。吊環(huán)與吊卡吊鉆桿提鉆下鉆時，提升重力由回轉器上的軸承承受。進一步，還包括潤滑油箱及潤滑油泵，所述潤滑油箱及潤滑油泵均固定在所述軸承箱的下端，所述潤滑油箱通過油管與所述潤滑油泵連接。可以提供整體系統(tǒng)中的潤滑作用。進一步，還包括盤剎，所述盤剎對稱安裝在所述回轉器的上端。盤剎可以用于將變頻永磁同步電機中心軸剎住。進一步，還包括提環(huán)，所述提環(huán)下端固定在所述軸承箱上，所述提環(huán)上部安裝有提環(huán)支撐，所述提環(huán)支撐連接有平衡油缸。


圖I為本發(fā)明一種深孔地質勘探鉆機剖面結構示意圖；圖2為本發(fā)明一種深孔地質勘探鉆機軸測圖；圖3為本發(fā)明一種深孔地質勘探鉆機側視圖。附圖中，各標號所代表的部件列表如下I、背鉗，2、增扭法蘭，3、軸承箱空心軸，4、回轉器馬達，5、潤滑油箱，6、潤滑油泵，
7、軸承箱，8、軸承，9、變頻永磁同步電機，10、盤根，11、平衡油缸與提環(huán)連接的提環(huán)支撐，12、水龍頭，13、提環(huán)，14、盤剎，15、聯(lián)軸器，16、定位聯(lián)接器，17、滑車、18、液壓油泵，19、液壓油箱，20、回轉器，21、吊環(huán)，22、背鉗支撐，23、導軌，24、吊卡，25、鉆桿，26、調節(jié)油缸。
具體實施例方式以下結合附圖對本發(fā)明的原理和特征進行描述，所舉實例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。如圖I、圖2、圖3所示，一種深孔地質勘探鉆機，包括用于提供鉆桿動力及控制鉆桿的變頻永磁同步電機9、用于泥漿循環(huán)的水龍頭12、用于支撐變頻永磁同步電機中心軸回轉及承重的軸承箱7、用于提供液壓油泵18能源的液壓油箱19、用于提供回轉馬達動力的液壓油泵18、用于驅動回轉器20轉動的回轉馬達4、用于帶動背鉗運動進而安裝或者拆卸鉆桿的回轉器20、用于移動或固定鉆桿的背鉗I、鉆桿25及用于將鉆機掛在鉆塔大鉤上的提環(huán)13，所述變頻永磁同步電機9中心軸為電機空心軸,所述電機空心軸與所述水龍頭12連通；所述電機空心軸與所述水龍頭12連通通過盤根10密封。所述變頻永磁同步電機9下端的兩側與所述軸承箱7上端的兩側對稱位置采用定位聯(lián)接器16定位及固定在一起。所述軸承箱中心軸為軸承箱空心軸，所述軸承箱空心軸與所述電機空心軸連通，所述軸承箱空心軸與所述電機空心軸通過聯(lián)軸器15連接，其中所述的聯(lián)軸器15為浮動式聯(lián)軸器；所述液壓油箱19、液壓油泵18均安裝在所述軸承箱7的下部，所述液壓油箱19通過油管與所述液壓油泵18連接；所述回轉馬達4與所述回轉器20連接；所述軸承箱空心軸向下延伸出所述軸承箱7，所述軸承箱空心軸外側設置有軸承8，且與軸承箱7連接；所述回轉器20套設在伸出軸承箱7外的所述軸承8上；還包括一對吊環(huán)21,所述吊環(huán)21對稱安裝在所述回轉器20的兩側。還包括調節(jié)油缸26，所述調節(jié)油缸26的一端對稱安裝在所述回轉器20的下端，所述調節(jié)油缸26另一端通過銷子與所述吊環(huán)21連接。還包括盤剎14，所述盤剎14對稱安裝在所述回轉器20的上端。所述提環(huán)13上部安裝有平衡油缸與提環(huán)連接的提環(huán)支撐11。所述背鉗I通過背鉗支撐22及銷軸與所述回轉器20連接；所述背鉗I下端設有鉆桿導入器；所述鉆桿25穿過所述背鉗I下部。所述鉆桿25與所述軸承箱7下端的增扭法蘭2連接，所述鉆桿25的空心軸與所述軸承箱空心軸連通；所述吊環(huán)21對稱安裝在所述軸承箱7的兩側。還包括用于鉆采，起升下降，固定鉆桿的吊卡24，所述吊卡24的兩側設置有凹槽，所述吊環(huán)21下端放置在凹槽內，通過銷子與所述吊環(huán)21連接。還包括潤滑油箱5及潤滑油泵6，所述潤滑油箱5及潤滑油泵6均固定在所述軸承箱7的下端，所述潤滑油箱5通過油管與所述潤滑油泵6連接。本發(fā)明一種深孔地質勘探鉆機工作原理提環(huán)13掛在鉆機鉆塔的大鉤上，提環(huán)吊帶軸承箱7、變頻永磁同步電機9,鉆機一側通過軸承箱7及變頻永磁同步電機9 一側的連接件與所述滑車17上的軌道23配合，沿著鉆塔內30至40米的長的軌道23上下移動，鉆機可以進行20-30米行程的立根回轉鉆進和提下鉆。鉆機大鉤帶動鉆機上的提環(huán)13、吊環(huán)21與吊卡24吊鉆桿25提鉆下鉆時，提升重力由回轉器20上的軸承8承受；提下鉆遇阻卡無法提下鉆桿時，鉆機下移，鉆桿沿背鉗I下的鉆桿導入器導入背鉗I中，背鉗I卡夾住鉆桿接頭，變頻永磁同步電機電機9開始回轉上扣接鉆桿。之后開動泥漿泵循環(huán)，鉆機邊回轉邊提升或下放鉆桿，處理阻卡事故，此時提升重力完全由軸承箱7內軸承8承受，卸鉆桿時，背鉗I夾住鉆桿接頭,變頻永磁同步電機電機9反轉卸扣，提環(huán)13另一端通過提環(huán)聯(lián)接支撐11連接平衡油缸，平衡油缸11的提升力大于頂驅本體的重量，但小于頂驅和鉆桿、鉆具的重量，頂驅反轉卸鉆桿25接頭錐形扣時，錐形扣的公扣與母扣一松開，所述平衡油缸11將頂驅上鉆桿公扣從鉆桿25母扣中彈出，保護接頭不損壞，吊卡24上下左右位置由調節(jié)油缸26和回轉器旋轉馬達4來調節(jié)。液壓油泵18提供鉆機上盤剎、回轉馬達的動力，定向鉆進時，盤剎將變頻永磁同步電機9中心軸剎住，便宜定向鉆進定位，因故停電時，數(shù)千米的鉆桿25的彈性變形會引起鉆桿反轉飛車，由于使用的直驅頂驅永磁電機9可實現(xiàn)發(fā)電能耗剎車和液壓盤式剎車，避免飛車事故的發(fā)生。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種深孔地質勘探鉆機，其特征在于，包括用于提供鉆桿動力及控制鉆桿的變頻永磁同步電機、用于泥漿循環(huán)的水龍頭、用于支撐變頻永磁同步電機中心主軸回轉及承重的軸承箱、用于提供液壓油泵能源的液壓油箱、用于提供回轉馬達動力的液壓油泵、用于驅動回轉器轉動的回轉馬達、用于帶動背鉗運動進而安裝或者拆卸鉆桿的回轉器、用于移動或固定鉆桿的背鉗、用于將鉆機掛在鉆塔大鉤上的提環(huán)，所述變頻永磁同步電機中心軸為電機空心軸，所述電機空心軸與所述水龍頭連通；所述軸承箱中心軸為軸承箱空心軸，所述軸承箱空心軸與所述電機空心軸連通，所述軸承箱空心軸與所述電機空心軸通過聯(lián)軸器連接；所述液壓油箱、液壓油泵均安裝在所述軸承箱的下部，所述液壓油箱通過油管與所述液壓油泵連接；所述回轉馬達與所述回轉器連接；所述軸承箱空心軸向下延伸出所述軸承箱，所述軸承箱空心軸環(huán)外側設置有軸承，且與軸承箱連接，所述回轉器套設在伸出軸承箱外的所述軸承上；所述背鉗通過背鉗支撐及銷軸與所述回轉器連接；所述鉆桿與所述軸承箱下端的增扭法蘭連接，所述鉆桿的空心軸與所述軸承箱空心軸連通；所述提環(huán)一端與所述軸承箱的兩側連接。
2.根據(jù)權利要求I所述一種深孔地質勘探鉆機，其特征在于，所述電機空心軸與所述水龍頭連通通過盤根密封。
3.根據(jù)權利要求I所述一種深孔地質勘探鉆機，其特征在于，所述變頻永磁同步電機下端的兩側與所述軸承箱上端的兩側對稱位置采用定位聯(lián)接器定位及固定在一起。
4.根據(jù)權利要求I至4任一項所述一種深孔地質勘探鉆機，其特征在于，還包括一對吊環(huán)，所述吊環(huán)對稱安裝在所述回轉器的兩側。
5.根據(jù)權利要求I至4任一項所述一種深孔地質勘探鉆機，其特征在于，還包括兩個調節(jié)油缸，所述兩個調節(jié)油缸的一端對稱安裝在所述回轉器的下端，所述調節(jié)油缸另一端通過銷子與所述吊環(huán)連接。
6.根據(jù)權利要求I至4任一項所述一種深孔地質勘探鉆機，其特征在于，還包括用于鉆采，起升下降，固定鉆桿的吊卡，所述吊卡的兩側設置有凹槽，所述吊環(huán)下端放置在凹槽內，通過銷子與所述吊環(huán)連接。
7.根據(jù)權利要求I至4任一項所述一種深孔地質勘探鉆機，其特征在于，還包括潤滑油箱及潤滑油泵，所述潤滑油箱及潤滑油泵均固定在所述軸承箱的下端，所述潤滑油箱通過油管與所述潤滑油泵連接。
8.根據(jù)權利要求7所述一種深孔地質勘探鉆機，其特征在于，還包括盤剎，所述盤剎對稱安裝在所述回轉器的上端。
9.根據(jù)權利要求8所述一種深孔地質勘探鉆機，其特征在于，其特征在于，還包括提環(huán)，所述提環(huán)下端固定在所述軸承箱上，所述提環(huán)上部安裝有提環(huán)支撐，所述提環(huán)支撐連接有平衡油缸。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種深孔地質勘探鉆機，包括用變頻永磁同步電機、軸承箱、液壓油箱、回轉器、回轉馬達、用于泥漿循環(huán)的水龍頭、用于移動或固定鉆桿的背鉗及提環(huán)，變頻永磁同步電機中心軸為空心軸，所述電機空心軸與所述水龍頭連通；所述軸承箱空心軸向下延伸出所述軸承箱，所述軸承箱空心軸環(huán)外側設置有軸承，且與軸承箱連接，所述回轉器套設在伸出軸承箱外的所述軸承上；所述鉆桿的空心軸與所述軸承箱空心軸連通；所述提環(huán)一端與所述軸承箱的兩側連接。本發(fā)明由于采用了變頻永磁電機直接帶動鉆桿回轉，省去了齒輪減速箱，減少了日常使用的維護費用，提高了傳動效率；加大了能源利用率，減小能耗和碳排量，降低對環(huán)境的污染。
文檔編號E21B3/02GK102943617SQ20121042269
公開日2013年2月27日 申請日期2012年10月30日 優(yōu)先權日2012年10月30日
發(fā)明者劉家榮, 宋殿蘭, 郭坤, 盧倩, 劉文武, 盧猛, 冉靈杰, 譚春亮, 祝強, 郭強, 林廣利, 李超, 趙洪波, 蘇興濤 申請人:北京探礦工程研究所