基于復(fù)合輪系的節(jié)能修井的制造方法
【專利摘要】一種基于復(fù)合輪系的節(jié)能修井機，由動力機、復(fù)合輪系、液壓蓄能器、液壓泵/馬達、變速箱、滾筒等部分組成。復(fù)合輪系包括周轉(zhuǎn)輪系和定軸輪系，動力機與周轉(zhuǎn)輪系的齒圈相連，液壓泵/馬達的軸與周轉(zhuǎn)輪系的太陽輪相連，周轉(zhuǎn)輪系的行星架與定軸輪系的第一齒輪固定連接，定軸輪系的第二齒輪與變速箱的輸入軸相連。與普遍采用的常規(guī)修井機相比，可以將動力機功率減小為常規(guī)修井機的1/4，還可以回收管柱下放時釋放出來的重力勢能。保留了常規(guī)修井機的滾筒、井架、變速箱等，只在常規(guī)修井機上增加復(fù)合輪系、液壓泵/馬達、液壓蓄能器等部件，改造成本低。采用復(fù)合輪系，結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小。
【專利說明】基于復(fù)合輪系的節(jié)能修井機
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及石油、天然氣工業(yè)的修井設(shè)備，具體地講是一種基于復(fù)合輪系的節(jié)能修井機。
【背景技術(shù)】
[0002]修井機最常見的一種作業(yè)是起升和下放管柱的作業(yè)。起升管柱的作業(yè)是間歇性的周期過程。修井機機動起升管柱的時間約占整個起單根周期的1/4，而卸扣、擺放單根等輔助作業(yè)時間則占3/4。機動起升管柱需要動力機大功率工作，而卸扣、擺放單根等輔助作業(yè)時動力機小功率工作。常規(guī)修井機為了滿足快速起升管柱的需要，裝機功率都較大。大功率動力機大部分時間是在小功率下工作，經(jīng)濟性差，動力機磨損嚴重。管柱從井下被提到地面儲存了相當(dāng)?shù)闹亓菽?，將管柱下放入井?nèi)時，儲存的重力勢能要釋放出來，這些能量是相當(dāng)大的。常規(guī)修井機不能回收這些能量，只能靠制動器將其變成熱能消耗掉。所以常規(guī)修井機在起升和下放管柱的作業(yè)中都存在著能量浪費現(xiàn)象。申請?zhí)枮?1106336.6的中國專利“液壓蓄能石油修井機”也可以解決這個問題，該機取消了常規(guī)修井機的滾筒、井架，采用三個升降液壓油缸進行管柱的起升和下放作業(yè)，由此帶來的缺點是三個升降液壓油缸結(jié)構(gòu)復(fù)雜、占地面積大、安裝不方便。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了克服常規(guī)修井機在起升和下放管柱的作業(yè)中存在的能量浪費現(xiàn)象，同時克服現(xiàn)有的液壓蓄能石油修井機的上述缺點，本發(fā)明提供了一種基于復(fù)合輪系的節(jié)能修井機。
[0004]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:基于復(fù)合輪系的節(jié)能修井機，包括動力機、變速箱、滾筒、游車大鉤、滾筒制動器、井架，其特殊之處在于還包括復(fù)合輪系、液壓泵/馬達、液壓蓄能器、溢流閥；復(fù)合輪系由周轉(zhuǎn)輪系和定軸輪系組成，周轉(zhuǎn)輪系包括太陽輪、齒圈、行星輪和行星架，定軸輪系包括相互嚙合的第一齒輪和第二齒輪；行星輪同時與太陽輪和齒圈相互嚙合；齒圈固定安裝在第一軸上，太陽輪固定安裝在第二軸上，行星輪空套安裝在行星架上，第二齒輪固定安裝在第三軸上；行星架和第一齒輪固定連接，并且一起空套安裝在第二軸上；第一軸通過第一離合器、聯(lián)軸器與動力機相連接，第一軸的外圍安裝有第一制動器；第二軸通過第二離合器與液壓泵/馬達的軸相連接，第二軸的外圍安裝有第二制動器；第三軸通過第三離合器與變速箱的輸入軸相連接，第三軸的外圍安裝有第三制動器；液壓泵/馬達的高壓油口與液壓蓄能器的輸油口、溢流閥的進油口相連通。
[0005]在起升管柱的輔助作業(yè)期間，動力機帶動液壓泵/馬達向液壓蓄能器中充油，儲存能量。在起升管柱時，液壓蓄能器中的壓力油驅(qū)動液壓泵/馬達與動力機共同起升管柱。所以動力機的功率比常規(guī)修井機大為減小，大約僅為常規(guī)修井機的1/4。下放管柱時可將動力機關(guān)機，管柱在本身重力作用下下放入井內(nèi)，同時驅(qū)動液壓泵/馬達向液壓蓄能器中充油，也就是將管柱的重力勢能變?yōu)橐簤盒钅芷髦械膲毫δ軆Υ嫫饋恚瑢崿F(xiàn)了能量回收。
[0006]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比有如下優(yōu)點: 1、與普遍采用的常規(guī)修井機相比，可以將動力機功率減小為常規(guī)修井機的1/4，還可以回收管柱下放時釋放出來的重力勢能。
[0007]2、與液壓蓄能石油修井機相比，保留了常規(guī)修井機的滾筒、井架、變速箱等，只在常規(guī)修井機上增加復(fù)合輪系、液壓泵/馬達、液壓蓄能器等部件，相比全新結(jié)構(gòu)的液壓蓄能石油修井機，改造成本低。
[0008]3、采用復(fù)合輪系，結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]附圖為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0010]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的詳述。參見附圖，基于復(fù)合輪系的節(jié)能修井機，包括動力機1、變速箱7、滾筒11、游車大鉤12、滾筒制動器13、井架14，它還包括復(fù)合輪系
6、液壓泵/馬達8、液壓蓄能器9、溢流閥10。復(fù)合輪系6由周轉(zhuǎn)輪系和定軸輪系組成，周轉(zhuǎn)輪系包括太陽輪61、齒圈62、行星輪63和行星架64,定軸輪系包括相互卩齒合的第一齒輪65和第二齒輪66。行星輪63同時與太陽輪61和齒圈62相互嚙合；齒圈62固定安裝在第一軸51上，太陽輪61固定安裝在第二軸52上，行星輪63空套安裝在行星架64上，第二齒輪66固定安裝在第三軸53上；行星架64和第一齒輪65固定連接，并且一起空套安裝在第二軸52上。第一軸51通過第一離合器31、聯(lián)軸器21與動力機I相連接,第一軸51的外圍安裝有第一制動器41 ;第二軸52通過第二離合器32與液壓泵/馬達8的軸相連接，第二軸52的外圍安裝有第二制動器42 ;第三軸53通過第三離合器33與變速箱7的輸入軸相連接，第三軸53的外圍安裝有第三制動器43。液壓泵/馬達8的高壓油口與液壓蓄能器9的輸油口、溢流閥10的進油口相連通。
[0011]變速箱7能實現(xiàn)管柱起升時的兩個正擋和一個倒擋，齒輪73、齒輪75空套在輸入軸上，嚙合套78位于齒輪73、齒輪75之間，嚙合套78的左右撥動，可分別實現(xiàn)齒輪73或齒輪75的掛合，從而實現(xiàn)動力由齒輪74或齒輪76輸出，實現(xiàn)兩個正擋；齒輪71、齒輪72處于常嚙合，齒輪77空套在軸上，嚙合套79向右撥動可實現(xiàn)齒輪77的掛合，通過齒輪76輸出動力使輸出軸反轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)倒擋。變速箱7輸出的動力通過聯(lián)軸器22驅(qū)動滾筒11旋轉(zhuǎn)，通過游車大鉤12起升管柱。
[0012]起升管柱時，管柱的重量是變化的，在逐漸減小。為了充分利用動力機能量，減小動力機裝機功率，采用如下能量管理策略:起升較低重量管柱時，由動力機單獨輸出動力起升；起升較聞重量管柱時，由動力機與液壓泵/馬達一起輸出動力起升。
[0013]起升較高重量管柱時的工作過程如下。在起升管柱的輔助作業(yè)期間，第三離合器33分離，滾筒制動器13將滾筒11剎住，第三制動器43接合將第三軸53剎住，則第二齒輪66、第一齒輪65和行星架64都處于制動狀態(tài)。第一制動器41和第二制動器42處于松開(即解除制動)狀態(tài)，動力機I通過聯(lián)軸器21、接合的第一離合器31、齒圈62、行星輪63、太陽輪61、接合的第二離合器32帶動液壓泵/馬達8向液壓蓄能器9中充油，儲存能量。在起升管柱時，第三離合器33接合，松開滾筒制動器13，松開第三制動器43，第一制動器41和第二制動器42處于松開狀態(tài)，第一離合器31和第二離合器32處于接合狀態(tài)，動力機I驅(qū)動齒圈62轉(zhuǎn)動，液壓蓄能器9中的壓力油驅(qū)動液壓泵/馬達8進一步驅(qū)動太陽輪61轉(zhuǎn)動，由行星架64輸出動力，再通過相互嚙合的第一齒輪65和第二齒輪66、變速箱7驅(qū)動滾筒11旋轉(zhuǎn)，通過游車大鉤12起升管柱。所以動力機I的裝機功率比常規(guī)修井機大為減小，大約僅為常規(guī)修井機的1/4。
[0014]起升較低重量管柱時的工作過程如下。第二離合器32分離，第二制動器42接合將第二軸52和太陽輪61剎住，即在起升管柱的輔助作業(yè)期間不向液壓蓄能器9中充油。在起升管柱時，第三離合器33接合，松開滾筒制動器13，第一制動器41和第三制動器43處于松開狀態(tài)，第一離合器31處于接合狀態(tài),動力機I驅(qū)動齒圈62轉(zhuǎn)動，由行星架64輸出動力，再通過相互嚙合的第一齒輪65和第二齒輪66、變速箱7驅(qū)動滾筒11旋轉(zhuǎn)，通過游車大鉤12起升管柱。
[0015]在上述兩種能量管理策略下起升管柱時，當(dāng)起升的管柱重量較小時，撥動嚙合套78使齒輪75掛合，由齒輪76輸出動力，即用變速箱的高擋位快速起升。當(dāng)起升的管柱重量較大時，撥動嚙合套78使齒輪73掛合，由齒輪74輸出動力，即用變速箱的低擋位起升。
[0016]下放管柱時的操作過程如下。下放管柱時，動力機I關(guān)機，第一制動器41接合將第一軸51和齒圈62剎住。第二制動器42和第三制動器43處于松開狀態(tài),第二離合器32和第三離合器33處于接合狀態(tài)，松開滾筒制動器13，管柱在本身重力作用下下放入井內(nèi)，同時使?jié)L筒11轉(zhuǎn)動，滾筒11的轉(zhuǎn)動通過變速箱8、相互嚙合的第一齒輪65和第二齒輪66、行星架64、行星輪63，由太陽輪61輸出動力，驅(qū)動液壓泵/馬達8轉(zhuǎn)動，向液壓蓄能器9中充油，也就是將管柱的重力勢能變?yōu)橐簤盒钅芷?中的壓力能儲存起來。這部分回收能量可以重新利用，用其完成輔助作業(yè)期間的工作，如完成提升單根作業(yè)，帶動油管鉗上扣，驅(qū)動壓氣機，提供操縱離合器和制動器的能量等。以前這些工作都由動力機完成，現(xiàn)在由回收能量完成，大大節(jié)約了能源。
[0017]當(dāng)下放的管柱重量較小時，撥動嚙合套78使齒輪75掛合，由齒輪75輸出動力，SP用變速箱的高擋位下放。當(dāng)下放的管柱重量較大時，撥動嚙合套78使齒輪73掛合，由齒輪73輸出動力，即用變速箱的低擋位下放。
【權(quán)利要求】
1.基于復(fù)合輪系的節(jié)能修井機，包括動力機(I)、變速箱(7)、滾筒(11)、游車大鉤(12)、滾筒制動器(13)、井架(14)，其特征在于還包括復(fù)合輪系(6)、液壓泵/馬達(8)、液壓蓄能器(9)、溢流閥(10);復(fù)合輪系(6)由周轉(zhuǎn)輪系和定軸輪系組成，周轉(zhuǎn)輪系包括太陽輪(61)、齒圈(62)、行星輪(63)和行星架(64),定軸輪系包括相互哨合的第一齒輪(65)和第二齒輪(66);行星輪(63)同時與太陽輪(61)和齒圈(62)相互嚙合；齒圈(62)固定安裝在第一軸(51)上，太陽輪(61)固定安裝在第二軸(52)上，行星輪(63)空套安裝在行星架(64)上，第二齒輪(66)固定安裝在第三軸(53)上；行星架(64)和第一齒輪(65)固定連接，并且一起空套安裝在第二軸(52)上；第一軸(51)通過第一離合器(31)、聯(lián)軸器(21)與動力機(I)相連接，第一軸(51)的外圍安裝有第一制動器(41);第二軸(52)通過第二離合器(32)與液壓泵/馬達(8)的軸相連接，第二軸(52)的外圍安裝有第二制動器(42);第三軸(53)通過第三離合器(33)與變速箱(7)的輸入軸相連接，第三軸(53)的外圍安裝有第三制動器(43);液壓泵/馬達(8)的高壓油口與液壓蓄能器(9)的輸油口、溢流閥(10)的進油口相連通。
【文檔編號】E21B19/14GK103953301SQ201410201227
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年5月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月14日
【發(fā)明者】張路軍 申請人:煙臺大學(xué)