專利名稱：用于操縱鉆井裝置的絞車的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電絞車，特別是涉及一種用于操縱鉆井裝置的絞車。
背景技術(shù)：
已知當(dāng)較大裝置要在地下的導(dǎo)管或隧洞內(nèi)部提升或降低時(shí)，通常采用提升和操縱 絞車。特別是，在石油生產(chǎn)工作領(lǐng)域中，絞車也用于操縱和提升鉆桿，該鉆桿然后在井孔 內(nèi)部降低。絞車是鉆機(jī)的關(guān)鍵部件，因?yàn)楫?dāng)沒有一個(gè)或更多個(gè)可靠或耐用的絞車時(shí)，鉆機(jī)不 能高效或安全地工作。由于絞車是大部分普通鉆機(jī)中的必須部件，因此下面主要介紹與鉆機(jī)相關(guān)的最普 通特征和功能。具體地說，鉆機(jī)包括以下部件鉆塔；固定滑車，該固定滑車固定在上述鉆塔的頂部；活動(dòng)滑車，用于在鉆塔內(nèi)部豎向運(yùn)動(dòng)，具體地說，該活動(dòng)滑車通過經(jīng)過多個(gè)滑輪的 多根索纜而懸掛在固定滑車下面；一個(gè)或更多個(gè)絞車，該絞車有提升絞筒，用于釋放和卷繞索纜，活動(dòng)滑車通過該索 纜升高和降低。頂部驅(qū)動(dòng)器，該頂部驅(qū)動(dòng)器懸掛在活動(dòng)滑車上，可在固定于鉆塔上的多個(gè)引導(dǎo)件 上豎向滑動(dòng)，并設(shè)計(jì)成使得鉆井組件(drilling batterys)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)；用于處理和支承鉆井組件的裝置，該裝置再由多個(gè)鉆桿和位于孔底部處的鉆頭來 構(gòu)成；用于使得鉆井液循環(huán)的裝置，該鉆井液從井的底部除去由于鉆頭旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的碎屑。更詳細(xì)地說，絞車必須執(zhí)行以下操作逐漸釋放索纜，鉆井組件設(shè)置在該索纜上，以便保證在孔底部的鉆頭的重量在深 度增加時(shí)保持在恒定值；因此，絞車必須同時(shí)在索纜上施加恒定拉伸力。該拉伸力用于支承 頂部驅(qū)動(dòng)器以及鉆井組件的重量的一部分；當(dāng)需要時(shí)快速提升頂部驅(qū)動(dòng)器，以便將桿添加在鉆井組件上；適當(dāng)?shù)鼐徛咩@井組件，用于進(jìn)行鉆頭更換，且當(dāng)更換完成時(shí)快速降低至繼續(xù) 鉆井的位置點(diǎn)。因此，用于石油生產(chǎn)用途的高效絞車必須有以下特征絞筒的可精細(xì)調(diào)節(jié)和可實(shí) 時(shí)轉(zhuǎn)速變化；絞筒的轉(zhuǎn)速容易控制；在絞筒上用于索纜拉伸力的力矩可控，該力矩可實(shí)時(shí) 變化，并可高效和精細(xì)地調(diào)節(jié)。由于這些特征，這些絞車通常必須提供有工作制動(dòng)裝置，該工作制動(dòng)裝置可靠和長(zhǎng)壽命，以便控制例如負(fù)載的降低。而且，用于鉆機(jī)的絞車還必須提供有制動(dòng)裝置而用于當(dāng) 工作制動(dòng)器發(fā)生故障時(shí)靜態(tài)地支承最大額定負(fù)載，此外，這些絞車需要盡可能少的維護(hù)以 及具有減小的尺寸和重量。最后，考慮到它們操作的領(lǐng)域的特殊性，用于鉆機(jī)的絞車必須有與在具有爆炸危 險(xiǎn)的區(qū)域中的操作相符的特征。用于鉆機(jī)中使用的商用絞車1是已知的，如圖1中示意所示，它提供有動(dòng)力源 2 (在大部分情況下為電動(dòng)的)，該動(dòng)力源定位成鄰近絞筒3，并通過萬向軸5、連接器接頭、 傳動(dòng)裝置和離合器而與齒輪箱4連接，以便改變絞筒3纏繞的速度。這種絞車1的驅(qū)動(dòng)并不是很有利，實(shí)際上它們有一些缺點(diǎn)；首先，動(dòng)力源2占據(jù)較 大空間，產(chǎn)生噪音，并對(duì)于在附近工作的人有危險(xiǎn)。其次，有變速齒輪的齒輪箱4需要昂貴 和頻繁的維護(hù)，且確實(shí)會(huì)使得絞車1的部件破裂的危險(xiǎn)升高。最后，很多機(jī)械部件的使用限制了絞車1的機(jī)械性能的效率。傳動(dòng)鏈在工作過程 中受到峰值應(yīng)力，該應(yīng)力可能使得鏈斷裂，具有災(zāi)難性的后果，這在石油生產(chǎn)鉆井領(lǐng)域中必 須絕對(duì)避免。根據(jù)文獻(xiàn)US6793203(Wirth Maschinenbau)，該文獻(xiàn)披露的已知絞車包括兩個(gè)直 流電動(dòng)馬達(dá)(DC馬達(dá))，這兩個(gè)直流電動(dòng)馬達(dá)與變速齒輪箱配對(duì)，該變速齒輪箱的輸出軸有 小齒輪，該小齒輪再與集成在絞筒上的齒輪嚙合。通過這些馬達(dá)，在絞筒兩側(cè)部中的一個(gè)上 安裝制動(dòng)盤和渦流制動(dòng)器。絞車還提供有由低功率電動(dòng)馬達(dá)構(gòu)成的供給裝置，該低功率電動(dòng)馬達(dá)與高減速比 減速器單元配對(duì)，它能夠部分用作在絞筒索纜開卷過程中的制動(dòng)。用于鉆機(jī)的絞車的另一發(fā)展形式是使用交流電動(dòng)馬達(dá)，而不是直流電動(dòng)馬達(dá)；交 流電動(dòng)馬達(dá)具有比由直流電動(dòng)馬達(dá)可獲得的扭矩更高的扭矩，特別是對(duì)于非常低的RPM。參 考圖3，它表示了交流電動(dòng)馬達(dá)的扭矩在RPM增加時(shí)的曲線圖，根據(jù)間斷循環(huán)6和根據(jù)連續(xù) 循環(huán)7。文獻(xiàn)US2008/0116432還披露了用于卷繞和開卷索纜的電絞車，其提供了減輕障 礙的方案，其中的電絞車具有安裝在絞車的旋轉(zhuǎn)絞筒內(nèi)部的電動(dòng)馬達(dá)。不過，該方案并不是 沒有缺點(diǎn)，因?yàn)橐阎妱?dòng)馬達(dá)的效率隨著它的繞組溫度的增加而降低。實(shí)際上，電動(dòng)馬達(dá)的效率取決于在馬達(dá)自身工作過程中電流在流入繞組中時(shí)遇到 的電阻；特別是，電阻增加越大，由焦耳效應(yīng)引起的損失也越大，因此總效率將降低。圖2的曲線圖詳細(xì)表示了電阻怎樣隨著電動(dòng)馬達(dá)的繞組溫度增加而增大的實(shí)例。 當(dāng)它們的溫度增加100°c時(shí)，電阻損失甚至倍增。而且，馬達(dá)的扭矩(根據(jù)它的外徑的二次方率)通過絞車的絞筒的內(nèi)部尺寸來調(diào) 節(jié)。因此，馬達(dá)安裝在絞筒內(nèi)部從冷卻和產(chǎn)生扭矩的觀點(diǎn)來看遇到很多問題，具有由 于過熱而產(chǎn)生馬達(dá)破壞的嚴(yán)重危險(xiǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是實(shí)現(xiàn)一種用于操縱鉆井裝置的絞車，它沒有上述缺點(diǎn)。根據(jù)本發(fā)明，用于操縱鉆井裝置的絞車如權(quán)利要求1所述來實(shí)現(xiàn)。


下面將參考附圖介紹本發(fā)明，附圖表示了實(shí)施例的非限定實(shí)例，附圖中圖1表示了具有減速系統(tǒng)的絞車，該減速系統(tǒng)通過已知類型的齒輪和鏈來實(shí)現(xiàn)；圖2表示了用于絞車的電動(dòng)馬達(dá)的繞組的電阻與該繞組的溫度關(guān)系曲線圖；圖3表示了扭矩與電動(dòng)馬達(dá)轉(zhuǎn)速的關(guān)系曲線圖；圖4表示了本發(fā)明的絞車的優(yōu)選實(shí)施例的側(cè)視圖；圖5表示了在圖4的絞車中使用的電動(dòng)馬達(dá)的一部分；圖6中表示了在圖4的絞車中使用的電動(dòng)馬達(dá)的第二部分；圖7中表示了圖4的絞車的機(jī)器液壓示意圖；圖8中表示了圖4的絞車的電源和控制系統(tǒng)的電線圖。
具體實(shí)施例方式參考圖4，用于操縱鉆井裝置的絞車總體以參考標(biāo)號(hào)10表示；它包括用于裝索纜 12的絞筒11，該索纜12設(shè)計(jì)成提升和降低鉆井裝置(未示出)。索纜12必須有這樣的強(qiáng)度，即該強(qiáng)度能夠使索纜斷裂之前以一定的安全余量支 承鉆井裝置的重量；該余量有時(shí)由規(guī)章來確定，該規(guī)章可能根據(jù)本發(fā)明的目的而變化。因 此，索纜12優(yōu)選至少局部由金屬構(gòu)成，通常由纏繞在底索上的多個(gè)股線而形成，并可以有 外部覆蓋殼，用于防止金屬氧化劑的侵蝕。絞筒11 (該絞筒11基本為柱形形狀，并提供有折翼11a，該折翼Ila與兩個(gè)末端相 對(duì)應(yīng)，這兩個(gè)末端設(shè)計(jì)成在它們之間限定的區(qū)域中容納金屬索纜1 與旋轉(zhuǎn)型主軸13剛性 連接，該主軸13在它的第一端和第二端通過多個(gè)第一軸承14來支承，該第一軸承14分別 布置在支承框架16的側(cè)部15上。更具體地說，主軸13和多個(gè)第一軸承14可以由用于支承絞筒11和索纜12的組 合重量的任意材料來制成，還必須能夠承受由電動(dòng)馬達(dá)19提供的扭矩以及由索纜12施加 的動(dòng)態(tài)制動(dòng)負(fù)載，而不產(chǎn)生裂紋或斷裂。因此，它們合適的是使用高強(qiáng)度鋼合金來制造。絞車10還包括兩個(gè)電動(dòng)馬達(dá)19，這兩個(gè)電動(dòng)馬達(dá)19可以以順時(shí)針的第一方向和 逆時(shí)針的第二方向協(xié)調(diào)旋轉(zhuǎn)，并安裝成這樣使得主軸13(從而使絞筒11)能夠與它們一起 旋轉(zhuǎn)，且齒輪箱或其它減速裝置并不產(chǎn)生干涉，因此從結(jié)構(gòu)方面考慮特別容易構(gòu)造，而且還 很安靜。更具體地說，包括轉(zhuǎn)子21和定子22的電動(dòng)馬達(dá)19在所述側(cè)部15的外側(cè)鍵連接 在主軸13上并鍵連接在各槽20上。這樣，轉(zhuǎn)子21與主軸13成一體地旋轉(zhuǎn)，且不與任意類 型的減速裝置或變速裝置(例如齒輪箱或類似裝置)發(fā)生干涉。這樣定位使得電動(dòng)馬達(dá)19 容易安裝，且它們?cè)诮g車10的壽命循環(huán)中在工作需要更換時(shí)(例如，需要更大功率的電動(dòng) 馬達(dá))則能夠快速更換，而并不影響絞車10結(jié)構(gòu)的其余部分，特別是并不改變絞筒11的結(jié) 構(gòu)。布置在轉(zhuǎn)子21外部并作為蓋而“包圍”該轉(zhuǎn)子的定子22通過多個(gè)第二軸承23而 與轉(zhuǎn)子21均勻耦聯(lián)，但是通過托架M而固定在支承框架16上，該托架M優(yōu)選是通過螺桿 連接件和螺栓而與所述支承框架剛性連接。實(shí)際上，使用螺桿和螺栓使得最終受損的馬達(dá)19或者絞筒11的部件能夠拆卸和除去或更換。對(duì)于電動(dòng)馬達(dá)19，它們可以為永磁體類型，沒有電刷(無刷)，也稱為DC無刷馬 達(dá)、永磁體同步馬達(dá)或扭矩馬達(dá)。參考圖5，這種電動(dòng)馬達(dá)19的特征在于具有永磁體30，該永磁體30徑向安裝在轉(zhuǎn) 子21上以便沿單向基本對(duì)齊，而定子22為條帶類型31，它對(duì)著轉(zhuǎn)子21，并定位在定子22 的更內(nèi)部區(qū)域中。在定子22的外部部分中提供了多個(gè)環(huán)形槽道32，該環(huán)形槽道使得電動(dòng)馬達(dá)19和 輸電線33能夠冷卻。更具體地說，環(huán)形槽道32通過多個(gè)配件36而保持無泄露，用于防止 包含于它們中的冷卻流體離開和擴(kuò)散至馬達(dá)19的外側(cè)；而且，環(huán)形槽道32與管配件34連 通，如圖4和6中所示，該管配件34布置在定子22上，凸出至電動(dòng)馬達(dá)19的外側(cè)，并設(shè)計(jì) 成與用于冷卻流體循環(huán)的多個(gè)第一管35連接，這些第一管35與兩個(gè)電動(dòng)馬達(dá)19都連接。用于本發(fā)明絞車10的操縱的電動(dòng)馬達(dá)19的特征還在于它們的物理尺寸；實(shí)際上， 這些電動(dòng)馬達(dá)19有相對(duì)較高的直徑-長(zhǎng)度比，且相對(duì)于其它類型的電動(dòng)馬達(dá)來說，它們還 有大大減小的徑向厚度。實(shí)際上，它們的外徑Di幾乎與外徑Do —樣寬，且對(duì)于轉(zhuǎn)子21與 相對(duì)較小軸(例如主軸13)的連接，使用了減小的凸緣21a。在轉(zhuǎn)子21和定子22之間有氣套，該氣套確保馬達(dá)的部件易于對(duì)齊和更好地冷卻。具有這種技術(shù)的電動(dòng)馬達(dá)有大大減小的時(shí)間常數(shù)，因此有非?？斓膭?dòng)態(tài)響應(yīng)、非 常寬的通帶、很高效率(由于使用永磁體)和較高速度(與在轉(zhuǎn)子21和定子22之間形成 的磁通的控制能力相關(guān)聯(lián))；最終，所述類型的電動(dòng)馬達(dá)19能夠形成最大的旋轉(zhuǎn)扭矩，該最 大旋轉(zhuǎn)扭矩幾乎與盡可能最小的轉(zhuǎn)速相符。而且，永磁體和無刷電動(dòng)馬達(dá)19(例如在本發(fā)明中使用的)的一個(gè)特征是與其它 類型的電動(dòng)馬達(dá)相比具有減小的RPM(通常它們以比作為最大轉(zhuǎn)速的1000RPM低得多的轉(zhuǎn) 速旋轉(zhuǎn))。因此，它們能夠在不與通向絞筒11的減速裝置相干涉的情況下運(yùn)行。與任意電 動(dòng)馬達(dá)一樣，電動(dòng)馬達(dá)19也可以用作發(fā)電機(jī)，并用于在索纜12的開卷過程中制動(dòng)絞筒11， 特別是在緊急情況時(shí)。在這種情況下，電動(dòng)馬達(dá)19具有與一個(gè)或更多個(gè)合適尺寸的電阻器 電連接的輸電線33。絞車10還包括用于制動(dòng)絞筒的裝置，它設(shè)計(jì)成自主地使得旋轉(zhuǎn)與電動(dòng)馬達(dá)19的 制動(dòng)力配合地慢下來，例如在電動(dòng)馬達(dá)19自身受損之后。具體地說，首先，絞車10包括一對(duì)制動(dòng)盤40，該對(duì)制動(dòng)盤40例如通過多個(gè)螺釘41 而布置和固定在絞筒11上，以便與它成一體旋轉(zhuǎn)。這些制動(dòng)盤40設(shè)計(jì)成當(dāng)由電動(dòng)馬達(dá)19 提供的阻力扭矩不足以保持絞筒11的所需轉(zhuǎn)速時(shí)使得絞筒11慢下來。顯然，在這種情況 下，電動(dòng)馬達(dá)19并不接收電流，而是它們基本用作發(fā)電機(jī)。各制動(dòng)盤40與各制動(dòng)卡鉗42耦聯(lián)，該制動(dòng)卡鉗42優(yōu)選是固定在框架16上，以便 固定在它上面。制動(dòng)卡鉗42優(yōu)選是通過液壓回路來操作，并可以為固定、浮動(dòng)或半浮動(dòng)類型。這些制動(dòng)盤40為主動(dòng)冷卻類型，并自通風(fēng)。實(shí)際上，它們不僅通過自身的旋轉(zhuǎn)而 冷卻(由于空氣循環(huán))，還通過流體(例如但不局限于水、乙二醇或油)來冷卻，該流體輸入 并通過在主軸13內(nèi)部的槽道43，該槽道43布置成沿主軸13的軸線方向，并有進(jìn)口槽道和 排出槽道，它們與以下部件連接
多個(gè)出口 44，這些出口 44設(shè)計(jì)成輸入冷卻液并靠近制動(dòng)盤40的軌跡；以及多個(gè)第二管配件45，這些第二管配件45與多個(gè)第二管46連接，這些第二管46與 循環(huán)泵(為了清楚，在圖4中未示出)相連。其次，絞車10具有安全輔助制動(dòng)器(未示出)，該安全輔助制動(dòng)器設(shè)計(jì)成在故障時(shí) 通過阻礙絞車10的絞筒11的旋轉(zhuǎn)而進(jìn)行干涉。這些制動(dòng)系統(tǒng)對(duì)于設(shè)計(jì)成用于鉆機(jī)的絞車 非常重要，因?yàn)楫?dāng)較重負(fù)載懸掛在索纜12上以及當(dāng)突然停止向電動(dòng)馬達(dá)19供電和/或工 作制動(dòng)器突然故障時(shí)，盡管有電動(dòng)馬達(dá)的磁制動(dòng)效果(電動(dòng)機(jī)效應(yīng))，索纜12仍可能以很高 的速度來開卷，因此使得頂部驅(qū)動(dòng)器和鉆機(jī)系統(tǒng)的其它部件受到災(zāi)難性的破壞。安全輔助 制動(dòng)器通過在檢測(cè)到故障時(shí)(例如通過位于絞車10的輸電線33上的電流傳感器)基本立 即阻塞絞筒11的旋轉(zhuǎn)而進(jìn)行干涉。即使永磁體馬達(dá)在非常低速度下也能夠很好地控制扭矩，但為了使得電動(dòng)馬達(dá)19 不會(huì)在鉆井過程中過載，絞車10還提供有自動(dòng)鉆井系統(tǒng)，該自動(dòng)鉆井系統(tǒng)包括自主控制系統(tǒng)，用于索纜12在鉆井過程中的開卷；常規(guī)的低功率、交流第三電動(dòng)馬達(dá)19'(通常大約30kW);可自動(dòng)操作的接頭，該接頭有齒，該齒能夠?qū)⒅鬏S13的運(yùn)動(dòng)從第三電動(dòng)馬達(dá)19' 傳遞給絞筒11。自動(dòng)鉆井系統(tǒng)還構(gòu)成在電動(dòng)馬達(dá)19故障時(shí)絞車10的緊急情況操作，并能夠以三 種不同模式來操作第一“恒定負(fù)載”模式，其中，自動(dòng)鉆井系統(tǒng)檢測(cè)鉆頭按壓在鉆孔底部上的力，并將 該力調(diào)節(jié)在一個(gè)值，以便保持恒定；第二“恒定速度”模式，其中，絞筒11有恒定轉(zhuǎn)速，因此鉆井組件有下降速度，該下 降速度恒定，且獨(dú)立于鉆頭施加在鉆孔底部上的力；第三“恒定流體壓力”模式，其中，絞筒11的轉(zhuǎn)速和鉆井組件的下降速度調(diào)節(jié)成這 樣，通過所謂的底部孔馬達(dá)(未示出)的作用，而使得用于使鉆頭旋轉(zhuǎn)的流體壓力保持恒定。絞車10還提供有電動(dòng)馬達(dá)19的通風(fēng)系統(tǒng)50，該通風(fēng)系統(tǒng)50設(shè)計(jì)成能夠在具有爆 炸危險(xiǎn)的區(qū)域中操作。更詳細(xì)地說，參考圖4 (關(guān)于機(jī)械布置)和圖7 (關(guān)于管路-機(jī)械混合圖)，通風(fēng)系 統(tǒng)50還允許電動(dòng)馬達(dá)19的定子22內(nèi)部的區(qū)域增壓，并包括遠(yuǎn)處的風(fēng)扇70，該風(fēng)扇70與提供有可調(diào)節(jié)減壓閥73的導(dǎo)管72連接；進(jìn)口連接管配件74和出口過濾器75，它們分別設(shè)計(jì)成接收來自導(dǎo)管72的增壓空 氣和使得空氣從電動(dòng)馬達(dá)19和第三電動(dòng)馬達(dá)19'排除。詳細(xì)地說，在鉆井過程中，遠(yuǎn)處的風(fēng)扇70相對(duì)于絞車10從遠(yuǎn)處區(qū)域抽吸空氣，該 絞車10通常安裝在非?？拷闹行模⒖諝馑椭疗渖习惭b絞車10的該鉆井平臺(tái)上。另一方面，減壓閥73布置在電動(dòng)馬達(dá)19附近，并優(yōu)選是將發(fā)送給電動(dòng)馬達(dá)19框 架的空氣的壓力減小至優(yōu)選是高于大氣壓力1巴或更小的壓力。一旦輸入電動(dòng)馬達(dá)19中， 空氣通過出口過濾器75而離開，然后分散至深井周圍的區(qū)域中。詳細(xì)地說，在鉆井過程中，存在于框架內(nèi)部的壓力(相對(duì)高于大氣壓力)并不允許 在緊鄰井的區(qū)域的大氣與電動(dòng)馬達(dá)19的內(nèi)側(cè)接觸。實(shí)際上，該大氣的特征可以是以無邊界
8的方式存在具有很高的易燃性或(甚至更糟)爆炸性的氣體混合物。實(shí)際上，盡管無刷馬達(dá)與使用電刷的電動(dòng)馬達(dá)相比在它們工作過程中產(chǎn)生電火花 引爆極的危險(xiǎn)更小，但是該危險(xiǎn)不能排除，且因此電動(dòng)馬達(dá)19的框架用于與周圍環(huán)境隔 離。使得電動(dòng)馬達(dá)19的框架內(nèi)部存在比大氣壓力更高的壓力則更加防止易燃性氣體進(jìn)入 馬達(dá)內(nèi)的危險(xiǎn)。從控制學(xué)的觀點(diǎn)來看，絞車10的電動(dòng)馬達(dá)19布置成這樣，它們?cè)试S連續(xù)和精確地 調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和扭矩。參考圖8，電動(dòng)馬達(dá)19的控制通過控制網(wǎng)80來進(jìn)行，該控制網(wǎng)80至少包括用于各 馬達(dá)19的控制器(或驅(qū)動(dòng)器)81以及通過一個(gè)或多個(gè)用于數(shù)據(jù)交換的電纜82而與各控制 器81電連接的可編程邏輯控制器81。更詳細(xì)地說，各控制器81具有一個(gè)或多個(gè)輸入部81. 1，該輸入部直接與外部電源83連接；以及一個(gè)或多個(gè)輸出部81. 2，該輸出部直接與電動(dòng)馬達(dá)19連接；且該控制器還設(shè)計(jì)成根據(jù)來自可編程邏輯控制器81的電信號(hào)來調(diào)節(jié)各電動(dòng)馬達(dá) 19的轉(zhuǎn)速，以及執(zhí)行輔助功能例如防止過載和用作電流限制器等，用作從直流(c. c)至交 流(a. c)的變換器。更具體地說，通過可編程邏輯控制器81，電動(dòng)馬達(dá)19的速度和扭矩通過使用兩個(gè) 獨(dú)立的傳感器而被連續(xù)監(jiān)測(cè)。根據(jù)由控制器81提供的電壓和扭矩值，可編程邏輯控制器81 向設(shè)計(jì)成增加或減小傳送給電動(dòng)馬達(dá)19的電流值的控制器81發(fā)送信號(hào)。電動(dòng)馬達(dá)19通過PWM(脈沖寬度調(diào)制)來控制。脈沖寬度調(diào)制支持向電動(dòng)馬達(dá)供給具有方形波形的電壓，該方形波形具有固定頻 率(從幾kHz至20kHz)和可變占空度。實(shí)際上，占空度d定義為在方形波處于第一較高水平時(shí)的時(shí)間間隔τ和方形波自 身的周期Τ(Τ是頻率的倒數(shù)，T- τ是方形波處于第二較低水平時(shí)的時(shí)間間隔)之間的比率。 當(dāng)占空度變化時(shí)，施加在電動(dòng)馬達(dá)上的電壓的平均值變化(該值可容易地通過在一個(gè)或多 個(gè)波形周期上積分而推出)?；旧?，馬達(dá)“感覺”電壓平均值，且由馬達(dá)提供的速度和扭矩因此取決于電壓平 均值自身。另一方面，為了使得永磁體直流(c.c.)馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)方向反向，需要使得電樞電壓 的極性反向。可編程邏輯控制器81還提供有監(jiān)測(cè)和診斷系統(tǒng)，該監(jiān)測(cè)和診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)成檢查 絞車10 (特別是電動(dòng)馬達(dá)19和控制器81)的正確操作。當(dāng)并不這樣時(shí)，可編程邏輯控制器 81產(chǎn)生警告信號(hào)(例如激活視覺或聲音信號(hào))，而且，它可以在系統(tǒng)的工作制動(dòng)發(fā)生故障時(shí) 管理電動(dòng)馬達(dá)19的輸電線33的開關(guān)，以便使用電動(dòng)馬達(dá)19作為緊急情況制動(dòng)器。最后，可編程邏輯控制器81通過控制電纜85而與控制臺(tái)84連接；控制臺(tái)基本是 用戶界面，一個(gè)或多個(gè)操作人員可以通過該用戶界面來調(diào)節(jié)(例如但不局限于)電動(dòng)馬達(dá) 19的旋轉(zhuǎn)方向、它們的轉(zhuǎn)速、它們的扭矩和制動(dòng)。由前述說明可以清楚本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。具體地說，本發(fā)明的絞車能夠?qū)⒅鬏S13上的 扭轉(zhuǎn)負(fù)載均等地分布在絞筒11的兩側(cè)，因?yàn)榇嬖趦蓚€(gè)電動(dòng)馬達(dá)19，一個(gè)布置在一側(cè)。等負(fù)載分布也通過布置的一對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)來產(chǎn)生，該制動(dòng)系統(tǒng)由盤40和卡鉗42構(gòu)成，它們也一個(gè) 布置在絞車10的絞筒11的一側(cè)。這些電動(dòng)馬達(dá)19制造簡(jiǎn)單，且由于它們的結(jié)構(gòu)類型的原因，它們能夠在低RPM時(shí) 產(chǎn)生很強(qiáng)的扭矩，同時(shí)能夠非常精確地調(diào)節(jié)它們的轉(zhuǎn)速。因此，不需要設(shè)計(jì)成改變?cè)诮g筒11的轉(zhuǎn)速和電動(dòng)馬達(dá)19的轉(zhuǎn)速之間的比率的減 速結(jié)構(gòu)，例如改變齒輪、減少機(jī)械部件、齒輪或鏈；這樣，在操作的無噪音、制造成本的降低、 基本有故障和磨損危險(xiǎn)的部件數(shù)目降低、絞車自身的障礙減少等方面獲得更大的優(yōu)點(diǎn)。另一優(yōu)點(diǎn)是由于電動(dòng)馬達(dá)19有特別受限的縱向發(fā)展，這有助于降低絞車10的總 體尺寸以及降低它的重量。這里所述的絞車10也可以在具有起火和爆炸的高危險(xiǎn)性區(qū)域中操作，因?yàn)榇嬖?電動(dòng)馬達(dá)19和第三電動(dòng)馬達(dá)19'的增壓系統(tǒng)，且該絞車設(shè)計(jì)成也可以在高溫下操作，因?yàn)?電動(dòng)馬達(dá)19進(jìn)行主動(dòng)冷卻。這里所述的裝置可以進(jìn)行一些變化。具體地說，在控制器81和可編程邏輯控制器 81之間的連接可以通過無線技術(shù)來實(shí)現(xiàn)；制動(dòng)盤40可以布置成連接在絞筒11的各側(cè)，且 用于鉆井操作的常規(guī)馬達(dá)可以布置成對(duì)，一個(gè)在絞車10的一側(cè)。索纜12也可以由一對(duì)元件形成，或者倍增或三倍，或者可以使用合成材料或者混 合的合成/天然材料來代替鋼。
權(quán)利要求
1.一種用于操縱鉆桿的絞車(10)，包括用于纏繞至少一個(gè)索纜(1 的纏繞裝置(11)，該纏繞裝置定心在軸(1 上，該軸有一 個(gè)第一端和一個(gè)第二端，并能夠沿一個(gè)第一方向以及與該第一方向相反的第二方向旋轉(zhuǎn)， 所述纏繞裝置(11)的形狀至少局部大體上為柱形；一個(gè)或更多個(gè)支承件(14)，該支承件設(shè)計(jì)成以能夠旋轉(zhuǎn)的方式支承所述軸(13)；多個(gè)馬達(dá)(19)，該馬達(dá)設(shè)計(jì)成能夠使得所述軸(1 和所述纏繞裝置(11)沿所述第一 方向旋轉(zhuǎn)以及沿所述第二方向旋轉(zhuǎn)；基部框架(16)，所述支承件(14)和所述多個(gè)馬達(dá)(19)固定在該基部框架上；所述絞車的特征在于所述多個(gè)馬達(dá)(19)設(shè)置在所述纏繞裝置(11)的兩側(cè)，并在沒有 減速元件的情況下與所述纏繞裝置(11)連接，且在所述軸(1 上直接驅(qū)動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的絞車，其中所述馬達(dá)(19)為無刷電動(dòng)馬達(dá)，并包括至少一 個(gè)轉(zhuǎn)子和一個(gè)定子0 ；所述轉(zhuǎn)子基本裝入所述定子0 中，并直接固定在所 述軸(1 上，以便與它一體地轉(zhuǎn)動(dòng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的絞車，還包括多個(gè)制動(dòng)裝置，這些制動(dòng)裝置包括多個(gè)制動(dòng)盤 (40)，該制動(dòng)盤設(shè)置在所述纏繞裝置(11)的側(cè)部，并在該制動(dòng)盤的中心在所述軸(1 上樞 軸轉(zhuǎn)動(dòng)以及多個(gè)制動(dòng)卡鉗(42)，該制動(dòng)卡鉗設(shè)計(jì)成在所述制動(dòng)盤00)上施加摩擦。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的絞車，其中所述制動(dòng)卡鉗0 通過相應(yīng)的托架(1 而固 定在所述框架(16)上。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的絞車，其中所述馬達(dá)(19)有一個(gè)第一流體循環(huán)冷卻系統(tǒng)， 該第一流體循環(huán)冷卻系統(tǒng)包括多個(gè)管(35)，這些管分別與基本位于所述定子0 上的管 配件(34)連接；所述管配件(34)與用于冷卻馬達(dá)(19)的多個(gè)槽道(3 形成流體密封通 道。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的絞車，其中所述槽道(3 基本沿與所述馬達(dá)(19)的旋轉(zhuǎn) 方向平行的方向延伸。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的絞車，其中所述制動(dòng)系統(tǒng)通過第二冷卻系統(tǒng)來冷卻，該第二 冷卻系統(tǒng)包括與至少一個(gè)冷卻槽道連通的多個(gè)管(46)，所述冷卻槽道具有面朝所述 制動(dòng)盤(40)的多個(gè)出口 (44)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的絞車，其中所述槽道設(shè)置在所述軸(1 中并沿與所 述軸(13)的軸線方向基本相同的方向。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的絞車，其中所述馬達(dá)(19)的所述定子0 氣體密封，且還 包括用于空氣進(jìn)入的進(jìn)入導(dǎo)管(74)和用于空氣離開的離開導(dǎo)管(75)，這些導(dǎo)管以流體密 封的方式連接在所述馬達(dá)(19)上；所述進(jìn)入導(dǎo)管(74)設(shè)計(jì)成通過與吹風(fēng)機(jī)(71)連接的空 氣密封導(dǎo)管(72)來供給，該吹風(fēng)機(jī)設(shè)置在離所述絞車(10) —定距離處。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的絞車，其中在所述空氣密封導(dǎo)管(72)和所述吹風(fēng)機(jī)(71) 之間設(shè)置有閥(73)；所述閥(73)設(shè)計(jì)成改變存在于所述空氣密封導(dǎo)管(72)內(nèi)的空氣的壓 力。
11.根據(jù)權(quán)利要求2所述的絞車，還包括控制裝置(80)，用于電氣/電子控制所述馬 達(dá)(19)，所述控制裝置(80)設(shè)計(jì)成至少調(diào)節(jié)所述馬達(dá)(19)的轉(zhuǎn)速。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的絞車，其中所述控制裝置(80)包括控制器(81)，該控制器具有與供電網(wǎng)絡(luò)連接的輸入部(81. 1)和與所述馬達(dá)(19)連接的輸出部(81.2)以及信 號(hào)輸送裝置(81. 3)，該信號(hào)輸送裝置設(shè)計(jì)成與管理系統(tǒng)(8 交換數(shù)據(jù)，該管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)成 連續(xù)監(jiān)測(cè)作為由所述控制器(81)提供的電壓大小的函數(shù)的、所述馬達(dá)(19)的至少所述速 度，該管理系統(tǒng)還向所述控制器(81)發(fā)送改變的信號(hào)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的絞車，其中所述控制器(81)通過脈沖寬度調(diào)制來驅(qū)動(dòng)相 應(yīng)馬達(dá)(19)。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的絞車，還包括輔助交流電動(dòng)馬達(dá)(19')和具有自動(dòng)匹配 齒的接頭，該接頭設(shè)計(jì)成將所述軸(1 的運(yùn)動(dòng)從輔助電動(dòng)馬達(dá)(19')傳遞給所述纏繞裝 置(11)；所述輔助電動(dòng)馬達(dá)(19')設(shè)計(jì)成在所述纏繞裝置(11)解卷索纜(1 的狀態(tài)下 操作。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的絞車，其中所述輔助電動(dòng)馬達(dá)(19')通過它自身的控制 系統(tǒng)以下述模式來控制恒定負(fù)載的第一模式，在該第一模式中，檢測(cè)與所述索纜(1 連接的鉆頭按壓在鉆孔 底部上的力，并將該力調(diào)節(jié)在一個(gè)值，以便保持恒定；恒定速度的第二模式，在該第二模式中，所述纏繞裝置(11)以恒定的轉(zhuǎn)速來開卷，該 轉(zhuǎn)速獨(dú)立于鉆頭在鉆孔底部上的壓力；恒定流體壓力的第三模式，在該第三模式中，所述纏繞裝置(11)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)成這樣， 使得用于使鉆頭運(yùn)動(dòng)的流體壓力保持恒定。
全文摘要
一種用于操縱鉆井裝置的絞車(10)有用于纏繞至少一個(gè)索纜(12)的裝置(11)，該裝置定心在軸(13)上，該軸有第一端和第二端，并可沿第一方向和與該第一方向相反的第二方向旋轉(zhuǎn)，纏繞裝置(11)的形狀至少局部為大體上柱形；一個(gè)或更多個(gè)支承件(14)，其設(shè)計(jì)成以可旋轉(zhuǎn)的方式支承所述軸(13)；多個(gè)馬達(dá)(19)，其設(shè)計(jì)成能夠使得所述軸(13)和纏繞裝置(11)沿所述第一方向、第二反向旋轉(zhuǎn)；基部框架(16)，所述支承件(14)和所述多個(gè)馬達(dá)(19)固定在該基部框架上；該多個(gè)馬達(dá)(19)設(shè)置在所述纏繞裝置(11)的兩側(cè)，并在沒有減速元件的情況下與它們連接，且在軸(13)上直接驅(qū)動(dòng)。
文檔編號(hào)B66D1/00GK102112696SQ200980129474
公開日2011年6月29日 申請(qǐng)日期2009年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月30日
發(fā)明者S·費(fèi)拉里 申請(qǐng)人:吉爾邁科股份公司