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一种高效复合 刹车模式交流变频绞车及其下放控制方法

阅读：1028发布：2020-09-01

专利汇可以提供一种高效复合刹车模式交流变频绞车及其下放控制方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种高效复合刹车模式交流变频绞车，包括自动送钻装置，自动送钻装置连接有变速箱，变速箱分别通过第一联轴器和离合器连接有交流变频主电机和滚筒轴总成，滚筒轴总成通过第二联轴器连接有电磁涡流刹车或滚筒轴总成的滚筒轴上通过键连接有电磁涡流刹车，电磁涡流刹车与滚筒轴总成之间通过键连接有液压盘式刹车；还包括有PLC控制系统，PLC控制系统分别连接有司钻控制房、变频器、滚筒编码器和离合器，司钻控制房与电磁涡流刹车和液压盘式刹车连接，变频器连接交流变频主电机，滚筒编码器与滚筒轴总成连接。本发明的一种高效复合刹车模式交流变频绞车具备三种刹车。还公开了上述高效复合刹车模式交流变频绞车的下放控制方法。，下面是一种高效复合刹车模式交流变频绞车及其下放控制方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种高效复合刹车模式交流变频绞车，其特征在于，包括有自动送钻装置(7)，所述自动送钻装置(7)通过推盘离合器(6)连接有变速箱(2)，所述变速箱(2)通过第一联轴器(14)连接有交流变频主电机(1)，所述变速箱(2)还通过离合器(10)连接有滚筒轴总成(4)，所述滚筒轴总成(4)通过第二联轴器(3)连接有电磁涡流刹车(12)或者滚筒轴总成(4)的滚筒轴上通过键连接有电磁涡流刹车(12)，所述电磁涡流刹车(12)与滚筒轴总成(4)之间通过键连接有液压盘式刹车(11)；
还包括有PLC控制系统(8)，所述PLC控制系统(8)通过工业总线分别连接有司钻控制房(9)、变频器(13)和滚筒编码器(5)，所述PLC控制系统(8)还通过工业总线连接离合器(10)，所述司钻控制房(9)通过工业控制总线与电磁涡流刹车(12)和液压盘式刹车(11)连接，所述变频器(13)通过电缆连接交流变频主电机(1)，所述滚筒编码器(5)与滚筒轴总成(4)连接。
2.根据权利要求1所述的一种高效复合刹车模式交流变频绞车，其特征在于，所述司钻控制房(9)设置有正常下钻、快速下钻以及安全下钻模式选择开关。
3.一种高效复合刹车模式交流变频绞车的下放控制方法，其特征在于，使用如权利要求2所述的一种高效复合刹车模式交流变频绞车，具体按照以下步骤实施：
步骤1，司钻控制房(9)上电，并判断高效复合刹车模式交流变频绞车各个部分是否正常连接以及运行，正常则进入下一步，不正常则停止整个流程并返回检查；
步骤2，绞车下放准备，PLC控制系统(8)实时采集滚筒编码器(5)的参数并通过内部程序判断，从而控制绞车的上提或下放，实现绞车正常的提升或下放；
步骤3，绞车下放，人为根据实际情况选择下钻模式，并开启与之模式相对应的开关，司钻控制房(9)模式选择后并将模式信息反馈给PLC控制系统(8)，PLC控制系统(8)根据不同的模式进行相应的控制。
4.根据权利要求3所述的一种高效复合刹车模式交流变频绞车的下放控制方法，其特征在于，在所述步骤3中，若开启正常下钻模式选择开关，则进入正常下钻模式，此模式下：
PLC控制系统(8)发送信号给电磁涡流刹车(12)，控制电磁涡流刹车(12)断开，液压盘式刹车(11)和交流变频主电机(1)能耗制动均处于正常工作状态，当绞车需停止下放时，司钻控制房(9)发出动作信号给PLC控制系统(8)，PLC控制系统(8)发送控制信号给液压盘式刹车(12)和变频器(13)，实现以液压盘式刹车(12)为主、交流变频主电机(1)能耗制动为辅的联合制动；
若开启快速下钻模式选择开关，则进入快速下钻模式，此模式下：PLC控制系统(8)发送信号断开离合器(10)，离合器(10)的断开使得变速箱(2)和交流变频主电机(1)不再与滚筒轴总成(4)相连接，当绞车需停止下放时，司钻控制房(9)发出控制信号给PLC控制系统(8)，PLC控制系统(8)发送控制信号给液压盘式刹车(11)和电磁涡流刹车(12)开始工作，实现液压盘式刹车(11)和电磁涡流刹车(12)的联合制动；
若开启安全下钻模式选择开关，则进入安全下钻模式，此模式下：PLC控制系统(8)给出控制信号，使得液压盘式刹车(12)、交流变频主电机(1)能耗制动、电磁涡流刹车(12)均处于正常工作状态，当绞车需停止下放时，司钻控制房(9)发出刹车信号给PLC控制系统(8)，PLC控制系统(8)发送控制信号给液压盘式刹车(11)和电磁涡流刹车(12)开始工作，同时PLC控制系统(8)发送控制信号给变频器(13)，使得交流变频主电机(1)能耗制动开始工作，从而实现液压盘式刹车(11)、电磁涡流刹车(12)和交流变频主电机(1)能耗制动的三者共同制动。

说明书全文

一种高效复合刹车模式交流变频绞车及其下放控制方法

技术领域

[0001] 本发明属于石油钻采装备技术领域，具体涉及一种高效复合刹车模式交流变频绞车，本发明还涉及上述高效复合刹车模式交流变频绞车的下放控制方法。

背景技术

[0002] 绞车是石油钻机的三大工作机之一，是钻井设备中最重要的设备，是一种集电、气、液控制为一体的机械传动设备，主要功能有：(1)起下钻具、下套管等作业，(2)钻井过程中控制钻压、处理事故，(3)担负着起放钻机井架和底座的功能。随着工业技术和石油装备更新发展需求，钻井绞车朝着形式多样化，功率大型化，性能更先进合理的方向发展。按照驱动形式进行分类，石油钻井绞车主要有三种类型：(1)交流变频电驱动绞车，采用先进全数字化交流变频技术，宽频大功率电机驱动，实现了绞车全程无级调速，安全高效，具备体积小、重量轻、振动小、噪音低、效率高和使用寿命长的特点，但其在能耗制动模式下，绞车下钻速度慢，交流变频电机价格昂贵；(2)直流电驱动绞车，采用内变速链传动方式，通常设4个档位，倒档通过直流电机反转实现。下放速度大于变频器给定频率速度，电机转矩变为反向制动转矩，采用SCR的控制，功率和转速调节范围宽，结构简单，易于维护，同机械绞车相比，体积小，重量轻，但与交流变频电驱动绞车相比，体积较大，重量较重。链条传动，效率低；(3)机械驱动绞车，以柴油机为动力，经链条或胶带带动绞车的传动形式，经济高效，生产成本低，易于维护，但其效率低，传动环节多，结构较复杂，重量大、体积大；以上三种绞车均有其优缺点，其中交流变频电驱动绞车由于具备了维持提升工况载荷合理分配，充分利用功率匹配，调速平稳，全数字控制等优势，代表了目前钻机的自动化、智能化的发展方向。

[0003] 但是，在实际的油田现场使用过程中发现，交流变频绞车在快速下钻过程中，受下放模式等的影响，绞车下放速度没有直流电驱动绞车下放速度快，而且，下放过程由于主要依靠交流变频电机能耗制动刹车，下放过程能量无法快速释放，对电控制系统有较大冲击，易引起故障，而且下放要克服变速箱内齿轮系和轴系的转动惯量，也会对绞车工作造成不好的影响。

发明内容

[0004] 本发明的目的是提供一种高效复合刹车模式交流变频绞车，具备三种刹车，解决了仅依靠交流变频电机能耗制动刹车，下放过程能量无法快速释放，对电控制系统有较大冲击，易引起故障的问题。

[0005] 本发明的另一目的是提供上述高效复合刹车模式交流变频绞车的下放控制方法。

[0006] 本发明所采用的技术方案是，一种高效复合刹车模式交流变频绞车，包括有自动送钻装置，自动送钻装置通过推盘离合器连接有变速箱，变速箱通过第一联轴器连接有交流变频主电机，变速箱还通过离合器连接有滚筒轴总成，滚筒轴总成通过第二联轴器连接有电磁涡流刹车或者滚筒轴总成的滚筒轴上通过键连接有电磁涡流刹车，电磁涡流刹车与滚筒轴总成之间通过键连接有液压盘式刹车；

[0007] 本发明的特征还在于，

[0008] 还包括有PLC控制系统，PLC控制系统通过工业总线分别连接有司钻控制房、变频器和滚筒编码器，PLC控制系统还通过工业总线连接离合器，司钻控制房通过工业控制总线与电磁涡流刹车和液压盘式刹车连接，变频器通过电缆连接交流变频主电机，滚筒编码器与滚筒轴总成连接。

[0009] 司钻控制房设置有正常下钻、快速下钻以及安全下钻模式选择开关。

[0010] 一种高效复合刹车模式交流变频绞车的下放控制方法，使用上述一种高效复合刹车模式交流变频绞车，具体按照以下步骤实施：

[0011] 步骤1，司钻控制房上电，并判断高效复合刹车模式交流变频绞车各个部分是否正常连接以及运行，正常则进入下一步，不正常则停止整个流程并返回检查；

[0012] 步骤2，绞车下放准备，PLC控制系统实时采集滚筒编码器的参数并通过内部程序判断，从而控制绞车的上提或下放，实现绞车正常的提升或下放；

[0013] 步骤3，绞车下放，人为根据实际情况选择下钻模式，并开启与之模式相对应的开关，司钻控制房模式选择后并将模式信息反馈给PLC控制系统，PLC控制系统根据不同的模式进行相应的控制。

[0014] 在步骤3中，若开启正常下钻模式选择开关，则进入正常下钻模式，此模式下：PLC控制系统发送信号给电磁涡流刹车，控制电磁涡流刹车断开，而液压盘式刹车和交流变频主电机能耗制动均处于正常工作状态；当绞车需停止下放时，司钻控制房发出动作信号给PLC控制系统，PLC控制系统发送控制信号给液压盘式刹车和变频器，实现以液压盘式刹车为主、交流变频主电机能耗制动为辅的联合制动；

[0015] 若开启快速下钻模式选择开关，则进入快速下钻模式，此模式下：PLC控制系统发送信号断开离合器，离合器的断开使得变速箱和交流变频主电机不再与滚筒轴总成相连接，当绞车需停止下放时，司钻控制房发出控制信号给PLC控制系统，PLC控制系统发送控制信号给液压盘式刹车和电磁涡流刹车开始工作，实现液压盘式刹车和电磁涡流刹车的联合制动；

[0016] 若开启安全下钻模式选择开关，则进入安全下钻模式，此模式下：PLC控制系统给出控制信号，使得液压盘式刹车、主电机能耗制动、电磁涡流刹车均处于正常工作状态，当绞车需停止下放时，司钻控制房发出刹车信号给PLC控制系统，PLC控制系统发送控制信号给液压盘式刹车和电磁涡流刹车开始工作，同时PLC控制系统发送控制信号给变频器，使得交流变频主电机能耗制动开始工作，从而实现液压盘式刹车、电磁涡流刹车和交流变频主电机能耗制动的三者共同制动。

[0017] 本发明的有益效果是

[0018] 1)可实现快速下钻，绞车变速箱与滚筒轴之间配备离合器，当下钻时离合器脱开，在电刹配合下，绞车下钻速度极快，节省下钻时间。

[0019] 2)高效率，绞车起升工况具备交流变频驱动的特点：维持提升工况载荷合理分配，充分利用功率匹配；下钻工况具备了直流电驱动绞车的快速下钻的特点，综合效率高。

[0020] 3)高安全性，绞车配置液压盘式刹车、交流变频电机能耗制动及电磁涡流刹车的三套刹车系统，相互配合，可实现绞车的高安全性。

[0021] 4)电磁涡流刹车安装方式多样化，由于电磁涡流刹车与滚筒轴的连接方式将影响绞车的连接尺寸和使用效率，因此绞车具备的以下两种安装方式将是十分重要的：①电磁涡流刹车与滚筒轴通过联轴器连接；②电磁涡流刹车直接安装在滚筒轴上。附图说明

[0022] 图1是本发明一种高效复合刹车模式交流变频绞车的结构示意图；

[0023] 图2是本发明一种高效复合刹车模式交流变频绞车的具体实施例图；

[0024] 图3是本发明一种高效复合刹车模式交流变频绞车的下放控制方法的流程图。

[0025] 图中，1.交流变频主电机，2.变速箱，3.第二联轴器，4.滚筒轴总成，5.滚筒编码器，6.推盘离合器，7.自动送钻装置，8.PLC控制系统，9.司钻控制房，10.离合器，11.液压盘式刹车，12.电磁涡流刹车，13.变频器，14.第一联轴器。

具体实施方式

[0026] 下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

[0027] 本发明一种高效复合刹车模式交流变频绞车，如图1、图2所示，包括有自动送钻装置7，自动送钻装置7通过推盘离合器6连接有变速箱2，变速箱2通过第一联轴器14连接有交流变频主电机1，变速箱2还通过离合器10连接有滚筒轴总成4，滚筒轴总成4通过第二联轴器3连接有电磁涡流刹车12或者滚筒轴总成4的滚筒轴上通过键连接有电磁涡流刹车12，电磁涡流刹车12与滚筒轴总成4之间通过键连接有液压盘式刹车11；

[0028] 还包括有PLC控制系统8，PLC控制系统8通过工业总线分别连接有司钻控制房9、变频器13和滚筒编码器5，PLC控制系统8还通过工业总线连接离合器10，司钻控制房9通过工业控制总线与电磁涡流刹车12和液压盘式刹车11连接，变频器13通过电缆连接交流变频主电机1，滚筒编码器5与滚筒轴总成4连接。

[0029] 司钻控制房9设置有正常下钻、快速下钻以及安全下钻模式选择开关。

[0030] 本发明的一种高效复合刹车模式交流变频绞车，在工作时，交流变频主电机1工作，带动变速箱2，变速箱2带动自动送钻装置7和滚筒轴总成4，滚筒轴总成4，通过控制交流变频主电机1、电磁涡流刹车12和液压盘式刹车11对筒轴总成4进行刹车，实现滚筒轴总成4减速停止转动。

[0031] 如图3所示，一种高效复合刹车模式交流变频绞车的下放控制方法，使用上述一种高效复合刹车模式交流变频绞车，具体按照以下步骤实施：

[0032] 步骤1，司钻控制房9上电，并判断高效复合刹车模式交流变频绞车各个部分是否正常连接以及运行，正常则进入下一步，不正常则停止整个流程并返回检查；

[0033] 步骤2，绞车下放准备，PLC控制系统8实时采集滚筒编码器5的参数并通过内部程序判断，从而控制绞车的上提或下放，实现绞车正常的提升或下放；

[0034] 步骤3，绞车下放，人为根据实际情况选择下钻模式，并开启与之模式相对应的开关，司钻控制房9模式选择后并将模式信息反馈给PLC控制系统8，PLC控制系统8根据不同的模式进行相应的控制。

[0035] 在步骤3中，若开启正常下钻模式选择开关，则进入正常下钻模式，此模式下：PLC控制系统8发送信号给电磁涡流刹车12，控制电磁涡流刹车12断开，液压盘式刹车11和交流变频主电机1能耗制动均处于正常工作状态，当绞车需停止下放时，司钻控制房9发出动作信号给PLC控制系统8，PLC控制系统8发送控制信号给液压盘式刹车12和变频器13，实现以液压盘式刹车12为主、交流变频主电机1能耗制动为辅的联合制动；

[0036] 若开启快速下钻模式选择开关，则进入快速下钻模式，此模式下：PLC控制系统8发送信号断开离合器10，离合器10的断开使得变速箱2和交流变频主电机1不再与滚筒轴总成4相连接，当绞车需停止下放时，司钻控制房9发出控制信号给PLC控制系统8，PLC控制系统8发送控制信号给液压盘式刹车11和电磁涡流刹车12开始工作，实现液压盘式刹车11和电磁涡流刹车12的联合制动；由于绞车下放不需要再克服变速箱2的转动惯量和不需要再反拖交流变频主电机1，因此可进行快速下放，速度要快于正常下钻，满足快速下钻工况需求；

[0037] 若开启安全下钻模式选择开关，则进入安全下钻模式，此模式下：PLC控制系统8给出控制信号，使得液压盘式刹车12、交流变频主电机1能耗制动、电磁涡流刹车12均处于正常工作状态，当绞车需停止下放时，司钻控制房9发出刹车信号给PLC控制系统8，PLC控制系统8发送控制信号给液压盘式刹车11和电磁涡流刹车12开始工作，同时PLC控制系统8发送控制信号给变频器13，使得交流变频主电机1能耗制动开始工作，从而实现液压盘式刹车11、电磁涡流刹车12和交流变频主电机1能耗制动的三者共同制动；安全下钻模式由于应用
3套相互独立的刹车系统，彼此之间相互配合，安全冗余高，因此安全系数较高，尤其适用于重载下放的工况。

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