Верхний силовой привод буровой установки

 

Полезная модель относится к области электромашиностроения и может быть использована в асинхронных электрических двигателях для верхнего силового привода на установках, предназначенных для бурения нефтяных и газовых скважин. Технический результат полезной модели заключается в обеспечении возможности работы двигателя в вертикальном положении, уменьшении его габаритных размеров при использовании в составе ВСП с "жесткими" ограничениями по поперечным размерам (длина и ширина), расширении технических возможностей электродвигателя путем обеспечения высокоточного поворота ротора посредством использования инкрементного фотоэлектрического датчика (энкодера), повышении надежности конструкции за счет установки внешнего механического тормозного устройства на валу ротора для возможности удержания бурильной колонны при действии "пружины". Асинхронный электродвигатель для верхнего силового привода буровой установки содержит корпус, в котором смонтированы статор и установленный на валу ротор с подшипниками, датчики, электродвигатель с вентилятором охлаждения воздуха, клеммную коробку, связанную с источником питания и управления. Он отличается тем, что, в верхней части корпуса смонтирован электродвигатель с радиальным вентилятором воздушного охлаждения и кожухом с рукавом, который соединяет его с корпусом, при этом к упомянутому кожуху примыкает защитный корпус с воздухозаборными решетками и жалюзи, в котором установлены дополнительно введенные дисковый гидравлический тормоз с противодействующими поршнями и инкрементный фотоэлектрический датчик скорости, связанные через клеммную коробку с источником питания и управления, причем упомянутые электродвигатель, дисковый тормоз и датчик скорости установлены соосно валу, при этом нижняя часть корпуса снабжена фланцем с плоской поверхностью. Кроме того, вал снабжен радиально-упорными подшипниками. Кроме того, на лобовых частях обмотки статора и в подшипниковых узлах установлены термоэлектрические преобразователи, концы которых выведены в клеммную коробку. Кроме того, на лобовых частях обмотки статора расположены ленточные электронагревателями, концы которых выведены в клеммную коробку. Рис. 2 наиболее полно отражает сущность полезной модели

Область техники

Полезная модель относится к области электромашиностроения и может быть использована в асинхронных электрических двигателях для верхнего силового привода (далее ВСП) на установках, предназначенных для бурения нефтяных и газовых скважин.

Уровень техники

Известны асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором и частотным регулированием скорости вращения вала двигателя - патент RU 90942, заявка 2009133948, 11.09.2009 опубл. 20.01.2010 Н02К 1/00 «Устройство эксплуатационного контроля нагрева и защиты электродвигателей, заявка RU 2012131783/07, 24.07.2012, опубл. 10.02.2014, Н02К 1/00 «Асинхронный электродвигатель, с высоким КПД», патент RU 98643, заявка 2010125114, 17.06.2010, опубл. 20.10.2010, Н02К 17/00 «Трехфазный асинхронный двигатель».

Упомянутые асинхронные электродвигатели двигатели (далее двигатели) работают в обычных условиях - низкий уровень взрывоопасности, горизонтальная установка вала двигателя, умеренный диапазон температур окружающей среды, низкий уровень вибрации. Поэтому такие конструкции двигателей невозможно использовать в составе ВСП на установках, предназначенных для бурения нефтяных и газовых скважин, так как там существуют жесткие специфические условия эксплуатации.

К таким условиям относятся следующие:

- двигатель по габаритным ограничениям устанавливают на ВСП вертикально, что создает дополнительные осевые нагрузки на подшипники вала ротора (помимо радиальных нагрузок);

- при работе двигателя возникают критические ситуации (зависящие от специфики режима бурения скважины), при которых необходимо быстро изменять параметры работы двигателя, например, повторно-краткосрочные режимы с регулированием частоты вращения вала, частые старты и реверсивные режимы, рекуперативные торможения, динамические режимы с большим количеством пусков в единицу времени;

- эксплуатация двигателя происходит в зоне повышенной взрывоопасности, характеризующейся выделением горючих газов, паров легковоспламеняющихся жидкостей, которые образуют с воздухом взрывоопасные смеси;

- двигатель эксплуатируют в широком диапазоне температур (от -55 до +45°С), что требует дополнительной терморегуляции обмоток и при необходимости, - применения антиконденсатных обогревателей;

- двигатель эксплуатируют на открытом воздухе и он должен быть защищен от попадания внутрь пыли, конденсата и струй воды, падающих под любым углом;

- двигатель эксплуатируют в условиях повышенной вибрации и ударных нагрузок, свойственных буровым установкам;

- двигатель должен обеспечивать плавное снятие "пружины" с бурильной колонны.

Известен электродвигатель для буровых установок серии YJ (Интернет, сайт http://www.neftegazprogress.ru/China/EYU/ed4bur_oil.html). Он представляет собой короткозамкнутый асинхронный электродвигатель с регулировкой частоты и скорости, используемый в качестве двигателей шламовых насосов, буровых роторов или буровых лебедок электроприводных буровых установок переменного тока. Двигатель имеет взрывобезопасное исполнение, в его кожухе расположены статор, вал с ротором и подшипниками, обогреватель, датчик давления, вспомогательные датчики, вентилятор воздушного охлаждения, клеммную коробку с выводами силовых проводов. Это техническое решение принято в качестве прототипа.

К недостаткам прототипа можно отнести:

- большие габаритные размеры в поперечной плоскости из-за размещения вспомогательного двигателя системы воздушного охлаждения на боковой поверхности двигателя;

- невозможность работы двигателя в вертикальном положении из-за горизонтального расположения опор (лап) двигателя и применения опорных подшипников вала ротора, рассчитанных на радиальную нагрузку (свойственных работе этих двигателей в приводах шламовых насосов, буровых роторов и т.п.);

- возможность так называемого "опрокидывания" из режима работы двигателя в режим генератора при принудительном обратном вращении ротора (режим снятия пружины бурильной колонны) и вывод из строя системы управления и питания;

- невозможность высокоточного (поградусного) поворота вала ротора и удержания (фиксации вала) в заданном по углу поворота положении.

Технический результат, достигаемый предлагаемой полезной моделью, заключается в обеспечение возможности работы верхнего силового привода при перемещениях упомянутого двигателя вверх-вниз через узкую зону, в которой работает верховой рабочий. Заявляемый результат может быть достигнут за счет вертикального расположения в верхнем силовом приводе асинхронного электродвигателя при уменьшении его габаритных размеров по ширине.

Раскрытие полезной модели

Верхний силовой привод буровой установки, в приводе редуктора которого смонтирован асинхронный электродвигатель со статором и установленным на валу ротором с подшипниками, датчики, электродвигатель с вентилятором охлаждения воздуха, клеммная коробка, выполненная с возможностью связи с источником питания и управления, который отличается тем, что корпус асинхронного электродвигателя состоит из нижней части, верхней части и защитного корпуса с воздухозаборными решетками и жалюзи, причем нижняя часть упомянутого корпуса снабжена фланцем с плоской поверхностью для установки асинхронного электродвигателя в вертикальное положение, а верхняя часть корпуса выполнена с возможностью монтажа в ее торцевой части электродвигателя с радиальным вентилятором охлаждения воздуха и кожухом с рукавом, соединяющим его с нижней частью корпуса, при этом защитный корпус с воздухозаборными решетками и жалюзи, к которому примыкает упомянутый кожух выполнен с возможностью установки в нем гидравлического тормоза с противодействующими поршнями и инкрементного фотоэлектрического датчика скорости, который выполнен с возможностью связи через клеммную коробку с источником питания и управления.

Осуществление полезной модели

Предлагаемая полезная модель поясняется рисунками. На фиг. 1 изображен общий вид двигателя в рабочем вертикальном положении, на фиг. 2 - составные части двигателя.

Двигатель включает в себя корпус 1, в котором расположены в сборке статор, вал с ротором, опорные подшипники 2 и 3; электродвигатель с радиальным вентилятором воздушного охлаждения 4 и кожухом с рукавом 5; клеммную коробку 6; дисковый гидравлический тормоз 7 с двумя блоками противодействующих поршней с противоположных сторон диска, инкрементный фотоэлектрический датчик скорости (энкодер) 8, размещенные внутри защитного корпуса с воздухозаборными решетками 9 и жалюзи 10. В нижней приводной части корпуса двигателя установлен фланец 11 с плоской поверхностью и отверстиями для крепления. Клеммная коробка 6 выполнена с двумя противоположными панелями подключениями 12.

Электродвигатель с радиальным вентилятором воздушного охлаждения 4 расположен в верхней части корпуса 1 двигателя, соосно с осью вала ротора по схеме "наездник". Такая компоновка позволяет уменьшить поперечный размер двигателя в сборе, увеличить его длину, что удовлетворяет габаритным требованиям ВСП. На конце вала ротора, с неприводной стороны двигателя, размещены (соосно валу ротора) гидравлический тормоз 7 с двумя блоками противодействующих поршней и инкрементный фотоэлектрический датчик скорости 8. В клеммной коробке 6 закрытой конструкции с уровнем механической защиты IP55 расположены электрические подключения питания статора, термозащиты обмоток, обогревателей обмоток статора, в том числе и датчика скорости 8.

В лобовых частях обмотки статора и в подшипниковых узлах установлены термоэлектрические преобразователи (на рис. не показаны), осуществляющие при работе двигателя функцию защиты при превышении предельно допустимой температуры. Электрические подключения термоэлектрических преобразователей выведены в клеммную коробку, связанную с источниками питания и управления.

Для исключения конденсатообразования при длительных остановках двигателя, он снабжен ленточными электронагревателями (на рис. не показаны), выполненными во взрывозащищенном варианте. Они расположены на лобовых частях обмотки статора, их электрические подключения выведены в клеммную коробку, связанную с источниками питания и управления. Двигатель работает следующим образом.

Ротор и статор электродвигателя постоянно охлаждаются воздухом (для соответствия условиям взрывобезопасности), подводимым с помощью вентилятора из безопасной зоны через решетки 10 и с помощью рукава кожуха 5 подаваемым внутрь корпуса 1 двигателя. Жалюзи 10 с решетками, размещенные в защитном корпусе 9, обеспечивают защиту внутренней полости (дискового тормоза 7, энкодера 8) от механических частиц и струй воды. Клеммная коробка 6 имеет две панели подключения 12 справа и слева, что позволяет устанавливать двигатели зеркально друг другу на ВСП и обеспечивать симметричное электрическое подключение. Радиально-упорные подшипники 2 и 3 обеспечивают восприятие радиальных нагрузок, обусловленных несоосностью сопрягаемых деталей привода, и, дополнительно, осевых нагрузок, возникающих от сил зацепления косозубых шестерен в редукторе ВСП. Фланец 11 позволяет установить двигатель вертикально и присоединить его к крышке редуктора. Сигналы с энкодера 8 точно позиционируют вал электродвигателя (бурильную колонну) с помощью системы управления. Дистанционно-управляемый дисковый гидротормоз накладывают на вал ротора электродвигателя и он удерживает бурильную колонну от вращения при выключенном питании электродвигателя. С помощью плавного режима торможения обеспечивает снятие "пружины" с бурильной колонны по окончании действия крутящего момента. Указанные решения позволят получить новые технические результаты, а именно, разместить электродвигатель на ВСП с учетом компоновочных требований, повысить надежность конструкции двигателя и обеспечить его функционирование в составе ВСП, в соответствии с требованиями к буровой установке.

Технический результат полезной модели достигается тем, что вентилятор вместе с электродвигателем привода вентилятора выполнен по схеме "наездник" и установлен на валу ротора соосно с ним; с противоположной стороны выходного конца вала двигателя установлен дисковый гидравлический тормоз с противодействующими поршнями и инкрементный фотоэлектрический датчик скорости, связанный через клеммную коробку с источником питания и системой управления, при этом нижняя часть корпуса двигателя выполнена в виде фланцевой поверхности с отверстиями под крепеж для вертикальной установки на ВСП, а опорные подшипники двигателя с радиального заменены на радиально-упорные.

Промышленная применимость

Полезная модель будет использована в асинхронных электрических двигателях для верхнего силового привода на установках, предназначенных для бурения нефтяных и газовых скважин.

Верхний силовой привод буровой установки, в котором смонтированы асинхронный электродвигатель со статором и установленным на валу ротором с подшипниками, датчики, электродвигатель с вентилятором охлаждения воздуха, клеммная коробка, выполненная с возможностью связи с источником питания и управления, отличающийся тем, что корпус асинхронного электродвигателя состоит из нижней части, верхней части и защитного корпуса с воздухозаборными решетками и жалюзи, причем нижняя часть упомянутого корпуса снабжена фланцем с плоской поверхностью для установки асинхронного электродвигателя в вертикальное положение, а верхняя часть корпуса выполнена с возможностью монтажа в ее торцевой части электродвигателя с радиальным вентилятором охлаждения воздуха и кожухом с рукавом, соединяющим его с нижней частью корпуса, при этом защитный корпус с воздухозаборными решетками и жалюзи, к которому примыкает упомянутый кожух, выполнен с возможностью установки в нем гидравлического тормоза с противодействующими поршнями и инкрементного фотоэлектрического датчика скорости, который выполнен с возможностью связи через клеммную коробку с источником питания и управления.



 

Похожие патенты:

Модель относится к электрическим системам и может быть использована для снабжения электрической энергией потребителей местного значения; в качестве источника электрической энергии на транспортных объектах при частоте генерируемого напряжения от 50 до 400 Гц и более; для параллельной работы с другими электрическими системами, в т.ч. с централизованной. Техническим результатом от работы данной системы является ее упрощение, удешевление и увеличение надежности. Технический результат достигается тем, что в системе энергоснабжения, включающей генератор, приводимый первичным двигателем, синхронный компенсатор и конденсаторную батарею, связанные своими выходными шинами с общей шиной электроснабжения, генератор выполняется асинхронным.

Модель относится к электрическим системам и может быть использована для снабжения электрической энергией потребителей местного значения; в качестве источника электрической энергии на транспортных объектах при частоте генерируемого напряжения от 50 до 400 Гц и более; для параллельной работы с другими электрическими системами, в т.ч. с централизованной. Техническим результатом от работы данной системы является ее упрощение, удешевление и увеличение надежности. Технический результат достигается тем, что в системе энергоснабжения, включающей генератор, приводимый первичным двигателем, синхронный компенсатор и конденсаторную батарею, связанные своими выходными шинами с общей шиной электроснабжения, генератор выполняется асинхронным.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в любой промышленности и на транспорте

Модель относится к электрическим системам и может быть использована для снабжения электрической энергией потребителей местного значения; в качестве источника электрической энергии на транспортных объектах при частоте генерируемого напряжения от 50 до 400 Гц и более; для параллельной работы с другими электрическими системами, в т.ч. с централизованной. Техническим результатом от работы данной системы является ее упрощение, удешевление и увеличение надежности. Технический результат достигается тем, что в системе энергоснабжения, включающей генератор, приводимый первичным двигателем, синхронный компенсатор и конденсаторную батарею, связанные своими выходными шинами с общей шиной электроснабжения, генератор выполняется асинхронным.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в машиностроении и приборостроении для измерения крутящего момента

Полезная модель относится к области электромашиностроения и касается корпусов статоров крупных электрических машин, например турбогенераторов, с воздушным и водородным охлаждением

Полезная модель относится к области электротехники, в частности к низкооборотным высокомоментным синхронным двигателям и генераторам, и может быть использовано в качестве ветрогенераторов, высокочастотных электрических генераторов
Наверх