[发明专利]顶部驱动钻井装置用低速电机直接驱动机构

说明书

技术领域

本发明涉及一种顶部驱动钻井装置，尤其涉及一种顶部驱动钻井装置用低速电机直接驱动机构，属于石油天然气钻机技术。

背景技术

在石油天然气钻井过程中，顶部驱动钻井装置可以从井架上部空间直接旋转钻杆，完成钻进、循环钻井液、接立柱、上卸扣和倒划眼等多种钻井操作。顶部驱动钻井装置显著提高了钻井作业的安全和效率，已成为石油钻井行业的标准产品。

目前顶部驱动钻井装置大部分均采用直流电动机、交流电动机和液压马达的驱动方式，上述顶部驱动装置需要采用变速箱来实现降低转速和增加扭矩。变速箱的结构比较复杂，过载能力差，需要的相关润滑和冷却设施较多，导致顶部驱动装置的整体故障率较高。对于普通交流电机，可以采用变频器实现顶部驱动系统在低速的运行，但低频运行时电机和变频器的动态特性变差，高次谐波比较严重，输出电压波形严重畸变，引起电机转矩脉动和电机发热，同时容易干扰周边设备。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种顶部驱动钻井装置用低速电机直接驱动机构，具有驱动力矩大、低速特性好、机械结构简单、故障率低等特点。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

顶部驱动钻井装置用低速电机直接驱动机构，包括空心主轴、电机和控制机构；

所述电机包括电机上端盖、电机壳体、回转头内套和定子转子机构，所述电机上端盖、电机机壳和回转头内套均套设在空心主轴外侧；电机上端盖外缘与电机壳体上端外缘密封固定，电机上端盖内缘通过上端轴承与空心主轴连接，电机上端盖和空心主轴之间的连接部位通过上端密封件密封；所述回转头内套的下端穿过电机壳体的下端口并伸出，回转头内套的上端与电机壳体的下端卡合，电机壳体的下部通过下端轴承与空心主轴连接，电机壳体和空心主轴之间的连接部位通过下端密封件密封；

所述定子转子机构安装在电机上端盖、电机壳体和空心主轴形成的密封空间内，所述密封空间连通有冷风机构；所述定子转子机构为凸极结构，采用两段式设计，即所述定子转子机构包括两个定子转子子机构，两个定子转子子机构之间存在间隙，每个定子转子子机构均包括定子和转子，所述定子套设在转子的外侧，所述定子固定在电机机壳内，所述转子套设在空心主轴上；

所述控制机构包括速度监测装置和空心主轴上设置的刹车装置；所述速度监测装置包括齿轮机构、速度编码器和角度编码器，所述齿轮机构包括主动齿轮、齿带和从动齿轮，所述主动齿轮与空心主轴同轴固定，主动齿轮和从动齿轮之间通过齿带连接，所述速度编码器和角度编码器对从动齿轮进行监测。

当低速直驱电机安装在顶部驱动钻井装置上时，空心主轴的上端连接冲管总成和鹅颈管、下端连接防喷器和保护接头，形成一个完整的泥浆通道；所述回转头内套可以通过连接法兰等部件与顶部驱动钻井装置的回转头和套筒体相连接，回转头是顶部驱动钻井装置的一个部件，安装在回转头内套外侧，可以通过液压马达驱动，回转头可以绕回转头内套旋转，套筒体也是顶部驱动钻井装置的一个部件，其上端与回转头内套固定，下端与用于上卸扣操作的背钳相连接；通过采集角度编码器和速度编码器的信号，控制机构可以实现对电机转速和旋转角度的准确控制，有利于定向钻井中对螺杆钻具工作面的准确定位，从而减少定位次数，提高工作效率和钻井质量。

由于减速箱在减速时会有能量损耗，所以传动效率肯定小于1；而本案中没有使用到减速箱结构，所以提高了传动效率；同时，由于去掉了减速箱及其附属设施，也就没有了减速箱及其附属设施的故障问题，降低了故障发生率，提高了整个装置的可靠性。

优选的，所述刹车装置包括刹车装置壳体、刹车装置上端盖、刹车装置下端盖、刹车内套、刹车盘和液压油缸，所述刹车装置壳体、刹车装置上端盖和刹车装置下端盖均套装在空心主轴上，刹车装置上端盖盖住刹车装置壳体上端，刹车装置下端盖盖住刹车装置壳体下端，所述刹车内套、刹车盘和液压油缸均安装在刹车装置壳体内，所述刹车内套套装在空心主轴上并与空心主轴保持固定，所述刹车盘固定在刹车内套外侧，所述液压油缸的固定端与刹车装置壳体保持固定，所述液压油缸的压紧动作端的两个压板分别位于刹车盘的上下两侧。

优选的，所述刹车装置上端盖上设置有支架，所述速度编码器和角度编码器安装在支架上。

优选的，所述电机壳体上设置有提环安装位置，提环通过提环销轴安装在所述提环安装位置上。

优选的，所述上端轴承为圆锥推力滚子轴承，所述下端轴承为锥面推力滚子轴承。