[发明专利]一种功率补偿式修井机动力传动系统

说明书

技术领域

本发明主要涉及功率补偿式修井机动力传动系统领域，特别涉及应用飞轮式液压蓄能器的功率补偿式修井机动力与传动系统。

背景技术

修井机是对油田井下管柱或井体进行维修保养的油田机械设备，为实现节能环保，新型修井机动力系统采用井场网电取代柴油发动机供能，但是目前大多油田场地电网功率在30kW—50kW左右，极大的限制了修井机作业能力。为解决此问题，常在系统中添加储能设备与井场网电并用，当修井机处于卸管维修阶段时，功率需求较小，储能设备储能；当修井机处于拔管阶段时，功率需求较大，网电与储能设备共同提供能量，实现对网电的功率补偿，提高修井机作业功率。

现有的储能设备中，液压蓄能器具有功率密度大、能量密度高等优点，但其无法提供恒定压力；飞轮性能良好，但其充放能周期与修井机作业工况匹配性较差，两者均难以单独作为修井机储能设备使用。近年发展的飞轮式液压蓄能器是将传统的飞轮和液压蓄能器相结合，采用可旋转的筒形液压蓄能器结构，实现动能和液压能双形式储能，进一步增大了能量密度和功率密度，且可输出恒定压力，与修井机作业工况匹配良好，若将其作为储能设备应用在修井机动力系统中，可实现修井机功率补偿，提高其作业能力。

发明内容

本发明的目的是提供一种应用飞轮式液压蓄能器的功率补偿式修井机动力传动系统。

本发明的技术方案为将井场网电与飞轮式液压蓄能器并联作为动力源，取代原修井机的柴油发动机或车载发电机，同时依据需求功率和需求转矩的大小，判定动力系统的动力模式，并按照相应动力模式控制动力传动系统，进行供能。

本发明由动力系统和传动系统两部分组成，其中动力系统包括电力系统和储能系统。所述的电力系统包括井场网电、调速电动机，其中井场网电作为动力源，为修井机作业提供动力；所述的储能系统包括变量泵-马达、电磁换向阀、溢流阀、离合器、高速旋转接头和飞轮式液压蓄能器，其中飞轮式液压蓄能器作为储能设备，可将井场网电的电能转化为动能、液压能或动能复合液压能进行存储；所述的传动系统包括耦合器、减速器和绞车，其中耦合器由传动齿轮组、单排行星齿轮、锁止器和离合器组成，动力系统可通过单排行星齿轮实现动力耦合，减速器可实现降速增扭，并对作业需求转速范围进行匹配。

修井机的典型作业工况具有周期循环的特征，且随着井管的重量逐渐减轻，作业需求功率和需求转矩不断减小。为缩短充能时间，提高能量利用率，根据需求转矩和修井机动力传动系统输出转矩的大小关系、飞轮式液压蓄能器的能量存储与使用形式，将动力系统所处模式划分为动力模式和充能模式。其中动力模式包括：井场网电单独供能模式(简称网电动力模式)、井场网电与飞轮式液压蓄能器联合供能模式(简称飞轮液压动力模式)、井场网电与液压蓄能器联合供能模式(简称液压动力模式)三种，由于飞轮单独作为储能设备时与修井机典型作业工况的匹配性较差，所以不采用飞轮单独作为储能设备；充能模式包括：零充能模式、液压充能模式和飞轮液压充能模式，并与动力模式一一对应。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1.将修井机动力传动系统与行驶系统拆分，动力系统的能量均来自于井场网电，高效环保；

2.采用飞轮式液压蓄能器作为储能设备，双储能方式提高了储能密度，减小储能设备的体积，弥补网电功率的不足，同时两种能量相互作用，可实现充放能功率最大；

3.依据需求转矩和修井机动力传动系统输出转矩的大小关系，将动力系统的动力模式划分为网电动力模式、液压动力模式和飞轮液压动力模式，可提高能量利用率，缩短充能时间；

4.采用新型耦合器实现电力系统和储能系统的动力耦合，便于实现三种动力模式和充能模式之间的切换。

附图说明

图1为本发明的动力传动系统结构简图；

图2为本发明的动力系统模式选择流程图；

图3为本发明的充能模式选择流程图；

图4为本发明的网电动力模式图；

图5为本发明的液压动力模式图；

图6为本发明的飞轮液压动力模式图；

图7为本发明的液压充能模式图；

图8为本发明的飞轮液压充能模式图；