[发明专利]一种钻井电机故障模拟实训平台及使用方法

说明书

本发明公开了钻井装备领域中一种钻井电机故障模拟实训平台及使用方法。故障模拟装置包含钻井电机、试验台、仪表系统、传感器、线缆系统。钻井电机包含整个试验样机，固定于试验台，用于轴承故障设置和永磁体故障设置；试验台包含固定装置以及测功机，用于固定钻井电机，施加负载，并设置转子偏心故障；仪表系统包含动力柜、上位机，以及数据采集系统，用于为钻井电机提供动力，采集并处理故障信号；传感器固定于钻井电机，用于采集电机运行中产生的振动、转速、转矩和电流信号；线缆系统包含动力线，传感器接线、CAN总线、接线盘，用于为钻井电机提供动力、传输数据，并可以设置匝间短路和相间短路故障。

技术领域

本发明涉及钻井装备技术领域，具体涉及一种钻井电机故障模拟实训平台及使用方法。

背景技术

钻井装备技术领域中，钻井电机结构复杂，作业工况恶劣，极易发生故障；井下作业环境使得钻井电机故障难以被直接发现，增加了故障研究的难度。为了提高钻井电机可靠性，需要对钻井电机故障进行试验研究，而常规故障实验成本较高，因此搭建合理的故障模拟实训平台对钻井电机故障研究非常重要。现有实训平台多采用小型样机，或者采用故障模拟软件，不能真实展现钻井电机的故障特征，导致教学周期长，教学效果不佳；现有实训平台多基于空载工况进行故障研究，但真实故障多发生于负载工况，相同故障在负载和空载工况中的故障特征可能差别较大，空载工况难以真实反映实际故障特征；现有实训平台受限于制作成本，只能展现特定程度故障，不能对故障程度进行调节，而相同故障在不同故障程度的故障特征往往差别明显，固定的故障模式不能反映故障状态的演化。现有实训平台多针对单一故障进行模拟，不能实现复合故障的模拟，不能真实反映故障的存在状态。为解决现有钻井电机故障模拟实训平台存在的以上技术问题，提出一种新的钻井电机故障模拟实训平台及使用方法。

发明内容

本发明公开了钻井装备技术领域一种钻井电机故障模拟实训平台及使用方法。本发明包括钻井电机、试验台、仪表系统、传感器系统、线缆系统。

钻井电机包含整个试验样机，固定于试验台，可在端盖拆卸后直接设置轴承故障和永磁体故障，可通过接线盘在故障注入点设置匝间短路故障和相间短路故障；电机本体通过支座支撑和固定；电源输入端连接动力线；转轴连接电机本体和测功机，用于传递测功机施加的负载扭矩。

试验台支座用于支撑和固定电机本体；底板用于承载和固定整个故障模拟系统；可调式轴承座内置轴承，用于支撑转轴；测功机通过转轴施加负载，可以生成不同负载下的故障信号；支座、可调式轴承座、测功机固定座的下板焊接于底板，上板通过螺栓与下板连接；可调式轴承座下板具有导轨，通过旋转轴承座两侧的调节螺栓，可以使轴承座沿导轨移动，用于设置转子偏心故障。

仪表系统中动力柜为系统提供动力，并实时显示电流值与电压值，同时可通过其中的调频仪调节钻井电机转速；数据采集系统可以实时采集传感器信号并显示电机振动、转速、扭矩、电流、温度、功率等参数；上位机安装有基于 LabVIEW开发的控制软件系统，可以提取信号数据，并对数据采集系统和动力柜发出控制指令。

传感器系统中电流互感器从调频仪与动力柜的动力线中采集电流信号；振动传感器固定于可调式轴承座，感知电机振动信号；转速传感器与扭矩传感器内置于测功机，并引出连线，用于测定钻井电机转速和转矩的变化。

线缆系统中动力线连接动力柜与电源输入端，为整个模拟系统提供动力；接线盘带有定子绕组短路抽头，可以通过短路抽头设置不同程度的定子绕组匝间短路和相间短路故障；动力线从动力柜输送动力至电源输入端；互感器接线、振动传感器接线、转速传感器接线、转矩传感器接线分别将电流、振动、转速、转矩信号传输至数据采集系统，信号再经CAN总线传输至上位机。上位机通过 CAN总线与控制线向动力柜、数据采集系统、测功机发送控制指令。

优选地，所述钻井电机中，通过将完好轴承和完整永磁体替换为故障轴承和不完整永磁体来模拟轴承故障和永磁体故障，故障程度由轴承完好程度和永磁体完整程度确定。