机电一体化石油钻机转盘.pdf

本发明涉及石油钻机设备，具体为机电一体化石油钻机转盘。解决传统石油钻机转盘效率低下、维护工作量大、维护成本高及体积大、布置困难等问题。由定子、转子构成，定子包括底座、与底座固定的外壳和与外壳固定的上盖，在外壳内固定有定子铁心和定子线圈，转子由空心转轴、固定于空心转轴上的转子铁心、固定于转子铁心上的永磁体、卡固于空心转轴内的环状大方瓦和卡固于大方瓦内的方补心构成，在定子的底座上固定有向心止推球轴承，转子支撑于向心止推球轴承上。本发明将永磁同步电动机与转盘的转台部分结合为一体，首次实现了用永磁同步电动机直接驱动钻杆，省去了中间传动装置，具有效率高、体积小、操作维护方便的特点。

1、  一种机电一体化石油钻机转盘，其特征为：由定子、转子构成，定子包括底座(1)、与底座(1)固定的外壳(2)和与外壳(2)固定的上盖(3)，在外壳(2)内固定有定子铁心(4)，定子铁心(4)上嵌有定子线圈(5)，转子由空心转轴(6)、固定于空心转轴(6)上的转子铁心(7)、固定于转子铁心(7)上的永磁体、卡固于空心转轴(6)内的环状大方瓦(8)和卡固于大方瓦(8)内的方补心(9)构成，在定子的底座(1)上固定有向心止推球轴承(11)，转子支撑于向心止推球轴承(11)上。

2、  如权利要求1所述的机电一体化石油钻机转盘，其特征为：方补心(9)是由分体的两块构成并且在每块方补心的下端开有楔缝(10)。

3、  如权利要求1或2所述的机电一体化石油钻机转盘，其特征为：转子的空心转轴(6)和大方瓦(8)的实体部分为空心结构。

4、  如权利要求1或2所述的机电一体化石油钻机转盘，其特征为：底座(1)与转子的空心转轴(6)之间、上盖(3)与转子的空心转轴(6)之间设有迷宫式密封结构。

5、  如权利要求3所述的机电一体化石油钻机转盘，其特征为：底座(1)与转子的空心转轴(6)之间、上盖(3)与转子的空心转轴(6)之间设有迷宫式密封结构。

6、  如权利要求1或2所述的机电一体化石油钻机转盘，其特征为：在空心转轴(6)上还开有引流缝隙(12)。

7、  如权利要求3所述的机电一体化石油钻机转盘，其特征为：在空心转轴(6)上还开有引流缝隙(12)。

8、  如权利要求4所述的机电一体化石油钻机转盘，其特征为：在空心转轴(6)上还开有引流缝隙(12)。

9、  如权利要求5所述的机电一体化石油钻机转盘，其特征为：在空心转轴(6)上还开有引流缝隙(12)。

机电一体化石油钻机转盘
技术领域
本发明涉及石油钻机设备，具体为机电一体化石油钻机转盘。
背景技术
传统的石油钻机转盘是由动力装置(柴油机或液力或电动机)驱动减速机，再由减速机驱动角传动减速机，由角减速机驱动钻杆，以实现地面钻进。这种转盘经过几次减速，效率低下。齿轮减速机需经常更换润滑油，维护工作量大，维护成本高。特别是在制造过程中需加工大量齿轮，加工困难，另外占地面积大，使钻机设备布置困难。
发明内容
本发明为了解决传统石油钻机转盘效率低下、维护工作量大、维护成本高及体积大、布置困难等问题，提供一种机电一体化石油钻机转盘。
本发明是采用如下技术方案实现的：机电一体化石油钻机转盘，由定子、转子构成，定子包括底座、与底座固定的外壳和与外壳固定的上盖，在外壳内固定有定子铁心，定子铁心上嵌有定子线圈，转子由空心转轴、固定于空心转轴上的转子铁心、固定于转子铁心上的永磁体、卡固于空心转轴内的环状大方瓦和卡固于大方瓦内的方补心构成，在定子的底座上固定有向心止推球轴承，转子支撑于向心止推球轴承上。方补心是由分体的两块构成并且在每块方补心的下端开有楔缝。使用时，定子的底座固定于钻机平台上，定子的一部分(上盖)同时是钻台平面的平台。将环状大方瓦和方补心(方补心为非分体结构时)先套于钻杆上，再将钻头固定于钻杆端部，钻杆端部的钻头穿过空心转轴后将环状大方瓦卡固于空心转轴内，再将(两块)方补心(分别)卡固于环状大方瓦内，依靠(两块)方补心(及其上的楔缝)将钻杆与转子固定为一体，转子将带动钻杆一同转动。本发明所述的机电一体化石油钻机转盘的核心为一台高效稀土永磁同步电动机，低速大转矩。电机的转子转轴为中空轴，钻杆可以穿过转轴轴孔。转子的一部分同时是钻台平面的转动部分，随转轴一起转动，这一转动部分同时承受钻柱重量，转子通过大型轴承支撑于底座上。负荷轴承为向心止推球轴承，静止时承受最重套管柱重量，旋转工作时，承受钻杆下滑造成的轴向载荷。
本发明所述的机电一体化石油钻机转盘将永磁同步电动机与转盘的转台部分结合为一体，首次实现了用永磁同步电动机直接驱动钻杆，是一种革命性的变化。本发明具有传统转盘的全部功能。省去了中间传动装置，没有任何齿轮等难加工部件，其中转轴的轴孔即为原来的转盘通孔，电机旋转直接驱动钻杆。不仅实现了传统转盘的全部功能，而且具有效率高、体积小、操作维护方便的特点。
附图说明
图1为本发明所述的机电一体化石油钻机转盘的结构示意图；
图中：1-底座，2-外壳，3-上盖，4-定子铁心，5-定子线圈，6-空心转轴，7-转子铁心，8-大方瓦，9-方补心，10-楔缝，11-向心止推球轴承，12-引流缝隙。
具体实施方式
机电一体化石油钻机转盘，由定子、转子构成，定子包括底座1、与底座1固定的外壳2和与外壳2固定的上盖3，在外壳2内固定有定子铁心4，定子铁心4上嵌有定子线圈5，转子由空心转轴6、固定于空心转轴6上的转子铁心7、固定于转子铁心7上的永磁体、卡固于空心转轴6内的环状大方瓦8和卡固于大方瓦8内的方补心9构成，在定子的底座1上固定有向心止推球轴承11，转子支撑于向心止推球轴承11上。方补心9是由分体的两块构成并且在每块方补心的下端开有楔缝10，以方便安装并提高与钻杆的之间的紧固力。向心止推球轴承11同时对转子起径向定位的作用。向心止推球轴承11只要支撑于转子上即可，如可支撑于转子的空心转轴上，也可支撑于转子铁心上，本具体实施方式中，向心止推球轴承11支撑于转子的空心转轴上。具体制造时，定子铁心4由扇形硅钢片叠压而成，并用拉杆紧固，热套在外壳上。定子线圈使用成型绕组(即绕组导体截面为单一导体)。选择成型绕组，故障率低，使用可靠性高。转子铁心7由扇形硅钢片叠压而成，在冲片的槽中放置永磁体，通过两端无磁钢制成的端板紧固，并通过无磁钢螺杆紧固，将永磁体固定在铁心槽内；转子铁心热套在空心转轴上，转轴为大直径的空心轴，方便将来钻头进出。转子的空心转轴6的实体部分为空心结构，以减轻转子的重量。底座1由钢板焊接而成，形状为方型，并且底座1与转子的空心转轴6之间设有迷宫式密封结构，防止污物进入轴承及定、转子之间。上盖3由钢板焊接而成，形状为方型，并且在上盖3与转子的空心转轴6之间设有迷宫式密封结构，防止污物进入定、转子之间。大方瓦8与方补心9由优质碳素钢制成，放置在空心轴内，直接驱动钻杆。大方瓦8的实体部分为空心结构，以进一步减小转子的重量。在空心转轴6上还开有引流缝隙12，沿上盖与空心转轴之间的缝隙流入的污物(如污水等)经引流缝隙12排出。轴承为可承受钻柱全部重量的大负荷向心止推球轴承，用润滑脂或润滑液润滑。
该机电一体化石油钻机转盘主要要技术参数如下：
额定功率：600kW
工作制：连续
额定转速：150r/min
转速范围：0r/min～150r/min～300r/min，
          0r/min～150r/min为恒转矩，
          150r/min～300r/min为恒功率
          可在0r/min输出额定转矩
额定转矩：38200N·m
绝缘等级：H
最大承受重量：550吨
承受垂直振动加速度：6g
防护等级：IP54。