一种石油钻机用载人载物电动绞车的制作方法

本发明涉及石油钻井、机械设备技术领域，尤其涉及一种石油钻机用载人载物电动绞车。

背景技术：

在油田钻井作业中，目前常用气动/液压绞车等工具进行载人、载物吊装作业；现有气动/液压绞车具有以下缺点：1）绞车往往只具备载人或载物单一功能，利用率低；且钻机平台需同时配备载人及载物两种绞车，设备成本高，占用较多的钻井平台空间；2）在传动过程中，由于能量需要经过两次转换，存在压力损失、容积损失和机械摩擦损失，总效率较低；3）气体/液体具有一定的可压缩性，配合表面不可避免的有泄漏存在，无法保证严格的传动比，传动精度差低、能耗高。4）气压/液压传动系统的工作性能和效率受温度的影响较大，在高温或低温环境下工作性能较差。如在低温时，压缩气易产生结露、结冰情况，造成设备损坏；液压油粘度大、流动性差、效率低。特别是在高寒地区容易产生故障，如在俄罗斯及中亚部分高寒地区，难以满足当地坏境的使用要求。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种石油钻机用载人载物电动绞车，其操作方便、安全可靠、速度控制精确，传动平稳；能耗低，效率高，能满足包括高寒地区在内的广泛区域的使用要求。

为了实现以上目的，本发明采用了以下技术方案：一种石油钻机用载人载物电动绞车包括变频电控组件、绞车主体、控制盒和控制箱，所述变频电控组件通过电缆分别与绞车主体、控制盒和控制箱连接。所述变频电控组件包括控制柜、电阻柜、变频器、控制回路单元、仪表开关；所述变频器、控制回路单元安装于所述控制柜内，所述仪表开关安装于所述控制柜前面板上，所述电阻柜置于所述控制柜的下方；所述绞车主体包括交流变频制动电机、行星减速机、绞车架、卷筒体、自动排绳器、压绳器、限位装置和安装支架，所述交流变频制动电机、行星减速机、卷筒体依次同轴连接安装在所述绞车架上；所述自动排绳器安装于所述绞车架上侧，所述压绳器安装于所述绞车架出绳侧；所属卷筒输出轴上设置有限位装置；所述绞车主体通过所述安装支架与外部设备连接。

所述变频电控组件还包括温控仪、加热装置和散热风扇、所述温控仪通过所述控制回路单元控制所述电加热器、散热风扇，所述温控仪通过控制回路单元与所述仪表开关电性连接，所述温控仪、电加热器、控制回路单元安装于控制柜内，所述散热风扇设置在所述电阻柜的下部。

所述控制柜背面对应变频器的位置安装有第二散热片，所述电阻柜背面对应散热电阻的位置所述安装有第一散热片；所述控制柜、电阻柜背部设置有散热风道。

所述控制盒设置了控制手柄和急停按钮，所述控制箱设置了载人载物功能切换旋钮、提升下放控制旋钮和急停旋钮。

优选地，所述交流变频制动电机尾部设置有盘式刹车释放螺栓、盘式刹车和编码器，所述盘式刹车与编码器均安装在电机壳体内，通过所述变频器驱动交流变频制动电机，结合所述编码器，实现闭环矢量控制。

优选地，所述卷筒体侧设置有带式刹车，所述带式刹车可为手动带式刹车或者自动带式刹车。

优选地，所述自动排绳器动力来自所述卷筒体，钢丝绳在卷筒体上每缠绕一圈，自动排绳器运动一个钢丝绳当量直径的距离。

优选地，所述安装支架与外部设备之间的连接方式为t型扣连接、法兰连接或销轴连接的任意一种。

优选地，所述限位装置安装于所述绞车主体上，通过联轴节、减速器的输入轴与所述卷筒体输出轴相连。所述减速器固定板与所述减速器的壳体连接，把减速器固定于绞车主体上；所述减速器输出轴安装有摆杆调整板和摆杆；所述内调整圈和外调整圈按照由内而外的顺序安装于绞车本体上，相对位置置于所述减速器输出轴,所述内调整圈和外调整圈上分别安装有内调整杆和外调整杆，所述内调整杆一端安装有下限位行程开关，所述外调整杆一端安装有上限位行程开关。

优选地，所述控制盒、控制箱、交流变频制动电机、电阻柜、散热风扇均为防爆元件。

本发明一种石油钻机用载人载物电动绞车通过控制盒、控制箱控制变频电控组件中的变频器、控制回路单元等部件，输出交流变频电源，驱动交流变频制动电机，进而依次带动行星减速机、卷筒体旋转，促使卷筒体实现缠绕或松开钢丝绳，进而实现对重物的提升或下放；变频电控组件与交流变频制动电机相互组合可实现“能耗制动”，即在进行刹车时，交流变频制动电机由“电动机”状态转换为“发电机”状态，把负载的机械能转化为热量，通过制动电阻散发到环境中去，达到制动的目的，节能降耗。

本发明一种石油钻机用载人载物电动绞车设置了“载人”、“载物”两种运行模式，可通过所述载人载物功能切换旋钮进行两种运行模式的切换；切换到“载物”模式，可通过所述控制盒上的控制手柄控制绞车无极调速运行，平稳高效；切换到“载人”模式，可通过所述控制箱上的所述“提升下放控制旋钮”控制绞车匀速“载人”运行，平稳安全。所述控制盒及控制箱上均设置了所述急停按钮，紧急情况，拍下任一按钮，绞车迅速停止，双重保护更安全。

本发明一种石油钻机用载人载物电动绞车通过所述变频器进行控制，可实现断电保护、过载保护、欠压保护、缺相保护、松绳保护等多种保护功能；结合所述编码器实时反馈绞车速度，采用闭环矢量控制，提高绞车运转可靠性，稳定性。且当工况需要（如盘式刹车故障）时，系统能检测到故障并自动进入“零伺服”运行状态，实现自动悬停或自动缓慢安全下放重物，保证安全。

本发明一种石油钻机用载人载物电动绞车所述交流变频制动电机尾部壳体内设置了所述盘式刹车释放螺栓、盘式刹车、编码器；所述编码器与所述变频器结合可实现闭环矢量控制；所述盘式刹车为常闭式制动器，具备紧急手动释放功能，当出现断电等故障时，可通过所述盘式刹车释放螺栓强行释放盘式刹车，在所述带式刹车的辅助下，可安全的把人员/重物降落，避免人员/重物长时间停留高空而导致的危险。本发明中，所述编码器内置于电机尾部防爆罩内，使得选择非防爆型编码器也可满足油田现场防爆要求，降低了成本；根据不同的使用环境，也可采用外置安装防爆式编码器方案。

本发明中的所述变频器、温控仪、加热装置、控制回路单元安装于所述防爆控制柜内，与外界隔离，进而实现防爆的目的。

本发明中所述温控仪通过所述控制回路单元与所述电加热器、防爆散热风扇连接，所述温控仪用来检测防爆控制柜内的实时温度，当温度过低，可通过控制回路单元使得电加热器自动启动，温度达到设置值时自动停止加热；当温度过高，所述温控仪可通过控制回路单元使得散热风扇自动启动，温度低于设定值时自动停止。通过温控仪对电加热器、散热风扇的自动控制，使得变频器始终处于适宜的温度环境中，以满足沙漠、极地等不同的高温、低温环境的使用要求。所述控制柜背面对应所述变频器的位置设置所述第一散热片，确保电控系统运行中产生的热量有效传递到柜体外；所述电阻柜背面对应所述制动电阻的位置设置所述第二散热片，确保制动电阻产生的热量有效传递到柜体外；体柜背部设置的所述散热风道与所述电阻柜下部设置的所述散热风扇，及时吹走散热片上的热量，增强散热效果。

本发明的变频电控组件的所有非防爆电气元件封装于防爆柜体内，以满足石油钻机防爆区域的使用要求；同时根据不同的要求，当变频电控组件放置于非防爆区域内时，如放置在石油钻机的空调恒温电控房里，柜体可以是非防爆结构，加热和散热装置均可取消。

本发明中所述自动排绳器安装在所述绞车架的上侧，其动力来自所述卷筒体，通过设置合适的传动比，使得钢丝绳在卷筒体上每缠绕一圈，所述自动排绳器（夹持钢丝绳）运动一个钢丝绳当量直径的距离，确保排绳整齐有序。在所述卷筒体的出绳一侧还安装有所述压绳器，所述压绳器在弹簧力的作用下始终压紧钢丝绳，避免钢丝绳在空载放绳工况下的“松绳”及缠绳工况下的“骑绳”，与排绳器配合，使得排绳效果更佳。

本发明的所述限位装置安装于绞车主体上，且通过所述联轴节、减速器与卷筒体输出轴相连。当绞车运转时，卷筒体通过所述联轴节、减速器、摆杆调整板带动所述摆杆旋转，当所述摆杆旋转到设定位置时，触碰所述上限位行程开关或下限位行程开关，发出电信号，控制绞车停止运转。使得绞车所吊人员/重物只能在设定高度范围内运行，确保安全。通过调节所述内调整圈、外调整圈的相对角度及位置，可调节绞车运行上、下极限位置及允许运行距离。

本发明的有益效果在于：1）本发明同时具备载人、载物双用途，设备利用率高，且可节省配备专用载人绞车，降低了设备采购成本，节省了钻井平台空间；2）本绞车采用变频电控组件（变频器）驱动交流变频电机，与编码器相结合，实现闭环矢量控制，控制精确、传动平稳、安全性能高，节能降耗提效明显，能满足包括高寒地区在内的广泛区域的使用要求；3）本绞车采用电机能耗制动、盘刹刹车、带式刹车，三重刹车联动控制，可确保绞车可靠制动、安全工作；4）本绞车直接采用电能驱动，减少了传统的气动绞车、液压绞车中间转换环节，极大的提高了效率；5）采用电机能耗制动作为主刹车，在刹车时，电动机转化为发电机，把负载的机械能转化为刹车制动所需的能量，使绞车制动时所需消耗的能量极少，大大节省了能耗。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明的变频电控组件的正视图。

图3为本发明变频电控组件的侧视图。

图4为本发明的绞车主体的结构图。

图5为本发明的绞车主体的侧视图。

图6为本发明的限位装置结构正视图。

图7为本发明的限位装置的侧视图。

图8为本发明的控制原理图。

其中：1-变频电控组件，101-防爆控制柜，102-防爆电阻柜，103-变频器，104-温控仪，105-加热装置，106-控制回路单元，107-仪表开关，108-散热电阻，109-防爆散热风扇，110第一散热片，111-散热风道，112第二散热片，2-绞车主体，201-防爆交流变频制动电机，201-1-盘式刹车释放螺栓，201-2-盘式刹车，201-3-编码器，202-行星减速机，203-绞车架，204-卷筒体，205-自动排绳器，206-带式刹车，207-压绳器，208-限位装置，208-1-联轴节，208-2-减速器，208-3-减速器固定板，208-4-摆杆调整板，208-5-摆杆，208-6-内调整圈，208-7-内调整杆，208-8-外调整圈，208-9-外调整杆，208-10-上限位位行程开关，208-11-下限位行程开关，209-安装支架，3-控制盒，301-控制手柄，302-急停按钮1，4-控制箱，401-载人/载物功能切换旋钮，402-提升/下放控制旋钮，403急停按钮。

具体实施方式

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通；对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将结合发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例:如图1所示，一种石油钻机用载人载物电动绞车，包括变频电控组件1、绞车主体2、控制盒3和控制箱4，变频电控组件1通过电缆分别与绞车主体2、控制盒3及控制箱4连接。

如图2、图3所示：所述变频电控组件1包括控制柜101、电阻柜102、变频器103、温控仪104、加热装置105、控制回路单元106、仪表开关107、散热电阻108、散热风扇109、第一散热片110、散热风道111、第二散热片112；所述变频器103、温控仪104、加热装置105、控制回路单元106安装于控制柜101柜体内，仪表开关107安装于控制柜101前面板上，第二散热片112安装于控制柜101背面对应变频器103的位置；电阻柜102置于控制柜101的下方，电阻柜102内设置有所述散热电阻108，第一散热片110安装于电阻柜102背面对应散热电阻108的位置；控制柜101、电阻柜102背部设置有所述散热风道111，电阻柜102下部设置有散热风扇109。

所述变频器103、温控仪104、加热装置105、控制回路单元106安装于控制柜101内，与外界隔离，进而实现防爆的目的；

所述温控仪104通过控制回路单元106与电加热器105、散热风扇109连接，温控仪104用来检测控制柜内101的实时温度，当温度过低，可通过控制回路单元106控制电加热器105自动启动，温度达到设置值时自动停止加热；当温度过高，温控仪104可通过控制回路单元106控制散热风扇109自动启动，温度低于设定值时自动停止；过温控仪104对电加热器105、散热风扇109的自动控制，使得变频器103始终处于适宜的温度环境中，以满足沙漠、极地等不同的高温、低温环境的使用要求。

所述制动电阻108安装在电阻柜102内，与外界隔离，进而实现防爆的目的。

所述控制柜101背面对应变频器103的位置设置第二散热片112，确保电控系统运行中产生的热量有效传递到柜体外；电阻柜102背面对应制动电阻108的位置设置第二散热片110，确保制动电阻108产生的热量有效传递到柜体外；体柜背部设置的散热风道111与电阻柜102下部设置的散热风扇109，及时吹走散热片上的热量，增强散热效果。

所述变频电控组件1的所有非防爆电气元件封装于防爆柜体内，以满足石油钻机防爆区域的使用要求；同时根据不同的要求，当变频电控组件1放置于非防爆区域内时，如放置在石油钻机的空调恒温电控房里，柜体可以是非防爆结构，加热和散热装置均可取消；

本发明绞车通过控制盒3、控制箱4控制变频电控组件1中的变频器103、控制回路单元106等部件，输出交流变频电源，驱动交流变频制动电机201，进而依次带动行星减速机202、卷筒体204旋转，促使卷筒体204实现缠绕或松开钢丝绳，进而实现对重物的提升或下放；变频电控组件1与交流变频制动电机201相互组合可实现“能耗制动”，即在进行刹车时，交流变频制动电机由“电动机”状态转换为“发电机”状态，把负载的机械能转化为热量，通过制动电阻散发到环境中去，达到制动的目的，节能降耗。

本绞车设置了“载人”、“载物”两种运行模式，通过载人载物功能切换旋钮401进行两种运行模式的切换；切换到“载物”模式，可通过控制盒3上的控制手柄301控制绞车无极调速运行，平稳高效；切换到“载人”模式，通过控制箱4上的提升下放控制旋钮402控制绞车匀速“载人”运行，平稳安全。控制盒3和控制箱4上均设置了急停按钮，紧急情况，拍下任一按钮，绞车迅速停止，双重保护更安全。

本发明绞车通过所述变频器103进行控制，可实现断电保护、过载保护、欠压保护、缺相保护、松绳保护等多种保护功能；结合所述编码器201-3实时反馈绞车速度，采用闭环矢量控制，提高绞车运转可靠性，稳定性。且当工况需要（如盘式刹车故障）时，系统能检测到故障并自动进入“零伺服”运行状态，实现自动悬停或自动缓慢安全下放重物，保证安全。

所述自动排绳器205安装在绞车架203的上侧，其动力来自所述卷筒体204，通过设置合适的传动比，使得钢丝绳在卷筒体204上每缠绕一圈，自动排绳器205运动一个钢丝绳当量直径的距离，确保排绳整齐有序。

所述卷筒体204的出绳一侧还安装有所述压绳器207，压绳器207在弹簧力的作用下始终压紧钢丝绳，避免钢丝绳在空载放绳工况下的“松绳”及缠绳工况下的“骑绳”，与自动排绳器205配合，使得排绳效果更佳。

所述绞车主体2通过安装支架208与外部设备连接，安装支架208的连接方式为t型扣连接、法兰连接或销轴连接的任意一种。

所述卷筒体204外侧还安装有实现紧急刹车制动功能的带式刹车206，所述带式刹车206可为手动带式刹车或者自动带式刹车，满足不同工况的要求。

所述控制开关3、交流变频制动电机201为防爆元件，以满足石油钻机防爆区域的使用要求；

如图6、图7所示：所述限位装置208安装于绞车主体4上，且通过所述联轴节208-1、减速器208-2的输入轴与卷筒体输出轴相连，所述减速器固定板208-3与所述减速器208-2的壳体连接，把减速器208-2固定于绞车主体2上；减速器208-2的输出轴安装有摆杆调整板208-4和摆杆208-5；内调整圈208-6和外调整圈208-8按照由内而外的顺序安装于绞车主体2上，相对位置置于所述减速器208-2输出轴端,所述内调整圈208-6和外调整圈208-8上分别安装有内调整杆208-7和外调整杆208-9，所述内调整杆208-7一端安装有下限位行程开关208-11，所述外调整杆208-9一端安装有上限位行程开关（208-10）。

当绞车运转时，卷筒体通过所述联轴节208-1、减速器208-2、摆杆调整板208-4带动所述摆杆208-5旋转，当所述摆杆208-5旋转到设定位置时，触碰所述上限位行程开关208-10或下限位行程开关208-11，发出电信号，控制绞车停止运转，使得绞车所吊人员/重物只能在设定高度范围内运行，确保安全，可以通过调节所述内调整圈208-6、内调整杆208-7及外调整圈208-8、外调整杆208-9的相对角度及位置，调节绞车运行上、下极限位置及运行范围。

最后应说明的是：以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。