带充电功能的无线天车防碰装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于石油钻井装备技术领域，用于钻机、修井机以及其他提升设备，涉及一种带充电功能的无线天车防碰装置。
【背景技术】
[0002]石油钻机、修井机在正常工作状态时，无论昼夜和天气好坏都需要24小时不间断连续作业，由于操作人员的疏忽或者疲劳操作，很容易造成天车冲顶或游车下砸等事故，严重时可能造成设备变形、倒塌并引发人员安全等事故，为了保障钻井作业的安全和设备安全，现有的钻机均配套了天车防碰装置，常见的有过圈防碰、天车防碰绳防碰、电子防碰几种方式。
[0003]其中，过圈防碰是通过滚筒上缠绕的钢丝绳圈数来实现上碰检测的，属于机械式防碰，但是此种方案不能解决下砸的问题；天车防碰绳防碰是通过在天车下方一定高度架设防碰绳，并一直沿着井架引导至钻台面接至气控回路实现天车上碰检测，此种方案也不能解决下砸的问题，同时上端防碰绳容易和绞车钢丝绳或风动绞车钢丝绳缠绕，造成误动作，可靠性相对较差；电子防碰，是通过滚筒上的编码器检测滚筒旋转的圈数计算而来实现上碰下砸功能，此种防碰存在一定误差，精度不够。
[0004]因此，设计一套可靠、耐用、方便的天车防碰装置显得尤为必要，且可同时与其他防碰一起配套，为钻机安全提供一种冗余保护。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型的目的是提供一种带充电功能的无线天车防碰装置，解决了现有技术中井架天车只能防止上碰不能防止下砸，井架上布线凌乱，信号可靠性差，冗余保护不足，因线缆或钢丝绳断掉而出现无信号反馈，导致可靠性差的问题。
[0006]本实用新型采用的技术方案是，一种带充电功能的无线天车防碰装置，包括信号检测部分、供电部分和信号传输处理部分，
[0007]信号检测部分包括编码器和激光测距传感器，编码器与天车快绳轮的轴端通过弹性联轴器连接，编码器的转轴通过另一联轴器与交流发电机的电机轴同轴传动连接，激光测距传感器安装在天车的下端面。
[0008]本实用新型的带充电功能的无线天车防碰装置，其特征还在于:
[0009]供电部分的结构是，包括交流发电机，交流发电机输出端与交流侧过压过流保护连接，交流侧过压过流保护输出端依次通过整流桥、直流侧过压过流保护与蓄电池连接，蓄电池的输出端通过DC-DC稳压电路与滤波电路连接，滤波电路的各个输出端口分别与编码器供电接口、无线发射模块供电接口、MCU单元供电接口、其他设备供电接口和激光测距传感器供电接口对应连接。
[0010]信号传输处理部分的结构是，包括信号处理，信号处理输入端与编码器和激光测距传感器同时连接，信号处理的输出端与MCU单元的输入端连接；MCU单元输出端分别与存储卡、在线编程/调试接口和无线发射模块连接，无线发射模块与钻台上钻机控制系统中的无线接口模块对应无线连接，在线编程/调试接口与计算机连接。
[0011]本实用新型的有益效果是，利用天车快绳轮自身的转动带动小型交流发电机发电，给无线天车防碰装置供电或给后备蓄电池充电；同时，天车快绳轮轴端还安装有编码器，实时检测快绳轮旋转的圈数，进而计算出钢丝绳在快绳轮上行走的长度，得出游动系统当前的位置，给出钻机上碰下砸的限值。防碰信号的传输采用无线的方式与钻台面的钻机控制系统通讯，无需在钻机井架上进行电缆铺设，同时天车下方还配套有激光测距传感器，实时检测游动系统当前的位置，给出钻机上碰下砸的限值，为钻机上碰下砸提供第二重安全保护，彻底防止上碰不能防止下砸，井架上布线凌乱，信号可靠性差的问题；同时本装置还配套了编码器和激光测距传感器两种检测器件，实现了钻机防碰的冗余安全保护功能。
【附图说明】
[0012]图1是本实用新型安装在天车上的侧视图；
[0013]图2是图1中的I处的局部放大图；
[0014]图3是本实用新型安装在天车上的俯视图；
[0015]图4是图3中的II处的局部放大图；
[0016]图5是本实用新型系统的供电部分结构示意图；
[0017]图6是本实用新型信号检测及信号传输处理部分的结构示意图。
[0018]图中，1.编码器，2.交流发电机，3.激光测距传感器，4.支撑架，5.控制箱，6.交流侧过压过流保护，7.整流桥，8.直流侧过压过流保护，9.蓄电池，10.DC-DC稳压电路，11.滤波电路，12.编码器供电接口，13.无线发射模块供电接口，14.MCU单元供电接口，15.其他设备供电接口，16.激光测距传感器供电接口，17.MCU单元，18.信号处理，19.存储卡，20.在线编程/调试接口，21.计算机，22.无线发射模块，23.无线接口模块。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图和【具体实施方式】对本实用新型进行详细说明。
[0020]本实用新型的结构是，包括信号检测部分、供电部分和信号传输处理部分，
[0021]参照图1、图2、图3和图4，本实用新型信号检测部分的结构是，信号检测部分包括编码器I和激光测距传感器3，
[0022]编码器I与天车快绳轮的轴端通过弹性联轴器连接，编码器I的转轴通过另一联轴器与交流发电机2的电机轴同轴传动连接，编码器I和交流发电机2下方通过支撑架4进行支撑和固定，激光测距传感器3安装在天车的下端面(正下方)；
[0023]参照图2，是图1中的I处的局部放大图，编码器I和交流发电机2同轴连接，并一起通过支撑架4实现固定；
[0024]参照图3和图4，是本实用新型在天车上安装的俯视图及放大图，编码器I和交流发电机2分别通过线路与控制箱5连接，控制箱5是本装置的核心单元，控制箱5中集成有供电部分和信号传输处理部分的大部分部件及模块。
[0025]参照图5，供电部分的结构是，包括交流发电机2，交流发电机2输出端与交流侧过压过流保护6 (模块)连接，交流侧过压过流保护6输出端依次通过整流桥7、直流侧过压过流保护8 (模块)与蓄电池9连接，蓄电池9的输出端通过DC-DC稳压电路10与滤波电路11连接，滤波电路11的各个输出端口分别与编码器供电接口 12、无线发射模块供电接口13、MCU单元供电接口 14、其他设备供电接口 15和激光测距传感器供电接口 16对应连接。
[0026]上述的供电部分，实现了从发电、整流、滤波、过流过压保护的全过程控制。天车快绳轮旋转带动交流发电机2发电，交流发电机2通过交流侧过压过流保护6把发出的交流电输送至整流桥7 (实施例中整流桥7采用1A的整流桥)，再通过直流侧过压过流保护8把整流而得的直流电输送给蓄电池9充电，蓄电池9输出的直流电给DC-DC稳压电路10转换为用电设备需要的各类直流电压，在DC-DC稳压电路10的输出端上专门增加了滤波电路11，对输出的直流电进行滤波处理，而后输出直流电到编码器供电接口 12、无线发射模块供电接口 13、MCU单元供电接口 14、其他设备供电接口 15和激光测距传感器供电接口 16。
[0027]参照图6，信号传输处理部分的结构是，包括信号处理18 (模块)，信号处理18 (模块)输入端同时连接有编码器I和激光测距传感器3，信号处理18的输出端与MCU单元17的输入端连接；MCU单元17输出端分别与存储卡19、在线编程/调试接口 20和无线发射模块22连接，无线发射模块22与钻台上钻机控制系统中的无线接口模块23 (位于钻台面)对应无线连接，在线编程/调试接口 20另与计算机21连接。
[0028]上述的信号传输处理部分，实现了信号收集、处理、存储、发送的全过程控制，编码器I和激光测距传感器3把检测到的信号通过信号处理18送至MCU单元17 ;MCU单元17把信号送至存储卡19进行存储，同时通过无线发射模块22把信号送至钻台上钻机控制系统中的无线接口模块23，实现了信号的无线输出。在编程调试和维护时，通过在线编程/调试接口 20接入计算机21进行操作，即可实现系统的编程和调试。
[0029]本实用新型的创新点在于，一方面在滑轮轴上安装编码器可以精确测量旋转的角度，达到精确的防碰保护；第二方面，利用天车绳轮的自身转动实现发电和储能，为系统供电，解决了井架上的布线凌乱和故障率高的问题；第三个方面，利用无线发送信号的模式实现了信号的无线传输，避免了有线带来的弊端；第四个方面，还配套了编码器和激光测距传感器两种检测器件，实现了钻机防碰的冗余安全保护功能。
【主权项】
1.一种带充电功能的无线天车防碰装置，其特征在于:包括信号检测部分、供电部分和信号传输处理部分， 信号检测部分包括编码器(I)和激光测距传感器(3)，编码器(I)与天车快绳轮的轴端通过弹性联轴器连接，编码器(I)的转轴通过另一联轴器与交流发电机(2)的电机轴同轴传动连接，激光测距传感器(3)安装在天车的下端面。2.根据权利要求1所述的带充电功能的无线天车防碰装置，其特征在于:所述的供电部分的结构是，包括交流发电机(2)，交流发电机(2)输出端与交流侧过压过流保护(6)连接，交流侧过压过流保护(6)输出端依次通过整流桥(7)、直流侧过压过流保护(8)与蓄电池(9)连接，蓄电池(9)的输出端通过DC-DC稳压电路(10)与滤波电路(11)连接，滤波电路(11)的各个输出端口分别与编码器供电接口(12)、无线发射模块供电接口(13)、MCU单元供电接口(14)、其他设备供电接口(15)和激光测距传感器供电接口(16)对应连接。3.根据权利要求1所述的带充电功能的无线天车防碰装置，其特征在于:所述的信号传输处理部分的结构是，包括信号处理(18)，信号处理(18)输入端与编码器(I)和激光测距传感器⑶同时连接，信号处理(18)的输出端与MCU单元(17)的输入端连接；MCU单元(17)输出端分别与存储器(19)、在线编程/调试接口(20)和无线发射模块(22)连接，无线发射模块(22)与钻台上钻机控制系统中的无线接口模块(23)对应无线连接，在线编程/调试接口(20)与计算机(21)连接。
【专利摘要】本实用新型公开了一种带充电功能的无线天车防碰装置，包括信号检测部分、供电部分和信号传输处理部分，信号检测部分包括编码器和激光测距传感器，编码器与天车快绳轮的轴端通过弹性联轴器连接，编码器的转轴通过另一联轴器与交流发电机的电机轴同轴传动连接，激光测距传感器安装在天车的下端面。本实用新型装置，充分利用快绳轮自身转动的能量和无线传输技术，使得所有供电和检测单元均安装在天车位置，大大简化了常规防碰装置布线凌乱、因线缆或钢丝绳断掉而出现无信号反馈等可靠性差的问题，同时本装置还配套了编码器和激光测距传感器两重检测器件，实现了钻机防碰的冗余安全保护功能。
【IPC分类】B66C15/04
【公开号】CN204702422
【申请号】CN201520224626
【发明人】张鹏飞, 于兴军, 宋涛, 王飞, 周发学
【申请人】宝鸡石油机械有限责任公司
【公开日】2015年10月14日
【申请日】2015年4月14日