专利名称：一种深孔地质勘探钻机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种钻机，尤其涉及一种深孔地质勘探钻机。
背景技术：
国内外现有的地质勘探钻机为转盘式、立轴式和液压动力头式，基本形式为柴油机或汽油机+变速箱、电机+变速箱、柴油机或电机+液压泵+液压马达+变速箱带动钻杆回转钻进形式，能源效率低，钻机行程小(不大于6米)，不能进行长行程立根钻进，提下钻时回转器需让开孔口，钻机提升力小，提下钻遇阻卡钻时无法开泵回转扫孔，处理事故能力弱；由于深孔钻进的复杂性，需下多级套管，开孔直径较大，现有钻机的提升力、扭矩和钻进工艺无法满足深孔钻进尤其是定向钻进的要求。现有石油用顶驱为液压马达加齿轮减速箱带动钻杆回转钻进、变频异步电机加齿轮减速箱带动钻杆回转钻进、变频异步电机直接带动钻杆回转钻进，但造价、转速和扭矩不适合地质勘探，且低负载率下电机效率和功率因数较低，能耗大。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是提供一种深孔地质勘探钻机，克服了液压钻机能源利用率低，只有50%左右；钻机是按最大工作负载设计最大功率(额定功率)，而钻机由浅到深钻进的过程中，实际应用的平均负载只有最大负载的20%-30%，实际输出功率与额定功率的比值就是负载率，异步电机在低负载率时功率因数和电机效率急剧下降，只有20%左右，从面造成能源的浪费，钻机带减速箱在日常使用过程中保养维护费用高，故障率高，噪音大的缺陷。本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下一种深孔地质勘探钻机，包括用于提供钻杆动力及控制钻杆的变频永磁同步电机、用于泥浆循环的水龙头、用于支撑变频永磁同步电机中心主轴回转及承重的轴承箱、用于提供液压油泵能源的液压油箱、用于提供回转马达动力的液压油泵、用于驱动回转器转动的回转马达、用于带动背钳运动进而安装或者拆卸钻杆的回转器、用于移动或固定钻杆的背钳、钻杆及用于将钻机挂在钻塔大钩上的提环，所述变频永磁同步电机中心轴为电机空心轴，所述电机空心轴与所述水龙头连通；所述轴承箱中心轴为轴承箱空心轴，所述轴承箱空心轴与所述电机空心轴连通，所述轴承箱空心轴与所述电机空心轴通过联轴器连接；所述液压油箱、液压油泵均安装在所述轴承箱的下部，所述液压油箱通过油管与所述液压油泵连接；所述回转马达与所述回转器连接；所述轴承箱空心轴向下延伸出所述轴承箱，所述轴承箱空心轴环外侧设置有轴承，且与轴承箱连接，所述回转器套设在伸出轴承箱外的所述轴承上；所述背钳的通过背钳支撑及销轴与所述回转器连接；所述钻杆与所述轴承箱下端的增扭法兰连接，所述钻杆的空心轴与所述轴承箱空心轴连通；所述提环对称安装在所述轴承箱的两侧。本钻机各部位同心且平衡，钻机通过外接泵将泥浆从水龙头通过变频永磁同步电机中心轴及轴承箱的空心轴，最后通过钻杆直接将泥浆直喷井底，再通过孔与钻杆之间的间隙连续循环。本实用新型的有益效果是采用了变频永磁电机直接带动钻杆回转，省去了齿轮减速箱，减少了日常使用的维护费用，提高了传动效率；利用永磁电机自身运行效率和功率因数几乎与电机的负载率几乎无关的特性，大幅度提高钻机的能源利用率，减小能耗和碳排量，降低对环境的污染，利用永磁电机在外接电源断电的情况下仍然能回转发电能耗刹车的特性防止钻杆弹性飞车。在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。进一步，所述电机空心轴与所述水龙头连通通过盘根密封。进一步，所述变频永磁同步电机下端的两侧与所述轴承箱上端的两侧对称位置采用定位联接器定位及固定在一起。可更好的平衡定位。所述背钳下端设有钻杆导入器；所述钻杆穿过所述背钳下部。进一步，还包括一对吊环，所述吊环对称安装在所述回转器的两侧。进一步，还包括两个调节油缸，所述两个调节油缸的一端对称安装在所述回转器的下端，所述调节油缸另一端通过销子与所述吊环连接。调节油缸可以和回转器旋转马达协同来调节吊卡上下左右位置。进一步，还包括用于钻采，起升下降，固定钻杆的吊卡，所述吊卡的两侧设置有凹槽，所述吊环下端放置在凹槽内，通过销子与所述吊环连接。吊环与吊卡吊钻杆提钻下钻时，提升重力由回转器上的轴承承受。进一步，还包括润滑油箱及润滑油泵，所述润滑油箱及润滑油泵均固定在所述轴承箱的下端，所述润滑油箱通过油管与所述润滑油泵连接。可以提供整体系统中的润滑作用。进一步，还包括盘刹，所述盘刹对称安装在所述回转器的上端。盘刹可以用于将变频永磁同步电机中心轴刹住。进一步，还包括提环，所述提环下端固定在所述轴承箱上，所述提环上部安装有提环支撑，所述提环支撑连接有平衡油缸。
图1为本实用新型一种深孔地质勘探钻机剖面结构示意图；图2为本实用新型一种深孔地质勘探钻机轴测图；图3为本实用新型一种深孔地质勘探钻机侧视图。附图中，各标号所代表的部件列表如下1、背钳，2、增扭法兰，3、轴承箱空心轴，4、回转器马达，5、润滑油箱，6、润滑油泵，
7、轴承箱，8、轴承，9、变频永磁同步电机，10、盘根，11、平衡油缸与提环连接的提环支撑，12、水龙头，13、提环，14、盘刹，15、联轴器，16、定位联接器，17、滑车、18、液压油泵，19、液压油箱，20、回转器，21、吊环，22、背钳支撑，23、导轨，24、吊卡，25、钻杆，26、调节油缸。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。如图1、图2、图3所示，一种深孔地质勘探钻机，包括用于提供钻杆动力及控制钻杆的变频永磁同步电机9、用于泥浆循环的水龙头12、用于支撑变频永磁同步电机中心轴回转及承重的轴承箱7、用于提供液压油泵18能源的液压油箱19、用于提供回转马达动力的液压油泵18、用于驱动回转器20转动的回转马达4、用于带动背钳运动进而安装或者拆卸钻杆的回转器20、用于移动或固定钻杆的背钳1、钻杆25及用于将钻机挂在钻塔大钩上的提环13，所述变频永磁同步电机9中心轴为电机空心轴,所述电机空心轴与所述水龙头12连通；所述电机空心轴与所述水龙头12连通通过盘根10密封。所述变频永磁同步电机9下端的两侧与所述轴承箱7上端的两侧对称位置采用定位联接器16定位及固定在一起。所述轴承箱中心轴为轴承箱空心轴，所述轴承箱空心轴与所述电机空心轴连通，所述轴承箱空心轴与所述电机空心轴通过联轴器15连接，其中所述的联轴器15为浮动式联轴器；所述液压油箱19、液压油泵18均安装在所述轴承箱7的下部，所述液压油箱19通过油管与所述液压油泵18连接；所述回转马达4与所述回转器20连接；所述轴承箱空心轴向下延伸出所述轴承箱7，所述轴承箱空心轴外侧设置有轴承8，且与轴承箱7连接；所述回转器20套设在伸出轴承箱7外的所述轴承8上；还包括一对吊环21,所述吊环21对称安装在所述回转器20的两侧。还包括调节油缸26，所述调节油缸26的一端对称安装在所述回转器20的下端，所述调节油缸26另一端通过销子与所述吊环21连接。还包括盘刹14，所述盘刹14对称安装在所述回转器20的上端。所述提环13上部安装有平衡油缸与提环连接的提环支撑11。所述背钳I通过背钳支撑22及销轴与所述回转器20连接；所述背钳I下端设有钻杆导入器；所述钻杆25穿过所述背钳I下部。所述钻杆25与所述轴承箱7下端的增扭法兰2连接，所述钻杆25的空心轴与所述轴承箱空心轴连通；所述吊环21对称安装在所述轴承箱7的两侧。还包括用于钻采，起升下降，固定钻杆的吊卡24，所述吊卡24的两侧设置有凹槽，所述吊环21下端放置在凹槽内，通过销子与所述吊环21连接。还包括润滑油箱5及润滑油泵6，所述润滑油箱5及润滑油泵6均固定在所述轴承箱7的下端，所述润滑油箱5通过油管与所述润滑油泵6连接。本实用新型一种深孔地质勘探钻机工作原理提环13挂在钻机钻塔的大钩上，提环吊带轴承箱7、变频永磁同步电机9，钻机一侧通过轴承箱7及变频永磁同步电机9 一侧的连接件与所述滑车17上的轨道23配合，沿着钻塔内30至40米的长的轨道23上下移动，钻机可以进行20-30米行程的立根回转钻进和提下钻。钻机大钩带动钻机上的提环13、吊环21与吊卡24吊钻杆25提钻下钻时，提升重力由回转器20上的轴承8承受；提下钻遇阻卡无法提下钻杆时，钻机下移，钻杆沿背钳I下的钻杆导入器导入背钳I中，背钳I卡夹住钻杆接头，变频永磁同步电机电机9开始回转上扣接钻杆。之后开动泥浆泵循环，钻机边回转边提升或下放钻杆，处理阻卡事故，此时提升重力完全由轴承箱7内轴承8承受，卸钻杆时，背钳I夹住钻杆接头,变频永磁同步电机电机9反转卸扣，提环13另一端通过提环联接支撑11连接平衡油缸，平衡油缸11的提升力大于顶驱本体的重量，但小于顶驱和钻杆、钻具的重量，顶驱反转卸钻杆25接头锥形扣时，锥形扣的公扣与母扣一松开，所述平衡油缸11将顶驱上钻杆公扣从钻杆25母扣中弹出，保护接头不损坏，吊卡24上下左右位置由调节油缸26和回转器旋转马达4来调节。液压油泵18提供钻机上盘刹、回转马达的动力，定向钻进时，盘刹将变频永磁同步电机9中心轴刹住，便宜定向钻进定位，因故停电时，数千米的钻杆25的弹性变形会引起钻杆反转飞车，由于使用的直驱顶驱永磁电机9可实现发电能耗刹车和液压盘式刹车，避免飞车事故的发生。以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.一种深孔地质勘探钻机，其特征在于，包括用于提供钻杆动力及控制钻杆的变频永磁同步电机、用于泥浆循环的水龙头、用于支撑变频永磁同步电机中心主轴回转及承重的轴承箱、用于提供液压油泵能源的液压油箱、用于提供回转马达动力的液压油泵、用于驱动回转器转动的回转马达、用于带动背钳运动进而安装或者拆卸钻杆的回转器、用于移动或固定钻杆的背钳、用于将钻机挂在钻塔大钩上的提环， 所述变频永磁同步电机中心轴为电机空心轴，所述电机空心轴与所述水龙头连通；所述轴承箱中心轴为轴承箱空心轴，所述轴承箱空心轴与所述电机空心轴连通，所述轴承箱空心轴与所述电机空心轴通过联轴器连接；所述液压油箱、液压油泵均安装在所述轴承箱的下部，所述液压油箱通过油管与所述液压油泵连接；所述回转马达与所述回转器连接；所述轴承箱空心轴向下延伸出所述轴承箱，所述轴承箱空心轴环外侧设置有轴承，且与轴承箱连接，所述回转器套设在伸出轴承箱外的所述轴承上；所述背钳通过背钳支撑及销轴与所述回转器连接；所述钻杆与所述轴承箱下端的增扭法兰连接，所述钻杆的空心轴与所述轴承箱空心轴连通；所述提环一端与所述轴承箱的两侧连接。
2.根据权利要求1所述一种深孔地质勘探钻机，其特征在于，所述电机空心轴与所述水龙头连通通过盘根密封。
3.根据权利要求1所述一种深孔地质勘探钻机，其特征在于，所述变频永磁同步电机下端的两侧与所述轴承箱上端的两侧对称位置采用定位联接器定位及固定在一起。
4.根据权利要求1至4任一项所述一种深孔地质勘探钻机，其特征在于，还包括一对吊环，所述吊环对称安装在所述回转器的两侧。
5.根据权利要求1至4任一项所述一种深孔地质勘探钻机，其特征在于，还包括两个调节油缸，所述两个调节油缸的一端对称安装在所述回转器的下端，所述调节油缸另一端通过销子与所述吊环连接。
6.根据权利要求1至4任一项所述一种深孔地质勘探钻机，其特征在于，还包括用于钻采，起升下降，固定钻杆的吊卡，所述吊卡的两侧设置有凹槽，所述吊环下端放置在凹槽内，通过销子与所述吊环连接。
7.根据权利要求1至4任一项所述一种深孔地质勘探钻机，其特征在于，还包括润滑油箱及润滑油泵，所述润滑油箱及润滑油泵均固定在所述轴承箱的下端，所述润滑油箱通过油管与所述润滑油泵连接。
8.根据权利要求7所述一种深孔地质勘探钻机，其特征在于，还包括盘刹，所述盘刹对称安装在所述回转器的上端。
9.根据权利要求8所述一种深孔地质勘探钻机，其特征在于，其特征在于，还包括提环，所述提环下端固定在所述轴承箱上，所述提环上部安装有提环支撑，所述提环支撑连接有平衡油缸。
专利摘要本实用新型涉及一种深孔地质勘探钻机，包括用变频永磁同步电机、轴承箱、液压油箱、回转器、回转马达、用于泥浆循环的水龙头、用于移动或固定钻杆的背钳及提环，变频永磁同步电机中心轴为空心轴，所述电机空心轴与所述水龙头连通；所述轴承箱空心轴向下延伸出所述轴承箱，所述轴承箱空心轴环外侧设置有轴承，且与轴承箱连接，所述回转器套设在伸出轴承箱外的所述轴承上；所述钻杆的空心轴与所述轴承箱空心轴连通；所述提环一端与所述轴承箱的两侧连接。本实用新型由于采用了变频永磁电机直接带动钻杆回转，省去了齿轮减速箱，减少了日常使用的维护费用，提高了传动效率；加大了能源利用率，减小能耗和碳排量，降低对环境的污染。
文档编号E21B19/02GK202900036SQ20122056500
公开日2013年4月24日 申请日期2012年10月30日 优先权日2012年10月30日
发明者刘家荣, 宋殿兰, 郭坤, 卢倩, 刘文武, 卢猛, 冉灵杰, 谭春亮, 祝强, 郭强, 林广利, 李超, 赵洪波, 苏兴涛 申请人:北京探矿工程研究所