绞车系统的制作方法
【专利说明】绞车系统
交叉申请申明
[0001]本申请基于并要求提交日为2013年3月20日的美国临时申请N0.61/803730的优先权，其全部内容在此引入作为参考。
【背景技术】
[0002]自钻井行业出现以来，绞车单元就在钻机上操作。多年来，绞车单元的功率和速度有一些发展，使其变得更强大，更可控。
[0003]在这段时间内，装置的基本结构一直保持大致相同。绞车单元采用了:由电动机单元驱动的变速箱，前者通过变速箱机械地连接到绞车卷筒，用于卷上和卷下钻机的绳缆。随着时间的推移，布置安全装置，以保证安全控制绞车的故障。
[0004]典型地，电动机可以是直流(DC)或交流电(AC)驱动器。在更近代，该行业正在向由变频电驱动控制的单比变速箱转变。以前，驱动限制导致了使用可变速变速箱，这需要齿轮改变操作以达到所需的性能。
[0005]变速箱设置已发展了很多年，因此变得更加强大和紧凑，但仍然主要基于小齿轮配置，小齿轮传动变速箱的输入连接到所述驱动电机并且其输出连接到绳缆卷筒上。这导致具有较少的设计灵活性的较大尺寸的绞车。另外，目前的小齿轮传动变速箱总是有驱动系统超速的风险。在超速方面，通过绳缆负载产生的扭矩可以“驱动”所述绞车卷筒，这反过来又可以通过变速箱驱动电气驱动器。出于这个原因，用制动系统控制所述卷筒的操作。同样地，如果变速箱有故障而制动系统无效，则卷筒可能在绳缆的负荷下自由运行。
【发明内容】
[0006]根据本公开，作为实施例，绞车可以包括电驱动电动机，和通过所述电驱动电动机驱动的输出轴。蜗轮可联接到输出轴，大齿轮(bull gear)可啮合到蜗轮。绳缆卷筒可联接到大齿轮，并从通过所述大齿轮从电驱动电动机接收旋转。电驱动电动机、蜗轮和大齿轮可包括可拆卸地连接到绳缆卷筒的驱动单元。在某些实施方案中，电驱动电动机可包括可拆卸地连接到工作齿轮的驱动电动机模块。该绳缆卷筒可形成卷筒单元，具有至少一个联接到所述卷筒的插接头(spigot)，卷筒被可移除地联接到所述驱动单元。
[0007]本文描述的可提供改进的紧凑性，适用于安装在钻台上，并具有功率密度，以在更小的占地面积具有更大的功率容量和更大的提升容量。在此描述的实施方式中，绞车可以用来精确地控制绳缆的释放和卷绕，特别适用于自动钻探场合。具体而言，通过精确地控制绳缆的进给速率，钻井操作不会由于绳缆释放得太多太快而超载。同样，在绞车绳缆卷筒的卷绕期间的精确控制可以在钻井操作过程中减轻负荷。
[0008]另外，本文中描述某些蜗轮，其可能根据对蜗轮的配置和载荷的设置而具有自锁倾向。蜗轮装置的自锁倾向源于该变速箱需要通过输入轴驱动来操作蜗轮。在某些负荷的情况下，较大的大齿轮不能转动蜗轮，变速箱即简单的锁定。因此，在这些负载的情况下，如果驱动系统丢失就存在一些超限的风险，除了蜗轮变速箱的实际故障，如齿轮齿剪切的情况下，将发生灾难性故障。实际故障的风险可以通过使用具有很大安全系数的超负荷的变速箱来减轻，在该点，在故障之前，其他的结构问题例如绳缆破损或柱杆结构坍塌先发生。
[0009]此外，绞车的特定的模块化结构在设计、维修和保养方面提供了灵活性。例如，驱动电动机模块可以为电驱动电动机的数量、取向和功率方面提供灵活性，可以包括1150hp和1500hp的交流电动机，它们允许的操作功率范围从1150到高达9000马力。
【附图说明】
[0010]通过以下附图及其说明，更好地来理解本实施例及其优点。
[0011]图1是根据本公开利用绞车的示例钻机的示意图。
[0012]图2是根据本公开的一个绞车实施例。
[0013]图3A-C是根据本公开的另一个绞车实施例。
[0014]图4A-C是根据本公开的另一个绞车实施例。
[0015]图5A-C是根据本公开的另一个绞车实施例。
[0016]图6-12是根据本公开的另一个绞车实施例。
[0017]图13和14是根据本公开的另一个绞车实施例。
[0018]图15和16是根据本公开的另一个绞车实施例。
[0019]图17是说明驱动力和不同的电机配置之间的关系的图表。
[0020]图18是说明驱动力和不同的电机配置之间的关系的图表。
【具体实施方式】
[0021]本公开的目的，信息处理系统可以包括任何可操作的媒介或媒介的集合以计算、分类、处理、传输、接收、检索、创建、交换、存储、显示、证明、检测、记录、复制、操作或利用任何形式的信息、智能或数据用于业务、科学、控制或其他目的。例如，信息处理系统可以是个人计算机、网络存储设备、或任何其他合适的设备，并且可以在大小、形状、性能、功能和价格上有所不同。所述信息处理系统可以包括随机存取存储器(RAM)、一个或多个处理资源、例如一个中央处理单元(CPU)或硬件或软件控制逻辑、ROM和/或其它类型的非易失性存储器。所述信息处理系统的附加组件可以包括一个或多个盘驱动器、一个或多个用于与外部设备通信的网络端口、以及各种输入和输出(I/O)设备、如键盘、鼠标、和视频显示。信息处理系统还可以包括一个或多个总线可操作来发送所述各种硬件组件之间的通信。它也可以包括一个或多个能够发射一个或多个信号至控制器、致动器、或类似装置的接口单元。
[0022]本公开的目的，计算机可读介质可以包括任何媒介或媒介的集合，其可以保留一段时间数据和/或指令。计算机可读介质可以包括，但不限于，例如存储介质，如直接存取存储设备(例如，硬盘驱动器或软盘驱动器)、顺序存取存储设备(例如，磁带驱动器)，紧致光盘、CD-ROM、DVD、RAM、ROM、电的可擦除可编程只读存储器(EEPR0M)、和/或闪速存储器；以及通信介质、诸如导线、光纤、微波、无线电波、和其他电磁和/或光学载波；和/或前述的任何组合。
[0023]本公开的示例性实施例在本文中详细描述。为清楚起见，实际实施的所有特征可能在本说明书中进行描述。当然应当理解，随着任何实际的实施例的发展，许多实施方式决定于具体的实施目标，这将从一个实施例改变到另一个实施例。此外，可以理解，这样的改变可能是复杂和费时的，但是对于本领域普通技术人员在本公开的基础上仍然是例行常识。
[0024]本文所用术语“联接”旨在表示间接或直接连接。因此，如果第一设备联接到第二设备，该连接可以是通过直接连接或通过间接机械或电连接经由其它设备连接。类似地，如本文所用术语“通信地联接”是指任一直接或间接通信连接。这样的连接可以是有线或无线连接，诸如，例如以太网或局域网中。因此，如果第一设备通信地联接到第二设备，该连接可以是通过直接连接，或者通过经由其它设备和间接通信连接。如本文所使用的“一个”，在本文中定义是指一个或超过一个。
[0025]图1是根据本公开利用绞车2的示例钻机1的示意图。绞车2被安装到钻台3，并且包括从绞车2延伸到皮带轮5的绳缆4，皮带轮5又被称为定滑轮，安装在钻机1上。绞车2可以伸展或回缩皮带轮5上的绳缆4来在地下层8中的钻井孔7内升高和下降钻杆6。具体地，绳缆4可以联接到滑块9，其通过绳缆4的延伸和收缩可以暂停和移动。滑块9接着可通过一个或多个中间机构联接到钻杆6。
[0026]绞车2包括绳缆卷筒10，绳缆4围绕其被卷绕。绞车2进一步包括至少一个直接或间接转动卷筒的电动机11a和11b，导致绳缆4伸展或缩回。电动机可以包括，例如，联接到电源(未示出)的电驱动电动机和控制单元(未示出)。在所示的实施例中，定位在卷筒10的相对两侧的电驱动电动机11a和11b，通过在第一方向旋转卷筒10而延伸绳缆4，或在第二方向旋转卷筒10而缩回绳缆4来协同响应控制单元的控制信号。
[0027]绞车2还可以包括传动系统，电驱动电动机11a和lib通过该传动系统驱动卷筒10。传动系统可以包括联接到卷筒10以及电驱动电动机11a和lib的齿轮，它们相互作用，从而利用来自驱动电动机11a和lib电动机的动力驱动旋转卷筒10电驱动电动机。根据本公开，传动系统可包括直接或间接联接到至少一个所述电驱动电动机