RU163641U1

RU163641U1 - TOP DRIVE SYSTEM POWER UNIT

Info

Publication number: RU163641U1
Application number: RU2015153994/03U
Authority: RU
Inventors: Александр Витальевич Ащеулов; Сергей Васильевич Никитин; Евгения Евгеньевна Харламова; Артем Евгеньевич Хорошанский; Ольга Николаевна Шалаева
Priority date: 2015-12-15
Filing date: 2015-12-15
Publication date: 2016-07-27

Abstract

Силовой блок системы верхнего привода, содержащий корпус с электродвигателем, включающим статор, связанный с системой частотного регулирования скорости, и полый ротор, при этом последний соединен с механическим тормозом, датчиком углового положения и выходным валом, отличающийся тем, что блок дополнительно содержит редуктор с полым валом, который насажен на его выходной вал с возможностью вращения, на полом валу закреплены шестерня и солнечное колесо, которые соответственно сцеплены с паразитными колесами, закрепленными в корпусе, и сателлитами, соединенными с водилом, которое закреплено на выходном валу, а внешнее колесо с зубчатыми венцами установлено в корпусе и сцеплено с сателлитами и паразитными колесами, в качестве электродвигателя установлен синхронный двигатель, включающий ротор с постоянными магнитами, который соединен с полым валом редуктора.The power unit of the top drive system, comprising a housing with an electric motor including a stator connected to a frequency control system of speed, and a hollow rotor, the latter being connected to a mechanical brake, an angular position sensor and an output shaft, characterized in that the block further comprises a hollow gearbox a shaft which is rotatably mounted on its output shaft, a gear and a sun wheel are fixed to the hollow shaft, which are respectively engaged with spurious wheels fixed in the housing, and ellitami connected to the carrier, which is fastened on the output shaft, and the outer wheel with toothed crowns established in the housing and is engaged with satellites and parasitic wheels, as a motor is installed synchronous motor comprising a rotor with permanent magnets, which is connected with the hollow shaft of the gearbox.

Description

Полезная модель относится к бурению грунта или горных пород, а именно к конструкции бурового оборудования, предназначенного для использования в составе мобильной или стационарной буровой установки в нефтегазовой промышленности.The utility model relates to the drilling of soil or rocks, namely to the design of drilling equipment intended for use as part of a mobile or stationary drilling rig in the oil and gas industry.

Известна "Модульная конструкция верхнего привода с модулем манипуляции буровыми трубами и методы его применения" [заявка на патент US 20130299247], В состав силового блока конструкции входят два электродвигателя соединенные редуктором с суммирующей зубчатой передачей с выходным валом. Недостатком этой конструкции является использование массивных низкоскоростных электродвигателей и редуктора с малым передаточным числом.The well-known "Modular design of the top drive with a drill pipe manipulation module and methods of its application" [patent application US 20130299247], the structure of the power unit includes two electric motors connected by a gearbox with a summing gear transmission with an output shaft. The disadvantage of this design is the use of massive low-speed motors and gearbox with a small gear ratio.

Известна "Система верхнего привода для выполнения калибровочных и буровых работ" [заявка на патент US №20140274549 А1]. Силовой блок системы содержит мотор, расположенные соосно с мотором планетарный редуктор, выходной вал. Недостатком является то, что канал для подачи бурового раствора расположен непосредственно в полости редуктора, поэтому его элементы: подшипники и зубчатые передачи, работают в коррозионно опасной среде, а значит имеют пониженный ресурс из-за быстрого разрушения их рабочих поверхностей.Known "Top drive system for performing calibration and drilling operations" [patent application US No. 201440274549 A1]. The power unit of the system contains a motor, a planetary gearbox located coaxially with the motor, and an output shaft. The disadvantage is that the channel for supplying drilling fluid is located directly in the cavity of the gearbox, therefore its elements: bearings and gears, work in a corrosive environment, and therefore have a reduced resource due to the rapid destruction of their working surfaces.

Известна "Буровая система верхнего привода и другие устройства, использующие низкоскоростной прямой электродвигатель переменного тока" [заявка на патент WO №2007040534 А1], силовой блок которой содержит корпус соединенный с низкоскоростным асинхронным электродвигателем, статор которого связан с системой частотного регулирования скорости вращения электродвигателя, и полый ротор, на котором смонтированы механический тормоз, и датчик углового положения, соединенный с выходным валом, имеющим сквозной канал для подачи бурового раствора в скважину.The well-known "Drilling system of the top drive and other devices using a low-speed direct AC electric motor" [patent application WO No. 2007040534 A1], the power unit of which contains a housing connected to a low-speed asynchronous electric motor, the stator of which is connected to a frequency control system for rotating the electric motor, and a hollow rotor on which a mechanical brake is mounted, and an angular position sensor connected to an output shaft having a through channel for supplying drilling fluid to the wells inu.

Недостатками силового блока являются ее высокая масса и габариты из-за большого числа пар полюсов статора электродвигателя, а также низкий КПД двигателя при малой частоте его вращения.The disadvantages of the power unit are its high mass and dimensions due to the large number of pairs of poles of the stator of the electric motor, as well as low motor efficiency at a low frequency of rotation.

Задачей полезной модели является снижение массы и габаритов силового блока и повышение КПД.The objective of the utility model is to reduce the mass and dimensions of the power unit and increase efficiency.

Для решения поставленных задач предложен силовой блок системы верхнего привода. Блок включает корпус в котором жестко закреплен компактный высокоскоростной синхронный электродвигатель. Статор электродвигателя электрически связан с системой частотного регулирования скорости вращения полого ротора, на котором закреплены постоянные магниты. Механический тормоз расположен у верхнего основания ротора. В корпусе расположен редуктор с планетарной передачей, полый вал которого насажен на его выходной вал с возможностью вращения, и соединен с ротором электродвигателя. На полом валу закреплены шестерня и солнечное колесо. Шестерня входит в зацепление с паразитными колесами, закрепленными в корпусе и сцепленными также с верхним зубчатым венцом внешнего колеса. Солнечное колесо входит в зацепление с сателлитами, закрепленными на водиле, и сцепленные с нижним зубчатым венцом внешнего колеса. Внешнее колесо, через подшипниковые опоры, установлено в корпусе, а водило закреплено на выходном валу, который установлен в корпусе через упорный подшипник и соединен с датчиком углового положения.To solve the tasks, a power unit of the top drive system is proposed. The unit includes a housing in which a compact high-speed synchronous motor is rigidly fixed. The stator of the electric motor is electrically connected to a frequency control system for the speed of rotation of the hollow rotor, on which permanent magnets are fixed. A mechanical brake is located at the upper base of the rotor. A gearbox with a planetary gear is located in the housing, the hollow shaft of which is rotatably mounted on its output shaft and is connected to the rotor of the electric motor. A gear and a sun wheel are fixed on the hollow shaft. The gear engages with spurious wheels fixed in the housing and coupled also to the upper gear ring of the outer wheel. The sun wheel engages with the satellites mounted on the carrier and coupled to the lower gear ring of the outer wheel. The outer wheel, through the bearings, is installed in the housing, and the carrier is mounted on the output shaft, which is installed in the housing through a thrust bearing and connected to the angle sensor.

Силовой блок системы верхнего привода включает электродвигатель 1, корпус 2, статор 3, ротор 4, систему частотного регулирования скорости 5, механический тормоз 6, полый вал 7, шестерню 8, солнечное колесо 9, внешнее колесо 10, паразитные колеса 11, сателлиты 12, водило 13, выходной вал 14, датчик углового расположения выходного вала 15.The power unit of the top drive system includes an electric motor 1, a housing 2, a stator 3, a rotor 4, a frequency control system 5, a mechanical brake 6, a hollow shaft 7, a gear 8, a sun wheel 9, an outer wheel 10, spurious wheels 11, satellites 12, drove 13, the output shaft 14, the sensor of the angular location of the output shaft 15.

При работе силового блока питающее напряжение от системы частотного регулирования скорости 5 подается на статор 3 компактного высокоскоростного синхронного электродвигателя 1, что заставляет вращаться его ротор 4, при этом механический тормоз 6 отключен и не препятствует вращению.When the power unit is operating, the supply voltage from the frequency control system of speed 5 is supplied to the stator 3 of the compact high-speed synchronous electric motor 1, which causes its rotor 4 to rotate, while the mechanical brake 6 is disabled and does not impede rotation.

Ротор 4 электродвигателя 1 вращает полый вал 7 редуктора, вместе с которым вращаются шестерня 8 и солнечное колесо 9. Шестерня 8, через паразитные колеса 11 передает вращение внешнему колесу 10 в сторону противоположную направлению вращения полого вала 7. Солнечное колесо 9 приводит во вращение сателлиты 12, которые, используя вращающееся внешнее колесо 10 как опору, катятся вокруг солнечного колеса 9, ведя за собой водило 13, вместе с которым вращается выходной вал 14. Механический тормоз 6 затормаживает и удерживает от поворота ротор 4 электродвигателя 1 при отключенном питании.The rotor 4 of the electric motor 1 rotates the hollow shaft 7 of the gearbox, with which the gear 8 and the sun wheel 9 rotate. The gear 8, through spurious wheels 11, transmits the rotation of the outer wheel 10 in the direction opposite to the direction of rotation of the hollow shaft 7. The sun wheel 9 drives the satellite 12 which, using the rotating outer wheel 10 as a support, roll around the sun wheel 9, leading the carrier 13, with which the output shaft 14 rotates. The mechanical brake 6 brakes and keeps the electric motor rotor 4 from turning Fir 1 with the power off.

Таким образом, силовой блок обеспечивает передачу вращения и крутящего момента от электродвигателя к выходному валу, соединенному с рабочими элементами системы верхнего привода.Thus, the power unit provides transmission of rotation and torque from the electric motor to the output shaft connected to the working elements of the top drive system.

Силовой блок системы верхнего привода имеет значительно меньшую массу и габариты, по сравнению с прототипом, за счет применения компактного высокоскоростного электродвигателя и компактного редуктора с планетарной передачей, а также повышенный КПД, что обеспечивается применением электродвигателя, имеющего ротор с постоянными магнитами, а также малым сопротивлением в подшипниковых опорах полого вала и внешнего колеса обеспечиваемым компенсацией действующих на них нагрузок.The power unit of the top drive system has a significantly lower mass and dimensions, compared with the prototype, due to the use of a compact high-speed electric motor and a compact gearbox with planetary gear, as well as increased efficiency, which is ensured by the use of an electric motor having a rotor with permanent magnets, as well as low resistance in the bearings of the hollow shaft and the outer wheel provided compensation for the loads acting on them.

Claims

The power unit of the top drive system, comprising a housing with an electric motor including a stator connected to a frequency control system of speed, and a hollow rotor, the latter being connected to a mechanical brake, an angular position sensor and an output shaft, characterized in that the block further comprises a hollow gearbox a shaft which is rotatably mounted on its output shaft, a gear and a sun wheel are fixed on the hollow shaft, which are respectively engaged with spurious wheels fixed in the housing, and ellitami connected to the carrier, which is fastened on the output shaft, and the outer wheel with toothed crowns established in the housing and is engaged with satellites and parasitic wheels, as a motor is installed synchronous motor comprising a rotor with permanent magnets, which is connected with the hollow shaft of the gearbox.