[发明专利]钻进过程中进行能量持续回收和利用的装置及方法

权利要求书

1.一种钻进过程中进行能量持续回收和利用的装置，其特征在于：包括传动系统、能量转换系统和能量回收系统；

传动系统包括绞车（1）、传动箱（6）、中心轴（26）、第一离合器（13）和第十离合器（22）；第一离合器（13）位于绞车（1）的右侧中心轴（26）上，第一发条储能器（2）通过绞车（1）的右侧中心轴（26）与绞车相连；

能量转换系统包括发第一电机组、第二发电机组、第三发电机组；第一发电机组包括第一发条储能器（2）、第二离合器（14）、第一变速箱（3）、驱动器（4）、第一发电机（5）；第二发电机组包括第二发条储能器（7）、第三离合器（15）、第二变速箱（8）、第二发电机（9）；第三发电机组包括第三发条储能器（10）、第七离合器（19）、第三变速箱（11）、第三发电机（12）；第一发条储能器（2）通过第一驱动轴（27）与第一变速箱（3）连接，第二离合器（14）位于第一驱动轴（27）上；第一变速箱（3）通过第一传动轴（25）与驱动器（4）连接，第三离合器（15）位于第一传动轴（25）上，驱动器（4）的转子（24）位于第一传动轴（25）上，驱动器（4）的定子（23）固定在第一发电机（5）的外壳上；第十离合器（22）位于绞车（1）左侧的中心轴（26）上，传动箱（6）通过绞车（1）左侧的中心轴（26）与绞车（1）相连；第二发条储能器（7）通过传动箱（6）上端的第二驱动轴（28）与传动箱（6）相连，第四离合器（16）位于传动箱（6）上端的第二驱动轴（28）上；第二变速箱（8）通过第二传动轴（29）与第二发条储能器（7）相连，第五离合器（17）位于第二传动轴（29）上；第二发电机（9）通过第二变速箱（8）的第一输出轴（30）与第二变速箱（8）进行连接，第六离合器（18）位于第二变速箱（8）的第一输出轴（30）上；第一输出轴（30）作为第二发电机（9）的动力输入端，为第二发电机（9）的工作提供动力；第三发条储能器（10）通过传动箱（6）上端的第二驱动轴（28）与传动箱（6）相连，第七离合器（19）位于传动箱（6）上端的第二驱动轴（28）上；第三变速箱（11）通过第二传动轴（29）与第三发条储能器（10）相连，第八离合器（20）位于第二传动轴（29）上；第三发电机（12）通过第三变速箱（11）的第二输出轴（34）与第三变速箱（11）进行连接，第九离合器（21）位于第三变速箱（11）的第二输出轴（34）上；第二输出轴（34）作为第三发电机（12）的动力输入端，为第三发电机（12）的工作提供动力；

能量回收系统包括超级电容（31）和变频器（32）；

第一发电机（5）、第二发电机（9）、第三发电机（12）通过电缆（33）与能量回收系统的超级电容（31）及变频器（32）进行连接，产生的电能一部分进行存储，另一部分通过变频器调频后并入电网直接使用；

所述驱动器（4）的定子（23）和转子（24）为永磁体。

2.权利要求1所述钻进过程中进行能量持续回收和利用的装置的回收和利用方法，包括以下步骤：

1）常规钻进时，第十离合器（22）、第二离合器（14）断开，第一离合器（13）闭合，第一发条储能器（2）随钻杆下放而转动从而带动进行储能，并为钻杆下放提供一定有益负载；

2）第一发条储能器（2）存储能量饱和后，断开第一离合器（13），闭合第二离合器（14）和第三离合器（15），第一发条储能器（2）释放机械能，带动第一变速箱（3）转动；此时，闭合第十离合器（22），对第二发条储能器（7）、第三发条储能器（10）进行储能；

3）第一变速箱（3）为驱动器（4）的转子（24）及第一传动轴（25）的转动提供初始动能，从而带动第一发电机（5）发电；

4）第一发电机（5）运转后断开第三离合器（15）和第二离合器（14），第一发条储能器（2）停止工作；

5）连续下放钻杆时，第一离合器（13）断开，第十离合器（22）闭合；

6）传动箱（6）首先对第二发条储能器（7）进行充能，此时第四离合器（16）闭合，第五离合器（17）断开，第二发条储能器（7）能量饱和后，第四离合器（16）断开，第五离合器（17）和第六离合器（18）闭合，第二发电机（9）进行发电；

7）第二发电机（9）工作时，传动箱（6）带动第三发条储能器（10）进行充能，重复步骤6）的操作过程进行能量回收。