[发明专利]一种组合式永磁同步电机直驱的顶部驱动石油钻机

说明书

本发明公开一种组合式永磁同步电机直驱的顶部驱动石油钻机，包括井架及导轨，所述井架的顶部设有用于带动游动滑车沿所述导轨上下滑动的绞车，所述游动滑车上设有钻机，所述钻机包括进水装置、由固定在游动滑车上的永磁同步电机直接驱动的钻杆、用于固定钻杆顶部的钻杆固定装置，所述永磁同步电机包括相对设置的转子组件及定子组件，所述转子组件包括转子基座以及绕钻杆轴线布置在所述转子基座上的永磁体；所述定子组件由至少两个呈扇形块结构的定子单元组合而成，所述定子单元包括定子铁芯及缠绕在所述定子铁芯上的定子绕组；所述钻杆与所述转子组件通过平键连接。本发明的石油钻机结构简单、体积小、传动扭矩大、传动效率高、能耗低。

技术领域

本发明属于钻井装置技术领域，具体涉及一种组合式永磁同步电机直驱的顶部驱动石油钻机。

背景技术

目前，现有钻机一直沿用转盘式结构，由转盘驱动方钻杆和钻具、钻头旋转进行钻井作业，随着钻井装备技术的不断发展，十九世纪八十年代，由美国研制出一种在井架空间的上部直接驱动钻具、钻头实施钻井作业的顶部驱动式钻机(以下简称顶驱钻机或顶驱)。

顶驱钻机是当今石油钻井的重大前沿技术装备，已经成为深井、复杂井施工的必选装备之一，在海外钻井工程的投标中，是否配备顶驱钻机成了能否中标的重要条件之一。当前，现代顶驱钻机通过N级机械减速器，使顶驱钻机主轴直接驱动钻具、钻头实施钻井作业。上述顶驱钻机通常采用定轴、单速、两级机械减速器，其主要技术缺憾在于：体积大，质量重；驱动电机轴与钻机主轴非同心装配，从而使顶驱吊挂不平衡，需加配重与装复杂的液压平衡装置。所以探索、解决顶驱传动技术是涉及全面提升动力性、降低电耗、提高钻机效率的关键技术，也是钻井科研领域亟待解决的重大课题。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种组合式永磁同步电机直驱的顶部驱动石油钻机，所述石油钻机结构简单、体积小、传动扭矩大、传动效率高、能耗低。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种组合式永磁同步电机直驱的顶部驱动石油钻机，包括固定在钻井平台上的井架及竖直导轨，所述井架的顶部设有用于带动游动滑车沿所述导轨上下滑动的绞车，所述游动滑车上设有钻机，所述钻机包括从上到下依次设置的进水装置、钻杆固定装置及钻杆，所述钻杆由固定在所述游动滑车上的永磁同步电机直接驱动，所述永磁同步电机包括相对设置的转子组件及定子组件，所述转子组件包括转子基座以及绕所述钻杆轴线均匀布置在所述转子基座上的永磁体；所述定子组件由至少两个呈扇形块结构的定子单元组合而成，所述定子单元包括定子铁芯及缠绕在所述定子铁芯上的定子绕组；所述钻杆固定装置中设有用于固定所述钻杆顶部的轴承，所述轴承的顶部设有端盖；所述钻杆与所述转子组件之间通过平键连接。

从井架上部空间通过所述永磁同步电机直接驱动并旋转所述钻杆，沿专用导轨向下送进，完成钻杆旋转钻进。所述永磁同步电机可以在所述钻杆的轴向和/或径向上提供旋转磁场，传动扭矩大，使得所述钻杆旋转过程中的传动效率高、能耗低。所述定子基座的两端可拆卸连接有轴承座，所述钻杆通过第二轴承固定在所述轴承座上，所述轴承座上设有用于固定所述第二轴承的第二端盖；所述轴承座上设有用于固定所述第二端盖的止口，所述第二端盖上设有用于定位所述第二轴承的顶环。所述定子组件可以是由两个呈扇形块结构的定子单元组合而成，所述扇形块的定子单元相对所述钻杆轴线对称设置。所述定子组件也可以是由首尾相拼接的n(n＞2)个扇形块定子单元围成的环形结构，还可以是由首尾不相接绕所述钻杆轴线沿圆周方向均匀布置的n(n＞2)个扇形块结构的定子单元组合而成。当其中某一个定子单元损坏，则单独更换其中一个定子单元即可，从而更便于设备的维修与护理。