修井起重机电力传动系统控制技术的研究

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1、沈阳理工大学硕士学位论文第2章修井起重机电力传动系统分析2.1修井起重机的介绍随着我国石油工业的飞速发展，修井作业规模的发展壮大，修井使用的作业机已经从80年代引进和消化国外的修井机技术，到现在我国能够自行研发适用于各种环境下进行修井作业的修井机，如南阳机械厂已经研制成功的XJ20,XJ30,XJ40,XJ80,XJ100,XJ120系列产品，其中包括适用海上开发石油的海洋修井机，适用于沙漠开发石油的沙漠修井机；第四石油机械厂在原有修井机技术和国外先进技术的基础上研制成功的新型XJ650型修井机，都已经可以满足我国石油的开发的需要。修井起重机

2、主要有以下八大组成部分组成，结构如图2.1所示：［1］起升系统：由绞车、井架、天车、游车大钩及钢丝绳等组成。［2］动力设备：动力设备是由两台异步电机组成,为钻机的正常运转提供动力。［3］传动系统：动力机与工作机中间的各种传动设备部件。传动方式一般是机械、电、气、液等联合使用。大部分转盘修井机目前是机械传动为主,其他传动为辅的联合传动。［4］旋转系统：由转盘、水龙头、和井下钻具等组成。［5］循环系统：由修井泵、地面管汇、立管、水龙带、修井液净化设备及井下钻具等组成。［6］控制系统：目前的修井机多以机械、电、气、液联合控制。机械控制设备有手柄、踏

3、板、操纵杆等;气（液）动控制设备有气（液）元件、工作缸等;电控制设备有基本元件电阻器、继电器、微型控制器等。［7］修井机底座：修井机底座主要由钻台底座、机泵底座以及主要辅助设备底座组成。［8］辅助设备：供电、供气、供水、供油防喷防火设施及各种仪表等以满足安全、环保的要求。-4-第2章修井起重机电力传动系统分析图2.1修井起重机结构图Fig.2.1ThestructureofWorkoverCrane2.1修井起重机电力传动系统的设计要求辽河油田井深约3000米左右，抽油管每9米一段，油管总重量达120吨，异步电动机最大钩载能力为1350KN，

4、最高车速达到45Km/h；绞车的主滚筒功率达到600hp,最高转速达到550r/min。要求修井起重机起升和下放抽油管时运行速度要平稳、小扰动，设计的电力传动系统要易于工作人员的简单操作，并能实时的检测到系统运行时的各个设备的工作数据。具体的工艺要求如下：1)起升系统数据的监控。包括绞车的运行速度，游车大钩的钩载力，钢丝绳的张力。2)传动系统数据的监控。包括传动比系数，输入转速，变速箱档位；液力变矩器转数比、泵轮转矩系数、变矩系数。3)控制系统参数监控。包括变频器输出频率的变化、异步电机输出转矩的变化、钢缆运行速度报警值、钢缆安全运行速度、抽

5、油管提升和下放行程等。4)修井起重机的绞车运动方向控制。滚筒在异步电机动力驱动下，提升时正转提升钢缆，根据抽油管的重量调整变速箱变速档位，重量越大档位越低；下放时滚筒离合器分离，在载荷重力作用下，异步电机反转下放钢缆，变速箱的档位-5-沈阳理工大学硕士学位论文设为空挡。5)修井起重机的制动是通过调节液压刹车系统阀门的开度，利用输出的液压来控制修井起重机制动力矩。6)系统能很好的实现变频器启动信号和制动器抱闸信号的顺序控制和软切换。7)系统在起吊抽油杆做上升和下放反复运动时，能对抽油杆实现很好的抱闸动作，避免出现溜钩现象。8)辅助设施的控制：包

6、括蜂鸣、照明电路、液压系统油泵离合器等。9)三相异步电机的启动和停止。改进修井起重机的动力机构，将柴油机替换为三相异步电机，增设开关分别对三相异步电机的启动和停止进行控制。10)修井起重机提升和下放作业过程中，要严格控制修井起重机以恒定速度运行。11)抽油管在井口自停。抽油管被提升到井口后，通过传感器脉冲信号传递给可编程控制器进而控制液压刹车系统实行抱闸制动。12)手动、自动操作切换。使用两档开关进行选择，选择手动档后系统自动解除自动模式；选择自动档时，确认“自动运行”设置后系统开始自动运行。13)电气设备与PLC、上位机要求通过局域网设置连

7、接。14)设计上位机监控界面，方便操作人员可以查看和控制系统的运行状况。15)紧急停车。所有处在运行状态的电气设备都自动断电。同时喇叭自动鸣响10秒。2.1修井起重机电力传动系统的结构及原理修井起重机的整体系统按功能分为传动控制系统、电气控制系统、液压刹车装置、起升装置等，如图2.2所示。其中电气控制系统是核心，它负责下达控制指令调节其他系统的运行状态和运行速度，同时液压刹车装置负责传动系统和起升装置急停和抱闸指令的，一旦系统在传动过程中出现紧急状况，电气控制系统将命令液压刹车装置紧急执行停车任务。-6-第2章修井起重机电力传动系统分析图2.

8、2修井起重机系统结构图Fig.2.2ThestructureofWorkoverCrane’ssystem2.1修井起重机电控系统结构及原理在图2.3中，电控系统是