+

RU2553793C2 - Direct drive hoist with constant magnets - Google Patents

Direct drive hoist with constant magnets Download PDF

Info

Publication number
RU2553793C2
RU2553793C2 RU2012131406/03A RU2012131406A RU2553793C2 RU 2553793 C2 RU2553793 C2 RU 2553793C2 RU 2012131406/03 A RU2012131406/03 A RU 2012131406/03A RU 2012131406 A RU2012131406 A RU 2012131406A RU 2553793 C2 RU2553793 C2 RU 2553793C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
shaft
rotor
drum
stator
electric motor
Prior art date
Application number
RU2012131406/03A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2012131406A (en
Inventor
Кевин Р. Уилльямс
Original Assignee
Кевин Р. Уилльямс
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from US12/643,439 external-priority patent/US8672059B2/en
Application filed by Кевин Р. Уилльямс filed Critical Кевин Р. Уилльямс
Publication of RU2012131406A publication Critical patent/RU2012131406A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2553793C2 publication Critical patent/RU2553793C2/en

Links

Images

Classifications

    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21BEARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B19/00Handling rods, casings, tubes or the like outside the borehole, e.g. in the derrick; Apparatus for feeding the rods or cables
    • E21B19/008Winding units, specially adapted for drilling operations
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66DCAPSTANS; WINCHES; TACKLES, e.g. PULLEY BLOCKS; HOISTS
    • B66D1/00Rope, cable, or chain winding mechanisms; Capstans
    • B66D1/02Driving gear
    • B66D1/12Driving gear incorporating electric motors
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/10Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters
    • H02K7/1004Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters with pulleys

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)
  • Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)

Abstract

FIELD: transport.
SUBSTANCE: set of inventions relates to direct drive hoist and to drilling rig. The direct drive hoist contains electric motor with constant magnets, shaft passing from the mentioned motor so that the motor directly rotates the shaft, and drum connected to the shaft at a distance from the motor so that shaft rotation causes corresponding drum rotation, herewith, the mentioned motor contains housing, stator located in the housing and rotor interacting with the stator, herewith, the rotor is connected to or interconnected with the shaft, herewith, the rotor has drive plate connected to it. And the shaft is directly attached to drive plate. Drilling rig includes rig, pulley supported by the rig, wire rope passing through the pulley and having an end passing downwards from the pulley, casing block connected with wire rope end, drum located adjacent to lower part of the rig where the wire rope passes around the drum, shaft attached to the drum and passing outwards from it, and electric motor with constant magnets which motor accepts the shaft inside itself and is intended to impart rotational force to the shaft to rotate drum in order to wind or unwind wire rope where the mentioned motor contains housing, stator located in the mentioned housing and rotor interacting with the stator where the shaft is attached to or interconnected with the shaft, herewith, the stator has multiple windings mutually spaced on the inner surface of the stator, herewith, the rotor is ring-shaped element and has multiple constant magnets mutually spaced along rotor peripheral, herewith, the rotor has drive plate attached to it, herewith, the shaft is directly attached to the drive plate.
EFFECT: decrease in weight and energy consumption, increase in energy efficiency and specific power.
15 cl, 7 dwg

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИFIELD OF TECHNOLOGY

Настоящее изобретение относится к нефтепромысловому оборудованию. Более конкретно, настоящее изобретение относится к лебедке, используемой в добыче и производстве нефти и газа. Более конкретно, настоящее изобретение относится к лебедке, имеющей электродвигатель с постоянными магнитами.The present invention relates to oilfield equipment. More specifically, the present invention relates to a winch used in the extraction and production of oil and gas. More specifically, the present invention relates to a winch having a permanent magnet motor.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND

Лебедка является общим элементом нефтепромыслового оборудования, которое используется в добыче и производстве нефти и газа. Лебедка обычно установлена вблизи буровой вышки. Общая функция лебедки заключается в подъеме и опускании бурильной трубы и обсадной трубы из и в ствол скважины. Лебедка может называться подъемным устройством или катушкой. Существует множество различных размеров лебедок, которые используются для лебедок в буровой и горнодобывающей промышленности. Размеры лебедок отражены в номинальных нагрузках для таких лебедок. Эти лебедки совместно используют аналогичные режимы работы и аналогичное оборудование.A winch is a common element of oilfield equipment that is used in the extraction and production of oil and gas. A winch is usually installed near the rig. The overall function of a winch is to raise and lower the drill pipe and casing from and into the wellbore. A winch may be called a lifting device or reel. There are many different sizes of winches that are used for winches in the drilling and mining industries. The dimensions of the winches are reflected in the rated loads for such winches. These winches share similar operating modes and similar equipment.

Лебедки используются для подъема и опускания грузов, таких как бурильная труба, при вставке в и извлечении бурильной трубы из открытой скважины. Извлечение трубы может требовать извлечения более 30000 футов трубы, для того чтобы сменить буровые коронки или инструменты во время буровых работ. Во время обычных работ по бурению нефтяных скважин бурильная труба часто поднимается и опускается множество раз.Winches are used to raise and lower loads, such as a drill pipe, when inserting into and removing a drill pipe from an open well. Pipe removal may require the extraction of more than 30,000 feet of pipe in order to change drill bits or tools during drilling operations. During normal oil drilling operations, a drill pipe often rises and falls many times.

Во время горных работ аналогичное оборудование используется при подъеме угля, вскрышных пород, песка и гравия, фосфатов и других минералов. Существуют всего несколько обычных работ, в которых используются лебедки. При горных работах бадья часто опускается для осуществления загрузки бадьи породой. После загрузки бадьи, лебедки используются для того, чтобы поднять загруженную бадью на уровень, где бадья разгружается в месте над землей.During mining operations, similar equipment is used when lifting coal, overburden, sand and gravel, phosphates and other minerals. There are just a few common jobs that use winches. In mining operations, the tub is often lowered to load the tub with the rock. After loading the tub, the winches are used to raise the loaded tub to a level where the tub is unloaded in a place above the ground.

Фиг.1 показывает традиционную буровую вышку 10, которая использует известную лебедку 26. Лебедка 26 установлена на буровой площадке 12 внутри внутренней части нефтяной вышки 11. Лебедка 26 имеет проволочный трос 24, проходящий вокруг шкива 25, для того чтобы поднимать из и опускать в бурильную трубу 14 и ствол 16 скважины. Шкив 25 также называется кронблоком. Ствол 16 скважины образован в земле 15. Бурильная труба 14 может являться бурильной колонной, которая представляет собой множество бурильных труб, проходящих внутри ствола 16 скважины в земле 15. Отдельная бурильная труба 14 соединена с бурильной колонной резьбовым соединением 17. Участки бурильной колонны могут иметь стабилизирующие участки, которые включают в себя стабилизирующие элементы 18, которые проходят по спирали вдоль внешней поверхности трубы 14, для того чтобы зацеплять стенку ствола 16 скважины таким образом, чтобы центрировать трубу 14 в нем.Figure 1 shows a traditional oil rig 10, which uses the well-known winch 26. The winch 26 is installed on the drilling site 12 inside the oil rig 11. The winch 26 has a wire cable 24 extending around the pulley 25 in order to raise from and lower into the drill pipe 14 and wellbore 16. Pulley 25 is also called crown block. The borehole 16 is formed in the ground 15. The drill pipe 14 may be a drill string, which is a plurality of drill pipes extending inside the bore 16 of the well in the earth 15. A separate drill pipe 14 is connected to the drill string by a threaded joint 17. The drill string sections may have stabilizing portions that include stabilizing elements 18 that spiral along the outer surface of the pipe 14 in order to engage the wall of the wellbore 16 so as to center the pipes 14 in it.

Лебедка 26 травит и выбирает проволочный трос 24 через шкив 25, который установлен на нефтяной вышке 11, для того чтобы поднимать и опускать буровой агрегат 19, который удерживает бурильную трубу 14. Трос 24 присоединен к подвижному блоку 23. Подвижный блок 23 подвешен и перемещается вверх и вниз тросом 24, который травится и выбирается лебедкой 26. Подвижный блок 23 присоединен к буровому агрегату 19. Буровой агрегат 19 имеет вертлюг 22 на его верхнем конце, в котором буровой раствор вводится в бурильную трубу 14 и которым буровой агрегат 19 подвешен к подвижному блоку 23. Буровой агрегат 19, трубный манипулятор 21 и соответствующие соединительные элементы перемещаются вертикально вдоль оси 20. Вертикальное перемещение направляется двумя вертикальными направляющими рельсами или дорожками 27, которые жестко прикреплены к вышке 11. Буровой агрегат 19 прикреплен к салазкам 28. Салазки 28 имеют ролики, которые зацеплены с рельсами 27. Рельсы 27 направляют салазки 28 для вертикального перемещения вверх и вниз вдоль рельс 27, параллельно вертикальной оси 20. Бурильная труба 14 вставляется в и удаляется из ствола 16 скважины через устье 13 скважины.The winch 26 poisons and selects the wire rope 24 through the pulley 25, which is mounted on the oil rig 11, in order to raise and lower the drilling unit 19, which holds the drill pipe 14. The cable 24 is attached to the movable block 23. The movable block 23 is suspended and moves up and down with a cable 24, which is etched and selected by the winch 26. The mobile unit 23 is connected to the drilling unit 19. The drilling unit 19 has a swivel 22 at its upper end, in which the drilling fluid is introduced into the drill pipe 14 and by which the drilling unit 19 is suspended from block 23. The drilling unit 19, the pipe manipulator 21 and the corresponding connecting elements are moved vertically along the axis 20. The vertical movement is guided by two vertical guide rails or tracks 27 that are rigidly attached to the tower 11. The drilling unit 19 is attached to the slide 28. The slide 28 rollers that are engaged with the rails 27. The rails 27 guide the slide 28 for vertical movement up and down along the rail 27, parallel to the vertical axis 20. The drill pipe 14 is inserted into and removed from the barrel 16 wells through the mouth of 13 wells.

Лебедка 26 обычно имеет полый барабан, вал, который соединяет барабан с электродвигателем, привод, расположенный между электродвигателем и барабаном, и тормозную систему для замедления вращения барабана. Лебедка 26 установлена на площадке 12 буровой вышки 10. Продольная ось барабана и вала параллельна буровой площадке 12. Обычные электродвигатели, используемые на лебедках 26, являются электродвигателями переменного тока, электродвигателями постоянного тока и дизельными двигателями внутреннего сгорания. Мощность обычно передается от электродвигателя валу механизмом цепного привода или механизмом зубчатого привода. Тормозная система может использовать множество технологий для торможения барабана. Тормозная система может использовать дисковые тормоза, ленточные тормоза, тормоза с водяным охлаждением или электрические тормоза. По мере того как трос 24 выбирается лебедкой 26, трос 24 наматывается на барабан лебедки 26. Наматывание троса 24 на лебедку 26 аналогично наматыванию нити на катушку.Winch 26 usually has a hollow drum, a shaft that connects the drum to the electric motor, a drive located between the electric motor and the drum, and a brake system to slow down the rotation of the drum. The winch 26 is installed on the platform 12 of the oil rig 10. The longitudinal axis of the drum and shaft is parallel to the drilling site 12. The conventional electric motors used on the winch 26 are AC electric motors, DC electric motors and diesel internal combustion engines. Power is usually transmitted from the electric motor to the shaft by a chain drive mechanism or a gear drive mechanism. The brake system can use many technologies to brake the drum. The braking system may use disc brakes, belt brakes, water-cooled brakes or electric brakes. As the cable 24 is selected by the winch 26, the cable 24 is wound on the drum of the winch 26. Winding the cable 24 on the winch 26 is similar to winding the thread on a spool.

Использование привода вызывает множество проблем, часто связанных с обычными лебедками. Привод дорогостоящ, увеличивает вес лебедки и требует периодического ремонта. Техническое обслуживание привода может быть дорогостоящим особенно в случае полного отказа привода. Мощность также теряется при использовании привода вследствие сил трения, неустранимых при использовании приводов. Обычные лебедки 26 также потребляют большое количество энергии для изменения направления вращения лебедки 26. Таким образом, имеется потребность в простой конструкции лебедки, которая легче, проще в обслуживании, потребляет меньше энергии и более энергоэффективна.Using a drive causes many problems, often associated with conventional winches. The drive is expensive, increases the weight of the winch and requires periodic repair. Maintenance of the drive can be expensive especially in the event of a complete drive failure. Power is also lost when using the drive due to frictional forces that cannot be eliminated when using the drives. Conventional winches 26 also consume large amounts of energy to change the direction of rotation of the winch 26. Thus, there is a need for a simple winch design that is lighter, easier to maintain, consumes less energy and more energy efficient.

В прошлом были выданы различные патенты, касающиеся лебедок. Например, патент США №6182945 от 6 февраля 2001 г. раскрывает полностью дублирующую лебедку с двумя полными и полностью независимыми системами для управления и питания барабана и вала барабана лебедки. Каждая система имеет по меньшей мере один источник питания, механический привод и соединительную муфту, присоединенную к источнику питания и приводу и валу барабана. Каждая система имеет тормозную систему, такую как дисковые тормоза, ленточные тормоза, электрические тормоза или тормоза с водяным охлаждением. В случае, когда любой компонент одной системы отказывает, полностью дублирующая лебедка имеет возможность поднять бурильную трубу из ствола скважины, для того чтобы исключить риск "заклинивания" бурильной трубы.Various patents related to winches have been granted in the past. For example, US Patent No. 6182945 dated February 6, 2001 discloses a fully redundant winch with two complete and completely independent systems for controlling and powering the drum and shaft of the winch drum. Each system has at least one power source, a mechanical drive, and a coupler coupled to the power source and the drum drive and shaft. Each system has a braking system, such as disc brakes, belt brakes, electric brakes or water-cooled brakes. In the event that any component of one system fails, a fully duplicating winch has the ability to lift the drill pipe from the wellbore in order to eliminate the risk of a "jamming" of the drill pipe.

Патент США №4226311 от 7 октября 1980 г. раскрывает дисковое тормозное устройство, выполненное с возможностью установки совместно с лебедкой для работ по бурению ствола скважины. Устройство автоматически распознает любой случай обратного крутящего момента в бурильной трубе и быстро включает тормоз для предотвращения передачи любого обратного крутящего момента на ее зажимное устройство роторного стола установки.US patent No. 4226311 of October 7, 1980 discloses a disc braking device configured to be installed in conjunction with a winch for drilling a wellbore. The device automatically recognizes any case of reverse torque in the drill pipe and quickly activates the brake to prevent any reverse torque from being transmitted to its clamping device on the rotary table of the installation.

Патент США №3653636 от 4 апреля 1972 г. раскрывает реверсивный гидромотор и систему гидравлических коллекторов высокого/низкого давления, которые используются для уравновешивания веса бурильной колонны или другого бурового оборудования, подвешенного к тросу, намотанному на лебедку, расположенную на плавучем основании. Датчик веса контролирует выходной крутящий момент и направление выходного привода гидромотора. При перемещении плавучего основания вниз гидравлическая текучая среда высокого давления из аккумулятора перемещается через гидромотор в коллектор гидравлической текучей среды низкого давления, чтобы обеспечить увеличенный крутящий момент лебедке, по мере того как лебедка наматывает проволочный трос. При перемещении плавучего основания вверх гидромотор реверсирует, для того чтобы перемещать текучую среду низкого давления из коллектора низкого давления в аккумулятор высокого давления. Это уменьшает крутящий момент и изменяет направление лебедки, по мере того как лебедка травит трос.US patent No. 3653636 of April 4, 1972 discloses a reversible hydraulic motor and a system of high / low pressure hydraulic manifolds that are used to balance the weight of a drill string or other drilling equipment suspended from a cable wound on a winch located on a floating base. The weight sensor monitors the output torque and direction of the output drive of the hydraulic motor. As the floating base moves down, the high pressure hydraulic fluid from the accumulator moves through the hydraulic motor to the low pressure hydraulic fluid manifold to provide increased winch torque as the winch wraps a wire rope. When the floating base is moved up, the hydraulic motor reverses in order to move the low pressure fluid from the low pressure manifold to the high pressure accumulator. This reduces torque and changes the direction of the winch as the winch poisons the cable.

Публикация заявки на патент США №2008/0116432 от 22 мая 2008 г. раскрывает катушку, которая включает в себя электродвигатель, имеющий неподвижный статор и цилиндрический ротор, который вращается вокруг статора. Барабан прикреплен к ротору и поддерживает трос, который наматывается или сматывается катушкой. Катушка может являться лебедкой для буровой вышки. Электродвигатель может являться электродвигателем с постоянными магнитами. Несущий механизм расположен между статором электродвигателя и ротором электродвигателя.U.S. Patent Application Publication No. 2008/0116432 of May 22, 2008 discloses a coil that includes an electric motor having a fixed stator and a cylindrical rotor that rotates around the stator. The drum is attached to the rotor and supports the cable, which is wound or reeled up by a reel. The coil may be a winch for a derrick. The electric motor may be a permanent magnet electric motor. The supporting mechanism is located between the stator of the electric motor and the rotor of the electric motor.

Патент США №3211803 раскрывает электропривод, питаемый от генератора, для лебедки, который имеет лебедку, электродвигатели, приводное соединение между электродвигателями и лебедкой, генератор, электрическое соединение генератора и электродвигателей для подачи электроэнергии к электродвигателям, двигатель и соединение между двигателем и генератором для подачи мощности к генератору. Электродвигатели имеют общую потребляемую мощность, которая, по существу, превышает выходную мощность двигателя, в результате чего крутящий момент, доступный для приведения в движение лебедки, по существу больше, чем был бы доступен от электродвигателей, имеющих общую потребляемую мощность, равную выходной мощности двигателя.US patent No. 3211803 discloses an electric drive powered by a generator for a winch that has a winch, electric motors, a drive connection between electric motors and a winch, a generator, an electrical connection of a generator and electric motors for supplying electric power to electric motors, a motor and a connection between the engine and a generator for supplying power to the generator. Electric motors have a total power consumption that substantially exceeds the engine power output, resulting in a torque available for driving the winch that is substantially greater than would be available from electric motors having a total power consumption equal to the engine power output.

Патент США №4438904 от 27 марта 1984 г. раскрывает лебедку, которая имеет буровую платформу, поддерживающую лебедку, вал канатного барабана, поворотно поддерживающий канатный барабан между двумя вертикальными опорными элементами, входной вал, приводной механизм для вращения входного вала, звездочку цепной передачи и цепной привод с муфтой переключения для вращения вала барабана и канатного барабана с любой из множества скоростей в ответ на вращения входного вала, и регулятор, расположенный снаружи одного из опорных элементов. Вал барабана имеет удлинение за пределы одного из опорных элементов. Один внешний тормоз прикреплен к удлинению вала барабана.U.S. Patent No. 4,438,904 of March 27, 1984 discloses a winch that has a drilling platform supporting the winch, a cable drum shaft rotatably supporting the cable drum between two vertical support members, an input shaft, a drive mechanism for rotating the input shaft, a chain sprocket and a chain sprocket an actuator with a switching clutch for rotating the drum shaft and the cable drum at any of a variety of speeds in response to the rotation of the input shaft, and a controller located outside one of the supporting elements. The drum shaft has an extension beyond one of the supporting elements. One external brake is attached to the drum shaft extension.

Патент США №6029951 от 29 февраля 2000 г. раскрывает систему и способ использования лебедки, в котором лебедка имеет выполненный с возможностью вращения барабан, на который намотан трос. Лебедка и трос используются для облегчения перемещения груза, подвешенного к тросу. Система управления лебедкой контролирует и управляет лебедкой. Тормозное устройство присоединено к выполненному с возможностью вращения барабану для ограничения вращения выполненного с возможностью вращения барабана. Электрический двигатель присоединен к выполненному с возможностью вращения барабану для приведения в движение выполненного с возможностью вращения барабана. Система управления лебедкой обеспечивает сигнал, который представляет собой вычисленное значение крутящего момента электрического двигателя, в результате чего создается предварительный крутящий момент в электрическом двигателе в ответ на сигнал. Управление вращением выполненного с возможностью вращения барабана передается от тормозного устройства электрическому двигателю, когда значение предварительного крутящего момента электрического двигателя, по существу, равно вычисленному значению крутящего момента.US patent No. 6029951 of February 29, 2000 discloses a system and method for using a winch, in which the winch has a rotatable drum on which the cable is wound. A winch and cable are used to facilitate the movement of cargo suspended from the cable. The winch control system controls and controls the winch. The brake device is attached to a rotatable drum to limit rotation of the rotatable drum. An electric motor is attached to a rotatable drum for driving a rotatable drum. The winch control system provides a signal that is the calculated value of the torque of the electric motor, resulting in a preliminary torque in the electric motor in response to the signal. The rotation control of the rotatably rotated drum is transmitted from the brake device to the electric motor when the pre-torque value of the electric motor is substantially equal to the calculated torque value.

Патент США №4046355 от 6 сентября 1977 г. раскрывает регулирующее устройство для использования с лебедкой в сборе, которая имеет деталь, подвешенную к тросу и натягивающую его. Один конец троса намотан на барабан. Вращение троса регулируется механическим тормозом. Регулирующее устройство имеет датчик натяжения троса, который формирует сигнал о натяжении, пропорциональный натяжению троса. Импульсный генератор создает импульсный управляющий сигнал. Блок управления торможением подает сигнал о натяжении к механическому тормозу в ответ на управляющий сигнал.US patent No. 4046355 of September 6, 1977 discloses a control device for use with an assembled winch, which has a part suspended from the cable and pulling it. One end of the cable is wound on a drum. The rotation of the cable is regulated by a mechanical brake. The control device has a cable tension sensor, which generates a tension signal proportional to the cable tension. The pulse generator generates a pulse control signal. The brake control unit provides a tension signal to the mechanical brake in response to a control signal.

Патентная заявка США №60/726077, поданная 13 октября 2005 г. настоящим изобретателем, раскрывает лебедку для буровых и горных работ. Лебедка имеет барабан проволочного троса, который приводится в движение по меньшей мере одним электродвигателем переменного тока. Приводной вал соединяет тормоз с барабаном проволочного троса. Двигатель приводится в действие от источника питания. Лебедка имеет маховичную систему, которая аккумулирует энергию при торможении вращения барабана проволочного троса лебедки. Энергия, аккумулируемая в маховике, используется для начала другого вращения барабана проволочного троса.U.S. Patent Application No. 60/726077, filed October 13, 2005 by the present inventor, discloses a winch for drilling and mining operations. The winch has a wire rope drum that is driven by at least one AC motor. A drive shaft connects the brake to the wire rope drum. The engine is powered by a power source. The winch has a flywheel system that accumulates energy when braking the rotation of the drum of the winch wire rope. The energy stored in the flywheel is used to start another rotation of the wire rope drum.

Целью настоящего изобретения является создание лебедки прямого привода.An object of the present invention is to provide a direct drive winch.

Другой целью настоящего изобретения является создание лебедки, которая не требует механизма переключения.Another objective of the present invention is to provide a winch that does not require a gear mechanism.

Другой целью настоящего изобретения является создание лебедки, которая имеет очень высокую удельную мощность.Another objective of the present invention is to provide a winch that has a very high power density.

Другой целью настоящего изобретения является создание лебедки, которая имеет относительно малый вес.Another objective of the present invention is to provide a winch that has a relatively low weight.

Еще одной целью настоящего изобретения является создание лебедки, которая может быть легко транспортирована по традиционным дорожным сетям.Another objective of the present invention is the creation of a winch, which can be easily transported on traditional road networks.

Другой целью настоящего изобретения является создание лебедки, которая имеет наименьшие требования к сборке на нефтяном месторождении.Another objective of the present invention is to provide a winch that has the least assembly requirements in an oil field.

Другой целью настоящего изобретения является создание лебедки, которая легко заменима на нефтяном месторождении.Another objective of the present invention is to provide a winch that is easily interchangeable in an oil field.

Еще одной целью настоящего изобретения является создание лебедки, которая имеет пониженные инерционные влияния.Another objective of the present invention is the creation of a winch, which has reduced inertial effects.

Другой целью настоящего изобретения является создание лебедки, которая снижает эксплуатационные и ремонтные затраты.Another objective of the present invention is the creation of a winch, which reduces maintenance and repair costs.

Эти и другие цели и преимущества настоящего изобретения станут понятны из сопровождающего описания и прилагаемой формулы изобретения.These and other objects and advantages of the present invention will become apparent from the accompanying description and the appended claims.

КРАТКАЯ СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

В настоящем изобретении предложена лебедка прямого привода с постоянными магнитами, содержащая электродвигатель с постоянными магнитами, гнездо подшипника, присоединенное к электродвигателю, вал, присоединенный к электродвигателю и проходящий через гнездо подшипника, и барабан, присоединенный к концу вала, противоположному электродвигателю. Тормозная система расположена на стороне барабана, противоположной электродвигателю.The present invention provides a permanent magnet direct drive winch comprising a permanent magnet motor, a bearing seat coupled to an electric motor, a shaft coupled to the electric motor and passing through the bearing housing, and a drum connected to an end of the shaft opposite to the electric motor. The brake system is located on the side of the drum, opposite the electric motor.

Электродвигатель с постоянными магнитами содержит корпус, статор, расположенный внутри корпуса, и ротор, взаимодействующий со статором и расположенный в статоре внутри корпуса. Ротор выполнен с возможностью соединения с валом, так чтобы вращательное движение, сообщаемое электродвигателем, непосредственно сообщалось валу и соответственно лебедке.The permanent magnet electric motor comprises a housing, a stator located inside the housing, and a rotor interacting with the stator and located in the stator inside the housing. The rotor is made to be connected to the shaft, so that the rotational movement imparted by the electric motor is directly communicated to the shaft and, accordingly, to the winch.

Корпус содержит внутреннюю камеру, окруженную стенкой. Статор расположен смежно со стенкой корпуса. Статор имеет множество обмоток, проходящих вокруг него. Обмотки расположены на расстоянии друг от друга по внутренней поверхности статора. Обмотки проходят радиально внутрь из стенки корпуса. Подходящие каналы для воздуха выполнены в корпусе для улучшения охлаждающего действия воздухообмена со статором.The housing contains an inner chamber surrounded by a wall. The stator is adjacent to the wall of the housing. The stator has many windings passing around it. The windings are located at a distance from each other on the inner surface of the stator. The windings extend radially inward from the housing wall. Suitable air channels are made in the housing to improve the cooling effect of air exchange with the stator.

Ротор расположен внутри статора. Ротор является кольцевым элементом. Постоянные магниты расположены на расстоянии друг от друга по периферии ротора. Постоянные магниты взаимодействуют с обмотками для обеспечения отталкивания параллельных проводников с противонаправленными токами электродвигателя с постоянными магнитами. Ведущий диск прикреплен к ротору. Ведущий диск имеет внутреннее отверстие, образованное для зацепления шлица вала. Ведущий диск ротора принимает вал. По существу, когда вращательные усилия сообщаются ротору, вращательные усилия непосредственно сообщаются валу и лебедке. По существу, настоящим изобретением обеспечивается непосредственное вращение вала без необходимости в механизмах переключения или системах привода.The rotor is located inside the stator. The rotor is an annular element. Permanent magnets are located at a distance from each other on the periphery of the rotor. Permanent magnets interact with the windings to ensure repulsion of parallel conductors with opposed currents of the permanent magnet motor. The drive disc is attached to the rotor. The drive disk has an inner hole formed to engage the shaft slot. The rotor drive disc receives the shaft. Essentially, when the rotational forces are communicated to the rotor, the rotational forces are directly communicated to the shaft and the winch. Essentially, the present invention provides direct shaft rotation without the need for switching mechanisms or drive systems.

Настоящим изобретением является также буровая вышка. Эта буровая вышка включает в себя вышку, шкив, поддерживаемый вышкой, проволочный трос, проходящий через шкив и имеющий конец, проходящий вниз от него, талевый блок, сопряженный с проволочным тросом, барабан, расположенный смежно с нижней частью вышки и имеющий проволочный трос, проходящий вокруг барабана, вал, присоединенный к барабану и проходящий наружу от него, и электродвигатель с постоянными магнитами, принимающий в себя вал. Электродвигатель предназначен для сообщения вращательного усилия валу для вращения барабана и наматывания или сматывания проволочного троса.The present invention is also a derrick. This drill rig includes a rig, a pulley supported by the rig, a wire rope passing through the pulley and having an end extending downward from it, a tack unit paired with a wire rope, a drum located adjacent to the bottom of the derrick and having a wire rope extending around the drum, a shaft attached to the drum and extending outward from it, and a permanent magnet motor receiving the shaft. The electric motor is designed to communicate rotational forces to the shaft for rotating the drum and winding or reeling the wire rope.

Электродвигатель с постоянными магнитами содержит корпус, статор, расположенный в корпусе, и ротор, взаимодействующий со статором. Ротор присоединен к или взаимосвязан с валом. Статор включает в себя множество обмоток, расположенных на расстоянии друг от друга на внутренней поверхности статора. Ротор является кольцевым элементом, имеющим множество магнитов, расположенных на расстоянии друг от друга по периферии ротора. Ротор имеет ведущий диск, прикрепленный к нему. Вал непосредственно присоединен к ведущему диску. Гнездо подшипника присоединено к электродвигателю с постоянными магнитами. Вал проходит через и поворотно поддерживается гнездом подшипника. Средство торможения принимает в себя вал. Это средство торможения служит для прикладывания усилия к валу для создания сопротивления вращательному движению вала.The permanent magnet electric motor comprises a housing, a stator located in the housing, and a rotor interacting with the stator. The rotor is attached to or interconnected with the shaft. The stator includes many windings located at a distance from each other on the inner surface of the stator. The rotor is an annular element having many magnets located at a distance from each other along the periphery of the rotor. The rotor has a drive disk attached to it. The shaft is directly attached to the drive disk. The bearing housing is connected to a permanent magnet motor. The shaft passes through and is pivotally supported by the bearing housing. The braking means takes the shaft. This braking means is used to apply force to the shaft to create resistance to the rotational movement of the shaft.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Фиг.1 показывает вид сбоку буровой вышки, использующей известную лебедку.Figure 1 shows a side view of a drilling rig using a known winch.

Фиг.2 показывает вид сбоку предпочтительного варианта выполнения лебедки прямого привода с постоянными магнитами настоящего изобретения.Figure 2 shows a side view of a preferred embodiment of a permanent magnet direct drive winch of the present invention.

Фиг.3 показывает вид в перспективе предпочтительного варианта выполнения прямого привода с постоянными магнитами настоящего изобретения.Figure 3 shows a perspective view of a preferred embodiment of a direct permanent magnet drive of the present invention.

Фиг.4 показывает вид в сечении электродвигателя с постоянными магнитами настоящего изобретения.4 shows a cross-sectional view of a permanent magnet electric motor of the present invention.

Фиг.5 показывает вид сверху ведущего диска, связанного с электродвигателем с постоянными магнитами настоящего изобретения.5 shows a top view of a drive disk associated with a permanent magnet motor of the present invention.

Фиг.6 показывает вид в перспективе ротора электродвигателя с постоянными магнитами настоящего изобретения.6 shows a perspective view of a rotor of a permanent magnet motor of the present invention.

Фиг.7 показывает вид в перспективе статора электродвигателя с постоянными магнитами настоящего изобретения.7 shows a perspective view of a stator of a permanent magnet electric motor of the present invention.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

На фиг.2 показан вид сбоку предпочтительного варианта выполнения лебедки 100 прямого привода с постоянными магнитами настоящего изобретения. Лебедка 100 имеет электродвигатель 40 с постоянными магнитами. Вал 41 присоединен к электродвигателю 40. Гнездо 45 подшипника расположено смежно с электродвигателем 40 и с валом 41. Вал 41 проходит через гнездо 45 подшипника и во внутреннее пространство электродвигателя 40. Барабан 43 прикреплен к концу 47 вала 41, противоположному электродвигателю 40. Проволочный трос 24 намотан на барабан 43. Барабан 43 расположен в раме 53. Рама 53 поддерживает вал 41, для того чтобы удерживать барабан 43 и электродвигатель 40 выше поверхности пола, например буровой площадки 12. Тормозная система 49 расположена на стороне барабана 43, противоположной электродвигателю 40. На фиг.2 тормозная система 49 имеет тормозной диск 51, расположенный смежно с барабаном 43. Тормозная система 49 на фиг.2 имеет водяное охлаждение. Источник 48 питания присоединен к электродвигателю 40 для подвода питания к нему.2 is a side view of a preferred embodiment of the permanent magnet direct drive winch 100 of the present invention. The winch 100 has a permanent magnet electric motor 40. The shaft 41 is connected to the motor 40. The bearing socket 45 is adjacent to the electric motor 40 and the shaft 41. The shaft 41 passes through the bearing socket 45 and into the interior of the electric motor 40. The drum 43 is attached to the end 47 of the shaft 41, opposite the electric motor 40. Wire cable 24 wound around the drum 43. The drum 43 is located in the frame 53. The frame 53 supports the shaft 41 in order to hold the drum 43 and the motor 40 above the floor surface, for example, the drilling platform 12. The brake system 49 is located on the side of the drum 43, prot vopolozhnoy motor 40. Figure 2 brake 49 has a brake disc 51, positioned adjacent the drum 43. The brake system 49 in Figure 2 is water-cooled. A power source 48 is connected to an electric motor 40 for supplying power thereto.

Электродвигатель 40 вращает вал 41, который вращает барабан 43. Вращение барабана 43 вызывает травление или выбирание проволочного троса 24 в зависимости от направления вращения барабана 43. Когда проволочный трос 24 выбирается, проволочный трос 24 наматывается на внешнюю поверхность барабана 43. Продольная ось барабана 43 выровнена с продольной осью вала 41. Продольные оси барабана 43 и вала 41, в общем, параллельны буровой площадке 12.The electric motor 40 rotates the shaft 41, which rotates the drum 43. The rotation of the drum 43 causes etching or selection of the wire rope 24 depending on the direction of rotation of the drum 43. When the wire rope 24 is selected, the wire rope 24 is wound on the outer surface of the drum 43. The longitudinal axis of the drum 43 is aligned with the longitudinal axis of the shaft 41. The longitudinal axis of the drum 43 and the shaft 41, in General, parallel to the drilling site 12.

На фиг.3 показан вид в перспективе лебедки 100 прямого привода с постоянными магнитами настоящего изобретения. Электродвигатель 40 с постоянными магнитами имеет корпус 42. Ротор и статор расположены внутри корпуса 42, как описано более подробно в дальнейшем. Корпус 42 имеет, в общем, цилиндрическую форму. Корпус 42 имеет впускное отверстие 55 и выпускное отверстие 57. Для охлаждения ротора и статора электродвигателя 40 воздух проходит во впускное отверстие 55, циркулирует во внутреннем пространстве корпуса 42 и отводится через выпускное отверстие 57. Кожух 50 прикреплен к верхней поверхности 44 корпуса 42. Диск 51 тормозной системы 49 расположен смежно с барабаном 43 внутри рамы 53. Барабан 43 имеет форму катушки для эффективного хранения тросов большой длины.3 is a perspective view of a permanent magnet direct drive winch 100 of the present invention. The permanent magnet motor 40 has a housing 42. The rotor and stator are located inside the housing 42, as described in more detail below. The housing 42 has a generally cylindrical shape. The housing 42 has an inlet 55 and an outlet 57. To cool the rotor and stator of the electric motor 40, air passes into the inlet 55, circulates in the interior of the housing 42 and is discharged through the outlet 57. The housing 50 is attached to the upper surface 44 of the housing 42. Disk 51 the brake system 49 is adjacent to the drum 43 inside the frame 53. The drum 43 has a coil shape for efficient storage of long cables.

Барабан 43 имеет проволочный трос, намотанный на него. Вращение барабана 43 служит для наматывания и сматывания этого проволочного троса. Проволочный трос проходит из барабана 43 образом, описанным ранее в отношении фиг.1. По существу, вращение барабана 43, вызванное электродвигателем 40, может вызывать наматывание и сматывание проволочного троса для подъема или опускания талевого блока.The drum 43 has a wire rope wound around it. The rotation of the drum 43 is used to wind and reel this wire rope. A wire cable extends from the drum 43 in the manner previously described with respect to FIG. 1. Essentially, the rotation of the drum 43 caused by the electric motor 40 can cause the wire rope to be wound and wound to raise or lower the tackle block.

На фиг.4 показан вид в сечении корпуса 42 электродвигателя 40 с постоянными магнитами. Корпус 42 ограничивает внутреннюю камеру 60. Вал 41 проходит наружу внутреннего пространства 60 корпуса 42 электродвигателя 40. Статор 62 прикреплен к стенке корпуса 42. Статор 62 проходит по кольцевой внутренней поверхности корпуса 42. Ротор 64 расположен в непосредственной близости от статора 62. Ротор 64 имеет множество постоянных магнитов, образованных по его окружности (описано более подробно в дальнейшем). Статор 62 имеет катушки проволоки, расположенные по внутренней поверхности статора 62. Взаимодействие катушек статора 62 и постоянных магнитов ротора 64 обеспечивает крутящий момент электродвигателя 40. Ведущий диск 66 прикреплен к верхней части ротора 64. Вал 41 зацеплен с ведущим диском 66, так чтобы вращательная энергия, сообщаемая ведущему диску 66 ротором 64, сообщалась валу 41. Вал 41 проходит наружу из внутренней камеры 60 корпуса 42. Конец рамы 53 можно видеть расположенной между гнездом 45 подшипника и электродвигателем 40. Таким образом, вал 41 проходит через электродвигатель 40, раму 53 и гнездо 45 подшипника.Figure 4 shows a cross-sectional view of the housing 42 of the permanent magnet motor 40. The housing 42 defines an inner chamber 60. The shaft 41 extends outside the inner space 60 of the housing 42 of the motor 40. The stator 62 is attached to the wall of the housing 42. The stator 62 extends along the annular inner surface of the housing 42. The rotor 64 is located in the immediate vicinity of the stator 62. The rotor 64 has many permanent magnets formed around its circumference (described in more detail below). The stator 62 has wire coils located on the inner surface of the stator 62. The interaction of the stator coils 62 and the permanent magnets of the rotor 64 provides the torque of the electric motor 40. The drive disk 66 is attached to the upper part of the rotor 64. The shaft 41 is engaged with the drive disk 66 so that the rotational energy communicated to the driving disk 66 by the rotor 64 was communicated to the shaft 41. The shaft 41 extends outward from the inner chamber 60 of the housing 42. The end of the frame 53 can be seen located between the bearing housing 45 and the motor 40. Thus, the shaft 41 passes It is driven through an electric motor 40, a frame 53 and a bearing seat 45.

Электродвигатели с постоянными магнитами вращаются вследствие крутящего момента, который вызывается взаимодействием двух магнитных полей. Эти магнитные поля создаются постоянными магнитами, установленными на вращающемся роторе, и магнитным полем, которое индуцируется неподвижными обмотками статора. Крутящий момент является наибольшим, когда магнитный вектор ротора составляет 90° с магнитным вектором статора. В этом положении он заставляет полюса ротора вращаться в направлении поля статора. В бесколлекторном двигателе постоянного тока с питанием от трапецеидального сигнала электрический ток, последовательно чередующийся в двух из трех катушек, создает поле статора. Оставшаяся третья катушка контролирует обратную ЭДС (электродвижущая сила) двух активных катушек. Обратная ЭДС возникает, когда электродвигатель с постоянными магнитами вращается. Каждая обмотка создает напряжение, которое противодействует сетевому напряжению обмоток. Обратная ЭДС зависит от частоты вращения ротора, магнитного поля, которое создают магниты ротора, и количества витков в обмотках статора. Обратная ЭДС электродвигателя обеспечивает обратную связь положения ротора относительно обмоток статора. Электродвигатели с постоянными магнитами, имеющие датчики, обеспечивают аналогичную положительную обратную связь. При синусоидальной коммутации, которую использует синхронный электродвигатель с постоянными магнитами, контур управления приводом одновременно питает три катушки.Permanent magnet motors rotate due to the torque that is caused by the interaction of two magnetic fields. These magnetic fields are created by permanent magnets mounted on a rotating rotor and by a magnetic field that is induced by the fixed stator windings. Torque is greatest when the magnetic vector of the rotor is 90 ° with the magnetic vector of the stator. In this position, it causes the rotor poles to rotate in the direction of the stator field. In a DC brushless motor powered by a trapezoidal signal, an electric current sequentially alternating in two of the three coils creates a stator field. The remaining third coil controls the back emf (electromotive force) of the two active coils. Reverse EMF occurs when the permanent magnet motor rotates. Each winding creates a voltage that counteracts the mains voltage of the windings. The reverse EMF depends on the rotor speed, the magnetic field that the rotor magnets create, and the number of turns in the stator windings. The reverse EMF of the electric motor provides feedback of the position of the rotor relative to the stator windings. Permanent magnet motors with sensors provide similar positive feedback. With sinusoidal switching, which uses a permanent magnet permanent magnet motor, the drive control loop simultaneously feeds three coils.

Электродвигатели с постоянными магнитами были коммерчески доступны с 1990-х годов. Однако электродвигатели с постоянными магнитами не нашли широкого применения вследствие высокой стоимости, связанной с дорогостоящими постоянными магнитами на роторе. Дополнительно, их сложные алгоритмы управления требуют специализированную инженерную экспертизу, а также дополнительные расходы на встроенный процессор. Электродвигатели с постоянными магнитами более эффективны по сравнению с асинхронными электродвигателями переменного тока. Однако вследствие недавнего повышения цен на медь, асинхронные электродвигатели с токовой обмоткой подорожали, и электродвигатели с постоянными магнитами сравнительно подешевели. Дополнительно, недавние достижения в технологии улучшили выходную мощность электродвигателей с постоянными магнитами, в результате чего такие электродвигатели имеют удельную мощность, превосходящую удельную мощность существующих асинхронных электродвигателей. По существу, электродвигатель 40 с постоянными магнитами, как изображен на фиг.4, обеспечивает превосходящую выходную мощность для прямого привода вала 41 и барабана 43 лебедки 100.Permanent magnet motors have been commercially available since the 1990s. However, permanent magnet motors are not widely used due to the high cost associated with expensive permanent magnets on the rotor. Additionally, their sophisticated control algorithms require specialized engineering expertise, as well as additional costs for the embedded processor. Permanent magnet motors are more efficient than AC induction motors. However, due to the recent rise in copper prices, current-wound asynchronous motors have risen in price, and permanent-magnet motors have become relatively cheaper. Additionally, recent advances in technology have improved the output power of permanent magnet motors, with the result that such motors have a specific power exceeding that of existing asynchronous motors. Essentially, the permanent magnet motor 40, as shown in FIG. 4, provides superior power output for direct drive of the shaft 41 and drum 43 of the winch 100.

На фиг.5 показан вид сверху ведущего диска 66 электродвигателя 40 с постоянными магнитами лебедки 100 настоящего изобретения. Ведущий диск 66 имеет круглую форму с внешней окружностью 90. Болтовые отверстия 92 образованы смежно с внешней окружностью 90. Болтовые отверстия 92 позволяют присоединение болтами ведущего диска 66 к верхней части ротора. Шлицевое отверстие 94 образовано в центре ведущего диска 66, для того чтобы вмещать шлиц вала 41. Отверстия 96 для циркуляции воздуха образованы по внутренней поверхности ведущего диска 66. Отверстия 96 облегчают циркуляцию воздуха внутри электродвигателя 40 с постоянными магнитами.Figure 5 shows a top view of the drive disk 66 of the permanent magnet motor 40 of the winch 100 of the present invention. The drive disk 66 has a circular shape with an outer circumference 90. The bolt holes 92 are formed adjacent to the outer circle 90. The bolt holes 92 allow bolting the drive disk 66 to the top of the rotor. A spline hole 94 is formed in the center of the drive disk 66 to accommodate the shaft splines 41. Air circulation openings 96 are formed on the inner surface of the drive disk 66. The openings 96 facilitate the circulation of air within the permanent magnet motor 40.

На фиг.6 показан отдельный вид в перспективе ротора 64 электродвигателя 40 с постоянными магнитами лебедки 100 настоящего изобретения. Ведущий диск 66 может быть установлен непосредственно на верхнюю часть ротора 64. Пакеты постоянных магнитов прикреплены к внешней поверхности ротора 64 отстоящими друг от друга. Разделители 106 служат для изоляции одного пакета постоянных магнитов от смежного пакета. Разделители 106 могут являться отдельными элементами или они могут являться просто фасонной поверхностью на внешней окружности ротора 64. Ротор 64 имеет отверстие 110 подшипника ротора, образованное в его центре.Figure 6 shows a separate perspective view of the rotor 64 of the permanent magnet motor 40 of the winch 100 of the present invention. The drive disk 66 can be mounted directly on the upper part of the rotor 64. Permanent magnet packages are attached to the outer surface of the rotor 64 from each other. Separators 106 are used to isolate one package of permanent magnets from an adjacent package. The spacers 106 may be separate elements or they may simply be a contoured surface on the outer circumference of the rotor 64. The rotor 64 has an opening 110 of the rotor bearing formed in its center.

На фиг.7 показан отдельный вид в перспективе статора 62 электродвигателя 40 с постоянными магнитами лебедки 100 настоящего изобретения. Статор 62 имеет внешний кожух 120, который служит для отделения катушек 122 от внутренней стенки корпуса 42. Катушки 122 проходят радиально внутрь от него. Внутренняя поверхность 124 катушек 122 образует круглое отверстие, в которое помещен ротор 64. В результате, пакеты 104 постоянных магнитов находятся в непосредственной близости от катушек 122, так чтобы электродвигатель 40 мог функционировать надлежащим образом. Подходящее электронное оборудование присоединено к электродвигателю 40 для облегчения надлежащего действия электродвигателя 40.7 shows a separate perspective view of the stator 62 of the permanent magnet motor 40 of the winch 100 of the present invention. The stator 62 has an outer casing 120, which serves to separate the coils 122 from the inner wall of the housing 42. The coils 122 extend radially inward from it. The inner surface 124 of the coils 122 forms a circular hole in which the rotor 64 is placed. As a result, the permanent magnet packages 104 are in close proximity to the coils 122 so that the electric motor 40 can function properly. Suitable electronic equipment is connected to the electric motor 40 to facilitate the proper operation of the electric motor 40.

Лебедка 100 прямого привода с постоянными магнитами непосредственно присоединена к валу 41, при этом отсутствуют зубчатые устройства или другие приводные механизмы, которые сопряжены в этих областях. Таким образом, лебедка 100 обеспечивает увеличенную удельную мощность для надлежащего вращения бурильной колонны в относительно легковесной конфигурации. Вес, связанный с системами привода, эффективно исключается настоящим изобретением. Более того, сложность установки таких систем привода, так чтобы мощность асинхронного электродвигателя могла быть передана приводной системе, исключается в настоящем изобретении. В результате, лебедка прямого привода с постоянными магнитами настоящего изобретения может служить для надлежащего вращения бурильной колонны с наименьшим весом. В отличие от современных электродвигателей, связанных с работами по бурению, которые могут весить более 100000 фунтов, электродвигатель с постоянными магнитами настоящего изобретения будет весить всего приблизительно 60000 фунтов. По существу, он может легко транспортироваться по дорогам на обычном грузовике. В отличие от предшествующего уровня техники, электродвигатель 40 не требует собственной сборки или сборки с системой привода на месторождении. По существу, настоящее изобретение исключает специализированную потребность в персонале для установки, который в противном случае потребовался бы для этих систем, которые требуют приводов между электродвигателем и лебедкой. Снижение веса электродвигателя с постоянными магнитами настоящего изобретения исключает некоторые инерционные влияния, которые в противном случае отрицательно влияли бы на функционирование традиционных асинхронных электродвигателей. Электродвигатель 40 настоящего изобретения может быть заменяемым по желанию для использования совместно с верхним приводом буровой вышки прямого привода или буровым насосом буровой вышки. Поскольку системы привода не требуются, поставка таких электродвигателей с постоянными магнитами может быть обеспечена для работ по бурению для использования либо совместно с лебедкой, либо для других целей. Если произойдет отказ любого электродвигателя, тогда любой другой электродвигатель может быть использован вместо него без какого-либо простоя на буровой вышке.The permanent magnet direct drive winch 100 is directly connected to the shaft 41, with no gearing devices or other drive mechanisms that are coupled in these areas. Thus, the winch 100 provides increased power density for proper rotation of the drill string in a relatively lightweight configuration. The weight associated with the drive systems is effectively eliminated by the present invention. Moreover, the complexity of installing such drive systems so that the power of an induction motor can be transferred to the drive system is eliminated in the present invention. As a result, the permanent magnet direct drive winch of the present invention can serve to properly rotate the lowest weight drill string. In contrast to modern electric motors associated with drilling operations, which can weigh more than 100,000 pounds, the permanent magnet electric motor of the present invention will weigh only approximately 60,000 pounds. Essentially, it can be easily transported on roads by a conventional truck. Unlike the prior art, the electric motor 40 does not require its own assembly or assembly with a drive system in the field. Essentially, the present invention eliminates the specialized need for personnel for the installation that would otherwise be required for these systems that require drives between the electric motor and the winch. The reduction in weight of the permanent magnet electric motor of the present invention eliminates some inertial effects that would otherwise adversely affect the functioning of traditional asynchronous electric motors. The electric motor 40 of the present invention can be interchangeable as desired for use with a top drive of a direct drive derrick or a drill pump of a derrick. Since no drive systems are required, the supply of such permanent magnet motors can be provided for drilling operations to be used either in conjunction with a winch or for other purposes. If any electric motor fails, then any other electric motor can be used instead without any downtime on the rig.

Предшествующее описание изобретения является иллюстративным и пояснительным. Различные изменения в деталях изображенной конструкции могут быть выполнены без отступления от сущности изобретения. Настоящее изобретение ограничено только следующей формулой изобретения.The foregoing description of the invention is illustrative and explanatory. Various changes in the details of the illustrated construction can be made without departing from the essence of the invention. The present invention is limited only by the following claims.

Claims (15)

1. Лебедка прямого привода, содержащая электродвигатель с постоянными магнитами, вал, проходящий из упомянутого электродвигателя, так что электродвигатель непосредственно вращает вал, и барабан, присоединенный к валу на расстоянии от электродвигателя, так что вращение вала вызывает соответствующее вращение барабана, при этом упомянутый электродвигатель содержит корпус, статор, расположенный в корпусе, и ротор, взаимодействующий со статором, причем ротор присоединен к или взаимосвязан с валом, причем ротор имеет ведущий диск, прикрепленный к нему, и вал непосредственно присоединен к ведущему диску.1. A direct drive winch comprising a permanent magnet electric motor, a shaft extending from said electric motor, so that the electric motor directly rotates the shaft, and a drum connected to the shaft at a distance from the electric motor, so that the rotation of the shaft causes a corresponding rotation of the drum, wherein said electric motor comprises a housing, a stator located in the housing, and a rotor cooperating with the stator, the rotor being attached to or interconnected with the shaft, the rotor having a drive disk, attached ny to him, and the shaft is directly connected to the drive disk. 2. Лебедка прямого привода по п. 1, в которой корпус имеет внутреннюю камеру, окруженную стенкой, статор расположен смежно с упомянутой стенкой, и ротор расположен внутри статора.2. The direct drive winch according to claim 1, in which the housing has an inner chamber surrounded by a wall, the stator is adjacent to said wall, and the rotor is located inside the stator. 3. Лебедка прямого привода по п. 2, в которой статор имеет множество обмоток, расположенных на расстоянии друг от друга на внутренней поверхности статора, причем ротор является кольцевым элементом, имеющим множество постоянных магнитов, установленных на расстоянии друг от друга по периферии ротора.3. The direct drive winch according to claim 2, wherein the stator has a plurality of windings spaced apart from each other on the inner surface of the stator, the rotor being an annular element having a plurality of permanent magnets mounted spaced apart from one another along the periphery of the rotor. 4. Лебедка прямого привода по п. 3, в которой множество обмоток проходят радиально внутрь к ротору и действуют на упомянутое множество постоянных магнитов для обеспечения вращения ротора.4. The direct drive winch according to claim 3, wherein the plurality of windings extend radially inward to the rotor and act on said plurality of permanent magnets to provide rotation of the rotor. 5. Лебедка прямого привода по п. 1, в которой ведущий диск имеет отверстие, образованное в его центре, и шлицы, проходящие внутрь в отверстие, причем вал имеет шлицевый конец, зацепленный со шлицами ведущего диска.5. The direct drive winch according to claim 1, in which the drive disk has an opening formed in its center and slots extending inwardly into the hole, the shaft having a spline end engaged with the splines of the drive disk. 6. Лебедка прямого привода по п. 1, дополнительно содержащая гнездо подшипника, присоединенное к упомянутому электродвигателю, причем вал проходит через и поворотно поддерживается гнездом подшипника.6. The direct drive winch according to claim 1, further comprising a bearing housing connected to said electric motor, the shaft extending through and pivotally supported by the bearing housing. 7. Лебедка прямого привода по п. 6, в которой гнездо подшипника установлено между упомянутым электродвигателем и барабаном.7. The direct drive winch according to claim 6, wherein the bearing seat is installed between said electric motor and a drum. 8. Лебедка прямого привода по п. 1, дополнительно содержащая средство торможения, принимающее в себя вал и предназначенное для приложения усилия к валу для обеспечения сопротивления его вращательному движению.8. The direct drive winch according to claim 1, further comprising braking means receiving the shaft and intended to apply force to the shaft to provide resistance to its rotational movement. 9. Лебедка прямого привода по п. 8, в которой средство торможения расположено смежно с концом барабана, противоположным упомянутому электродвигателю.9. The direct drive winch according to claim 8, in which the braking means is located adjacent to the end of the drum opposite to the aforementioned electric motor. 10. Лебедка прямого привода по п. 1, дополнительно содержащая источник питания, электрически присоединенный к упомянутому электродвигателю для подвода к нему электрической энергии.10. A direct drive winch according to claim 1, further comprising a power source electrically connected to said electric motor for supplying electric energy thereto. 11. Лебедка прямого привода по п. 1, дополнительно содержащая проволочный трос, проходящий вокруг барабана, выполненного с возможностью вращения для наматывания и сматывания проволочного троса.11. The direct drive winch according to claim 1, further comprising a wire rope extending around a drum configured to rotate to wind and rewind the wire rope. 12. Лебедка прямого привода по п. 11, дополнительно содержащая вышку, шкив, расположенный на вышке, причем проволочный трос проходит через шкив, и талевый блок, присоединенный к проволочному тросу и проходящий вниз от шкива.12. The direct drive winch according to claim 11, further comprising a tower, a pulley located on the tower, the wire rope passing through the pulley, and a tackle block attached to the wire rope and extending downward from the pulley. 13. Буровая вышка, содержащая вышку, шкив, поддерживаемый вышкой, проволочный трос, проходящий через шкив и имеющий конец, проходящий вниз от шкива, талевый блок, связанный с концом проволочного троса, барабан, расположенный смежно с нижней частью вышки, причем проволочный трос проходит вокруг барабана, вал, присоединенный к барабану и проходящий наружу от него, и электродвигатель с постоянными магнитами, принимающий в себя вал и предназначенный для сообщения вращательного усилия валу для вращения барабана с целью наматывания или сматывания проволочного троса, причем упомянутый электродвигатель содержит корпус, статор, расположенный в упомянутом корпусе, и ротор, взаимодействующий со статором, причем вал присоединен к или взаимосвязан с валом, при этом статор имеет множество обмоток, расположенных на расстоянии друг от друга на внутренней поверхности статора, причем ротор является кольцевым элементом и имеет множество постоянных магнитов, расположенных на расстоянии друг от друга по периферии ротора, причем ротор имеет ведущий диск, прикрепленный к нему, причем вал непосредственно присоединен к ведущему диску.13. A rig containing a rig, a pulley supported by a rig, a wire rope passing through the pulley and having an end extending downward from the pulley, a tack block associated with the end of the wire rope, a drum located adjacent to the bottom of the derrick, the wire rope passing around the drum, a shaft attached to the drum and extending outward from it, and a permanent magnet motor that receives the shaft and is intended to impart a rotational force to the shaft to rotate the drum for winding or winding I have a wire rope, wherein said electric motor comprises a housing, a stator located in said housing, and a rotor cooperating with the stator, the shaft being connected to or interconnected with the shaft, the stator having many windings spaced apart from each other on the inner surface of the stator moreover, the rotor is an annular element and has many permanent magnets located at a distance from each other on the periphery of the rotor, and the rotor has a drive disk attached to it, and the shaft is not only attached to the master drive. 14. Буровая вышка по п. 13, дополнительно содержащая гнездо подшипника, присоединенное к упомянутому электродвигателю, причем вал проходит через и поворотно поддерживается гнездом подшипника.14. The derrick of claim 13, further comprising a bearing seat coupled to said electric motor, the shaft extending through and pivotally supported by the bearing seat. 15. Буровая вышка по п. 13, дополнительно содержащая средство торможения, принимающее в себя вал и предназначенное для прикладывания усилия к валу для обеспечения сопротивления его вращательному движению. 15. The oil rig of claim 13, further comprising braking means receiving the shaft and for applying a force to the shaft to provide resistance to its rotational movement.
RU2012131406/03A 2009-12-21 2010-12-17 Direct drive hoist with constant magnets RU2553793C2 (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US12/643,439 2009-12-21
US12/643,439 US8672059B2 (en) 2008-12-22 2009-12-21 Permanent magnet direct drive drawworks
PCT/US2010/060943 WO2011084669A2 (en) 2009-12-21 2010-12-17 Permanent magnet direct drive drawworks

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2012131406A RU2012131406A (en) 2014-01-27
RU2553793C2 true RU2553793C2 (en) 2015-06-20

Family

ID=44307721

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012131406/03A RU2553793C2 (en) 2009-12-21 2010-12-17 Direct drive hoist with constant magnets

Country Status (9)

Country Link
EP (1) EP2501863A4 (en)
CN (1) CN102667009A (en)
AU (1) AU2010339868B2 (en)
CA (1) CA2778833C (en)
IN (1) IN2012DN03796A (en)
MX (1) MX2012005207A (en)
NO (1) NO20120518A1 (en)
RU (1) RU2553793C2 (en)
WO (1) WO2011084669A2 (en)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2899487C (en) * 2014-08-04 2020-03-24 Canrig Drilling Technology Direct drive drawworks with bearingless motor
US10781085B2 (en) 2016-12-19 2020-09-22 Warn Industries, Inc. Winch including integrated contactor and motor
CN109347290B (en) * 2018-10-30 2023-04-28 湖北环一电磁装备工程技术有限公司 Oil rig carousel that combination formula PMSM directly drives
CN113716476A (en) * 2020-05-26 2021-11-30 李伟伟 Petroleum drilling winch rope clamping device
CN112242779B (en) * 2020-10-16 2022-03-15 中车永济电机有限公司 Direct electric driving roller device
CN112443273B (en) * 2020-11-06 2022-07-08 中国石油天然气股份有限公司大港油田分公司 A drilling speed-increasing device driven by an underground turbine to realize high-frequency pressurization of a bottom-hole bit

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2023645C1 (en) * 1991-06-07 1994-11-30 Акционерное общество открытого типа "Уральский завод тяжелого машиностроения" Drawworks
RU2234788C2 (en) * 1999-05-25 2004-08-20 Смарт Мотор Ас Electrical machine
US7633248B1 (en) * 2007-05-18 2009-12-15 Williams Kevin R Flywheel-based energy storage on a heave-compensating drawworks

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4545017A (en) * 1982-03-22 1985-10-01 Continental Emsco Company Well drilling apparatus or the like with position monitoring system
US6995682B1 (en) * 2000-10-30 2006-02-07 Ramsey Winch Company Wireless remote control for a winch
FR2821024B1 (en) * 2001-02-20 2003-06-13 Leroy Somer Moteurs DRIVE ELEMENT SUCH AS A DRIVE WHEEL OR A LIFTING WINCH COMPRISING A SYNCHRONOUS MOTOR
US20070241627A1 (en) * 2006-04-12 2007-10-18 Sullair Corporation Lubricant cooled integrated motor/compressor design
US20080203734A1 (en) * 2007-02-22 2008-08-28 Mark Francis Grimes Wellbore rig generator engine power control
US20080267785A1 (en) * 2007-04-27 2008-10-30 Gregory Paul Cervenka Drill rig apparatuses with directly driven shaft & drilling fluid pump systems
CN201136727Y (en) * 2007-11-20 2008-10-22 苏州通润驱动设备股份有限公司 Small-sized permanent magnet synchronous gearless traction machine
CN201321324Y (en) * 2008-10-17 2009-10-07 鹤山市鹤龙机电有限公司 Material elevator

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2023645C1 (en) * 1991-06-07 1994-11-30 Акционерное общество открытого типа "Уральский завод тяжелого машиностроения" Drawworks
RU2234788C2 (en) * 1999-05-25 2004-08-20 Смарт Мотор Ас Electrical machine
US7633248B1 (en) * 2007-05-18 2009-12-15 Williams Kevin R Flywheel-based energy storage on a heave-compensating drawworks

Also Published As

Publication number Publication date
AU2010339868B2 (en) 2015-04-23
CN102667009A (en) 2012-09-12
MX2012005207A (en) 2012-06-13
WO2011084669A2 (en) 2011-07-14
EP2501863A4 (en) 2013-06-26
WO2011084669A3 (en) 2011-10-27
AU2010339868A1 (en) 2012-05-31
NO20120518A1 (en) 2012-05-22
CA2778833A1 (en) 2011-07-14
EP2501863A2 (en) 2012-09-26
CA2778833C (en) 2018-03-06
IN2012DN03796A (en) 2015-08-28
RU2012131406A (en) 2014-01-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9022358B2 (en) Two speed direct drive drawworks
US8672059B2 (en) Permanent magnet direct drive drawworks
RU2553793C2 (en) Direct drive hoist with constant magnets
RU2509203C2 (en) Draw work for manoeuvring of drilling devices
EP2126268B1 (en) Rig engine control
CA2939670C (en) Low inertia direct drive drawworks
US20080116432A1 (en) Electric winch motor
CA2753674A1 (en) Drive assembly and apparatus for hoist
US9567814B2 (en) Hoisting systems with heave compensation
CN105377741A (en) Drawworks system
WO2015189368A2 (en) Winches and hoisting systems with heave compensation
US8567529B2 (en) Permanent magnet direct drive top drive
US10995550B2 (en) Wellbore rig top drive
CN101871338A (en) Direct drive pumping unit
US11472681B2 (en) Direct drive drawworks
JP2008247567A (en) Yard crane for container
RU2222490C1 (en) Electric brake and draw-works bit feeder drive assembly

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20191218

点击 这是indexloc提供的php浏览器服务,不要输入任何密码和下载