ЛЕБЕДКА ПРЯМОГО ПРИВОДА С ПОСТОЯННЫМИ МАГНИТАМИ Российский патент 2015 года по МПК E21B19/08 B66D1/12 B66D1/14 E21B15/00 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

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.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Целью настоящего изобретения является создание лебедки прямого привода.

Другой целью настоящего изобретения является создание лебедки, которая не требует механизма переключения.

Другой целью настоящего изобретения является создание лебедки, которая имеет очень высокую удельную мощность.

Другой целью настоящего изобретения является создание лебедки, которая имеет относительно малый вес.

Еще одной целью настоящего изобретения является создание лебедки, которая может быть легко транспортирована по традиционным дорожным сетям.

Другой целью настоящего изобретения является создание лебедки, которая имеет наименьшие требования к сборке на нефтяном месторождении.

Другой целью настоящего изобретения является создание лебедки, которая легко заменима на нефтяном месторождении.

Еще одной целью настоящего изобретения является создание лебедки, которая имеет пониженные инерционные влияния.

Другой целью настоящего изобретения является создание лебедки, которая снижает эксплуатационные и ремонтные затраты.

Эти и другие цели и преимущества настоящего изобретения станут понятны из сопровождающего описания и прилагаемой формулы изобретения.

КРАТКАЯ СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

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.

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.

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.

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.

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.

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.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг.1 показывает вид сбоку буровой вышки, использующей известную лебедку.

Фиг.2 показывает вид сбоку предпочтительного варианта выполнения лебедки прямого привода с постоянными магнитами настоящего изобретения.

Фиг.3 показывает вид в перспективе предпочтительного варианта выполнения прямого привода с постоянными магнитами настоящего изобретения.

Фиг.4 показывает вид в сечении электродвигателя с постоянными магнитами настоящего изобретения.

Фиг.5 показывает вид сверху ведущего диска, связанного с электродвигателем с постоянными магнитами настоящего изобретения.

Фиг.6 показывает вид в перспективе ротора электродвигателя с постоянными магнитами настоящего изобретения.

Фиг.7 показывает вид в перспективе статора электродвигателя с постоянными магнитами настоящего изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Группа изобретений относится к лебедке прямого привода и к буровой вышке. Технический результат заключается в уменьшении веса и потребления энергии, повышении энергоэффективности и удельной мощности. Лебедка прямого привода содержит 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. Буровая вышка содержит 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. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 7 ил.

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.

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.

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.

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.

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.

6. Лебедка прямого привода по п. 1, дополнительно содержащая гнездо подшипника, присоединенное к упомянутому электродвигателю, причем вал проходит через и поворотно поддерживается гнездом подшипника.

7. Лебедка прямого привода по п. 6, в которой гнездо подшипника установлено между упомянутым электродвигателем и барабаном.

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.

9. Лебедка прямого привода по п. 8, в которой средство торможения расположено смежно с концом барабана, противоположным упомянутому электродвигателю.

10. Лебедка прямого привода по п. 1, дополнительно содержащая источник питания, электрически присоединенный к упомянутому электродвигателю для подвода к нему электрической энергии.

11. Лебедка прямого привода по п. 1, дополнительно содержащая проволочный трос, проходящий вокруг барабана, выполненного с возможностью вращения для наматывания и сматывания проволочного троса.

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.

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.

14. Буровая вышка по п. 13, дополнительно содержащая гнездо подшипника, присоединенное к упомянутому электродвигателю, причем вал проходит через и поворотно поддерживается гнездом подшипника.

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.