黑金和重型电机。

石油是地球赐予的黑金, 要获得这项宝藏,必须采用现代创新技术来开采石油和天然气。深钻作业对于器具材质的要求极度苛刻: 200 °C 高温、震动和极度高压。面对各种考验,maxon电机毫不畏缩,因此被广泛运用于阀门控制、触发机构和测量仪器。

如今,车辆行驶离不开燃料,暖气供暖离不开石油。简而言之:全球85% 的能耗都来源于石油、天然气和煤炭等石化燃料。然而,为了能够从地球获取这些珍贵的资源,钻探的深度必须不断增加。然而,这绝对不是一项简单的任务。钻井技术(石油和天然气勘探行业称之为“Downhole Drilling”)实现了从超过2500米的深度开采石油和天然气。结合定向钻井技术(深钻动态位置校正),钻井深度可达5000米左右,钻井长度达到11000米,创造出钻井史上的新里程碑。

原油是地球上储量有限的能原载体,但却是现今生活中不可或缺的物质。因此,人们在地球上许多地区不断地从地底开采这项珍贵的黑金。美国、俄罗斯、英国、中国以及中东,无论是在陆地还是海中,无数石油和天然气开采设备每天开采着成千上万桶石油或天然气。目前,最长的钻孔石油开采装置(2008年2月)为11680米(援引:维基百科)。这台装置于2007年俄罗斯库页岛 (Sachalin) 东北海岸Chayuo油田的开发过程中诞生。该处油田在地下约2500米深处,距离海岸有数公里之遥。主要的开发通过从陆地定向钻井来实现。

淤泥提供驱动力量
所有的钻井工程有一项共同点:对于所采用的器具材质要求极为苛刻。尤其是钻头,更是必须能够承受极度的作业环境条件。地表深处的温度以及压力,加上钻挖过程中所产生的强烈震动,即使采用电动驱动装置,仍是极为严苛的挑战。在地壳下数公里处的环境条件,不是一般技术器具所能承受的。所使用的材质必须绝对坚固,即使在温度高达200度的环境也能100%可靠地运作。

maxon 的EC 22 HD (Heavy Duty) 电机完全能够克服这些极端的环境条件。此款电子换向电机专为钻井技术的极高挑战所研发,能够承受「普通」电机无法负荷的恶劣环境条件。如今,不断发展的电子和电机设计使得整个钻井过程中各项功能得以更好的控制和调节。比如,钻井装置中的涡轮可以由淤泥流来驱动。通过磁力耦合,电机可以转换成发电机,并为各种驱动功能输送电能。通过这种自给系统,可以摆脱对昂贵而又污染环境的锂电池的依赖。通过EC 22 HD型电机可以在钻井过程中对钻头的位置进行动态测量(随钻测量/MWD)并纠偏。测量作业中使用加速度测量仪、倾斜传感器和其他仪器,以精确显示钻头位置。但是测量值如何到达地表呢?对于这种情况,MWD随钻测量技术将数据转换成脉冲后传递给钻井平台。这一系统由电磁铁或HD电机驱动。而各种钻井工具中能够的液压阀门或阀瓣都采用电磁驱动装置来操控。

EC 22 HD重型电机还可配置相应的齿轮箱:GP 22 HD(图3)。在许多应用场合中,特别是钻井,都需要坚固可靠的齿轮箱以便精确地达成任务。现今大部份的应用都要求非常高的扭矩,有时还必须在短暂运转时间内就达到(例如阀门控制、活门运行)。此款齿轮箱所具有的特色便是其内建式穿孔,使油能够不受阻碍的流过,因为此款齿轮箱-和电机一样-同样能够在油液中运行。EC 22的各种系列产品是特别为在空气或油液中(沉浸在液压油中)的运行所优化设计。电机制造不采用粘合剂,也没有机械换向系统。如此一来,电机能够承受极端的温度环境,即使在特高真空工作空间也能输出稳定的功率。标准功率与周围环境介质有关,在空气中为80瓦特,在油液中则是240瓦特(散热效果较佳)。电机专为超过200 °C的环境温度设计,且可承受高达1700 bar的气压。若使用机油为电机降温,则电机甚至可承受高达+240 °C 的高温。另外,此直径为22 mm 的电机亦可抵抗高达25 Grms的振动以及高于100 G重力加速度的碰撞和冲击。在此可举例作为比较:方程式一号赛车为约2 G,战斗机约为13 G。人类所能够承受的重力加速度约为10 G,也就是本身体重的10 倍。但这也已经是非常极端的数值,一般来说,只有航天员和飞行员能够在特定时间内承受如此的身体负荷

地心深处的高效率

在地底恶劣环境条件中,maxon的HD电机不但有极佳的抵抗能力,还同时能够持续发挥极高功率。电机在空气里可发挥高达88% 的功率,在油液中则可达到70%。凭借着这些特性,EC 22在无数领域中都能充份发挥其功能--即使是在外层空间的极端环境条件里。由于在运转时不会产生顿转转矩,此款电机具备出色的调节性能,即使处于低转速的状态下,也可用于外层空间中的高精密定位任务。因此在未来将应用于金星任务--美国太空总署正在计划此飞行任务。在金星上,电机必须承受高达480 °C的高温。用于极端条件的精密电机跟随科技的脚步,不断地向前发展。

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