第五章起升系统工作原理与设备之一

P快
Q游 Z
【 Q游＝Q静＋10G游 】
5．当起升时，各绳拉力。 由于轴承的摩擦阻力和钢绳过滑轮的弯曲阻力有：
P快上 P1 P2 PZ 1 PZ
为单轮绳效率 ，则
（ P快上 P1； P1 P2 ；… …； PZ1 PZ ）
P快上
P1
P2
2
PZ
Z
因 【 Q游上 P1 P2 PZ】，
JC绞车；××表示100m单位的名义钻深上限； □型式,机驱无代号，电驱为D。
（1） 输入轴总称
有三个变速链轮，一个倒 档齿轮，一个输入链轮。
（2）猫头轴总称
拉大钳，上卸扣。【死猫 头左右各一，摩擦猫头左右 各一，不参与变速。】
（3） 中间轴 或变速轴
有三个变速链轮，一个倒 档齿轮，高低速链轮各一， 齿式离合器（挂档）。
（4）绞车滚筒轴总成 如图5-12所示。 ① 滚筒轴 合金钢锻造；调质处理；材料：35CrMo；长：3.7m；重980kg。
滚筒原始直径： D0 第一层直径： D1 D0 d （以钢绳中径计算）
第二层直径：D2 D0 d 2d （在D1基础增加 2h）
任意层直径： Di D0 d 2(i 1)d 第末层直径： De D0 d 2(e 1)d
第二～第末层，平均直径为：Dm
Dm
D2
De 2
D0
(e 1)d
游
(1 Z ) Z (1 )
6．当下钻时，各绳拉力。【与起钻时相反，阻力帮助 】
P快
P快下 P1 P2 PZ 1 PZ
【
】
P快下 P1
Q游下
P1
P2
PZ
P快下
(1
1
2
1
Z
)
等比级数和
等比级数比为1 时和公式
Q游下 P快下
1Z Z (1 )
由于
P快下
Q游下 Z
缠一层绳，筒径 D1 D0 d ，
第一层缠绳不工作，利于排绳。 缠绳：一左旋，一右旋。
每圈有3/4圈于槽中，则 h 0.866d
（ cos30 0.866 ）； 1/4圈跳向另一槽，直径重叠，h d ；
每圈半径增量： h d
3 0.866 1 1 0.9
4
4
从第二层到最后一层缠绳直径变化(I-9)。
第五章 起升系统工作原理与设备 起升系统—钻机的核心：绞车、游动系统、井架。
第一节 起升系统工作原理 一、起下钻操作 1.起钻：换钻头，取钻柱。 2.下钻：钻柱入井。 二、游系运动分析
V —大钩速度；
V ' —钢绳速度；
V '' —天车轮的切向速度；
Z —有效绳数（除快、死绳外的游绳数）；
Dc，
n
d
L
；
L—滚筒长，mm；Δ—排绳间隙，取1～1.5mm。
解二次方程得 e 。
第二节 钻井绞车 一、 绞车的作用 绞车是钻机的核心、关键设备。 （钻机三大机组：绞车、转盘、钻井泵）。 1. 起下钻，下套管 提出钻具，再放下去，叫起下钻作业。由绞车完成。 下套管，也用绞车完成。 2. 控制钻压（扶刹把，加钻压） 钻头旋转破岩，由钻铤重提供钻压，压力大小由刹车调节。 刹车松开，钻压过大；钻柱提起，钻压为零；要适当控制刹 车调节钻压。
特点： ①三轴：输入、猫头（变 速）、滚筒轴； ②链条变速，兼顾转盘。 ③优点：变速方便，高档 独立。 ④缺点：开式，润滑不好 ；重达20t，安装运输困难 ；4. 档偏低（国标6档）。
4.多轴绞车 四轴以上为多轴绞车。 JC45绞车特点： （图5-9） ①四轴：输入、中间（变速） 、猫头、滚筒轴。 ②内链条变速，内齿轮倒车； ③密封式，润滑良好； ④ 六 档 ， 总 重 达 30t （ 分 块 搬 运）。
2. 游系静载荷
Q游＝Q静＋10G游 kN
G游 —游动系统固定质量tf（游车、 大钩、吊环、钢绳）
3. 天车台载荷（天车梁所受的载荷）
Q车＝（Q静＋10G游）（1
2 Z
）
kN
( Q车＝Q游＋P快＋P死 , P快＋P死 2P不考虑倾斜。)
4.当大钩静止悬重时， 各段游绳拉力相等。
P快 P1 PZ P死
5.独立猫头轴—多轴绞车 猫头轴独立上钻台，绞车在钻台下。如图5-10所示。 “链轮33接猫头轴”
6.电驱动绞车 ZJ60D绞车： 双直流马达驱动； 四轴绞车； 四个机械档。 如图5-11所示。
四、典型绞车结构（JC45绞车） 图5-9为JC-45绞车，用于ZJ45、ZJ45J钻机。 1. 基本参数 N绞＝1500HP；链条正档＋2倒档；P快MAX=31.7T； 总重30.1T，分两块运输。 2. 结构特点 四轴，箱体支撑密封绞车，内部齿轮倒档，手动离 合器换档。
1.单轴绞车 C-1500绞车（P114图3-47所示，打井深1200m）
特点： ①猫头装在滚筒轴两端，滚 筒活装在轴上； ②绞车外变速,另有变速箱。
2.双轴绞车
ZJ15D双轴绞车如图5-7所示。
由滚筒轴外加一猫头轴组成。 绞车外变速。
3. 三 轴 绞 车 图 5-8 是 ZJ130-1三轴绞车。JC1 14.5
3. 上卸扣（拉猫头，上卸扣） 借助猫头拉大钳手柄，完成钻杆上卸扣。 （现用液压大钳） 4. 起升井架，吊重物 A形，K形（Π形）井架绞车整体起升。 5. 作为转盘的传动中间装置 转盘的离合器在绞车里。
二、绞车的使用要求 1．要能传递足够大的功率 钻柱很重，起升功率很大。 2． 滚筒要有足够大缠绳容量 起升一立根（28m）缠绳长,余量行程2~3m，游绳数10 根，缠绳300 多米。 3. 要有适当的档数 钩载是变化的，N=QV，保证N=常数，Q↑,V↓。 国标规定六个档。多档功率利用率越充分。
从快绳侧→死绳侧钢绳速度为
V'
V1'
6V
ZV
Vn' VZ' Vd 0
（大钩升高H, 快绳拉下绳长为Z H 。）
天车轮切向速度 V '' 和转速 n 为
V1''
ZV，n1
60ZV Dc
V4'' 0，n4 0
V " r r 2n Dcn )
60 60
可见：快绳一侧的滑轮转速是死绳一侧的Z倍。
②绞车的滚筒体 如图5-13所示。 铸、焊组合结构，可配带槽滚筒，也配光滚筒。
滚筒—轴，静配合＋键，烘装（传递扭矩大）。 ③刹车鼓
在滚筒两侧，耐热合金材料，刹车时表温800℃,易“龟裂”， 打3200m的井磨4mm。
④其它部件 低、高速气胎离合器；齿套离合器； 链轮、辅助刹车、牙嵌离合器。 (5)箱体 JC45绞车：为箱体闭式结构，链条喷射压力润滑。 JC14.5绞车：非箱体开式结构，链条滴油润滑。 五、绞车的技术规范 绞车的主参数用名义井深表示。 标准绞车型号:JC-××□
Z
Q游上 Pi
i 1
所以 Q游上 P快上( 2 Z )
等比级数和
P1 P2
PZ
【 P快上 P快上 2 P快上 Z P1 P2 PZ 】
等比级数比为时和公式
可写为： Q游上 P快上
(1 Z ) (1 )
起升时快绳拉力：
P快 上
Q游上 1
Z 游
（代入上式）
起升游系效率：
游'
（代入上式）
下放时游系效率：游'
Z Z (1 ) 1Z
游
(1 Z ) Z (1 )
结论：起、下钻时各游绳的拉力不同，P快上 P快下。
游 与 游' 表达式不同，其值相近，可认为 游 游’
游 游’ Z 1
游2 Z 1
Z 1
游 2
游 ，可以用于起或下钻游系的总效率， 单轮效率。
四、滚筒缠绳层数确定 滚筒外经 D0 ；绳径d。
【检修天、游车应将滑轮及轴承倒换，使寿命均衡。
快绳侧钢绳弯曲次数是死绳侧Z倍，会提前疲劳断丝。 】
三、游动系统载荷
设Q游上、游 为游系起升重量和效率，Q游下 、游' 为下钻游系起
重量和效率，P快 、P死 为快绳和死绳拉力， P1 PZ 为
游绳的拉力。
1.大钩静载荷
Q静＝10 q柱 L
kN
L—井深，km； q柱—单位长度钻柱质量，kg/m。
4. 刹车机构灵敏可靠 钻压靠刹车调节，钻具的起升下放的停止、钻柱悬 持也靠刹车。 5. 猫头要有足够的拉力 猫头的作用是上卸扣，崩扣力矩很大，猫头要有很 大的拉力。 目前用液压大钳，吊钳备用。 三、绞车的结构类型 按轴分：有单轴、双轴、三轴及多轴绞车； 按筒分：有单滚筒和多滚筒绞车。 主滚筒起下钻具，捞砂筒提捞作业； 按速分：有2速、3速、4速、6速绞车
e —总层数； —半径增量系数
h d , 0.9
缠绳总层数 e取决于立根长和有效绳数 Z ，缠到第二～
第e层上，按 D2 ～ De 平均直径计算 Dm。
从 Zl Dmn(e 1) （不考虑第一层， n —每层的排数）
代入 得：
Dm
e2
D0
(1 )d
e
D0
d
Zl
n
0
d
d
式中 l —立根长度