第八章 钻机的动力与传动(柴油机驱动)综述
石油钻井柴油机与联动机(教材)汇总
石油钻井柴油机与联动机蓝富华主编渤海石油职业学院内容提要本书比较系统地介绍了柴油机的基本知识、柴油机的构造、柴油机的使用与维护、柴油机常见故障与排除以及联动机相关知识。
为了使读者对本书重点内容很好地掌握，本书中每章后都安排有复习题供使用。
本书可作为石油院校钻井专业学生系统了解柴油机及附属装置的教材，也可作为职工技术培训、石油矿场柴油机操作人员的参考书。
前言目前在石油勘探开发中，钻机、发电机组的动力大都由柴油机提供。
因此柴油机在石油工业中占有十分重要的地位。
对于一个石油钻井工人来说，系统地掌握一些柴油机及其联动机的相关知识十分必要。
本教材是根据2005年6月渤海石油职业学院石油钻井专业教学改革会议制定的“石油钻井专业柴油机与联动机教学大纲”而编写。
供石油钻井专业学生使用，也可作为柴油机工作人员的一本入门参考书。
本教材第一章由余丽、蓝富华编写；第二章、第四章、第五章由蓝富华编写；第三章由王建云编写；最后由余丽校对。
目录第一章柴油机基本知识第一节概论第二节柴油机的名词术语及性能指标第三节柴油机的工作原理第二章柴油机构造第一节机体组件与曲柄连杆机构第二节配气机构第三节齿轮系和进排气系第四节燃料供给系统第五节润滑系统第六节冷却系统第七节起动系统第八节柴油机增压系统第三章钻井柴油机的使用与维护第一节钻井柴油机的操作过程第二节钻井柴油机的保养第三节钻井柴油机安全保护装置第四节轻柴油第五节柴油机润滑油第六节柴油机冷却水第七节柴油机与联动机的安装第八节柴油机气门间隙及供油提前角的检查及调整第四章柴油机常见故障及排除第一节故障原因及检查方法第二节柴油机常见故障原因及排除方法第五章钻井联动机第一节概述第二节柴油机驱动—机械传动第三节柴油机—液力驱动与变矩器第四节电驱动原理及设备第五节联动机的安装及检查附录一第一章 柴油机基本知识第一节概论自然界中存在着极其丰富的能量资源，如太阳能、热能、风能等。
各种燃料燃烧时可放出大量的热能，根据能量转化和守恒定律，热能可以被转变成为机械能。
钻机驱动设备与传动系统
钻机驱动设备与传动系统1. 引言钻机驱动设备与传动系统是钻井工程中至关重要的部分，它们负责控制钻头的旋转和下压力，以实现钻井的顺利进行。
本文将介绍钻机驱动设备与传动系统的工作原理、主要部件以及常见故障处理方法，以增加读者对该系统的了解。
2. 工作原理钻机驱动设备与传动系统的工作需要运用机械原理和转动传动原理。
通过驱动系统的转动，可使钻杆和钻头产生旋转，实现钻进地层的目的。
同时，钻机的驱动系统还需要通过传动系统的设计和控制，调节钻头的下压力，确保钻进过程的稳定性。
3. 主要部件3.1 钻机主驱动装置钻机主驱动装置通常由电机和装有花键轮的变速箱组成。
电机作为驱动源，通过电路控制使变速箱中花键轮旋转，进而带动钻杆和钻头的旋转。
3.2 钻机主传动轴钻机主传动轴位于钻机主驱动装置和井口装置之间，负责将电机传递的动力传到钻杆和钻头上。
主传动轴通常由高强度合金材料制成，以承受大扭矩和重负荷。
3.3 钻机变速箱钻机变速箱位于钻机主驱动装置内，用于改变驱动装置输出的转速。
通过变速箱的设计，可以实现适应不同井深和地层条件下的钻井作业。
3.4 钻机离合器钻机离合器用于控制钻机主驱动装置的连接和断开。
在钻井作业中，需要频繁地进行钻杆和钻头的连接和断开，离合器的可靠性和灵活性对钻机的作业效率有着重要的影响。
3.5 钻机液压系统钻机液压系统用于控制钻杆下压力的调节和控制。
通过液压系统的工作，可以实现对钻杆下压力的精确控制，以适应不同地层的钻进要求。
4. 常见故障与处理方法4.1 电机故障当钻机主驱动电机发生故障时，往往会导致钻机无法正常工作。
处理方法包括检查电源线路是否正常连接，检查电机是否过热，以及检查是否存在电机绕组短路等问题。
4.2 变速箱故障变速箱是钻机驱动传动系统中的关键部件之一，一旦发生故障，会影响钻井作业的顺利进行。
常见的变速箱故障包括齿轮磨损、轴承故障等。
处理方法通常是对故障部件进行更换或修理。
4.3 钻机离合器故障钻机离合器的故障会导致钻杆和钻头的连接和断开无法正常进行。
钻机驱动设备与传动系统PPT课件
机肘，都应让它在调速线上工作。
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④ 通用特性
• 最内层的等油耗率曲线 表明发动机最经济的工 作范围。
• Z12V190B柴油机的通 用特性曲线
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(4) 石油机械常用柴油机
• ① Z190系列钻机柴油机
•
济南柴油机厂研制生产的Z190系列柴油机
包括有 Z8V190，Z8V190-1，Z8V190-2和
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6.2 石油钻机液力传动装置
• 石油钻机传动装置有机械式的也有其他形 式的，机械式如螺旋、齿轮、皮带、链条、 万向轴等。石油机械功率大，工况特殊， 有些制定了专用标准，如套筒滚子链，石 油钻机用万向联轴器等。但这些传动装置 与一般机械相同。
• 除此外，石油机械还常用液力传动装置如 液力变矩器，液力偶合器等，本节主要介 绍这些传动装置。
则以耗电量、功率因数来表征。
• ⑤ 使用经济性
•
除已特别指明的燃料经济性之外，使用
经济性尚应包括：对工作地区的适应性、启动
性能、控制操作的灵敏程度、工作的可靠性、
安全性、持久性及维护保养难易性等。
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• 表6-1 石油机械常用驱动设备的适应性系数和 调速范围的参考数值
类型
KsLeabharlann M max Me• 偶合器只能在高转速比（即i nT nB 0.96
）
工况下工作，否则效率过低，功率损失大。液
力偶合器只能传递扭矩，不能变矩，因此又称
液力联轴器。
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(2) 液力变矩器（涡轮变矩器）
•
变矩器结构如图所示。导轮与外壳相连，是不
转动的，叶片大都为空间扭曲形状。与偶合器相比，
第八章 钻机的动力与传动(柴油机驱动)
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为了简化钻机传动系统，改善钻机的驱动性能， 钻机也采取复合驱动的型式，如内燃电力驱动的电 驱动备特性指标和外特性 各类动力机有一些共同的技术经济指标， 可借以评价它们的动力性和经济性。
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通常所说的柔特性，是指K值大的同时R值亦大。 即随外载变化时动力机自动增矩减速或减矩增速的 范围宽。 而硬特性则是K值大而R却小，即外载变化很大时， 动力机速度变化很小。 8
8.2.2 Z190系列柴油机 国产钻机主要采用济南柴油机厂生产的Z190系列柴 油机，该类机型已有九千多台服务于石油钻探市场。
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PZl90系列柴油机型号编制的含义如下： 型号示例：PZl2V190BD表示配套机、增压、12缸、V 型排列、缸径190、改造顺序号B、电驱动钻机用、 标定转速为1500r／min、标定12小时功率。
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8.2.3柴油机直接驱动的钻机的主要优缺点
柴油机直接驱动钻机的主要优缺点如下：
(1)不受地区限制，具有自持能力。
无论寒带、热带、高原、山地、平原、沙漠、沼泽、海 洋，自带燃料都可工作，这对勘探和开发新油田是非常重要 的。
(2)不同级别钻机，可用增加相同机组数目的办法以增
加总装机功率，即所谓“积木式”，可减少柴油机品种，有
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它们都是三台柴油机经过三台变矩器使其输出转速从柴油机的 1100～ 1200r／min降至750～850r／min ，以保证并车链条线速度 低于16～20m／s，(链条传动的最高线速度限制)。因为并车链条线 速度仍然较高，故必须采用小节距多排链条传动。
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并车链传动副与皮带并车相比，由于链传动在 密封箱中采用油泵强制润滑，寿命较皮带长； 在现场检修拆换链条比拆换皮带方便；链传动 效率较皮带传动为高。 中深井钻机配两台柴油机，并车链传动比较简 单。 而超深井钻机如ZJ60L配四台柴油机，并车传动 链装臵比较复杂，安装工作量大。
钻机驱动与传动
石油钻采机械主讲：马卫国第六章石油钻机驱动与传动第一节概述第二节柴油机驱动－机械传动第三节可控硅直流电驱动石油钻采机械主讲：马卫国第六章石油钻机驱动与传动第一节概述石油钻采机械主讲：马卫国一、驱动传动类型1、机械驱动柴油机直接驱动（皮带传动）柴油机＋液力驱动（链条传动）高速柴油机＋ALLISON传动向第六章：石油钻机驱动与传动——概述石油钻采机械主讲：马卫国2、电驱动交流AC-AC驱动直流DC-DC驱动交直流AC-SCR-DC 交流变频驱动第六章：石油钻机驱动与传动——概述石油钻采机械主讲：马卫国第六章：石油钻机驱动与传动——概述二、绞车、转盘、钻井泵负载特点及对驱动传动的特性要求1、绞车前面已经详细描述。
总之，绞车驱传动为恒功率调节，要充分利用功率，并具有一定的过载能力；有良好的启动性能（频繁启动）。
石油钻采机械主讲：马卫国第六章：石油钻机驱动与传动——概述2、转盘1）转速调节范围要宽，R＝5－10；2）能够倒转、能够微调转速以处理事故；3）有限制扭矩装置，防止过载扭断钻杆；工况为恒功率调节，有时要求恒转矩调节。
石油钻采机械主讲：马卫国3、钻井泵钻井泵冲次变化小，负载波动幅度不大。
石油钻采机械主讲：马卫国第六章：石油钻机驱动与传动——概述石油钻采机械主讲：马卫国石油钻采机械主讲：马卫国石油钻采机械主讲：马卫国理论平均流量和功率kW pQ N iFSnQ th 310×==石油钻采机械主讲：马卫国第六章：石油钻机驱动与传动——概述主要要求：速度调节范围R=1.3－1.5；允许短期过载，以克服可能出现的蹩泵。
工况调节：机械驱动钻井泵：更换缸套；电驱动钻井泵：更换缸套＋调速石油钻采机械主讲：马卫国三、驱动设备的特性指标1、适应性系数K：表明动力机适应外载变化（增加）的能力。
功率时的扭矩。
－发动机额定（标定）的最大扭矩；发动机稳定工作状态时式中：e eM M M M K −=max max K值大，表明动力机的过载能力大第六章：石油钻机驱动与传动——概述石油钻采机械主讲：马卫国2、速度范围R转速；－动力机最低稳定工作速；动力机最高稳定工作转式中min max minmax n n n n R −=R值越大，表明速度调节范围越宽。
钻井柴油机工工作总结5篇
钻井柴油机工工作总结5篇第1篇示例：钻井柴油机工作总结一、严格遵守操作规程钻井柴油机是一台复杂的设备，需要经过专业培训和操作指导才能熟练操作。
在工作中，我始终严格遵守操作规程，按照操作手册和流程操作，确保设备的正常运行。
在启动和停机时，我都会按照规定的步骤进行，确保安全可靠。
二、定期检查和维护钻井柴油机是长时间运行的设备，需要定期检查和维护，保证其性能稳定和有效工作。
我会按照维护计划进行检查，包括检查机油、滤芯、皮带、水温、油压等参数，及时发现问题并进行处理，确保设备处于最佳状态。
三、故障排查能力在钻井作业中，钻井柴油机可能会出现各种故障，需要及时排查并解决。
我不仅能够根据故障现象迅速定位问题的所在，还能够利用自己的经验和技术知识，采取有效的措施进行修复，保障设备的正常运行。
四、团队合作精神在钻井现场，钻井柴油机工需要和其他工种密切协作，共同完成作业任务。
我深知团队合作的重要性，会积极与其他工友沟通协作，互相支持，共同努力，确保项目的顺利进行。
五、持续学习和提升钻井柴油机工作需要不断学习和提升自己的技术水平，跟上行业发展的步伐。
我会积极参加培训和学习，了解最新的技术和设备信息，不断提升自己的能力，为工作能力的提升做好充分准备。
通过这段时间的工作总结和反思，我深感自己在钻井柴油机工作中所取得的成绩，同时也发现了自己在一些方面还存在不足之处。
我将持续努力，不断学习和提升自己，为钻井作业的顺利开展贡献自己的力量。
相信在不久的将来，我可以成为一名更加优秀的钻井柴油机工，为石油勘探事业贡献自己的力量。
第2篇示例：钻井柴油机工作总结钻井柴油机工作是石油钻井作业中不可或缺的重要环节，钻井柴油机工作人员承担着保障钻井作业正常进行的责任。
通过对钻井柴油机工作的总结，可以更好地发现问题、提高工作效率，提升工作质量。
一、工作内容及要求1.钻井柴油机工作主要包括对钻井设备中的柴油机进行日常维护、润滑和检修工作，确保柴油机正常运转。
钻井工程理论与技术(第二版)课后题简答题答案
第一章钻井的工程地质条件1.简述地下各种压力的基本概念及上覆岩层压力、地层孔隙压力和基岩应力三者之间的关系。
答：静液压力：是由液柱自身的重力所引起的压力，它的大小与液体的密度、液柱的垂直高度或深度有关。
地应力：钻井工程施工之前存在于地下某点的应力状态为原地应力状态。
地层孔隙压力：岩石孔隙中流体所具有的压力。
也称地层压力。
上覆岩层压力：是指由上覆岩层重力产生的铅垂方向的地应力分量。
该处以上地层岩石基质和岩石孔隙中流体的总重力所产生的压力。
基岩应力：是指由岩石颗粒间相互接触支撑的那一部分上覆岩层压力。
也称有效上覆岩层压力或骨架应力。
地层破裂压力：地层某深度处的井壁产生拉伸破坏时的应力地层坍塌压力：地层某深度处的井壁产生剪切破坏时的应力上覆岩层的重力是由岩石基质（基岩）和岩石孔隙中的流体共同承担的，即上覆岩层压力是地层压力与基岩应力的和2、简述地层沉积欠压实产生异常高压的机理。
答：在稳定沉积过程中，若保持平衡的任意条件受到影响，正常的沉积平衡就被破坏。
如果沉积速度很快，岩石颗粒就没有足够的时间去排列，孔隙内流体的排出受到限制，基岩无法增加它的颗粒与颗粒之间的压力。
由于上覆岩层继续沉积，负荷增加，而下面基岩的支撑能力没有增加，孔隙中的流体必然开始部分地支撑本来应由岩石颗粒所支撑的那部分上覆岩层压力，从而导致了异常高压。
3、简述在正常压实的地层中岩石的密度、强度、孔隙度、声波时差和dc指数随井深变化的规律。
答：所以随井深的增加，地层中岩石密度逐渐变大，而岩石的孔隙度变小。
随着井深的增加，岩石的强度增大。
在正常地层压力井段，随着井深增加，岩石的孔隙度减小，声波速度增大，声波时差减小。
在正常地层压力情况下，机械钻速随井深增加而减小，d指数随井深增加而增大。
所以dc指数也随井深的增加而增大。
4、解释地层破裂压力的概念，怎样根据液压实验曲线确定地层破裂压力。
答：在井下一定深度的裸露地层，承受流体压力的能力是有限的，当液体压力达到一定数值时会使地层破裂，这个液体压力称为地层破裂压力。
钻机的动力和传动装置分析
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通常所说的柔特性，是指K值大的同时R值亦 大。即随外载变化时动力机自动增矩减速或减 矩增速的范围宽。
而硬特性则是K值大而R却小，即外载变化很 大时，动力机速度变化很小。
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3.燃料(能源)的经济性 指的是提供同样功率时所消耗的燃料(能源)
费用。对柴油机，燃气轮机以耗油率来表征； 电动机则以耗电量，功率因素来表示。
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2.转盘 在钻进过程中，随着井深及岩层的变化，需
要及时改变钻压及转速。转盘要求动力系统的 力矩及转速调节范围是5～10。
在处理事故时，要求能细微调转速，又能倒 转。当钻具遇卡时，为了防止扭断钻杆，需要 设置限制力矩装置，达到限定力矩值时能自动 停止旋转。
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3.钻井泵 钻井泵一般利用变换缸套的办法来调节排
钻机的动力和传动 装置分析
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3.1概述 机械系统的动力装置(驱动装置或原动机)是机
械系统的重要组成部分。
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Байду номын сангаас
它是执行系统的动力来源，它的性能的优劣直接 决定着机械系统的工作性能和构造特征。因此，合 理选择机械系统的动力装置的型式变成为机械设计 中的重要问题之一。
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根据动力装置与执行机构之间的联系，分为 直接驱动和间接驱动两类。
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根据能量的转换方式，分电力驱动,内燃机驱动， 复合驱动等。
由于钻机在野外工作，因内燃机的机械特性不能 适应钻机工作，使柴油机直接驱动的钻机传动系统 相当繁杂。
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为了简化钻机传动系统，改善钻机的驱动性 能，钻机也采取复合驱动的型式，如内燃电 力驱动的电驱动钻机，内燃液力驱动的链条 钻机等。
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3.1.1 驱动设备特性指标和外特性 各类动力机有一些共同的技术经济指标，可
石油钻机交直流传动概述
第1章石油钻机交直流传动概述当前，国产石油钻机按驱动方式大体分为：机械驱动钻机、直流调速电驱动钻机、交流变频电驱动钻机。
1.1机械驱动钻机早期的国产石油钻机主要是机械驱动钻机，传动形式为柴油机—万向轴—液力变矩器—万向轴—通风式离合器—皮带并车装置，通过链条传动绞车，通过万向轴传动钻井泵。
驱动转盘的动力由绞车高速端链轮输出，传动路线为下角传动箱—万向轴—上直角箱—转盘传动装置—万向轴—转盘。
绞车主刹车采用带式刹车或液压盘式刹车，辅助刹车采用电磁涡流刹车，转盘传动装置设计为两档，采用手动换档。
机械驱动的钻机特点：控制系统以气、液控制为主，电控系统简单，钻机价格较电驱动钻机低。
其缺点也很明显，工作人员劳动强度大，风险大，效率低。
1.2直流电驱动钻机1.2.1直流调速系统概述直流电机具有良好的起、制动性能，而且直流调速系统发展较早，无论在理论上还是实践上都比较成熟，所以在大部分调速领域还在使用。
直流电机的物理模型较为简单，通过控制电机的电流就可以十分方便的控制电机的转矩，增加速度传感器以后可以满足高精度、高动态性能、宽调速范围等高性能调速的要求。
这样在很长一段时间内，直流调速系统得到广泛的应用。
直流调速系统分为模拟直流调速系统和全数字直流调速系1.2.2模拟直流调速系统模拟直流调速系统是直流控制系统发展历史初、中期的产品。
当时由于工艺水平不高，元件集成化程度不高，系统只能由很多分立元器件通过焊接或导线连接组成。
这些分立元器件包括电阻、电容、电位器、二极管、三极管、运算放大器、与门、或门、与非门等等，再由这些分立元件组成不同的控制单元（如速度调节、电流调节、触发控制、运算逻辑、电压反馈、电流反馈等等），这些控制单元再进行合理匹配和运用后组成符合不同要求的模拟直流调速系统。
集成化水平相对较高的模拟直流调速系统是将各控制单元集成为更大一级的标准控制板，不同的控制板再组成不同的控制系统，也有直流调速系统采用若干标准控制单元板组成，不同的标准控制单元板组成不同功能的模拟控制系统。
钻机机械传动
链传动的缺点是结构较为复杂、 成本较高，且链条的磨损较快，
需要定期维护。
轴和轴承
轴是传递扭矩和旋转运动的机械部件， 轴承则是支撑轴并降低摩擦的部件。
在钻机机械传动中，需要选择合适的 轴和轴承材料、结构和润滑方式，以 保证其承受大扭矩、高转速和高冲击 的能力。
轴和轴承是钻机机械传动的重要组成 部分，其性能和质量直接影响钻机的 稳定性和使用寿命。
便携式钻机具有轻便、易于携带和操作简单的特点， 但钻孔精度和效率相对较低。
04
钻机机械传动的优缺点
优点
高效稳定
机械传动结构简单，传动效率 高，能够保证钻机的稳定运行
，减少故障率。
耐久性强
机械传动部件承受力大，耐磨 损，寿命长，能够保证钻机的 长期使用。
维护方便
机械传动部件结构简单，拆装 方便，便于维护和保养，降低 了维护成本。
03
钻机机械传动的类型
固定式钻机
固定式钻机是一种常见的钻机类 型，通常安装在固定位置，通过 电机或柴油机驱动钻头旋转，实
现钻孔作业。
固定式钻机适用于大型工程和建 筑物的钻孔作业，如桥梁、高层
建筑等。
固定式钻机具有高效率、高精度 和高稳定性的特点，但移动不便，
需要预先安装。
车载式钻机
车载式钻机是将钻机安装在汽车上的一种类型，通过汽车的动力系统驱 动钻头旋转，实现快速移动和钻孔作业。
对维护要求高
虽然机械传动结构简单，但对其维护 要求较高，需要专业人员进行保养和 维护，以保证其正常运转。
05
钻机机械传动的维护和保养
定期检查
01
02
03
定期检查传动部件
包括齿轮、轴承、链条等， 确保其无磨损、无松动。
概述石油钻机的四种驱动型式
概述石油钻机的四种驱动型式任何一种钻机其传动系坑的基本组成和所担当的任务具有共同性，即都是由并车、倒车、减速增矩、变速变矩及转换方向等几部分构成，将一台或几台驱动机组的动力及运动单独地或统一地传递给各工作机，以满意钻井工作的需要。
目前，石油钻机驱动型式主要有机械驱动、液压驱动、电驱动和混合驱动4种型式。
1)机械驱动型式(1)柴油机直接驱动石油钻机。
柴油机直接驱动就是利用柴油机产生动力，用机械传动来传递功率。
它的主要优点是不受地区限制，具有自持力量；产品系列化后，不同级别钻机可用增加相同机组数目的方法以增加总装功率，这样可削减柴油机品种；在性能上，转速可平稳调整，能防止工作机过载，避开发生设备事故；结构紧凑，体积小，重量轻，便于搬迁移运，适于野外流淌作业。
但作为钻机动力机，它也有不足之处，如扭矩曲线较平坦，适应性系数小，过载力量有限；转速调整范围窄；噪声大，影响工人健康；与电驱动比较，驱动传动效率低，燃料成本贵，维护使用费用比电动机驱动高。
(2)柴油机-液力耦合器驱动石油钻机。
液力传动的工作原理是主动轴经离心泵将能量传给了工作液，工作液又经涡轮将能量传给了从动轴，因此，液体是一种工作介质，通过它在离心泵和涡轮机中的循环流淌实现运动的连续传递和能量的连续转换。
柴油机-液力耦合器驱动的主要优点是：传动严厉，可汲取振动与冲击；涡轮轴可随外载变化而自动变速，可防止工作机过载，即使外载增加导致涡轮制动，动力机仍可以某一转速工作而不灭火。
但耦合器只能在高转速比工况下工作，否则效率过低，功率损失大；只能传递扭矩，不能变矩。
(3)集油机-液力变矩器驱动石油钻机。
柴油机-液力变矩器驱动的主要优点是：随外载变化能自动无级地变速、变矩，驱动绞车时，可明显提高钻机起升工效；使柴油机始终维持在经济合理的工况运行，即使外载增大导致涡轮轴处于制动状态时，柴油机也不会被憋灭火；机组适应外载变化力量大大加强，调速范围变宽；传动平稳严厉，汲取冲击振动，延长了机械设备寿命；削减并车损失。
5.2柴油机驱动--机械传动
二、V带钻机
1.大庆130钻机和ZJ32J钻机(新标 准为ZJ40／2250J) 我国从1951年开始引进苏联5Д 型钻机，1958年兰州石油机械厂建
厂开始生产仿苏ZJ-130型皮带钻机。
二、V带钻机
大庆130型钻机
在70年代中期由江汉石油管理局钻采设备研究所设计，兰州石 油化工机械厂制造的大庆130型钻机成为我国油田相当长时期钻深 1900～3200m井的主力设备。这是在原苏制5Д型钻机和我国仿制的 ZJl30型钻机基础上改进成为三台柴油机驱动的皮带钻机 。
3.国产Z190系列柴油机
随着石油钻探技术和装备的更新，以及我国的油气开发趋势， 对钻机动力提出了以下要求： （1）适应沙漠纵深地区风沙大、日温差大以及自动化程度高、无 人值守的要求； （2）适应高原、高寒地区空气稀薄、超低温的环境； （3）深井钻探，要求柴油机单台功率大、载荷变化频繁，在部分 载荷下经济性好； （4）每台钻机配备柴油机台数少，移运方便； （5）能远距离控制，可靠性高，故障率低。 为适应上述要求，190系列柴油机在近十年来性能和可靠性都有 较大的提高。例如主导产品Z12V190B改型为G12V190ZL，于1999年 研制成功。该型柴油机在性能指标、可靠性、自动监控、解决 “三漏”和外观质量等方面都有显著提高。
电驱钻机用柴油机了解内容一柴油机的类型与特性二v带钻机三齿轮钻机四链条钻机二v带钻机采用v带作为钻机主传动副采用v带将多台柴油机并车统一驱动各工作机组及辅助设备且用v带传动驱动钻v带并车具有传动柔和并车容易制造简单维护保养方便的优点
5.2 柴油机驱动—机 械传动
内容回顾
1.钻机的组成？ 2.钻机的三大工作机组？
2.ZJ50型钻机 （新标准为ZJ50／3150J)该 型钻机用于钻3000－4500m 深的油气井。它由兰石油化 工机械厂于1982年底通过鉴 定后投入成批生产的皮带钻 机(至1988年共生产140台)， 其基本参数符合GBl806-79 的规定。
钻机驱动设备与传动系统
钻机驱动设备与传动系统钻机驱动设备与传动系统是钻机的核心部件，它们对于钻机的性能和效率起着至关重要的作用。
钻机驱动设备和传动系统的设计和制造直接影响钻机的工作能力和稳定性。
钻机驱动设备包括发动机和液压系统。
发动机是钻机驱动的动力源，通常采用燃油发动机或电动机。
燃油发动机通常具有较高的功率和扭矩，适合于大型和重型钻机的使用；而电动机则更适用于小型和轻型钻机。
液压系统则是将发动机的动力转化为钻机工作所需的液压能量，通过液压泵、阀门和液压缸等部件实现钻机的各项功能，如旋转、推进、提升等。
传动系统则是将动力传递到钻机的工作部件，如钻杆、钻头等。
传动系统通常采用齿轮、链条、液力传动等方式，将发动机或液压系统产生的动力传递到钻机的工作部件上，实现钻机的旋转、推进和提升等操作。
传动系统的设计和制造需要考虑到动力的传递效率、稳定性和可靠性，以及对钻机工作部件的精准控制和调节。
总的来说，钻机驱动设备与传动系统是钻机的核心部件，它们直接影响着钻机的工作能力和效率。
优秀的驱动设备和传动系统能够提升钻机的性能，减少能源消耗，延长设备的使用寿命，提高工作效率和安全性。
因此，在钻机的设计和制造中，需要注重对驱动设备和传动系统的选择和优化，以实现钻机的高效、稳定和安全运行。
钻机的驱动设备和传动系统的设计和制造是非常复杂的工程，需要综合考虑多种因素，如功率输出、传动效率、负载承受能力、工作环境等。
在钻机领域，经常使用的驱动设备包括内燃机、电动机和液压驱动系统。
这些驱动设备再通过传动系统，将动力传递到钻机工作部件上，完成各项工作。
首先，内燃机是一种经常应用于钻机中的驱动设备。
它通常具有较高的功率和扭矩输出，适用于大型和重型钻机。
内燃机的优点在于其功率密度高、适应性广、使用寿命长。
它能够为钻机提供足够的动力，使钻机能够在各种地质条件下完成各项作业。
然而，内燃机的使用也会带来一定的挑战，如功率输出不稳定、噪音和振动较大、维护成本高等问题。
§5-2 柴油机驱动-机械传动
链正车、齿倒车：链条钻机必须采用齿传动倒车
• 倒车齿轮副即臵于链条变速箱中，可不必另设倒车箱。
减速与变速：
钻机动力机转速高，而工作机转速低，从动力机 到工作机一般要经过3～5次减速； 绞车和转盘要求调速范围为5～10； • 为充分利用功率，一般应设4～6个机械档，柴油 机－变矩器驱动时，也应设3～4个机械档。 动力机至钻井泵无需变速，除泵本身已有一次减 速外，在传动系统中再设1～2次减速即可。
• 依据负荷特性，可确定动力机在定转速下工作时 的经济负荷，即耗油率最小的功率范围。 • 由坐标原点引射线与ge曲线相切，切点所对应之 功率即最经济的功率，因为该点Ne与ge比值最大
调速特性：
• 油门手柄固定，油泵齿 条由调速器自动控制时， Ne、Me与转速n的关系， 称调速特性。
调节油门手柄位臵，可 得到一系列形状类似的 调速线。 在选择匹配和操作使用 柴油机时，都应让它在 调速线上工作。 • 若外载超过Me点，发动 机将在超负荷工况下运 行，动力性和经济性指 标都会变坏，这是不利 的。
• 外特性是正确选 择及合理使用发 动机的基础。
外特性曲线的应用：
• 定量地指明了不同转 速下的Ne、Me和ge值 • 指明了最大功率Nmax、 最大扭矩Mmax及最大 功率时的扭矩Me、最 小耗油量gemin及相应 的经济转速， • 可确定适应性系数K和 合理的工作转速范围
负荷特性：
• 定转速下油耗ge随功率Ne变化的规律，称负荷特 性。
§5-2
柴油机驱动－机械传动
一、机械传动系统 二、柴油机驱动特点 三、柴油机驱动特性 四、钻机柴油机的功率标定 五、国产Z190系列钻机柴油机
一、机械传动系统
机械驱动钻机的传动方案依据钻机的用途、钻井 深度、所采用的驱动类型及主传动元件的不同而 异。 但是，任何一种钻机，其传动系统的基本组成和 所承担的任务却具有共性，主要都是由并车、倒 车、减速增矩、变速变矩及转换方向等几部分所 构成； • 将一台和几台驱动机组的动力及运动单独地或统 一地传递给各工作机，以满足钻井工作的需要。
石油钻采设备及工艺2
8.辅助设备
供气设备、辅助发电设备、井口防喷设备、 钻鼠洞设备、辅助起重设备、保温设备
二、钻机分类
1.按钻井深度
决定钻机能力的参数——钻井深度、大钩负荷 浅井钻机：小于1500m井深； 中深井钻机：1500m－3000m井深； 深井钻机：4000－5000m井深； 超深井钻机：6000m以上井深。
石油钻机总论
§2-1 概述 §2-2 钻机基本参数与标准系列 §2-3 机械驱动钻机 §2-4 电驱动钻机
本章简要介绍钻机的结构组成、类型、 特点，驱动类型，传动方式，基本参数及我 国石油矿场正在使用的几种石油钻机，并了 解几种机械驱动和电驱动钻机的特点和技术 性能。
§2-1
概述
一、钻机的组成 二、钻机分类 三、驱动类型 四、传动方式 附、本节复习题
四、传动方式
1. 柴油机直接驱动钻机：机械传动； 2. 柴油机－液力驱动钻机：机械传动、液力传动； 3. 电驱动钻机：电传动、机械传动 4. 液压钻机：液压传动（静液传动）
五、钻机特点
1.钻机是大功率、多工作机联合工作的重型机械， 有起升、旋转、循环三大工作机组，且各机组所 需能量大小和运动特性各不相同，也不同时工作； 而驱动设备不但具有多类型（柴油机、柴油机－ 变矩器、电动机等）多台的特点，而且特性单一。
三、万向轴－锥齿轮并车传动的钻机
采用万向轴、齿轮作为主传动副，柴油机－变矩器驱动，每 台驱动机组带一个螺旋锥齿轮箱组成一个联动机组，采用大 功率万向轴并车传动，并用万向轴传动泵。 优点：齿轮传动允许线速度高，体积小，结构紧凑；万向轴 结构简单、紧凑，维护保养方便，互换性好。 不足：大功率传动螺旋伞齿轮制造比较困难，质量不易保证， 成本高，且现场不能更换、维修。 因此：这种钻机现已不再生产 。
钻机的驱动与传动资料重点
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石油钻采机械
钻机的驱动与传动
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石油钻采设备 第一节 概 述
钻机的驱动与传动
在处理井喷事故时，有时要求微调泵的排量。为此要求动力 传动系统具有一定的调速范围，R＝1.3～1.5即可满足要求。
钻井泵一般为无载启动，启动不频繁，对启动转矩、超载能力 的要求低于绞车，但为了克服钻井过程中可能出现的蹩泵，要求 动力传动系统具有短时过载能力。
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石油钻采机械
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石油钻采设备
第一节 概 述
钻机的驱动与传动
2．统一驱动方案
统一驱动：首先将2～4台动力机并车，然后再统一分配并传递给转盘、绞
车、钻井泵三工作机。
特点：1）装机功率利用率高；
2）各动力机可以互济； 3）驱动系统复杂，传动效率低，安装找正困难。 机械钻机广泛采用统一驱动方案。 示例1：三台柴油机由胶带并车统一驱动钻机 ZJ45J 。国产ZJ32J·2钻机也属此类型。 示例2：三台柴油机—变矩器由链条并车统一驱动钻机F320—3DH 。国产 ZJ45链条 钻机也属此类型。
石油钻采设备
钻井机械
钻机的驱动与传动
第五讲 钻机的驱动与传动
一、 概述 二、 柴油机直接驱动机械传动钻机 三、 柴油机加液力驱动机械传动钻机 四、 电驱动钻机
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石油钻采机械
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石油钻采设备 钻 井 机 械
钻机的驱动与传动
第一节 概述
一、工作机的负载特点及对驱动特性的要求； 二、典型驱动方案； 三、驱动设备的特性指标； 四、钻机驱动类型
泵对驱动传动的要求是： 1）动力机要有足够的过载能力； 2）动力机具有一定的柔特性（R＝1.3～1.5）。
石油机械的动力传动与特性
随着钻探技术和装备的更新，对钻机动力提出了 以下要求：
(1)适应沙漠纵深地区风沙大、日温差大以及自动 化程度高、无人值守的要求；
(2)适应高原、高寒地区空气稀薄、超低温的环境； (3)深井钻探，要求柴油机单台功率大、载荷
变化频繁，在部分载荷下经济性好； (4)每台钻机配备柴油机台数少，移运方便； (5)能远距离控制，可靠性高，故障率低。
并励、它励电动机具有硬特性
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二、直流电动机机械特性与人为特性 串励电动机具有软特性
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二、直流电动机机械特性与人为特性 2、直流电机人为特性（调速方法）
电驱串电阻调速法 降低电驱电压调速法 减弱磁通调速法
它励电机电驱串电阻调速-人为特性 48
二、直流电动机机械特性与人为特性 2、直流电机人为特性（调速方法）
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四、AC-SCR-DC可控硅直流电机 1、SCR电驱动
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四、AC-SCR-DC可控硅直流电机
2、SCR电驱动优势 （1）、有人为软特性 （2）、简化机械传动系统，提高了效率 （3）、发电机组运行在最佳工况，节省燃料，延长了大修期 （4）、动力可互济，分配灵活 （5）、便于钻机布置，维修费大大降低，自动化高，更安全
(3)K值大，使机组适应外载变化的能力大大增强， 例如，在高效区范围内K≥2（柴油机本身K：～ 1.15)；在重载时可高达～4，使钻机解除事故，负载 启动能力强，操作平稳。
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柴油机－变矩器驱动优势：
(4)调速范围R增大，在高效工作区内，R＝ nT2/nT1，在重载，轻载区仍可以工作，只是效率 较低。为了提高效率，一般只需4个机械挡，这既 简化了传动，又方便了操作。
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四、AC-SCR-DC可控硅直流电机 3、ZJ60D钻机的SCR驱动系统
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能实现。
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曲线3是柴油 机直接驱动，机 械传动分级变速 时的起升曲线， 功率利用不充分， 阴影三角面积是 未被利用的功率。
图8-2
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根据绞车的工作特点，其对动力驱动与传 动系统的要求为：
(1)能无级变速，以充分利用功率； (2)速度调节范围，R＝5～10； (3)具有短时过载能力，以适应启动动载、 振动冲击及克服轻度卡钻的需要； (4)启动性能好，有灵敏可靠的控制与离合 装置。
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1.链并车 尽管统一驱动的柴油机台数只有2～4台，当采用有确定传动比
的链条并车装置时，由于不可能把所有柴油机调成同一转速，为 了均衡各柴油机的负载，必须在柴油机输出轴上联接一台液力变 矩器。
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统一驱动的深井钻机以三台柴油机并车为典 型，如国产ZJ45钻机(如下图)，罗马尼亚的 F320-3DH型钻机等。
第八章 钻机的动力与传动
8.1概述 现代石油钻机具有绞车、转盘、钻井泵三大工作机组。驱
动设备和传动系统是钻机八大系统设备中的两大部分，它们 是为三大工作机组服务的。
驱动设备，又称动力设备，为各工作机提供动力和运动。 传动设备，将动力机和工作机联系起来，将动力和运动传 递给各工作机。
1
机械系统的动力装置(驱动装置或原动机)是 机械系统的重要组成部分。它是执行系统的动力
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分组驱动方案：典型的分组驱动，将三工作机分成两组， 绞车、转盘为一组，钻井泵为另一组，由动力机(柴 油机或电动机)分别驱动，也称为二分组驱动。
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统一驱动的传动系统要将数台动力机的动力合并， 并分配给各工作机，同时为满足绞车和转盘对动力的 要求，要解决变速变矩及反转等问题。
所以钻机的传动系统具有各种不同的并车、减速、 变速、倒车机构，而形成了多种传动方案。多台动 力机的并车传动是钻机传动的一个特点。一般地， 采用链条并车传动的称为链条钻机，采用皮带并车 传动的称为皮带钻机，而电驱动钻机则将两台电动 机装在同一输入轴的左右两端实现并车。
而硬特性则是K值大而R却小，即外载变化很大时， 动力机速度变化很小。
8
3.燃料(能源)的经济性 指的是提供同样功率时所消耗的燃料(能
源)费用。对柴油机，燃气轮机以耗油率来表 征；电动机则以耗电量，功率因素来表示。
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5.使用经济性 除已特殊指明的燃料经济性之外，使用经济
性还包括：对工作地区的适应性；启动性能； 控制操作的灵敏程度：工作的可靠性；安全 性；持久性及维护保养的难易性能等。
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所谓动力机的外特性，指的是输出力 矩M随输出转速而变化的规律性，即
M=f(n)
常用曲线表示，称为动力机的外特性曲 线。
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现代钻机用动力机的适应性系数K和调速范围 R的参考数据见表。
8-1
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8.1.2 三大工作
机负载特点及对驱
动特性的要求
1.绞车
若
大钩提升速度V随大钩载
荷Q的变化而相应地按
量。但在更换缸套之前，亦利用减速来调节 排量，以便使功率利用比较充分。
为此要求动力传动系统具有一定的调速范 围，R＝1.3～1.5即可满足要求。
钻井泵一般为无载启动，启动不频繁，对 启动转矩、超载能力的要求低于绞车，但为 了克服钻井过程中可能出现的蹩泵，要求动 力传动系统具有短时过载能力。
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8.1.3 钻机的传动装置 由动力机到工作机的传动系统，有的简单，比如单独
QV＝C的规律即如图等功
率曲线1变化,这是最理想
的情况，动力机提供的起
图8-2
升功率利用最充分。
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绞车载荷随起钻过程中 立根数目的逐渐减少而呈 阶梯状连续下降，若提升 速度V也能随立根数的每 一次减少而增加，即按曲 线2工作，则是绞车功率 利用最充分的情况。但在 机械变速为有限档的条件 下很难实现，只有在动力 驱动装置能自动变速时才
驱动；有的则相当复杂，比如统一驱动的钻机。
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单独驱动方案：转盘、绞车、钻井泵三工作机组， 各由不同的动力机一对一或二对一地进行驱动，电 驱动钻机大多采用单独驱动的方案。
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统一驱动方案：这种方案是转盘、绞车、钻井泵三工作机由 3―4台动力机并车统一驱动。统一驱动装机功率利用率高，可 并车调剂各工作机不同的功率需要，动力机有故障时动力可 互济。但驱动系统复杂，传动效率低，安装找正困难。
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2.转盘 在钻进过程中，随着井深及岩层的变化，
需要及时改变钻压及转速。转盘要求动力系统 的力矩及转速调节范围是5～10。
在处理事故时，要求能细微调转速，又能 倒转。当钻具遇卡时，为了防止扭断钻杆，需 要设置限制力矩装置，达到限定力矩值时能自 动停止旋转。
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3.钻井泵 钻井泵一般利用变换缸套的办法来调节排
来源，它的性能的优劣直接决定着机械系统的工作 性能和构造特征。因此，合理选择机械系统的动力 装置的型式变成为机械设计中的重要问题之一。
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根据动力装置与执行机构之间的联系， 分为直接驱动和间接驱动两类。
直接驱动是把原动机的运动和动力直接 或通过传动装置传递给执行系统(没有能量 的转换），这是机器一般采用的方式。
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为了简化钻机传动系统，改善钻机的驱动性能， 钻机也采取复合驱动的型式，如内燃电力驱动的电 驱动钻机，内燃液力驱动的链条钻机等。特性 各类动力机有一些共同的技术经济指标，可
借以评价它们的动力性和经济性。
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通常所说的柔特性，是指K值大的同时R值亦大。 即随外载变化时动力机自动增矩减速或减矩增速的 范围宽。
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它们都是三台柴油机经过三台变矩器使其输出转速从柴油机的 1100～ 1200r／min降至750～850r／min ，以保证并车链条线 速度低于16～20m／s，(链条传动的最高线速度限制)。因为并车 链条线速度仍然较高，故必须采用小节距多排链条传动。
3
间接驱动是在原动机与执行机构之间，先将原动机 输出的机械能转换为其它能量，例如电能或液能，然 后再将这种能量转换为机械能直接或通过传动装置传 递给执行机构。如柴油机－液力驱动钻机，电驱动钻 机都是间接驱动的实例。
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根据能量的转换方式，分电力驱动,内燃机驱动， 复合驱动等。
由于钻机在野外工作，因内燃机的机械特性不能适 应钻机工作，使柴油机直接驱动的钻机传动系统相当 繁杂。