第八章 钻机的动力与传动(柴油机驱动)综述

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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
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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
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。
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。
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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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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。
图8-2
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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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。
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
源自文库
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
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。
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
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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。
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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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8.1.1 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
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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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。
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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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。