钻机驱动设备与传动系统优秀课件
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钻机驱动设备与传动系 统优秀课件
1
第六章 钻机驱动设备与传动系统
教学内容和课程基本要求
驱动类型，典型驱动方案； 工作机对驱动特性要求； 柴油机驱动特性，柴油-液力驱动特性； 电驱动特性：直流电动机机械特性，交流
电动机机械特性； 传动系统的变速设计。
2
第六章 钻机驱动设备与传动系统
6.1 石油机械常用动力装置 6.2 石油钻机液力传动装置 6.3 柴油机驱动钻机工作特性 6.4 电驱动钻机工作特性 6.5 传动系统及其部件设计 6.6 传动系统的变速设计
指提供同样功率时所消耗的燃料费用。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。
7
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
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
14
(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Z812V190B， Z12V190B-1，Z12V190B-2等基本机型及相应的 配套机座（即带有风扇、水箱和底架的动力机组， 如PZ12V190B）。此外，还发展有能适应不同环 境、满足不同性能要求的专用机型。
类型
Ks
M max Me
柴油机（中、高速） 柴油机-变矩器 直流电动机 交流电动机
1.05～1.15 1.5～3.5 1.6～4.0
1.5～2.2（短期）
ຫໍສະໝຸດ Baidu
R nmax n m in
1.3～1.8 1.5～2. 5 1. 5～2.5
1.5
8
（2）柴油机驱动的特点
柴油机是石油机械使用最广泛的动力机械，主
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。 Z12V190B型柴油机负荷特 性曲线。
12
③ 调速特性
在调速器起作用时，保持调
速手柄位置一定，柴油机性能指
标随转速或负荷变化的关系。
我国除卡特3500系列柴油机外，还大量使
用底特律（DDC）公司的4000系列柴油机。
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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。
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(1) 液力偶合器
液力偶合器的主动轴经 离心泵将能量传给工作 液，工作液又经涡轮将 能量传给从动轴，即：
( 机 主 械 动 能 轴 ) 离 工 心 作 泵 液 液 能 工 涡 作 轮 液 ( 从 机 动 械 轴 能 )
① 外特性 油泵齿条固定于供油量最大
位置时 (N e,M e,g e,tr,p k,p T ) (n ) 外特性是正确选择及合理 使用发动机的基础 Z12V190B型柴油机外特性 曲线
11
② 负荷特性
定转速下，ge,GT,tr,pk随功率Ne 而变化的规律，称负荷特性，其 中GT为每小时油耗。
由调速特性知，装有全制式
调速器的柴油机，负荷可以在很
大范围内变化，而转速则可维持
＜5％的变化。调节油门手柄位
置，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
机肘，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。
13
④ 通用特性
3
6.1 石油机械常用动力装置
(1) 驱动设备的特性指标
① 适应性系数Ks
Ks Mmax/Me
Mmax——动力机稳定工作状态时的最大扭矩； Me ——动力机额定（标定）功率时的扭矩。 Ks值大小表明动力机适应外载变化的能力。值大，表
明动力机过载能力大。
4
② 速度范围R Rnmax/nmin
④ 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（ Ks 1.05~1.15），过载 能力有限；转速调节范围窄（R1.3~1.8 ）；噪音 大，影响工人健康；与电驱动比较，驱动传动效率 低，燃料成本高等。
10
(3) 柴油机驱动特性
柴油机驱动特性就是柴油机 自身的特性，包括外特性、 负荷特性、调速特性和通用 特性 。
nmax——动力机最高稳定工作转速； nmin ——动力机最低稳定工作转速。 同一根轴上
5
③ 动力机比质量 定义：每单位功率（kW）的质量，用KG
表示：
KG G/Ne (kg／kW)
G ——动力机（包括必备的附件）的质量， kg；
Ne——额定功率，kW。
6
④ 燃料（能源）的经济性
Z190系列柴油机是国产钻机用动力机，也可用
于固定发电、船舶、内燃机车及其他工程机械。
15
Z190系列柴油机基木型号与规格、主要技术参数
16
② 电驱动用柴油机
为满足电动机对动力—柴油机发电机组的
需要，济南柴油机厂研制了一种新型1000kW的
柴油机A12V190ZL。并以该机为原动机，开发
了柴油发电机组。
要是因为它具有以下的特点：
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 产品系列化后，不同级别钻机，可采用所谓 “积木式”，即增加相同类型机组数目，以增加总 装机功率，从而减少柴油机品种。
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③ 在性能上，转速可平稳调节，能防止工作机过载， 避免出设备事故。装上全制式调速器，油门手柄处 于不同位置时，即可得到不同的稳定工作转速。当 外载增加超过时，柴油机便超过外特性；
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因此，液体通过它在离心泵和涡轮机中的循环 流动，实现运动的连续传递和能量的连续转换。
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第六章 钻机驱动设备与传动系统
教学内容和课程基本要求
驱动类型，典型驱动方案； 工作机对驱动特性要求； 柴油机驱动特性，柴油-液力驱动特性； 电驱动特性：直流电动机机械特性，交流
电动机机械特性； 传动系统的变速设计。
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第六章 钻机驱动设备与传动系统
6.1 石油机械常用动力装置 6.2 石油钻机液力传动装置 6.3 柴油机驱动钻机工作特性 6.4 电驱动钻机工作特性 6.5 传动系统及其部件设计 6.6 传动系统的变速设计
指提供同样功率时所消耗的燃料费用。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
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Z812V190B， Z12V190B-1，Z12V190B-2等基本机型及相应的 配套机座（即带有风扇、水箱和底架的动力机组， 如PZ12V190B）。此外，还发展有能适应不同环 境、满足不同性能要求的专用机型。
类型
Ks
M max Me
柴油机（中、高速） 柴油机-变矩器 直流电动机 交流电动机
1.05～1.15 1.5～3.5 1.6～4.0
1.5～2.2（短期）
ຫໍສະໝຸດ Baidu
R nmax n m in
1.3～1.8 1.5～2. 5 1. 5～2.5
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（2）柴油机驱动的特点
柴油机是石油机械使用最广泛的动力机械，主
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。 Z12V190B型柴油机负荷特 性曲线。
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③ 调速特性
在调速器起作用时，保持调
速手柄位置一定，柴油机性能指
标随转速或负荷变化的关系。
我国除卡特3500系列柴油机外，还大量使
用底特律（DDC）公司的4000系列柴油机。
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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。
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(1) 液力偶合器
液力偶合器的主动轴经 离心泵将能量传给工作 液，工作液又经涡轮将 能量传给从动轴，即：
( 机 主 械 动 能 轴 ) 离 工 心 作 泵 液 液 能 工 涡 作 轮 液 ( 从 机 动 械 轴 能 )
① 外特性 油泵齿条固定于供油量最大
位置时 (N e,M e,g e,tr,p k,p T ) (n ) 外特性是正确选择及合理 使用发动机的基础 Z12V190B型柴油机外特性 曲线
11
② 负荷特性
定转速下，ge,GT,tr,pk随功率Ne 而变化的规律，称负荷特性，其 中GT为每小时油耗。
由调速特性知，装有全制式
调速器的柴油机，负荷可以在很
大范围内变化，而转速则可维持
＜5％的变化。调节油门手柄位
置，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
机肘，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。
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④ 通用特性
3
6.1 石油机械常用动力装置
(1) 驱动设备的特性指标
① 适应性系数Ks
Ks Mmax/Me
Mmax——动力机稳定工作状态时的最大扭矩； Me ——动力机额定（标定）功率时的扭矩。 Ks值大小表明动力机适应外载变化的能力。值大，表
明动力机过载能力大。
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② 速度范围R Rnmax/nmin
④ 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（ Ks 1.05~1.15），过载 能力有限；转速调节范围窄（R1.3~1.8 ）；噪音 大，影响工人健康；与电驱动比较，驱动传动效率 低，燃料成本高等。
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(3) 柴油机驱动特性
柴油机驱动特性就是柴油机 自身的特性，包括外特性、 负荷特性、调速特性和通用 特性 。
nmax——动力机最高稳定工作转速； nmin ——动力机最低稳定工作转速。 同一根轴上
5
③ 动力机比质量 定义：每单位功率（kW）的质量，用KG
表示：
KG G/Ne (kg／kW)
G ——动力机（包括必备的附件）的质量， kg；
Ne——额定功率，kW。
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④ 燃料（能源）的经济性
Z190系列柴油机是国产钻机用动力机，也可用
于固定发电、船舶、内燃机车及其他工程机械。
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Z190系列柴油机基木型号与规格、主要技术参数
16
② 电驱动用柴油机
为满足电动机对动力—柴油机发电机组的
需要，济南柴油机厂研制了一种新型1000kW的
柴油机A12V190ZL。并以该机为原动机，开发
了柴油发电机组。
要是因为它具有以下的特点：
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 产品系列化后，不同级别钻机，可采用所谓 “积木式”，即增加相同类型机组数目，以增加总 装机功率，从而减少柴油机品种。
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③ 在性能上，转速可平稳调节，能防止工作机过载， 避免出设备事故。装上全制式调速器，油门手柄处 于不同位置时，即可得到不同的稳定工作转速。当 外载增加超过时，柴油机便超过外特性；
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因此，液体通过它在离心泵和涡轮机中的循环 流动，实现运动的连续传递和能量的连续转换。