石油钻采设备第二章钻机的驱动与传动讲解
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10
四、典型设备的外特性
驱动机外特性：扭矩M随转速n的变化规律
几种动力机适应性系数K与速度范围
11
第二节 柴油机驱动-机械传动
研究问题：柴油机驱动特点？驱动特性？探讨并 车、倒车变速等问题
12
13
发 动 机 原 理
14
发 动 机 组 装
15
一、柴油机驱动特点：
1、不受地区限制，有自持力 2、采用“积木式”增加机组的办法，较少柴油机品种 3、转速可平稳调节， 4、结构紧凑、体积小、便于移运 5、不足：扭矩曲线平坦，适应性系数小，过载能力有
第四章 钻机的驱动与传动
研究问题： 驱动设备和传动系统如何连接？各自有什么特性？什么特
性对于钻井更有利？
1
第一节 概述
问题一：绞车，转盘，钻井泵自身特点？ 问题二：对驱动特性可能会有何要求？
绞车： 立根数目决定载荷
载荷确定大钩速度
结论：希望大钩速度与大钩载荷乘积为恒定值。 这样可以充分利用动力机组的功率。避免功率 的浪费，
2、倒车：齿正车，链倒车；双锥齿轮正倒车； 链正车，齿倒车
双锥齿轮正倒车
27
链正车，齿倒车
28
六、机械传动系统
1、并车：柴油机直接驱动；胶带（皮带）并车； 柴油机液力驱动；链条并车
2、倒车：齿正车，链倒车；双锥齿轮正倒车； 链正车，齿倒车
3、减速与变速：3~5此减速；转盘调速范围5~10，一般
4、转换方向
(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：1.0～ 1.15)；在重载时可高达3.5～4，使钻机解除事故， 负载启动能力强，操作平稳。
39
柴油机－变矩器驱动优势：
1、适应系数：K=最大稳定扭矩/额定扭矩 2、速度范围：R=最高稳定转速/最低稳定转速 3、燃料的经济性：同样功率下消耗燃料费用 4、发动机比质量：K=发动机质量/额定功率 5、使用经济性：燃料经济性；工作地区适应性；启
动性；灵活性；可靠性；安全性； 维护保养难易
9
四、典型设备的外特性
驱动机外特性： 扭矩M随转速n的变化规律
25
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。
26
六、机械传动系统
1、并车：柴油机直接驱动；胶带（皮带）并车； 柴油机液力驱动；链条并车
设置4-6个机械档位
5、带辅助调速的传动方案
29
带辅助调速的传动方案
30
第三节 柴油机－液力变矩器驱动
主要讨论： 液力传动原理；为什么变矩器可以实现优
越的驱动特性？
31
一、液力传动原理
32
二、柴油机-耦合器驱动 液 力 耦 合 器
33
三、柴油机-变矩器驱动
液 力 变 矩 器 原 理
34
-
三、柴油机-变矩器驱动
液 力 变 矩 器 涡 流 与 环 流
35
-
1-泵轮 2-涡轮 3-导轮 4-工作轮 内环 5-涡轮槽
36
液力变矩器外特性曲线 变矩系数 效率
37
特性指标：
38
柴油机－变矩器驱动优势：
(1)、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。
(2)、使柴油机始终维持在经济合理的工况下运行， 即使外载增大导致涡轮轴处于制动状态时，柴油机 也不会被蹩灭。
型号示例：PZl2V190BD
24
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。
4
二、典型驱动方案
方案1、单独驱动
优势：传动系统单； 效率高； 便于井场布置；
劣势：装机功率利用率 低；动力部不能 互济
5
二、典型驱动方案
方案2、统一驱动
优势：装机功率利用率高； 可调剂各工作机不同
的功率需求； 动力机可互济；
劣势：传动复杂； 效率低； 安装困难
柴油机驱动 胶带并车 6
二、典型驱动方案
方案2、统一驱动
优势：装机功率利用率高； 可调剂各工作机不同
的功率需求； 动力机可互济；
劣势：传动复杂； 效率低；
柴油机-变矩器驱动
安装困难
链条并车 7
二、典型驱动方案
方案3、分组驱动
优势：驱动简单； 利用率高； 安装方便；
主绞车可不 装在搞钻台 可满足工作 机布置要求
交流电动机 直流电动机
8
三、驱动设备的特性指标
19
二、柴油机驱动特性：
Z百度文库2V190B型柴油机调速特性
调速特性：功率，扭矩与 转速的关系。
当外载超过Me时，超负荷，动力性和经济性变坏
20
三、钻机柴油机的典型工况和功率标定
1、典型工况 典型工况1：起升作业时驱动绞车 典型工况2：钻进时驱动钻机泵，或同时驱动泵与转盘 接近或达到满功率运行。
21
2
1曲线是理想曲线； 2曲线是每换一立根对应曲线； 3绞车实际档位曲线；
大钩提升载荷与速度的关系
3
由此推理绞车对动力机组要求：
1、无级变速，调速范围R=最大速度/最小速度=5~10； 2、有短期过载能力 3、好的启动性能，可靠控制离合装置 总结：绞车需要这样的驱动：可恒功率调节；能无极变速；
驱动性能良好 依据同样的分析方式可以判断转盘和钻井泵的基本情况
三、钻机柴油机的典型工况和功率标定
2、功率标定 根据其钻井过程中的工况特点来标定其功率及其相应转速
起升功率Nd与转速nd： 钻井功率Ndr与转速ndr
22
四、国产190柴油机介绍 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。
23
四、国产190柴油机介绍 PZl90系列柴油机型号编制的含义如下：
限，噪音大
16
二、柴油机驱动特性： 柴油机驱动特性：包括外特性；复合特性； 调速特性
17
二、柴油机驱动特性：
ge-油耗； Me-扭矩； Ne-功率
Z12V190B型柴油机外特性
18
二、柴油机驱动特性： Z12V190B型柴油机负荷特性
负荷特性：给定转速下， 油耗与功率的变化规律 依据此特性可以确定，给定转速下，油耗最小的功率范围
四、典型设备的外特性
驱动机外特性：扭矩M随转速n的变化规律
几种动力机适应性系数K与速度范围
11
第二节 柴油机驱动-机械传动
研究问题：柴油机驱动特点？驱动特性？探讨并 车、倒车变速等问题
12
13
发 动 机 原 理
14
发 动 机 组 装
15
一、柴油机驱动特点：
1、不受地区限制，有自持力 2、采用“积木式”增加机组的办法，较少柴油机品种 3、转速可平稳调节， 4、结构紧凑、体积小、便于移运 5、不足：扭矩曲线平坦，适应性系数小，过载能力有
第四章 钻机的驱动与传动
研究问题： 驱动设备和传动系统如何连接？各自有什么特性？什么特
性对于钻井更有利？
1
第一节 概述
问题一：绞车，转盘，钻井泵自身特点？ 问题二：对驱动特性可能会有何要求？
绞车： 立根数目决定载荷
载荷确定大钩速度
结论：希望大钩速度与大钩载荷乘积为恒定值。 这样可以充分利用动力机组的功率。避免功率 的浪费，
2、倒车：齿正车，链倒车；双锥齿轮正倒车； 链正车，齿倒车
双锥齿轮正倒车
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链正车，齿倒车
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六、机械传动系统
1、并车：柴油机直接驱动；胶带（皮带）并车； 柴油机液力驱动；链条并车
2、倒车：齿正车，链倒车；双锥齿轮正倒车； 链正车，齿倒车
3、减速与变速：3~5此减速；转盘调速范围5~10，一般
4、转换方向
(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：1.0～ 1.15)；在重载时可高达3.5～4，使钻机解除事故， 负载启动能力强，操作平稳。
39
柴油机－变矩器驱动优势：
1、适应系数：K=最大稳定扭矩/额定扭矩 2、速度范围：R=最高稳定转速/最低稳定转速 3、燃料的经济性：同样功率下消耗燃料费用 4、发动机比质量：K=发动机质量/额定功率 5、使用经济性：燃料经济性；工作地区适应性；启
动性；灵活性；可靠性；安全性； 维护保养难易
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四、典型设备的外特性
驱动机外特性： 扭矩M随转速n的变化规律
25
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。
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六、机械传动系统
1、并车：柴油机直接驱动；胶带（皮带）并车； 柴油机液力驱动；链条并车
设置4-6个机械档位
5、带辅助调速的传动方案
29
带辅助调速的传动方案
30
第三节 柴油机－液力变矩器驱动
主要讨论： 液力传动原理；为什么变矩器可以实现优
越的驱动特性？
31
一、液力传动原理
32
二、柴油机-耦合器驱动 液 力 耦 合 器
33
三、柴油机-变矩器驱动
液 力 变 矩 器 原 理
34
-
三、柴油机-变矩器驱动
液 力 变 矩 器 涡 流 与 环 流
35
-
1-泵轮 2-涡轮 3-导轮 4-工作轮 内环 5-涡轮槽
36
液力变矩器外特性曲线 变矩系数 效率
37
特性指标：
38
柴油机－变矩器驱动优势：
(1)、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。
(2)、使柴油机始终维持在经济合理的工况下运行， 即使外载增大导致涡轮轴处于制动状态时，柴油机 也不会被蹩灭。
型号示例：PZl2V190BD
24
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。
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二、典型驱动方案
方案1、单独驱动
优势：传动系统单； 效率高； 便于井场布置；
劣势：装机功率利用率 低；动力部不能 互济
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二、典型驱动方案
方案2、统一驱动
优势：装机功率利用率高； 可调剂各工作机不同
的功率需求； 动力机可互济；
劣势：传动复杂； 效率低； 安装困难
柴油机驱动 胶带并车 6
二、典型驱动方案
方案2、统一驱动
优势：装机功率利用率高； 可调剂各工作机不同
的功率需求； 动力机可互济；
劣势：传动复杂； 效率低；
柴油机-变矩器驱动
安装困难
链条并车 7
二、典型驱动方案
方案3、分组驱动
优势：驱动简单； 利用率高； 安装方便；
主绞车可不 装在搞钻台 可满足工作 机布置要求
交流电动机 直流电动机
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三、驱动设备的特性指标
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二、柴油机驱动特性：
Z百度文库2V190B型柴油机调速特性
调速特性：功率，扭矩与 转速的关系。
当外载超过Me时，超负荷，动力性和经济性变坏
20
三、钻机柴油机的典型工况和功率标定
1、典型工况 典型工况1：起升作业时驱动绞车 典型工况2：钻进时驱动钻机泵，或同时驱动泵与转盘 接近或达到满功率运行。
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1曲线是理想曲线； 2曲线是每换一立根对应曲线； 3绞车实际档位曲线；
大钩提升载荷与速度的关系
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由此推理绞车对动力机组要求：
1、无级变速，调速范围R=最大速度/最小速度=5~10； 2、有短期过载能力 3、好的启动性能，可靠控制离合装置 总结：绞车需要这样的驱动：可恒功率调节；能无极变速；
驱动性能良好 依据同样的分析方式可以判断转盘和钻井泵的基本情况
三、钻机柴油机的典型工况和功率标定
2、功率标定 根据其钻井过程中的工况特点来标定其功率及其相应转速
起升功率Nd与转速nd： 钻井功率Ndr与转速ndr
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四、国产190柴油机介绍 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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四、国产190柴油机介绍 PZl90系列柴油机型号编制的含义如下：
限，噪音大
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二、柴油机驱动特性： 柴油机驱动特性：包括外特性；复合特性； 调速特性
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二、柴油机驱动特性：
ge-油耗； Me-扭矩； Ne-功率
Z12V190B型柴油机外特性
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二、柴油机驱动特性： Z12V190B型柴油机负荷特性
负荷特性：给定转速下， 油耗与功率的变化规律 依据此特性可以确定，给定转速下，油耗最小的功率范围