第八章 钻机动力与传动(柴油机驱动).ppt

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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 8.1.2 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，动力机提供的起升功率利用最充分。 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能实现。 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。 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。 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。 3.钻井泵 钻井泵一般利用变换缸套的办法来调节排量。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。 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，比如单独驱动；有的则相当复杂，比如统一驱动的钻机。 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。 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。 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。 它们都是三台柴油机经过三台