石油钻采设备及工艺-李振林 §5-3 柴油机-液力驱动及变矩器

1、5-3 5-3 柴油机液力驱动与变矩器柴油机液力驱动与变矩器一、液力传动基本工作原理一、液力传动基本工作原理二、柴油机偶合器驱动二、柴油机偶合器驱动 三、柴油机变矩器驱动三、柴油机变矩器驱动四、柴油机变矩器驱动钻机的提升曲线四、柴油机变矩器驱动钻机的提升曲线五、钻机用液力变矩器五、钻机用液力变矩器柴油机与液力传动元件变矩器或偶合器相结合，便构成柴油机柴油机与液力传动元件变矩器或偶合器相结合，便构成柴油机变矩器或柴油机偶合器驱动机组，可称为柴油机液力驱动。变矩器或柴油机偶合器驱动机组，可称为柴油机液力驱动。偶合器虽属柔性传动，但只能变速，而不能变矩。偶合器虽属柔性传动，但只能变速，而不能变矩。柴

2、油机变矩器驱动机组，因具有优越的驱动特性，在现代钻机柴油机变矩器驱动机组，因具有优越的驱动特性，在现代钻机中获得广泛应用。中获得广泛应用。一、液力传动基本工作原理一、液力传动基本工作原理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：（从动轴）机械能工作液涡轮液能工作液离心泵（主动轴）机械能因此，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。二、柴油机偶合器驱动二、柴油机偶合器驱动 柴油机通过万向轴与液力偶合器泵轮机组连接，偶合器涡轮轴传动行星变速箱。偶合器中，泵轮输入功率（扭矩MB，转速nB）；涡轮输出功率（扭矩MT，转速nT）。偶合器不改

3、变扭矩，即MB MT偶合器涡轮转速与泵轮转速的比值以i表示，称转速比，即：偶合器输出功率与输入功率之比值，称为偶合器效率，即：偶合器只能在高转速比（i0.96）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，因此液力偶合器又称为液力联轴器。优点：传动柔性，可吸收震动与冲击；涡轮轴可随外载变化自动变速，可防止工作机过载，即使外载增加导致涡轮制动，动力机（主动轴）仍可以某一转速工作而不灭火。BTnni inMnMBBTT三、柴油机变矩器驱动三、柴油机变矩器驱动液力变矩器（涡轮变矩器）柴油机变矩器驱动的特性柴油机变矩器驱动的优越性及不足四、柴油机变矩器驱动钻机的提升曲线四、柴油机变矩器

4、驱动钻机的提升曲线根据柴油机变矩器联合工作的外特性及钻机所配备的机械变速档数，便可绘出钻机提升载荷与提升速度之间的关系曲线，称提升特性曲线或钻机牵引特性曲线由曲线图可见，如能按规定及时换档，实际的提升特性曲线很接近理想的等功率双曲线，提升速度也是无级变化的。说明柴油机变矩器驱动的钻机能充分利用提升功率、缩短起升时间、加快钻井速度。五、钻机用液力变矩器五、钻机用液力变矩器YB900YB900变矩器是北京石油勘探开发研究院机械所、大连内燃机车研究所和四川石油管理局共同研制的单级充油调节离心液力变矩器，与PZ12V190B-1柴油机匹配。结构特点技术特性变矩器充油量调节：YB900是我国首次研制的充

5、油调节离心涡轮钻机用变矩器，设置有专用充油调节阀，在轻载空载时使变矩器处于部分充油状态，降低空载发热损失，提高柴油机液力变矩器机组的经济性。供油泵、散热器、充油调节阀、变矩器、油箱构成工作油路系统。手轮调压阀、踏板调压阀、开关阀、手动控制阀、充油调节阀气动部分组成充油量调节的控制气路。适当操作手轮调压阀或踏板调压阀可调节控制气的压力大小，控制气动活塞位移量，同时调节变矩器进、排油孔口的开、关程度，以实现充油量调节：进油口开度加大，排油口开度减小，则充油量增加；反之，充油量减小。当控制气压力为最大值时，气动活塞处于下死点位置，进油孔连通，开度最大；排油孔全关，变矩器全量充油，用于重载工况，如钻进

6、、提升钻柱。当控制气压力处于零时，气动活塞处于上死点位置，进、排孔口分别趋于全关、全开，变矩器无油或油量很小，用于空载情况。当控制气压力调在最大最小范围内某一值时，进油口局部开启，排油口局部关闭，变矩器处于部分充油状态，用于轻载工况，如划眼、提升空吊卡等。钻进工况，踏板调压阀全关，用手轮调压阀调节控制气压力。提升工况时，可将手轮调压阀全关，用踏板调压阀调节控制气压力。技术特性原始特性图中变矩器不同充油量时的外特性曲线表明：变矩器的等参数随充油量的减少而降低、增加而上升。当充油量为零时，涡轮轴转速为零，即使泵轮转速（柴油机转速）不变，而泵轮吸收的功率将为零，则变矩器的空载损失可降低到零。45.

7、09 . 0;85. 32 . 077. 075. 0*1275. 0iiiiGG，为最高效率点的转速比；为最高效率点，时高效区的宽度，为效率等于KiB、*YB900结构特点：泵轮为双扭曲（铸钢）叶片，涡轮（锻钢）和导轮（铸铝）为柱状叶片。采用短圆柱轴承承受径向力，4支点推力球轴承承受轴向力。变矩器工作腔采用间隙迷宫密封，允许少量油泄漏，流回箱底。泵轮和涡轮轴轴端采用离心式间隙密封，甩油盘可将自油箱溅来的工作油甩入压盖环形槽中，经过油孔又流回油箱。柴油机变矩器驱动的优越性： 随外载变化能自动无级地变矩变速，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

8、，导致涡轮轴处于制动状态时，柴油机也不会被蹩灭火。 变矩系数K值大，使机组适应外载变化能力大大增强，例如在重载时，K值可高达3.54.0，解除事故、负载启动能力强，操作平稳。 调速范围R宽，在高效区R=2；为提高重载、轻载时的效率，设34个机械变速档即可，简化了传动，又方便了操作，档间还是无级调速，可充分利用设备功率。 传动平稳柔和，吸收冲击振动，延长机械设备寿命。 减少并车损失，柴油机变矩器并车比柴油机用胶带直接并车要减少功率损失约3！不足： 效率偏低，且效率随涡轮轴转速在很大范围内变化；纯钻进驱动泵时工效明显低于机械传动。 结构复杂，还需要一套补偿和散热冷却系统。当nT在范围0nT1nT2

9、内，T01、T12=1，均为不可透变矩器；当nT在范围nT2nTmax内，T2max=1，为较大正可透变矩器；可见，当涡轮轴因外载变化而在0 nT2 范围内变化时，泵轮吸收的扭矩不变，即对柴油机工况无影响，柴油机可始终在匹配工况点工作。当涡轮转速升至nT2nTmax范围内时，变矩器处在轻载、接近空载工况，MT大幅度下降，而泵轮吸收的扭矩MB也相应地急剧减少，柴油机也是处于轻载工况，这是很有利的。2112BBMMT变矩器的穿透度柴油机变矩器驱动的特性柴油机加上变矩器组成柴油机变矩器机组后，其驱动特性是柴油机变矩器联合工作的外特性，较柴油机直接驱动时的特性有根本性的改变。驱动特性：如果变矩器选型合适，柴油机、变矩器匹配得当，可得到如图所示输入特性和联合工作外特性。特性指标经济性指标：变矩器最高效率 ；高效区调速范围变矩性能指标：启动变矩比（nT=0时的变矩系数）K0=34；高效区内最大变矩比K1=22.2加载性能指标：表征外界负荷变化时透过变矩器对柴油机工况的影响，可用透穿度T来表示，令T12=MB1/MB2，称变矩器的透穿度。其中MB1、MB2分别为nT=nT1、nT2时的泵轮扭矩( nT2 nT1)%90max212TTnnR变矩器结构如图所示，与偶合器相比，多了一个固定不动的导轮；导轮与外壳相连，不转动，叶片大都为空间扭曲形状。当泵轮扭矩MB一定时，