第八章 钻机的动力及传动(柴油机驱动)

1、1 第八章第八章 钻机的动力与传动钻机的动力与传动8.18.1概述概述 现代石油钻机具有现代石油钻机具有绞车、转盘、钻井泵绞车、转盘、钻井泵三大工作机组。三大工作机组。驱动设备和传动系统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。们是为三大工作机组服务的。 驱动设备驱动设备，又称动力设备，为各工作机，又称动力设备，为各工作机提供动力和运动提供动力和运动。 传动设备传动设备，将动力机和工作机联系起来，将，将动力机和工作机联系起来，将动力和运动动力和运动传递传递给各工作机。给各工作机。2 机械系统的机械系统的动力装置动力装置( (

2、驱动装置或原动机驱动装置或原动机) )是机械系统的重要组成部分。是机械系统的重要组成部分。它是执行系统的动它是执行系统的动力来源，它的力来源，它的性能的优劣直接决定着机械系统的工性能的优劣直接决定着机械系统的工作性能和构造特征作性能和构造特征。因此，合理选择机械系统的动。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。力装置的型式变成为机械设计中的重要问题之一。3 根据动力装置与执行机构之间的联系，根据动力装置与执行机构之间的联系，分为分为直接驱动和间接驱动直接驱动和间接驱动两类。两类。 直接驱动是把原动机的运动和动力直接驱动是把原动机的运动和动力直接直接或通过传动装置传

3、递或通过传动装置传递给执行系统给执行系统( (没有能量没有能量的转换的转换），这是机器一般采用的方式。），这是机器一般采用的方式。4 间接驱动间接驱动是在原动机与执行机构之间，先将原动是在原动机与执行机构之间，先将原动机输出的机输出的机械能转换为其它能量机械能转换为其它能量，例如，例如电能或液能电能或液能，然后然后再再将这种能量将这种能量转换为机械能转换为机械能直接或通过传动装置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。钻机都是间接驱动的实例。5 根据能量的转换方式，分根据能量的转换方式，分电力驱动电力驱动

4、, ,内燃机驱动，内燃机驱动，复合驱动复合驱动等。等。 由于钻机在野外工作，因内燃机的机械特性不能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适应钻机工作，使柴油机直接驱动的钻机传动系统相传动系统相当繁杂当繁杂。6 为了简化钻机传动系统，改善钻机的驱动性能，为了简化钻机传动系统，改善钻机的驱动性能，钻机也采取钻机也采取复合驱动复合驱动的型式，如内燃电力驱动的电的型式，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。驱动钻机，内燃液力驱动的链条钻机等。78.1.1 8.1.1 驱动设备特性指标和外特性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

5、指标，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。可借以评价它们的动力性和经济性。8 通常所说的通常所说的柔特性柔特性，是指，是指K K值大的同时值大的同时R R值亦大。值亦大。即即随外载变化时动力机自动增矩减速或减矩增速的随外载变化时动力机自动增矩减速或减矩增速的范围宽。范围宽。 而硬特性则是而硬特性则是K K值大而值大而R R却小，却小，即外载变化很大时，即外载变化很大时，动力机速度变化很小。动力机速度变化很小。9 3. 3.燃料燃料( (能源能源) )的经济性的经济性 指的是提供指的是提供同样功率时所消耗的燃料同样功率时所消耗的燃料( (能源能源) )费用。对柴油

6、机，燃气轮机以耗油率费用。对柴油机，燃气轮机以耗油率来表征；电动机则以耗电量，功率因素来表来表征；电动机则以耗电量，功率因素来表示。示。1011 5. 5.使用经济性使用经济性 除已特殊指明的燃料经济性之外，使用经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；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。安全性；持久性及维护保养的难易性能等。12 所谓动力机的外特性，指的是所谓动力机的外特性，指的是输出输出力矩力矩M M随输出转速而变化的规律性随输出转速而变化的

7、规律性，即，即 M=f(n) M=f(n) 常用曲线表示，称为动力机的外特性常用曲线表示，称为动力机的外特性曲线。曲线。13 现代钻机用动力机的现代钻机用动力机的适应性系数适应性系数K K和和调速范调速范围围R R的参考数据见表。的参考数据见表。8-114 8.1.2 8.1.2 三大工作三大工作机机负载特点及对驱负载特点及对驱动特性的要求动特性的要求 1.1.绞车绞车 若大钩提升若大钩提升速度速度V V随大钩随大钩载荷载荷Q Q的变化而相应地按的变化而相应地按QVQVC C的规律即如图的规律即如图等功等功率曲线率曲线1 1变化变化, ,这是最理想这是最理想的情况，动力机提供的起的情况，动力机

8、提供的起升功率利用最充分。升功率利用最充分。 图图8-215 绞车绞车载荷载荷随起钻过程随起钻过程中立根数目的逐渐减少而中立根数目的逐渐减少而呈呈阶梯状连续下降阶梯状连续下降，若，若提提升速度升速度V V也能随立根数的也能随立根数的每一次减少而增加每一次减少而增加，即按，即按曲线曲线2 2工作，则是绞车功工作，则是绞车功率率利用最充分利用最充分的情况。但的情况。但在在机械变速机械变速为有为有限档限档的条的条件下很难实现，只有在件下很难实现，只有在动动力驱动力驱动装置能装置能自动变速自动变速时时才能实现。才能实现。 图图8-216 曲线曲线3 3是柴油是柴油机直接驱动，机机直接驱动，机械传动械传

9、动分级变速分级变速时的起升曲线，时的起升曲线，功率利用不充分，功率利用不充分，阴影三角面积是阴影三角面积是未被利用的功率。未被利用的功率。图图8-217 根据绞车的工作特点，其对动力驱动与根据绞车的工作特点，其对动力驱动与传动系统的要求为：传动系统的要求为： (1)(1)能能无级变速无级变速，以充分利用功率；，以充分利用功率； (2)(2)速度调节范围，速度调节范围，R R5 51010； (3)(3)具有短时过载能力具有短时过载能力，以适应启动动载、，以适应启动动载、振动冲击及克服轻度卡钻的需要；振动冲击及克服轻度卡钻的需要； (4)(4)启动性能好，有灵敏可靠的控制与离合启动性能好，有灵敏

10、可靠的控制与离合装置。装置。182.2.转盘转盘 在钻进过程中，随着井深及岩层的变化，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。转盘要求动力系统需要及时改变钻压及转速。转盘要求动力系统的的力矩及转速调节范围是力矩及转速调节范围是5 51010。 在处理事故时，要求能在处理事故时，要求能细微调转速，又能细微调转速，又能倒转倒转。当钻具遇卡时，为了防止扭断钻杆，需。当钻具遇卡时，为了防止扭断钻杆，需要设置要设置限制力矩装置限制力矩装置，达到限定力矩值时能自，达到限定力矩值时能自动停止旋转。动停止旋转。19 3. 3.钻井泵钻井泵 钻井泵一般利用钻井泵一般利用变换缸套变换缸套的办法

11、来调节的办法来调节排量。但在更换缸套之前，亦利用减速来调排量。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。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为此要求动力传动系统具有一定的调速范围，范围，R R1.31.31.51.5即可满足要求即可满足要求。 钻井泵一般为无载启动，启动不频繁，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动力传动系统具有短时过载能力短时过载能力。208.1.3 8.1.

12、3 钻机的传动装置钻机的传动装置 由动力机到工作机的传动系统，有的简单，比如由动力机到工作机的传动系统，有的简单，比如单单独驱动独驱动；有的则相当复杂，比如；有的则相当复杂，比如统一驱动统一驱动的钻机。的钻机。21单独驱动方案：单独驱动方案：转盘、绞车、钻井泵三工作机组，转盘、绞车、钻井泵三工作机组，各由不同的动力机各由不同的动力机一对一或二对一一对一或二对一地进行驱动，电地进行驱动，电驱动钻机大多采用单独驱动的方案。驱动钻机大多采用单独驱动的方案。22统一驱动方案：统一驱动方案：这种方案是转盘、绞车、钻井泵三工作机由这种方案是转盘、绞车、钻井泵三工作机由3434台动力机并车统一驱动台动力机并

13、车统一驱动。统一驱动装机功率。统一驱动装机功率利用率高利用率高，可并车可并车调剂调剂各工作机不同的各工作机不同的功率需要功率需要，动力机有故障时动力，动力机有故障时动力可互济。可互济。但但驱动系统复杂，传动效率低，安装找正困难。驱动系统复杂，传动效率低，安装找正困难。23分组驱动方案：分组驱动方案：典型的分组驱动，将三工作机分成两组，典型的分组驱动，将三工作机分成两组，绞车、转盘为一组绞车、转盘为一组，钻井泵为另一组钻井泵为另一组，由动力机，由动力机( (柴柴油机或电动机油机或电动机) )分别驱动，也称为二分组驱动。分别驱动，也称为二分组驱动。24 统一驱动的传动系统要将数台动力机的统一驱动的

14、传动系统要将数台动力机的动力合并动力合并，并并分配给各工作机分配给各工作机，同时为满足绞车和转盘对动力的，同时为满足绞车和转盘对动力的要求，要解决要求，要解决变速变矩及反转变速变矩及反转等问题。等问题。 所以钻机的传动系统具有各种不同的所以钻机的传动系统具有各种不同的并车、减并车、减速、变速、倒车速、变速、倒车机构，而形成了多种传动方案。多机构，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。一般台动力机的并车传动是钻机传动的一个特点。一般地，采用地，采用链条并车传动的称为链条钻机链条并车传动的称为链条钻机，采用皮带采用皮带并车传动的称为皮带钻机并车传动的称为皮带钻机，而电驱动

15、钻机则将两台，而电驱动钻机则将两台电动机装在电动机装在同一输入轴同一输入轴的左右的左右两端两端实现并车。实现并车。 25 1. 1.链并车链并车 尽管统一驱动的柴油机台数只有尽管统一驱动的柴油机台数只有2 24 4台，当采用台，当采用有确定传动有确定传动比的链条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，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液力变矩器。变矩器。 26 统一驱动的深井钻机以统一驱动的深井钻机以三台柴油机三台柴油机并车为并车为典型，如国产典型，如国产Z

16、J45ZJ45钻机钻机( (如下图如下图) )，罗马尼亚的，罗马尼亚的F320-3DHF320-3DH型钻机等。型钻机等。 27 它们都是三台柴油机经过它们都是三台柴油机经过三台变矩器三台变矩器使其输出转速从柴油机的使其输出转速从柴油机的11001100 1200r1200rminmin降至降至750750850r850rmin min ，以保证并车链条线速度，以保证并车链条线速度低于低于161620m20ms s，( (链条传动的最高线速度限制链条传动的最高线速度限制) )。因为并车链条线。因为并车链条线速度仍然较高，故必须采用速度仍然较高，故必须采用小节距多排链条传动小节距多排链条传动。

17、28 并车链传动副与皮带并车相比，由于链传动并车链传动副与皮带并车相比，由于链传动在密封箱中采用油泵强制润滑，在密封箱中采用油泵强制润滑，寿命较皮带长寿命较皮带长； 在现场在现场检修检修拆换链条比拆换皮带方便；链拆换链条比拆换皮带方便；链传动传动效率效率较皮带传动为高。较皮带传动为高。 中深井钻机配两台柴油机，中深井钻机配两台柴油机，并车链传动并车链传动比较简比较简单。单。 而超深井钻机如而超深井钻机如ZJ60LZJ60L配四台柴油机，并车传动配四台柴油机，并车传动链装置比较复杂，安装工作量大。链装置比较复杂，安装工作量大。 292.2.皮带并车皮带并车 柴油机直接驱动的钻机采用皮带并车是我国

18、钻柴油机直接驱动的钻机采用皮带并车是我国钻机的一大特色。主要是因为皮带传动结实简单，允机的一大特色。主要是因为皮带传动结实简单，允许一定的许一定的传动打滑和具有超载时自动打滑的特性传动打滑和具有超载时自动打滑的特性，起到了安全保护作用，所以一直为我国油田工人所起到了安全保护作用，所以一直为我国油田工人所接受。缺点是常规接受。缺点是常规V V型皮带大功率传动时型皮带大功率传动时根数较多根数较多，结构不紧凑，寿命不长。结构不紧凑，寿命不长。30 大庆大庆130130钻机和钻机和ZJ45JZJ45J型钻机采用型钻机采用E E型型V V带并带并车车( (参见下图参见下图) )，31 由于柴油机输出速度

19、过高，而需要在并车前增加由于柴油机输出速度过高，而需要在并车前增加减速箱减速箱以满足皮带传动线速度不能过高的要求。以满足皮带传动线速度不能过高的要求。 32 后来的后来的ZJ32J-2ZJ32J-2型钻机采用了新型窄型钻机采用了新型窄V V型型联组胶带并车。联组胶带并车。 由于强度高，比普通由于强度高，比普通V V带传递功率提高带传递功率提高30304040，带轮尺寸减小带轮尺寸减小25253535，且传动效率提高。这样且传动效率提高。这样取消取消并车前的减速器并车前的减速器使皮带钻机结构更为紧凑。使皮带钻机结构更为紧凑。33343.3.电动机并车电动机并车 电驱动钻机主要采取电驱动钻机主要采

20、取单独驱动单独驱动，但一台电动机的功，但一台电动机的功功率往往不能满足绞车或泵的功率需要，故电驱动钻功率往往不能满足绞车或泵的功率需要，故电驱动钻机大都采取由机大都采取由二台电机并车驱动绞车和钻井泵二台电机并车驱动绞车和钻井泵。35 并车方式或是在绞车并车方式或是在绞车输入轴两端各联接一台电动机输入轴两端各联接一台电动机，或是两台电动机各采用一副链条分别从泵或绞车的输入轴或是两台电动机各采用一副链条分别从泵或绞车的输入轴两端同时输入动力。由此可见电动机并车十分简单。两端同时输入动力。由此可见电动机并车十分简单。36如如ZJ60DZJ60D钻机钻机 ( (参见下图参见下图) ) 37如如ZJ45

21、DZJ45D型钻机型钻机( (参见参见8-24)8-24)388.28.2柴油机直接驱动柴油机直接驱动 我国石油矿场在用钻机的我国石油矿场在用钻机的大多数皆为柴大多数皆为柴油机直接驱动的钻机油机直接驱动的钻机，其特点是采用柴油机，其特点是采用柴油机统一驱动，统一驱动，皮带并车皮带并车传动的机械钻机，其在传动的机械钻机，其在现场上通称为皮带钻机。现场上通称为皮带钻机。398.2.18.2.1驱动特性驱动特性 柴油机直接驱动特性就是柴油机直接驱动特性就是柴油机本身柴油机本身的特的特性，即性，即负荷特性、外特性和调速特性负荷特性、外特性和调速特性。 (1)(1)外特性外特性 在保持供油量不变的情况下

22、，柴油机的在保持供油量不变的情况下，柴油机的性性能参数随转速变化能参数随转速变化的关系叫做柴油机的速度特的关系叫做柴油机的速度特性，油泵齿条固定于供油量最大位置时的速度性，油泵齿条固定于供油量最大位置时的速度特性称为全负荷速度特性，亦称特性称为全负荷速度特性，亦称外特性外特性。40 图为图为Z12V190BZ12V190B型柴油机型柴油机外特性曲线。由图可以看出外特性曲线。由图可以看出功率功率NeNe、力矩、力矩MeMe和燃油消耗和燃油消耗率率gege等性能参数随转速变化等性能参数随转速变化的规律。的规律。 外特性曲线是正确选择外特性曲线是正确选择及合理使用发动机的基础及合理使用发动机的基础，

23、因为它指明了最大功率因为它指明了最大功率N Nmaxmax，最大力矩最大力矩M Mmaxmax，及最大功率时，及最大功率时力矩力矩M Me e，最小耗油量，最小耗油量g gminmin及相及相应的经济转速，可确定适应应的经济转速，可确定适应系数系数K K及合理的工作转速范围。及合理的工作转速范围。 41 (2)(2)负荷特性保负荷特性保持持柴油机转速不柴油机转速不变时，其性能参变时，其性能参数随负荷变化的数随负荷变化的规律规律叫做负荷特叫做负荷特性。左图是性。左图是Z12V190BZ12V190B的负荷的负荷特性曲线。特性曲线。 42 依据负荷特性，可依据负荷特性，可确定柴油机在额定转速确定柴

24、油机在额定转速之下工作时的之下工作时的经济负荷，经济负荷，即耗油率最小时的功率即耗油率最小时的功率范围。范围。由坐标原点引射由坐标原点引射线与线与g ge e曲线相切，切点曲线相切，切点的对应之功率是最经济的对应之功率是最经济的功率，因为该点的功率，因为该点Ne/geNe/ge值最大。值最大。43 (3)(3)调速特性调速特性 柴油机使用过程中，当负荷变化时，为了能够柴油机使用过程中，当负荷变化时，为了能够自动地调节供油装置，以使柴油机在一定转速下运自动地调节供油装置，以使柴油机在一定转速下运转而装有转而装有调速器装置调速器装置。油门手柄固定，油泵齿条由。油门手柄固定，油泵齿条由调速器自动控制

25、时，调速器自动控制时，M Me e，N Ne e与转速与转速n n的关系称为调速的关系称为调速特性。特性。 4412V15012V150的调速特性曲线。的调速特性曲线。 装有全制式调速器的柴油机，装有全制式调速器的柴油机，负荷负荷可以在很大范围内变化可以在很大范围内变化，而转速变化范，而转速变化范围应维持在很小范围内围应维持在很小范围内(5(5) )。 在选择匹配和操作使用柴油机时，在选择匹配和操作使用柴油机时，都应让它在调速线上工作。若外载超过都应让它在调速线上工作。若外载超过MeMe点，发动机将在超负荷工况下运行，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，这是应动力性和经

26、济性指标都会变坏，这是应避免的。避免的。 钻井泵和转盘都是长期运转，持续钻井泵和转盘都是长期运转，持续工况，应将柴油机转速放在偏低位置，工况，应将柴油机转速放在偏低位置，使其在不超过使其在不超过其最大功率其最大功率7575的工况下的工况下运转。运转。 对于绞车起升作业，负载时间不长，对于绞车起升作业，负载时间不长，转速应偏高一些，但其功率不宜超过其转速应偏高一些，但其功率不宜超过其最大功率的最大功率的8080。 例如美国例如美国D-399D-399柴油机推荐用于驱动柴油机推荐用于驱动泵及转盘时开泵及转盘时开1200r1200rminmin，而驱动绞车，而驱动绞车时开时开1300r1300rmi

27、nmin。458.2.2 Z1908.2.2 Z190系列柴油机系列柴油机 国产钻机主要采用济南柴油机厂生产的国产钻机主要采用济南柴油机厂生产的Z190Z190系列柴系列柴油机，该类机型已有九千多台服务于石油钻探市场。油机，该类机型已有九千多台服务于石油钻探市场。46 PZl90 PZl90系列柴油机型号编制的含义如下：系列柴油机型号编制的含义如下：型号示例：型号示例：PZl2V190BDPZl2V190BD表示配套机、增压、表示配套机、增压、1212缸、缸、V V型排列、缸径型排列、缸径190190、改造顺序号、改造顺序号B B、电驱动钻机用、电驱动钻机用、标定转速为标定转速为1500r15

28、00rminmin、标定、标定1212小时功率。小时功率。47 随着石油钻探技术和装备的更新，以及我国的油气开发随着石油钻探技术和装备的更新，以及我国的油气开发趋势，对钻机动力提出了以下要求：趋势，对钻机动力提出了以下要求： (1)(1)适应沙漠纵深地区风沙大、日温差大以及自动化程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；度高、无人值守的要求； (2)(2)适应高原、高寒地区空气稀薄、超低温的环境；适应高原、高寒地区空气稀薄、超低温的环境； (3)(3)深井钻探，要求柴油机单台功率大、载荷深井钻探，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；变化频繁，在

29、部分载荷下经济性好； (4)(4)每台钻机配备柴油机台数少，移运方便；每台钻机配备柴油机台数少，移运方便； (5)(5)能远距离控制，可靠性高，故障率能远距离控制，可靠性高，故障率低。低。 48 为适应上述要求，为适应上述要求，190190系列柴油机在近十年来性能和可靠性系列柴油机在近十年来性能和可靠性都有较大的提高。例如主导产品都有较大的提高。例如主导产品Z12V190BZ12V190B改型为改型为G12V190ZLG12V190ZL，于，于19991999年研制成功。该型柴油机在年研制成功。该型柴油机在性能指标、可靠性、自动监控、性能指标、可靠性、自动监控、解决解决“三漏三漏”和外观质量等

30、方面都有显著提高和外观质量等方面都有显著提高。 新世纪以来，济柴公司又研制新世纪以来，济柴公司又研制A12V190ZA12V190Z型柴油机。这种产型柴油机。这种产品具有品具有功率大、性能高、使用可靠、操作方便等特点功率大、性能高、使用可靠、操作方便等特点，可满足，可满足320-7000m320-7000m机械及电动钻机的需求。机械及电动钻机的需求。49 8.2.38.2.3柴油机直接驱动的钻机的主要优缺点柴油机直接驱动的钻机的主要优缺点 柴油机直接驱动钻机的主要优缺点如下：柴油机直接驱动钻机的主要优缺点如下： (1)(1)不受地区限制，具有自持能力。不受地区限制，具有自持能力。 无论寒带、热

31、带、高原、山地、平原、沙漠、沼泽、海无论寒带、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。的。 (2)(2)不同级别钻机，可用增加相同机组数目的办法以增不同级别钻机，可用增加相同机组数目的办法以增加总装机功率，即所谓加总装机功率，即所谓“积木式积木式”，可减少柴油机品种，有，可减少柴油机品种，有利于使用和维修。利于使用和维修。50 (3)(3)柴油机工作较稳定，可平稳调节，柴油机工作较稳定，可平稳调节，能防止工作机过载能防止工作机过载，避免出设备事故。避免出设备事故。 柴油机装有全制式调速器，

32、油门手柄处于不同位置时，即柴油机装有全制式调速器，油门手柄处于不同位置时，即可得到不同的稳定工作转速。当外载突然中大而超过可得到不同的稳定工作转速。当外载突然中大而超过M Mmaxmax时，柴时，柴油机便越过外特性上稳定工作点而灭火，可避免各机械设备因油机便越过外特性上稳定工作点而灭火，可避免各机械设备因过载而损坏。过载而损坏。 (4)(4)结构紧凑，体积小，重量轻，便于移运，适于野外流动结构紧凑，体积小，重量轻，便于移运，适于野外流动作业。作业。 (5)(5)传动效率较柴油机传动效率较柴油机- -液力变矩器驱动高。液力变矩器驱动高。 不足之处不足之处在于柴油机适应系数小，过载能力有限；转速调

33、节在于柴油机适应系数小，过载能力有限；转速调节范围窄；噪音大，影响工人健康；与电驱动相比，驱动传动效范围窄；噪音大，影响工人健康；与电驱动相比，驱动传动效率低，维护使用费用较电动机驱动高；绞车起升功率利用率低率低，维护使用费用较电动机驱动高；绞车起升功率利用率低等等。51主要讨论：主要讨论： 液力传动原理；为什么变矩器可以实现液力传动原理；为什么变矩器可以实现优越的驱动特性？优越的驱动特性？第三节第三节 柴油机液力变矩器驱柴油机液力变矩器驱动动52一、液力传动原理一、液力传动原理53二、柴油机二、柴油机-耦合器驱动耦合器驱动液力液力耦合器耦合器54三、柴油机三、柴油机-变矩器驱动变矩器驱动液力

34、变矩器液力变矩器-原理原理55三、柴油机三、柴油机-变矩器驱动变矩器驱动液力变矩器液力变矩器-涡流与环流涡流与环流561-1-泵轮泵轮2-2-涡轮涡轮3-3-导轮导轮4-4-工作轮工作轮内环内环5-5-涡轮槽涡轮槽57液力变矩器外特性曲线液力变矩器外特性曲线变矩系数变矩系数效率效率58 (1) (1)、随外载变化能、随外载变化能自动无级地变速变矩自动无级地变速变矩。驱动。驱动绞车时，可明显提高钻机起升工效。绞车时，可明显提高钻机起升工效。 (2)(2)、使柴油机始终维持在经济合理的工况下运、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，柴行，即使外载增大导致涡轮

35、轴处于制动状态时，柴油机也不会被蹩灭。油机也不会被蹩灭。柴油机变矩器驱动柴油机变矩器驱动优势优势： (3)K (3)K值大，使机组适应外载变化的能力大大增强，值大，使机组适应外载变化的能力大大增强，例如，在高效区范围内例如，在高效区范围内K2K2（柴油机本身（柴油机本身K K：1.01.01.15)1.15)；在重载时可高达；在重载时可高达3.53.54 4，使钻机解除事故，使钻机解除事故，负载启动能力强，操作平稳。负载启动能力强，操作平稳。59 (4) (4)调速范围调速范围R R增大，在高效工作区内，增大，在高效工作区内，R Rn nT2T2/n/nT1T12.02.0，在重载，轻载区仍可

36、以工作，只是，在重载，轻载区仍可以工作，只是效率较低。为了提高效率，一般只需效率较低。为了提高效率，一般只需4 4个机械挡，个机械挡，这既简化了传动，又方便了操作。这既简化了传动，又方便了操作。 (5) (5)传动平稳柔和，吸收冲击振动，延长了机械传动平稳柔和，吸收冲击振动，延长了机械设备寿命。设备寿命。 (6)(6)柴油机液力变矩器并车柴油机液力变矩器并车较皮带并车传动效率较皮带并车传动效率提高提高3 3，减少了并车损失。，减少了并车损失。柴油机变矩器驱动柴油机变矩器驱动优势优势：60 柴油机变矩器驱动主要不足之处是柴油机变矩器驱动主要不足之处是效率偏低，效率偏低，变矩器最高效率一般为变矩器

37、最高效率一般为85859090，且随涡轮轴转且随涡轮轴转速变化其效率还要降低。纯钻进驱动泵时工效明速变化其效率还要降低。纯钻进驱动泵时工效明显低于机械传动。此外变矩器显低于机械传动。此外变矩器结构比较复杂结构比较复杂，还，还需要一套需要一套补偿和散热冷却系统补偿和散热冷却系统。柴油机变矩器驱动柴油机变矩器驱动弊端弊端：61柴油机变矩器柴油机变矩器联合工作特性曲线联合工作特性曲线如图所示，如图所示，62柴油机变矩器柴油机变矩器联合工作特性曲线联合工作特性曲线如图所示，如图所示，63第四节第四节 电驱动钻机工作特性电驱动钻机工作特性一、电动机的机械特性一、电动机的机械特性电机转速电机转速n n与转

38、矩与转矩M M之之间的间的关系关系，称，称电动机的特性电动机的特性硬度系数硬度系数a=转矩变化百分数转矩变化百分数 /转速变化百分数转速变化百分数电动机的转速随转矩电动机的转速随转矩变化的变化的程度程度称为称为机械特性机械特性.aa4010a1064二、直流电动机二、直流电动机机械特性机械特性与与人为特性人为特性并励、它励电动机具有并励、它励电动机具有硬特性硬特性65二、直流电动机二、直流电动机机械特性机械特性与与人为特性人为特性串励电动机具有软特性串励电动机具有软特性66二、直流电动机二、直流电动机机械特性机械特性与与人为特性人为特性2 2、直流电机、直流电机人为特性（调速方法）人为特性（调速方法）降低电驱电压调速法降低电驱电压调速法减弱磁通调速法减弱磁通调速法它励电机电驱串电阻调速它励电机电驱串