10钻采机械4汇总

1、第三章第三章 石油机械的动力传动与特性石油机械的动力传动与特性 与普通工程机械一样，石油机械同样需要驱动设备，并需将动力分配给各工作机组。 这两部分分别称为动力和传动部分。 根据石油机械工作机组的特点，本章主要介绍驱动类型的选择和传动系统的设计，以更好地满足石油钻井工艺和经济性的要求。第一节第一节 石油钻机用柴油机石油钻机用柴油机 石油机械的动力主要来自柴油机柴油机和电动机电动机两大类。与其他机械相比，石油钻机用动力机械有其不同之处。首先是功率大功率大，如一台钻机要几千kW的功率配备，一座海洋平台则要上万kW的功率配备;其次是控制精度高控制精度高，石油钻机常常需要用几部柴油机带交流发电机共同工

2、作，这就要求电机能精确控制，以保证交流电的汇集;第三是强适应性强适应性，石油的开发和生产地大多在条件艰苦的地区，且动力电源往往得不到供给。一、驱动设备的特性指标一、驱动设备的特性指标 各类动力机有一些共同的技术经济指标，可用来评价它们的动力性和经济性。 1、适应性系数Ks K s = Mmax / Me (3-1） 式中， Mmax为动力机稳定工作状态时发出的最大扭矩;Me为动力机额定(标定)功率时的扭矩。 Ks值的大小表明动力机适应外载变化的能力。KsKs值大，表明值大，表明动力机过载能力大。动力机过载能力大。第一节 石油钻机用柴油机2.2.速度范围速度范围R R R=nmax/nmin (

3、3-2)式中，nmax为动力机最高稳定工作转速;nmin为动力机最低稳定工作转速。 R R越大，表明速度调节范围越宽。越大，表明速度调节范围越宽。通常所说的通常所说的柔韧性柔韧性, ,即指即指K,RK,R值大值大, ,随外载增加随外载增加( (或减少或减少) )而能自而能自动增矩减速动增矩减速( (或减矩增速或减矩增速) )的范围宽的范围宽. .3.3.燃料燃料( (能源能源) )的经济性的经济性 燃料的经济性指的是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。4.4.动力机比质量动力机比质量 动力机比质量即每单位功率(以kW为单位)的质量(

4、以kg为单位) ，用KG表示: KG=G/Ne (3-3) 式中，G为动力机(包括必备的附件)的质量;Ne为额定功率。5.5.使用经济性使用经济性 除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。 表3-1给出了石油机械常用驱动设备的适应性系数Ks和调速范围R的参考数值。二、柴油机驱动的特点二、柴油机驱动的特点(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。在寒带、热带、高原、山地、平原、沙漠、沼泽、海洋环境，自带燃料就可工作，这对勘探和开发新油田是非常重要的。 (2)产品系列化后，不

5、同级别钻机可采用所谓积木式积木式 方式方式，即增加相同类型机组数目可以增加总装机功率，从而减少柴油机品种。(3)在性能上，转速可平稳调节，能防止工作机过载，避免出在性能上，转速可平稳调节，能防止工作机过载，避免出现设备事故现设备事故。装有全制式调速器，油门手柄处于不同位置即可得到不同的稳定工作转速。当外载增加超过Mmax 时，柴油机便超过外特性上稳定工作点而熄火，不致造成传动机构或工作机因过载而损坏。(4)结构紧凑，体积小，质量轻，便于搬迁移运，适于野外流结构紧凑，体积小，质量轻，便于搬迁移运，适于野外流动作业。动作业。 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

6、= 1.05 -1.15) ，过载能力有限;转速调节范围窄(R = 1.3- 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，等等。三、柴油机驱动特性三、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 1)1)外特性外特性 油泵齿条固定在供油量最大位置时，功率Ne、转矩Me 、单位时间功率的油耗ge、排气温度tT、增压后吸气压力Pk、排出压力PT随n变化的规律称为外特性外特性。 外特性外特性是正确选择及合理使用发动机的基础。图3-1所示为Z12V190B型柴油机外特性曲线。该曲线定量地指明了不同转速下的Ne，Me和ge值，还指明了最大功率Nma

7、x、 最大扭矩Mmax及最大功率时扭矩Me 、最小耗油量gemin及相应的经济转速，可确定适应性系数K和合理的工作转速范围。三、柴油机驱动特性三、柴油机驱动特性 2) 2)负荷特性负荷特性 定转速下ge ，GT ，tT ，PK随功率Ne变化的规律称为负荷特性负荷特性。其中，GT为每小时油耗。图3-2所示为Z12V190B型柴油机负荷特性曲线。 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，切点所对应的功率即为最经济的功率，因为该点 Ne与ge比值最大。三、柴油机驱动特性三、柴油机驱动特性3)3)调速特性调速特性 油门手柄固定、油泵

8、齿条由调速器自动控制时，Ne，Me与转速n的关系称为调速特性调速特性。图3-3所示为柴油机的调速特性。 由调速特性可知，装有全制式调速器的柴油机的负荷可以在很大范围内变化，而转速则可维持0.96)工况下工作，否则效率过低，功率损失大。液力偶合器只能传递扭矩，不能变矩，因此又称液力联轴器。液力联轴器。二、液力变矩器（涡轮变矩器）二、液力变矩器（涡轮变矩器）1 .1 .液力变矩器结构和基本原理液力变矩器结构和基本原理液力变矩器结构如图3-8所示。导轮与外壳相连，是不转动的，叶片大都为空间扭曲形状。与偶合器相比，它多了一个固定不动的导轮，性能便大不相同，其外特性曲线如图 3-9所示。当泵轮扭矩MB一

9、定时，导轮可改变涡轮输出扭矩MT，使得MT可以小于、等于或大于MB 变矩器输出扭矩与输入扭矩的比值称为变矩系数变矩系数，以K K表示变矩器输出功率与输入功率的比值称为变矩器的效率变矩器的效率，以表示。液力变矩器依结构特点可分为: (1）按涡轮级数分:单级，如国产WB型;多级，如罗马尼亚CHC型(3级)。 (2)按涡轮内液流流向分:离心式、向心式、轴流式，如图3-10所示。二、液力变矩器（涡轮变矩器）二、液力变矩器（涡轮变矩器）2.CHC2.CHC型液力变矩器型液力变矩器罗马尼亚石油钻机用的CHC型液力变矩器是一种3级变矩器。根据循环圆尺寸不同，有CHC-650， CHC-750-1和CHC-7

10、50-2等。启动变矩比大(K=4.5)、高效范围内输出转速低。（=0. 250. 65，70%)是这种变矩器的主要特点，但其结构复杂，不易维修， 最高效率低，仅82%土2%。 CHC-750-2变矩器的配套钻机是F-200， F-320 。 CHC-750-2的主要技术参数为:最 大输入功率为654 kW(890 hp)，最大输入转速为1400 r/min，最高效率为82%士2% =0.45时) ，启动变矩系数为4.5，高效区工作范围i=O. 250. 65(75%)。二、液力变矩器（涡轮变矩器）二、液力变矩器（涡轮变矩器）3.YB900 3.YB900 液力变矩器液力变矩器 YB900液力变

11、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，用以取代CHC750变矩器、MB820Bb柴油机，作为F320钻机动力机组及国产深井、超深井机械驱动钻机(如ZJ32J一5和ZJ60L)的动力机组。1)1)结构特点结构特点 YB900变矩器总成如图3-11所示。泵轮为双扭曲叶片(铸钢) ，涡轮(锻钢)和导轮(铸铝)为柱状叶片。采用短圆柱轴承(32324，32326)承受径向力，4支点推力球轴承 (176328)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图3

12、-12所示的离心式间隙密封，甩油盘可将自油箱溅来的工作油甩入压盖的环形槽中，经过回油孔又流回油箱。YB900变矩器是我国首次研制的充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。2)2)技术特性技术特性YB900变矩器的原始特性曲线如图3-13所示，主要技术参数见表3-4。3)3)变矩器充油量调节变矩器充油量调节通过试验可求出变矩器不同充油量时的一组外特性曲线，如图3-14所示。曲线表明:变矩器的B，K等参数随充油量的减少而降低，随充油量的增加而上升。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。图3-15所示为变矩器充油量调节控制系统示意图。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(孔口a，b)开度加大，排油口(孔口c)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，过油孔a，b连通，开度最大;排油孔口C全关，变矩器全量