石油機(jī)械的動力傳動與特性

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1、第 三 章 石 油 機(jī) 械 的 動 力 傳 動 與 特 性 第一節(jié)、石油鉆機(jī)用柴油機(jī)研 究 問 題 ： 發(fā) 動 機(jī) （ 柴 油 機(jī) ） 驅(qū) 動 特 點 ？ 驅(qū) 動 特 性 ？ 動 力 的 特 性 指 標(biāo) ？ 發(fā)動機(jī)原理 一、驅(qū)動設(shè)備的特性指標(biāo)1、 適 應(yīng) 系 數(shù) ： K=最 大 穩(wěn) 定 扭 矩 /額 定 扭 矩2、 速 度 范 圍 ： R=最 高 穩(wěn) 定 轉(zhuǎn) 速 /最 低 穩(wěn) 定 轉(zhuǎn) 速3、 燃 料 的 經(jīng) 濟(jì) 性 ： 同 樣 功 率 下 消 耗 燃 料 費 用4、 發(fā) 動 機(jī) 比 質(zhì) 量 ： K=發(fā) 動 機(jī) 質(zhì) 量 /額 定 功 率5、 使 用 經(jīng) 濟(jì) 性 ： 燃 料 經(jīng) 濟(jì) 性 ； 工 作

2、 地 區(qū) 適 應(yīng) 性 ； 啟 動 性 ； 靈 活 性 ； 可 靠 性 ； 安 全 性 ； 維 護(hù) 保 養(yǎng) 難 易第一節(jié)、石油鉆機(jī)用柴油機(jī) 一、驅(qū)動設(shè)備的特性指標(biāo)第一節(jié)、石油鉆機(jī)用柴油機(jī)幾 種 動 力 機(jī) 適 應(yīng) 性 系 數(shù) K與 速 度 范 圍 驅(qū) 動 機(jī) 外 特 性 ：扭 矩 M隨 轉(zhuǎn) 速 n的 變 化 規(guī) 律一、驅(qū)動設(shè)備的特性指標(biāo)第一節(jié)、石油鉆機(jī)用柴油機(jī) 二、柴油機(jī)驅(qū)動特點：1、不受地區(qū)限制，有自持力2、采用“積木式”增加機(jī)組的辦法，較少柴油機(jī)品種3、轉(zhuǎn)速可平穩(wěn)調(diào)節(jié)，4、結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、便于移運(yùn)5、不足：扭矩曲線平坦，適應(yīng)性系數(shù)小，過載能力有 限，噪音大 三、柴油機(jī)驅(qū)動特性：柴 油 機(jī)

3、驅(qū) 動 特 性 ： 包 括 外 特 性 ； 負(fù) 荷 特 性 ； 調(diào) 速 特 性外 特 性 ： 固 定 柴 油 機(jī) 的 最 大 供 油 量 時 ， 功 率 、 扭 矩 、 油 耗 、 等 隨 轉(zhuǎn) 速 的 變 化 規(guī) 律 。負(fù) 荷 特 性 ： 定 轉(zhuǎn) 速 時 ， 油 耗 、 排 氣 溫 度 、 吸 氣 壓 力 ， 等 隨 負(fù) 荷 （ 功 率 ） 的 變 化 規(guī) 律 。調(diào) 速 特 性 ： 油 門 固 定 時 ， 功 率 、 扭 矩 等 與 轉(zhuǎn) 速 的 關(guān) 系 。 三、柴油機(jī)驅(qū)動特性： Z12V190B型柴油機(jī)外特性ge-油 耗 率 ； Me-扭 矩 ； Ne-功 率 三、柴油機(jī)驅(qū)動特性：Z12V19

4、0B型柴油機(jī)負(fù)荷特性負(fù)荷特性：給定轉(zhuǎn)速下，油耗與負(fù)荷（功率）的變化規(guī)律 依據(jù)此特性可以確定，給定轉(zhuǎn)速下，油耗最小的功率范圍 三、柴油機(jī)驅(qū)動特性：Z12V190B型柴油機(jī)調(diào)速特性調(diào)速特性：功率，扭矩與轉(zhuǎn)速的關(guān)系。 當(dāng)外載超過Me時，超負(fù)荷，動力性和經(jīng)濟(jì)性變壞 PZl90系 列 柴 油 機(jī) 型 號 編 制 的 含 義 如 下 ：型 號 示 例 ： PZl2V190BD四、國產(chǎn)190柴油機(jī)介紹 國 產(chǎn) 鉆 機(jī) 主 要 采 用 濟(jì) 南 柴 油 機(jī) 廠 生 產(chǎn) 的 Z190系 列 柴油 機(jī) ， 該 類 機(jī) 型 已 有 九 千 多 臺 服 務(wù) 于 石 油 鉆 探 市 場 。四、國產(chǎn)190柴油機(jī)介紹 為 適

5、 應(yīng) 鉆 機(jī) 對 動 力 要 求 ， 190系 列 柴 油 機(jī) 在 近 十 年來 性 能 和 可 靠 性 都 有 較 大 的 提 高 。 例 如 主 導(dǎo) 產(chǎn) 品Z12V190B改 型 為 G12V190ZL， 于 1999年 研 制 成 功 。 該 型柴 油 機(jī) 在 性 能 指 標(biāo) 、 可 靠 性 、 自 動 監(jiān) 控 、 解 決 “ 三 漏 ”和 外 觀 質(zhì) 量 等 方 面 都 有 顯 著 提 高 。 隨 著 鉆 探 技 術(shù) 和 裝 備 的 更 新 ， 對 鉆 機(jī) 動 力 提 出 了以 下 要 求 ： (1)適 應(yīng) 沙 漠 縱 深 地 區(qū) 風(fēng) 沙 大 、 日 溫 差 大 以 及 自 動化 程

6、度 高 、 無 人 值 守 的 要 求 ； (2)適 應(yīng) 高 原 、 高 寒 地 區(qū) 空 氣 稀 薄 、 超 低 溫 的 環(huán) 境 ； (3)深 井 鉆 探 ， 要 求 柴 油 機(jī) 單 臺 功 率 大 、 載 荷 變 化 頻 繁 ， 在 部 分 載 荷 下 經(jīng) 濟(jì) 性 好 ； (4)每 臺 鉆 機(jī) 配 備 柴 油 機(jī) 臺 數(shù) 少 ， 移 運(yùn) 方 便 ； (5)能 遠(yuǎn) 距 離 控 制 ， 可 靠 性 高 ， 故 障 率低。 主 要 討 論 ： 液 力 傳 動 原 理 ； 為 什 么 變 矩 器 可 以 實 現(xiàn)優(yōu) 越 的 驅(qū) 動 特 性 ？第二節(jié) 石油鉆機(jī)液力傳動裝置 一、液力傳動原理 二、柴油機(jī)-

7、耦合器驅(qū)動液力耦合器 三、柴油機(jī)-變矩器驅(qū)動液力變矩器-原理 三、柴油機(jī)-變矩器驅(qū)動液力變矩器-渦流與環(huán)流 1-泵 輪2-渦 輪3-導(dǎo) 輪4-工 作 輪內(nèi) 環(huán)5-渦 輪 槽 液力變矩器外特性曲線變矩系數(shù)效率 特 性 指 標(biāo) ： (1)、 隨 外 載 變 化 能 自 動 無 級 地 變 速 、 變 矩 。 驅(qū)動 絞 車 時 ， 可 明 顯 提 高 鉆 機(jī) 起 升 工 效 。 (2)、 使 柴 油 機(jī) 始 終 維 持 在 經(jīng) 濟(jì) 合 理 的 工 況 下 運(yùn)行 ， 即 使 外 載 增 大 導(dǎo) 致 渦 輪 軸 處 于 制 動 狀 態(tài) 時 ， 柴油 機(jī) 也 不 會 被 蹩 滅 。柴 油 機(jī) 變 矩 器

8、驅(qū) 動 優(yōu) 勢 ： (3)K值 大 ， 使 機(jī) 組 適 應(yīng) 外 載 變 化 的 能 力 大 大 增 強(qiáng) ，例 如 ， 在 高 效 區(qū) 范 圍 內(nèi) K 2（ 柴 油 機(jī) 本 身 K： 1.01.15)； 在 重 載 時 可 高 達(dá) 3.5 4， 使 鉆 機(jī) 解 除 事 故 ，負(fù) 載 啟 動 能 力 強(qiáng) ， 操 作 平 穩(wěn) 。 (4)調(diào) 速 范 圍 R增 大 ， 在 高 效 工 作 區(qū) 內(nèi) ， RnT2/nT1 2.0， 在 重 載 ， 輕 載 區(qū) 仍 可 以 工 作 ， 只 是效 率 較 低 。 為 了 提 高 效 率 ， 一 般 只 需 4個 機(jī) 械 擋 ，這 既 簡 化 了 傳 動 ， 又

9、方 便 了 操 作 。 (5)傳 動 平 穩(wěn) 柔 和 ， 吸 收 沖 擊 振 動 ， 延 長 了 機(jī) 械設(shè) 備 壽 命 。 (6)柴 油 機(jī) 液 力 變 矩 器 并 車 較 皮 帶 并 車 傳 動 效 率提 高 3 ， 減 少 了 并 車 損 失 。柴 油 機(jī) 變 矩 器 驅(qū) 動 優(yōu) 勢 ： 柴 油 機(jī) 變 矩 器 驅(qū) 動 主 要 不 足 之 處 是 效 率 偏 低 ，變 矩 器 最 高 效 率 一 般 為 85 90 ， 且 隨 渦 輪 軸 轉(zhuǎn)速 變 化 其 效 率 還 要 降 低 。 純 鉆 進(jìn) 驅(qū) 動 泵 時 工 效 明顯 低 于 機(jī) 械 傳 動 。 此 外 變 矩 器 結(jié) 構(gòu) 比 較

10、復(fù) 雜 ， 還需 要 一 套 補(bǔ) 償 和 散 熱 冷 卻 系 統(tǒng) 。柴 油 機(jī) 變 矩 器 驅(qū) 動 弊 端 ： 柴 油 機(jī) 變 矩 器 聯(lián) 合 工 作 特 性 曲 線 如 圖 所 示 ， 柴 油 機(jī) 變 矩 器 聯(lián) 合 工 作 特 性 曲 線 如 圖 所 示 ， 實 測 表 明 ， 每 起 一 立 根 可 比 ZJ45J鉆 機(jī) 平 均 縮 短7.5 9.5秒 ， 約 縮 短 原 時 間 的 14 15 。 與 ZJ45J鉆 機(jī) 相 比 ， 實 現(xiàn) 了 泵 的 正 轉(zhuǎn) 運(yùn) 行 。 研 究 問 題 ： 1、 三 大 耗 能 部 件 需 要 什 么 樣 的 驅(qū) 動 ？ 2、 三 大 耗 能 部 件

11、工 作 時 有 何 特 點第三節(jié) 柴油機(jī)驅(qū)動鉆機(jī)工作特性 問 題 一 ： 絞 車 ， 轉(zhuǎn) 盤 ， 鉆 井 泵 自 身 特 點 ？問 題 二 ： 對 驅(qū) 動 特 性 可 能 會 有 何 要 求 ？絞 車 ：立 根 數(shù) 目 決 定 載 荷 載 荷 確 定 大 鉤 速 度結(jié) 論 ： 希 望 大 鉤 速 度 與 大 鉤 載 荷 乘 積 為 恒 定 值 。這 樣 可 以 充 分 利 用 動 力 機(jī) 組 的 功 率 ， 避 免 功 率的 浪 費 。主題一、三大工作機(jī)的負(fù)載特點 大鉤提升載荷與速度的關(guān)系1曲線是理想曲線；2曲線是每換一立根對應(yīng)曲線；3絞車實際檔位曲線； 由此推理絞車對動力機(jī)組要求：1、無級變

12、速，調(diào)速范圍R=最大速度/最小速度=510；2、有短期過載能力3、好的啟動性能，可靠控制離合裝置總 結(jié) ： 絞 車 需 要 這 樣 的 驅(qū) 動 ： 可 恒 功 率 調(diào) 節(jié) ； 能 無 極 變 速 ； 驅(qū) 動 性 能 良 好依據(jù)同樣的分析方式可以判斷轉(zhuǎn)盤和鉆井泵的基本情況 二、典型驅(qū)動方案方案1、單獨驅(qū)動優(yōu) 勢 ： 傳 動 系 統(tǒng) 單 ； 效 率 高 ； 便 于 井 場 布 置 ；劣 勢 ： 裝 機(jī) 功 率 利 用 率 低 ； 動 力 部 不 能 互 濟(jì) 二、典型驅(qū)動方案方案2、統(tǒng)一驅(qū)動優(yōu) 勢 ： 裝 機(jī) 功 率 利 用 率 高 ； 可 調(diào) 劑 各 工 作 機(jī) 不 同的 功 率 需 求 ； 動

13、力 機(jī) 可 互 濟(jì) ；劣 勢 ： 傳 動 復(fù) 雜 ； 效 率 低 ； 安 裝 困 難 柴油機(jī)驅(qū)動 膠帶并車 二、典型驅(qū)動方案方案2、統(tǒng)一驅(qū)動優(yōu) 勢 ： 裝 機(jī) 功 率 利 用 率 高 ； 可 調(diào) 劑 各 工 作 機(jī) 不 同的 功 率 需 求 ； 動 力 機(jī) 可 互 濟(jì) ；劣 勢 ： 傳 動 復(fù) 雜 ； 效 率 低 ； 安 裝 困 難 柴油機(jī)-變矩器驅(qū)動 鏈條并車 二、典型驅(qū)動方案方案3、分組驅(qū)動優(yōu) 勢 ： 驅(qū) 動 簡 單 ； 利 用 率 高 ； 安 裝 方 便 ； 主 絞 車 可 不 裝 在 搞 鉆 臺 可 滿 足 工 作 機(jī) 布 置 要 求交流電動機(jī) 直流電動機(jī) 三、機(jī)械傳動鉆機(jī)特點1、并車

14、：柴油機(jī)直接驅(qū)動；膠帶（皮帶）并車； 柴油機(jī)液力驅(qū)動；鏈條并車2、倒車：齒正車，鏈倒車；雙錐齒輪正倒車； 鏈正車，齒倒車雙錐齒輪正倒車 鏈正車，齒倒車 三、機(jī)械傳動鉆機(jī)特點1、并車：柴油機(jī)直接驅(qū)動；膠帶（皮帶）并車； 柴油機(jī)液力驅(qū)動；鏈條并車2、倒車：齒正車，鏈倒車；雙錐齒輪正倒車； 鏈正車，齒倒車3、減速與變速：35次減速；轉(zhuǎn)盤調(diào)速范圍510，一般 設(shè)置4-6個機(jī)械檔位4、轉(zhuǎn)換方向5、帶輔助調(diào)速的傳動方案 帶輔助調(diào)速的傳動方案 第 四 節(jié) 電 驅(qū) 動 鉆 機(jī) 工 作 特 性 （ 自 學(xué) ）一、電動機(jī)的機(jī)械特性電 機(jī) 轉(zhuǎn) 速 n與 轉(zhuǎn) 矩 M之間 的 關(guān) 系 ， 稱 電 動 機(jī) 的 特 性電

15、動 機(jī) 的 轉(zhuǎn) 速 隨 轉(zhuǎn) 矩變 化 的 程 度 稱 為 機(jī) 械 特 性 二、直流電動機(jī)機(jī)械特性與人為特性并勵、它勵電動機(jī)具有硬特性 二、直流電動機(jī)機(jī)械特性與人為特性串勵電動機(jī)具有軟特性 二、直流電動機(jī)機(jī)械特性與人為特性2、 直 流 電 機(jī) 人 為 特 性 （ 調(diào) 速 方 法 ）電 驅(qū) 串 電 阻 調(diào) 速 法降 低 電 驅(qū) 電 壓 調(diào) 速 法減 弱 磁 通 調(diào) 速 法 它 勵 電 機(jī) 電 驅(qū) 串 電 阻 調(diào) 速 -人 為 特 性 二、直流電動機(jī)機(jī)械特性與人為特性2、 直 流 電 機(jī) 人 為 特 性 （ 調(diào) 速 方 法 ）電 驅(qū) 串 電 阻 調(diào) 速 法降 低 電 驅(qū) 電 壓 調(diào) 速 法減 弱 磁

16、 通 調(diào) 速 法 三、交流電動機(jī)機(jī)械特性與人為特性1、 交 流 電 機(jī) 機(jī) 械 特 性交 流 電 動 機(jī) 機(jī) 械 特 性 是硬 特 性 ， 不 能 滿 足 鉆 機(jī)工 作 機(jī) 對 調(diào) 速 的 要 求 。 三、交流電動機(jī)機(jī)械特性與人為特性2、 交 流 電 機(jī) 變 頻 調(diào) 速 機(jī) 械 特 性通 過 人 為 變 頻 調(diào) 速 的 機(jī)械 特 性 ， 能 夠 滿 足 鉆 機(jī)工 作 機(jī) 對 調(diào) 速 的 要 求 。 四、AC-SCR-DC可控硅直流電機(jī)1、 SCR電 驅(qū) 動 四、AC-SCR-DC可控硅直流電機(jī)2、 SCR電 驅(qū) 動 優(yōu) 勢（ 1） 、 有 人 為 軟 特 性（ 2） 、 簡 化 機(jī) 械 傳 動

17、 系 統(tǒng) ， 提 高 了 效 率（ 3） 、 發(fā) 電 機(jī) 組 運(yùn) 行 在 最 佳 工 況 ， 節(jié) 省 燃 料 ， 延 長 了 大 修 期（ 4） 、 動 力 可 互 濟(jì) ， 分 配 靈 活（ 5） 、 便 于 鉆 機(jī) 布 置 ， 維 修 費 大 大 降 低 ， 自 動 化 高 ， 更 安 全 四、AC-SCR-DC可控硅直流電機(jī)3、 ZJ60D鉆 機(jī) 的 SCR驅(qū) 動 系 統(tǒng) 四、AC-SCR-DC可控硅直流電機(jī)ZJ60D鉆 機(jī) 的 直 流 電 機(jī)GR752R機(jī) 械 特 性 四、AC-SCR-DC可控硅直流電機(jī) 穿 10跟 繩 穿 12跟 繩 五、加速發(fā)展AC變頻點驅(qū)動鉆機(jī)1、 原 理 ： 通 過 改 變 頻 率 來 調(diào) 速2、 交 流 變 頻 驅(qū) 動 的 優(yōu) 勢 ：（ 1） 能 無 極 變 速 ， 可 橫 功 率 調(diào) 速 ， 低 速 性 能 好（ 2） 有 轉(zhuǎn) 矩 、 轉(zhuǎn) 速 限 定 功 能 ， 有 過 載 、 過 熱 、 過 硫 保 護(hù) 性 能（ 3） 短 時 超 載 能 力 強(qiáng) 1.5-2， 可 帶 載 啟 動 ， 可 實 現(xiàn) 對 電 網(wǎng) 能 量 反 饋（ 4） 交 流 電 機(jī) 效 率 高 達(dá) 96%， 維 護(hù) 費 用 低 ， 安 全 性 好 （ 5） 易 于 實 現(xiàn) 自 動 化 控 制