鉆機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)備與傳動(dòng)系統(tǒng)

關(guān)于鉆機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)備與傳動(dòng)系統(tǒng)第六章鉆機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)備與傳動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)類型，典型驅(qū)動(dòng)方案；工作機(jī)對(duì)驅(qū)動(dòng)特性要求；柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)特性，柴油-液力驅(qū)動(dòng)特性；電驅(qū)動(dòng)特性：直流電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性，交流電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性；傳動(dòng)系統(tǒng)的變速設(shè)計(jì)。教學(xué)內(nèi)容和課程基本要求第2頁(yè),共71頁(yè)，2024年2月25日，星期天第六章鉆機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)備與傳動(dòng)系統(tǒng)6.1石油機(jī)械常用動(dòng)力裝置6.2石油鉆機(jī)液力傳動(dòng)裝置6.3柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)工作特性6.4電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)工作特性6.5傳動(dòng)系統(tǒng)及其部件設(shè)計(jì)6.6傳動(dòng)系統(tǒng)的變速設(shè)計(jì)第3頁(yè),共71頁(yè)，2024年2月25日，星期天6.1石油機(jī)械常用動(dòng)力裝置(1)驅(qū)動(dòng)設(shè)備的特性指標(biāo)①

適應(yīng)性系數(shù)KsMmax——?jiǎng)恿C(jī)穩(wěn)定工作狀態(tài)時(shí)的最大扭矩；Me——?jiǎng)恿C(jī)額定（標(biāo)定）功率時(shí)的扭矩。Ks值大小表明動(dòng)力機(jī)適應(yīng)外載變化的能力。值大，表明動(dòng)力機(jī)過(guò)載能力大。第4頁(yè),共71頁(yè)，2024年2月25日，星期天②速度范圍Rnmax——?jiǎng)恿C(jī)最高穩(wěn)定工作轉(zhuǎn)速；nmin——?jiǎng)恿C(jī)最低穩(wěn)定工作轉(zhuǎn)速。同一根軸上第5頁(yè),共71頁(yè)，2024年2月25日，星期天

③動(dòng)力機(jī)比質(zhì)量定義：每單位功率（kW）的質(zhì)量，用KG表示：

(kg／kW)G——?jiǎng)恿C(jī)（包括必備的附件）的質(zhì)量，kg；Ne——額定功率，kW。第6頁(yè),共71頁(yè)，2024年2月25日，星期天④燃料（能源）的經(jīng)濟(jì)性指提供同樣功率時(shí)所消耗的燃料費(fèi)用。柴油機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)，以耗油率來(lái)表征；電動(dòng)機(jī)則以耗電量、功率因數(shù)來(lái)表征。⑤使用經(jīng)濟(jì)性

除已特別指明的燃料經(jīng)濟(jì)性之外，使用經(jīng)濟(jì)性尚應(yīng)包括：對(duì)工作地區(qū)的適應(yīng)性、啟動(dòng)性能、控制操作的靈敏程度、工作的可靠性、安全性、持久性及維護(hù)保養(yǎng)難易性等。第7頁(yè),共71頁(yè)，2024年2月25日，星期天

表6-1石油機(jī)械常用驅(qū)動(dòng)設(shè)備的適應(yīng)性系數(shù)和調(diào)速范圍的參考數(shù)值類型柴油機(jī)（中、高速）1.05～1.151.3～1.8柴油機(jī)-變矩器1.5～3.51.5～2.5直流電動(dòng)機(jī)1.6～4.01.5～2.5交流電動(dòng)機(jī)1.5～2.2（短期）1.5第8頁(yè),共71頁(yè)，2024年2月25日，星期天（2）柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)的特點(diǎn)

柴油機(jī)是石油機(jī)械使用最廣泛的動(dòng)力機(jī)械，主要是因?yàn)樗哂幸韵碌奶攸c(diǎn)：①

不受地區(qū)限制，具有自持能力。無(wú)論寒帶、熱帶、高原、山地、平原、沙漠、沼澤、海洋，自帶燃料都可工作，這對(duì)勘探和開(kāi)發(fā)新油田是非常重要的。②

產(chǎn)品系列化后，不同級(jí)別鉆機(jī)，可采用所謂“積木式”，即增加相同類型機(jī)組數(shù)目，以增加總裝機(jī)功率，從而減少柴油機(jī)品種。第9頁(yè),共71頁(yè)，2024年2月25日，星期天③在性能上，轉(zhuǎn)速可平穩(wěn)調(diào)節(jié)，能防止工作機(jī)過(guò)載，避免出設(shè)備事故。裝上全制式調(diào)速器，油門(mén)手柄處于不同位置時(shí)，即可得到不同的穩(wěn)定工作轉(zhuǎn)速。當(dāng)外載增加超過(guò)時(shí)，柴油機(jī)便超過(guò)外特性；④作為鉆機(jī)動(dòng)力機(jī)，它也有不足之處，如：扭矩曲線較平坦，適應(yīng)性系數(shù)小（），過(guò)載能力有限；轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍窄（）；噪音大，影響工人健康；與電驅(qū)動(dòng)比較，驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)效率低，燃料成本高等。第10頁(yè),共71頁(yè)，2024年2月25日，星期天(3)柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)特性

柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)特性就是柴油機(jī)自身的特性，包括外特性、負(fù)荷特性、調(diào)速特性和通用特性。①

外特性油泵齒條固定于供油量最大位置時(shí)外特性是正確選擇及合理使用發(fā)動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)Z12V190B型柴油機(jī)外特性曲線

第11頁(yè),共71頁(yè)，2024年2月25日，星期天②負(fù)荷特性定轉(zhuǎn)速下，ge,GT,tr,pk隨功率Ne而變化的規(guī)律，稱負(fù)荷特性，其中GT為每小時(shí)油耗。依據(jù)負(fù)荷特性，可確定動(dòng)力機(jī)在定轉(zhuǎn)速下工作時(shí)的經(jīng)濟(jì)負(fù)荷，即耗油率最小的功率范圍。由坐標(biāo)原點(diǎn)引射線與ge曲線相切，切點(diǎn)所對(duì)應(yīng)之功率即最經(jīng)濟(jì)的功率，因?yàn)樵擖c(diǎn)Ne與ge比值最大。

Z12V190B型柴油機(jī)負(fù)荷特性曲線。

第12頁(yè),共71頁(yè)，2024年2月25日，星期天③調(diào)速特性

在調(diào)速器起作用時(shí)，保持調(diào)速手柄位置一定，柴油機(jī)性能指標(biāo)隨轉(zhuǎn)速或負(fù)荷變化的關(guān)系。由調(diào)速特性知，裝有全制式調(diào)速器的柴油機(jī)，負(fù)荷可以在很大范圍內(nèi)變化，而轉(zhuǎn)速則可維持＜5％的變化。調(diào)節(jié)油門(mén)手柄位置，可得到一系列形狀類似的調(diào)速線。

在選擇匹配和操作使用柴油機(jī)肘，都應(yīng)讓它在調(diào)速線上工作。若外載超過(guò)Me點(diǎn)，發(fā)動(dòng)機(jī)將在超負(fù)荷工況下運(yùn)行，動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)都會(huì)變壞，這是不利的。第13頁(yè),共71頁(yè)，2024年2月25日，星期天④通用特性最內(nèi)層的等油耗率曲線表明發(fā)動(dòng)機(jī)最經(jīng)濟(jì)的工作范圍。Z12V190B柴油機(jī)的通用特性曲線第14頁(yè),共71頁(yè)，2024年2月25日，星期天(4)石油機(jī)械常用柴油機(jī)①

Z190系列鉆機(jī)柴油機(jī)濟(jì)南柴油機(jī)廠研制生產(chǎn)的Z190系列柴油機(jī)包括有Z8V190，Z8V190-1，Z8V190-2和Z812V190B，Z12V190B-1，Z12V190B-2等基本機(jī)型及相應(yīng)的配套機(jī)座（即帶有風(fēng)扇、水箱和底架的動(dòng)力機(jī)組，如PZ12V190B）。此外，還發(fā)展有能適應(yīng)不同環(huán)境、滿足不同性能要求的專用機(jī)型。

Z190系列柴油機(jī)是國(guó)產(chǎn)鉆機(jī)用動(dòng)力機(jī)，也可用于固定發(fā)電、船舶、內(nèi)燃機(jī)車及其他工程機(jī)械。

第15頁(yè),共71頁(yè)，2024年2月25日，星期天Z190系列柴油機(jī)基木型號(hào)與規(guī)格、主要技術(shù)參數(shù)

第16頁(yè),共71頁(yè)，2024年2月25日，星期天②電驅(qū)動(dòng)用柴油機(jī)

為滿足電動(dòng)機(jī)對(duì)動(dòng)力—柴油機(jī)發(fā)電機(jī)組的需要，濟(jì)南柴油機(jī)廠研制了一種新型1000kW的柴油機(jī)A12V190ZL。并以該機(jī)為原動(dòng)機(jī)，開(kāi)發(fā)了柴油發(fā)電機(jī)組。我國(guó)除卡特3500系列柴油機(jī)外，還大量使用底特律（DDC）公司的4000系列柴油機(jī)。第17頁(yè),共71頁(yè)，2024年2月25日，星期天6.2石油鉆機(jī)液力傳動(dòng)裝置石油鉆機(jī)傳動(dòng)裝置有機(jī)械式的也有其他形式的，機(jī)械式如螺旋、齒輪、皮帶、鏈條、萬(wàn)向軸等。石油機(jī)械功率大，工況特殊，有些制定了專用標(biāo)準(zhǔn)，如套筒滾子鏈，石油鉆機(jī)用萬(wàn)向聯(lián)軸器等。但這些傳動(dòng)裝置與一般機(jī)械相同。除此外，石油機(jī)械還常用液力傳動(dòng)裝置如液力變矩器，液力偶合器等，本節(jié)主要介紹這些傳動(dòng)裝置。第18頁(yè),共71頁(yè)，2024年2月25日，星期天(1)液力偶合器液力偶合器的主動(dòng)軸經(jīng)離心泵將能量傳給工作液，工作液又經(jīng)渦輪將能量傳給從動(dòng)軸，即：第19頁(yè),共71頁(yè)，2024年2月25日，星期天因此，液體通過(guò)它在離心泵和渦輪機(jī)中的循環(huán)流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的連續(xù)傳遞和能量的連續(xù)轉(zhuǎn)換。液力偶合器主要由泵輪，渦輪、外殼和輸入輸出軸組成。第20頁(yè),共71頁(yè)，2024年2月25日，星期天

柴油機(jī)－偶合器驅(qū)動(dòng)主要優(yōu)點(diǎn)是：傳動(dòng)柔性，可吸收震動(dòng)與沖擊；渦輪軸可隨外載變化而自動(dòng)變速，可防止工作機(jī)過(guò)載，即使外載增加導(dǎo)致渦輪制動(dòng)，動(dòng)力機(jī)（主動(dòng)軸）仍可以某一轉(zhuǎn)速工作而不熄火。扭矩的計(jì)算式為：

——泵輪扭矩系數(shù)，一般由試驗(yàn)求得；

——偶合器中傳能工作介質(zhì)密度；D——偶合器循環(huán)圓直徑；g——重力加速度；nB——泵輪轉(zhuǎn)速。第21頁(yè),共71頁(yè)，2024年2月25日，星期天偶合器渦輪轉(zhuǎn)速與泵輪轉(zhuǎn)速的比值以表示，稱轉(zhuǎn)速比，即：偶合器輸出功率與輸入功率之比值，稱作偶合器效率，即偶合器只能在高轉(zhuǎn)速比（即）工況下工作，否則效率過(guò)低，功率損失大。液力偶合器只能傳遞扭矩，不能變矩，因此又稱液力聯(lián)軸器。第22頁(yè),共71頁(yè)，2024年2月25日，星期天(2)液力變矩器（渦輪變矩器）

變矩器結(jié)構(gòu)如圖所示。導(dǎo)輪與外殼相連，是不轉(zhuǎn)動(dòng)的，葉片大都為空間扭曲形狀。與偶合器相比，多了一個(gè)固定不動(dòng)的導(dǎo)輪，性能便大不相同。當(dāng)泵輪扭矩MB一定時(shí)，導(dǎo)輪可改變渦輪輸出扭矩MT，使得MT可以小于、等于或大于MB

。第23頁(yè),共71頁(yè)，2024年2月25日，星期天

變矩器泵輪扭矩公式與偶合器相同，為：變矩器渦輪扭矩公式為：λT——渦輪扭矩系數(shù)；變矩器輸出扭矩與輸入扭矩的比值稱變矩系數(shù)：變矩器輸出功率與輸入功率的比值為變矩器的效率：第24頁(yè),共71頁(yè)，2024年2月25日，星期天

液力變矩器依結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可分為：a、按渦輪級(jí)數(shù)分：?jiǎn)渭?jí)，如國(guó)產(chǎn)WB型；多級(jí)，如羅馬尼亞CHC型（3級(jí)）。b、按渦輪內(nèi)液流流向分：離心式、向心式、軸流式。液力變矩器類型圖（a）離心式（b）向心式（c）軸流式第25頁(yè),共71頁(yè)，2024年2月25日，星期天YB900液力變矩器

YB900變矩器是北京石油勘探開(kāi)發(fā)研究院機(jī)械所、大連內(nèi)燃機(jī)車研究所和四川石油管理局共同研制的單級(jí)充油調(diào)節(jié)離心液力變矩器，與PZ12V190B-1柴油機(jī)匹配，用以取代CHC750變矩器、MB820Bb柴油機(jī)，作為F320鉆機(jī)動(dòng)力機(jī)組及國(guó)產(chǎn)深井、超深井機(jī)械驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)如ZJ32J-5和ZJ60L的動(dòng)力機(jī)組。第26頁(yè),共71頁(yè)，2024年2月25日，星期天YB900變矩器技術(shù)特性

輸入功率/kW（馬力）610（830）補(bǔ)償壓力/MPa0.13～0.25輸入轉(zhuǎn)速/（r/min）1200冷卻系統(tǒng)最大散熱量/（kCal/h）170000最高效率/%88～90輸出制動(dòng)扭矩/Nm26000啟動(dòng)變矩系數(shù)/K6.4工作油溫/℃70～100℃循環(huán)圈有效直徑/mm900外型尺寸/mm-第27頁(yè),共71頁(yè)，2024年2月25日，星期天6.3柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)工作特性（1）絞車、轉(zhuǎn)盤(pán)、鉆井泵負(fù)載特點(diǎn)及對(duì)驅(qū)動(dòng)特性的要求①絞車按絞車工作特點(diǎn)，對(duì)動(dòng)力機(jī)組的要求是：a、能無(wú)級(jí)變速，以充分利用功率，速度調(diào)節(jié)范圍5～10。b、具有短期過(guò)載能力，以克服啟動(dòng)動(dòng)載、振動(dòng)沖擊和輕度卡鉆。c、絞車工作時(shí)起停交替，要求動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)有良好的啟動(dòng)性能和靈敏可靠的控制離合裝置。綜上，絞車驅(qū)動(dòng)需要的是具有恒功率調(diào)節(jié)、能無(wú)級(jí)變速并具有良好啟動(dòng)性能的柔性驅(qū)動(dòng)。第28頁(yè),共71頁(yè)，2024年2月25日，星期天②轉(zhuǎn)盤(pán)鉆井工藝對(duì)轉(zhuǎn)盤(pán)的工作有以下要求：a、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍R＝5～10。b、能倒轉(zhuǎn)、能微調(diào)轉(zhuǎn)速以處理事故。c、有限制扭矩裝置，防止過(guò)載扭斷鉆桿。

轉(zhuǎn)盤(pán)配備的功率是一定的，具有恒功率調(diào)節(jié)、能無(wú)級(jí)變速的柔性驅(qū)動(dòng)、能充分利用功率，但鉆井工藝有時(shí)要求恒轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)。第29頁(yè),共71頁(yè)，2024年2月25日，星期天③鉆井泵鉆井泵一般都在額定沖次附近工作，負(fù)載的波動(dòng)幅度也不大，因此對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的要求比絞車、轉(zhuǎn)盤(pán)都簡(jiǎn)單。主要要求是：速度調(diào)節(jié)范圍R=1.3～1.5，以充分利用功率；允許短期過(guò)載，以克服可能出現(xiàn)的蹩泵。第30頁(yè),共71頁(yè)，2024年2月25日，星期天（2）柴油機(jī)-機(jī)械傳動(dòng)鉆機(jī)工作特性①機(jī)械傳動(dòng)方案統(tǒng)一驅(qū)動(dòng)、分組驅(qū)動(dòng)和單獨(dú)驅(qū)動(dòng)a、單獨(dú)驅(qū)動(dòng)方案轉(zhuǎn)盤(pán)、絞車、鉆井泵三個(gè)工作機(jī)組，各由不同的動(dòng)力機(jī)一對(duì)一或二對(duì)一地進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)大都采用單獨(dú)驅(qū)動(dòng)方案。

單獨(dú)驅(qū)動(dòng)，傳動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)單、效率高；工作機(jī)間無(wú)機(jī)械形式的聯(lián)系，便于鉆機(jī)在井場(chǎng)進(jìn)行平面布置。但裝機(jī)功率利用率低，動(dòng)力機(jī)不能互濟(jì)。第31頁(yè),共71頁(yè)，2024年2月25日，星期天b、統(tǒng)一驅(qū)動(dòng)方案這種方案是轉(zhuǎn)盤(pán)、絞車、鉆井泵三工作機(jī)由2～4臺(tái)動(dòng)力機(jī)并車統(tǒng)一驅(qū)動(dòng)。

統(tǒng)一驅(qū)動(dòng)裝機(jī)功率利用率高，可并車調(diào)劑各工作機(jī)不同的功率需要，動(dòng)力機(jī)有故障時(shí)動(dòng)力可互濟(jì)。但驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)復(fù)雜，傳動(dòng)效率低，安裝找正困難。第32頁(yè),共71頁(yè)，2024年2月25日，星期天c、分組驅(qū)動(dòng)方案典型的分組驅(qū)動(dòng)，將三個(gè)工作機(jī)分成兩組，絞車、轉(zhuǎn)盤(pán)為一組，鉆井泵為另一組，由動(dòng)力機(jī)（柴油機(jī)或電動(dòng)機(jī)）分別驅(qū)動(dòng)，也稱為二分組驅(qū)動(dòng)。

分組驅(qū)動(dòng)的目的主要是：

i、兼有統(tǒng)一驅(qū)動(dòng)利用率高和單獨(dú)驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)簡(jiǎn)單、安裝方便的優(yōu)點(diǎn)；

ii、現(xiàn)代深井、超深井鉆機(jī)采用7～9m高鉆臺(tái)，分組驅(qū)動(dòng)可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)盤(pán)、輔助絞車（貓頭軸）在高鉆臺(tái)上，而主絞車不上高鉆臺(tái)的方案；第33頁(yè),共71頁(yè)，2024年2月25日，星期天iii、滿足叢式井鉆機(jī)對(duì)工作機(jī)平面布置的要求：轉(zhuǎn)盤(pán)、絞車在鉆臺(tái)上并可隨鉆臺(tái)一起作縱橫方向的移動(dòng)，而鉆井泵組不必移動(dòng)。因此轉(zhuǎn)盤(pán)、絞車同鉆井泵組不能有任何機(jī)械傳動(dòng)方面的聯(lián)系，必須進(jìn)行兩分組驅(qū)動(dòng)。第34頁(yè),共71頁(yè)，2024年2月25日，星期天②機(jī)械傳動(dòng)鉆機(jī)的特點(diǎn)

鉆機(jī)機(jī)械驅(qū)動(dòng)方案一般采用統(tǒng)一驅(qū)動(dòng)或分組驅(qū)動(dòng)。這需要將幾臺(tái)柴油機(jī)的動(dòng)力合在一起，這就是并車，機(jī)械驅(qū)動(dòng)的鉆機(jī)采用皮帶并車，早期使用E型三角膠帶，現(xiàn)在廣泛使用的是窄V三角膠帶。機(jī)械驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)的傳動(dòng)方案依據(jù)鉆機(jī)的用途、鉆井深度、所采用的驅(qū)動(dòng)類型及主傳動(dòng)元件的不同而異。但是，任何一種鉆機(jī)其傳動(dòng)系統(tǒng)的基本組成和所承擔(dān)的任務(wù)卻具有共性，都主要是由并車、倒車、減速增矩、變速變矩及轉(zhuǎn)換方向等幾部分所構(gòu)成，將一臺(tái)或幾臺(tái)驅(qū)動(dòng)機(jī)組的動(dòng)力及運(yùn)動(dòng)單獨(dú)地或統(tǒng)一地傳遞給各工作機(jī)，以滿足鉆井工作的需要。第35頁(yè),共71頁(yè)，2024年2月25日，星期天a、并車現(xiàn)代機(jī)械驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)都采用兩臺(tái)以上驅(qū)動(dòng)機(jī)組，因此存在并車問(wèn)題。廣泛采用的并車方式是：柴油機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，膠帶并車傳動(dòng)，如ZJ32J-2，ZJ45J；柴油機(jī)一液力驅(qū)動(dòng)，鏈條并車傳動(dòng)，如F-320，ZJ45，ZJ60L。第36頁(yè),共71頁(yè)，2024年2月25日，星期天b、倒車轉(zhuǎn)盤(pán)需要倒車，絞車一般不需要倒車。倒車方案，花樣繁多，但究其實(shí)質(zhì)，不外以下幾種：

i、齒正車、鏈倒車（齒輪傳動(dòng)正車、鏈傳動(dòng)倒車）大慶130鉆機(jī)就是齒正車、鏈倒車，但1號(hào)機(jī)組本身不能倒車。有的鉆機(jī)，齒正車傳動(dòng)副和鏈倒車傳動(dòng)副安置在同一傳動(dòng)箱的兩根平行軸上。

ii、雙錐齒輪正倒車這種方案適用于轉(zhuǎn)盤(pán)單獨(dú)倒車，需一個(gè)單獨(dú)的正倒車箱，齒輪鉆機(jī)常采用該方案。如ZJ130-3鉆機(jī)。第37頁(yè),共71頁(yè)，2024年2月25日，星期天iii、錐齒輪倒車，短萬(wàn)向軸水平傳動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)，可使鉆臺(tái)面寬敞；缺點(diǎn)是增加了一付角傳動(dòng)。

iiii、鏈正車、齒倒車鏈條鉆機(jī)必須采用齒傳動(dòng)倒車，如ZJ45鉆機(jī)等，倒車齒輪副即置于鏈條變速箱中，可不必另設(shè)倒車箱。第38頁(yè),共71頁(yè)，2024年2月25日，星期天c、減速與變速鉆機(jī)動(dòng)力機(jī)轉(zhuǎn)速高，而工作機(jī)轉(zhuǎn)速低，從動(dòng)力機(jī)到工作機(jī)一般要經(jīng)過(guò)3～5次減速。另外，絞車和轉(zhuǎn)盤(pán)要求調(diào)速范圍為5～10。為充分利用功率，一般應(yīng)設(shè)4～6個(gè)機(jī)械擋，柴油機(jī)一變矩器驅(qū)動(dòng)時(shí)，也應(yīng)設(shè)3～4個(gè)機(jī)械擋。動(dòng)力機(jī)至鉆井泵無(wú)需變速，除泵本身已有一次減速外，在傳動(dòng)系統(tǒng)中再設(shè)1～2次減速即可。第39頁(yè),共71頁(yè)，2024年2月25日，星期天③機(jī)械驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)的起升特性對(duì)于機(jī)械驅(qū)動(dòng)的鉆機(jī)，不能無(wú)級(jí)調(diào)速，只能由機(jī)械檔變換速度，考慮到傳動(dòng)的復(fù)雜程度和操作要求，起升絞車一般設(shè)6個(gè)檔，前兩個(gè)檔用于處理事故，后4個(gè)檔用于正常鉆井。

第40頁(yè),共71頁(yè)，2024年2月25日，星期天（3）柴油機(jī)—液力驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)工作特性①柴油機(jī)和變矩器的聯(lián)合工作特性第41頁(yè),共71頁(yè)，2024年2月25日，星期天②柴油機(jī)—液力驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)的工作特點(diǎn)柴油機(jī)-變矩器驅(qū)動(dòng)具有的下述優(yōu)越性：

a、隨外載變化能自動(dòng)無(wú)級(jí)地變速變矩，驅(qū)動(dòng)絞車時(shí)，可明顯提高鉆機(jī)起升工效。

b、使柴油機(jī)始終維持在經(jīng)濟(jì)合理的工況運(yùn)行，即使外載增大，導(dǎo)致渦輪軸處于制動(dòng)狀態(tài)時(shí)，柴油機(jī)也不會(huì)被蹩滅火。

c、K值大，使機(jī)組適應(yīng)外載變化能力大大增強(qiáng)，例如在高效區(qū)范圍內(nèi)K>2，（柴油機(jī)本身K<1.5）；在重載時(shí)，K值可高達(dá)3.5～4.0，解除事故、負(fù)載啟動(dòng)能力強(qiáng)，操作平穩(wěn)。

第42頁(yè),共71頁(yè)，2024年2月25日，星期天d、調(diào)速范圍展寬，在高效工作區(qū)內(nèi)，在重載、輕載都可以工作，只不過(guò)效率較低些。為了提高效率，設(shè)3～4個(gè)機(jī)械變速擋即可，這就簡(jiǎn)化了傳動(dòng)，又方便了操作，檔間還是無(wú)級(jí)調(diào)速，可充分利用設(shè)備功率。e、傳動(dòng)平穩(wěn)柔和，吸收沖擊振動(dòng)，延長(zhǎng)機(jī)械設(shè)備壽命。f、減少并車損失，柴油機(jī)-變矩器并車比柴油機(jī)用膠帶直接并車要減少功率損失約3％，這是很可觀的。液力變矩器主要不足之處是效率偏低，最高效率一般為85％～90％，且效率隨渦輪軸轉(zhuǎn)速在很大范圍內(nèi)變化；純鉆進(jìn)驅(qū)動(dòng)泵時(shí)工效明顯低于機(jī)械傳動(dòng)。此外，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，還需要一套補(bǔ)償和散熱冷卻系統(tǒng)。第43頁(yè),共71頁(yè)，2024年2月25日，星期天③柴油機(jī)一變矩器驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)的提升曲線根據(jù)柴油機(jī)-變矩器聯(lián)合工作的外特性及鉆機(jī)所配備的機(jī)械變速擋數(shù)，便可繪出鉆機(jī)提升載荷與提升速度之間的關(guān)系曲線，稱提升特性曲線或鉆機(jī)牽引特性曲線。一般鉆機(jī)說(shuō)明書(shū)第44頁(yè),共71頁(yè)，2024年2月25日，星期天6.4電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)工作特性（1）電驅(qū)動(dòng)設(shè)備的一般工作原理電驅(qū)動(dòng)設(shè)備有直流電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)兩大類，其控制方式也有很大的差別。直流電動(dòng)機(jī)有著很好的速度控制特性，在石油機(jī)械領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用，一般采用SCR控制。交流電動(dòng)機(jī)則因?yàn)椴灰渍{(diào)速，其應(yīng)用受到一定的限制，如今交流變頻技術(shù)的出現(xiàn)，使交流電動(dòng)機(jī)得到了快速的發(fā)展。

第45頁(yè),共71頁(yè)，2024年2月25日，星期天①直流電動(dòng)機(jī)a、直流電動(dòng)機(jī)的固有工作特性由電工學(xué)知，直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速與電機(jī)扭矩的表達(dá)示為：式中：U為電源電壓，Re為電樞電阻，φ為電機(jī)磁通，Ce、CM為常數(shù)。第46頁(yè),共71頁(yè)，2024年2月25日，星期天并激串激復(fù)激第47頁(yè),共71頁(yè)，2024年2月25日，星期天b、直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速特性i、電樞串電阻調(diào)速在電樞電路中串入電阻ii、降壓調(diào)速iii、弱磁調(diào)速實(shí)際上，常用綜合的方法，在低速段4，采用降壓調(diào)速，為恒扭矩調(diào)速，在高速段5，采用弱磁調(diào)速，為恒功率調(diào)速。

第48頁(yè),共71頁(yè)，2024年2月25日，星期天②交流電動(dòng)機(jī)a、交流電動(dòng)機(jī)固有機(jī)械特性同步電動(dòng)機(jī)具有特硬特性，異步電動(dòng)機(jī)也具有硬特性。第49頁(yè),共71頁(yè)，2024年2月25日，星期天b、交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速的機(jī)械特性應(yīng)用AC變頻技術(shù)，通過(guò)變頻器向交流電動(dòng)機(jī)提供頻率可調(diào)的交流電源，改變電源頻率，可得到人為特性-變頻調(diào)速機(jī)械特性，精確控制調(diào)節(jié)交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，滿足鉆井裝備工作機(jī)對(duì)調(diào)速性能的要求。第50頁(yè),共71頁(yè)，2024年2月25日，星期天（2）直流電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)采用直流發(fā)電機(jī)-電動(dòng)機(jī)組或可控硅整流電源供電的直流電動(dòng)機(jī)可聯(lián)合應(yīng)用降壓法與弱磁法，以擴(kuò)大調(diào)速范圍。調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁可降低電動(dòng)機(jī)電樞供電電壓，使轉(zhuǎn)速自額定轉(zhuǎn)速往下降；減弱電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁，可使轉(zhuǎn)速自額定轉(zhuǎn)速往上升。第51頁(yè),共71頁(yè)，2024年2月25日，星期天全波可控硅整流電源向電樞繞組供電，可實(shí)現(xiàn)降壓調(diào)速。不可控硅整流電源向勵(lì)磁繞組供電，可實(shí)現(xiàn)弱磁調(diào)速。

第52頁(yè),共71頁(yè)，2024年2月25日，星期天

與機(jī)械驅(qū)動(dòng)（MD）相比較，可控硅整流驅(qū)動(dòng)（SCR）具有如下優(yōu)越性：

i、直流電動(dòng)機(jī)具有人為軟特性。調(diào)速范圍寬，R一般為2.5～5。超載能力強(qiáng)，超載系數(shù)K一般為1.6～2.5。因具有無(wú)級(jí)調(diào)速的鉆井特性，可提高鉆井效率。

ii、極大地簡(jiǎn)化了機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)，提高了傳動(dòng)效率，如從動(dòng)力機(jī)軸到絞車輸入軸的傳動(dòng)效率可達(dá)86％，比MD驅(qū)動(dòng)約高11％。

iiii、柴油機(jī)交流發(fā)電機(jī)組中的柴油機(jī)始終處于最佳運(yùn)轉(zhuǎn)工況（額定轉(zhuǎn)速、載荷自動(dòng)均衡分配），比MD可節(jié)省燃料18％～20％；大修周期延長(zhǎng)80％，柴油機(jī)使用壽命延長(zhǎng)。

v、并聯(lián)驅(qū)動(dòng)，動(dòng)力可互濟(jì)，動(dòng)力分配更靈活合理。

vi、SCR驅(qū)動(dòng)便于鉆機(jī)的平面和立體布置，且維護(hù)費(fèi)用僅為MD驅(qū)動(dòng)的30％；自動(dòng)化程度較高，使用更安全可靠。第53頁(yè),共71頁(yè)，2024年2月25日，星期天（3）交流變頻鉆機(jī)

AC-AC是鉆機(jī)最早采用的驅(qū)動(dòng)方式。由于交流電動(dòng)機(jī)具有硬特性，不能滿足鉆機(jī)工作機(jī)對(duì)調(diào)速的要求，隨著DC-DC和SCR驅(qū)動(dòng)型式的發(fā)展，使AC-AC驅(qū)動(dòng)型式失去了競(jìng)爭(zhēng)力。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，交流變頻調(diào)速已發(fā)展成為一門(mén)成熟的交流變頻技術(shù)，已使交流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制性能達(dá)到了直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制性能的水平。此外，和直流電動(dòng)機(jī)相比，交流電動(dòng)機(jī)沒(méi)有整流子、碳刷等活動(dòng)部件，防爆要求低，無(wú)須維護(hù)，安全可靠；單機(jī)容量大，體積小、質(zhì)量輕，價(jià)格便宜等明顯優(yōu)點(diǎn)。因此，隨著交流變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展，先進(jìn)、成熟的交流變頻器系列產(chǎn)品的問(wèn)世和應(yīng)用，使AC變頻驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)和頂驅(qū)鉆井系統(tǒng)，比SCR直流電驅(qū)動(dòng)型式具有明顯優(yōu)勢(shì)，必將成為電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)的發(fā)展方向。第54頁(yè),共71頁(yè)，2024年2月25日，星期天

①交流變頻電驅(qū)動(dòng)基本工作原理

交流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速關(guān)系式為，改變p、s或f都可以改變轉(zhuǎn)速，但最好調(diào)速方法是改變輸入的電源頻率f。為此，需要一個(gè)輸出頻率及電壓均可調(diào)，并具有良好控制性能的變頻電源。交流變頻電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由交流電源、交流變頻器和交流電動(dòng)機(jī)組成。對(duì)于石油鉆機(jī)，交流電源主要是柴油機(jī)交流發(fā)電機(jī)發(fā)出的交流電（380V～600V）。第55頁(yè),共71頁(yè)，2024年2月25日，星期天②交流變頻電驅(qū)動(dòng)的特點(diǎn)a、能精確控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩，使鉆機(jī)的絞車、轉(zhuǎn)盤(pán)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速；可實(shí)現(xiàn)恒功率調(diào)速，調(diào)速范圍寬，大大簡(jiǎn)化了機(jī)械變速機(jī)構(gòu)。低速性能好，能以極低速度恒扭矩輸出，對(duì)處理鉆井事故、側(cè)鉆修井、小泥漿流量作業(yè)及優(yōu)選參數(shù)鉆井極為有利。當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為零、處于制動(dòng)狀態(tài)時(shí)，可保持最大扭矩、靜懸鉤載。

b、具有轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速限定功能，可防止扭斷鉆桿柱、損壞傳動(dòng)機(jī)件。變頻器對(duì)電動(dòng)機(jī)有過(guò)載、過(guò)熱、過(guò)電流保護(hù)性能。

c、電動(dòng)機(jī)短時(shí)超載能力強(qiáng)（1.5～2倍），可帶載平穩(wěn)啟動(dòng)。下鉆時(shí)可實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)能量反饋，減少制動(dòng)裝置的能量損耗，節(jié)約能源。

d、交流電動(dòng)機(jī)效率高達(dá)96％（直流電動(dòng)機(jī)為91％），沒(méi)有碳刷換向器，不須制成防爆型，不須管道強(qiáng)制冷卻，維護(hù)費(fèi)用低，易于操作管理，可靠性高，安全性好。

e、容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，提高鉆井自動(dòng)化水平。第56頁(yè),共71頁(yè)，2024年2月25日，星期天③交流變頻驅(qū)動(dòng)絞車的特性JC30DB型交流變頻電驅(qū)動(dòng)絞車起升特性曲線在頻率0～21Hz范圍內(nèi)，絞車是恒轉(zhuǎn)矩輸出，起升大鉤速度在0～0.3