石油機械的動力傳動與特性.ppt

1、1,第三章 石油機械的動力傳動與特性,2,第一節(jié)、石油鉆機用柴油機,研究問題：發(fā)動機（柴油機）驅(qū)動特點？驅(qū)動特性？ 動力的特性指標(biāo)？,3,發(fā)動機原理,4,一、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)濟性：同樣功率下消耗燃料費用,4、發(fā)動機比質(zhì)量：K=發(fā)動機質(zhì)量/額定功率,5、使用經(jīng)濟性：燃料經(jīng)濟性；工作地區(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)、石油鉆機用柴油機,一、驅(qū)動設(shè)備的特性指標(biāo),第一節(jié)、石油鉆機用柴油機,6,幾種動力機適應(yīng)性系數(shù)K與速度范圍,7,驅(qū)動機外特性： 扭矩M隨轉(zhuǎn)速n的變化

2、規(guī)律,一、驅(qū)動設(shè)備的特性指標(biāo),第一節(jié)、石油鉆機用柴油機,8,二、柴油機驅(qū)動特點：,1、不受地區(qū)限制，有自持力,2、采用“積木式”增加機組的辦法，較少柴油機品種,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,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,9,三、柴油機驅(qū)動特性：,柴油機驅(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。,10,三、柴油機驅(qū)動特性：,Z12V190

3、B型柴油機外特性,ge-油耗率； Me-扭矩； Ne-功率,11,三、柴油機驅(qū)動特性：,Z12V190B型柴油機負(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,12,三、柴油機驅(qū)動特性：,Z12V190B型柴油機調(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)濟性變壞,13,PZl90系列柴油機型號編制的含義如下：型號示例：PZl2V190BD,四、國產(chǎn)190柴油機介紹,14,國產(chǎn)鉆機主要采用濟南柴油機廠生產(chǎn)的Z190系列柴油機，該類機型已有九千多臺服務(wù)于石油鉆探市場。,四、國產(chǎn)190柴油機介紹

4、,15,為適應(yīng)鉆機對動力要求，190系列柴油機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。,16,隨著鉆探技術(shù)和裝備的更新，對鉆機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，要求柴油機單臺功率大、載荷 變化頻繁，在部分載荷下經(jīng)濟性好； (4)每臺鉆機配備柴油機臺數(shù)少，移運方便； (5)能遠(yuǎn)距離控制，可靠性高，故障率低。,17,1

5、8,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) 石油鉆機液力傳動裝置,19,一、液力傳動原理,20,二、柴油機-耦合器驅(qū)動,液力耦合器,21,三、柴油機-變矩器驅(qū)動,液力變矩器-原理,22,三、柴油機-變矩器驅(qū)動,液力變矩器-渦流與環(huán)流,23,1-泵輪 2-渦輪 3-導(dǎo)輪 4-工作輪內(nèi)環(huán) 5-渦輪槽,24,液力變矩器外特性曲線,變矩系數(shù),效率,25,特性指標(biāo)：,26,(1)、隨外載變化能自動無級地變速、變矩。驅(qū)動絞車時，可明顯提高鉆機起升工效。 (2)、使柴油機始終維持在經(jīng)濟合理的工況下運行，即使外載增大導(dǎo)致渦輪軸處于制動狀態(tài)時，柴油機也不會被蹩滅。,柴油機變矩器驅(qū)

6、動優(yōu)勢：,(3)K值大，使機組適應(yīng)外載變化的能力大大增強，例如，在高效區(qū)范圍內(nèi)K2（柴油機本身K：1.01.15)；在重載時可高達(dá)3.54，使鉆機解除事故，負(fù)載啟動能力強，操作平穩(wěn)。,27,(4)調(diào)速范圍R增大，在高效工作區(qū)內(nèi)，RnT2/nT12.0，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個機械擋，這既簡化了傳動，又方便了操作。,(5)傳動平穩(wěn)柔和，吸收沖擊振動，延長了機械設(shè)備壽命。 (6)柴油機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。,柴油機變矩器驅(qū)動優(yōu)勢：,28,柴油機變矩器驅(qū)動主要不足之處是效率偏低，變矩器最高效率一般為8590，且隨渦輪軸轉(zhuǎn)速變

7、化其效率還要降低。純鉆進(jìn)驅(qū)動泵時工效明顯低于機械傳動。此外變矩器結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，還需要一套補償和散熱冷卻系統(tǒng)。,柴油機變矩器驅(qū)動弊端：,29,柴油機變矩器聯(lián)合工作特性曲線如圖所示，,30,柴油機變矩器聯(lián)合工作特性曲線如圖所示，,31,實測表明，每起一立根可比ZJ45J鉆機平均縮短7.59.5秒，約縮短原時間的1415。與ZJ45J鉆機相比，實現(xiàn)了泵的正轉(zhuǎn)運行。,32,33,研究問題： 1、三大耗能部件需要什么樣的驅(qū)動？ 2、三大耗能部件工作時有何特點,第三節(jié) 柴油機驅(qū)動鉆機工作特性,34,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

8、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組的功率，避免功率的浪費。,主題一、三大工作機的負(fù)載特點,35,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；,36,由此推理絞車對動力機組要求：,1、無級變速，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,37,二、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

9、功率利用率 低；動力部不能 互濟,38,二、典型驅(qū)動方案,方案2、統(tǒng)一驅(qū)動,優(yōu)勢：裝機功率利用率高； 可調(diào)劑各工作機不同的功率需求； 動力機可互濟； 劣勢：傳動復(fù)雜； 效率低； 安裝困難,柴油機驅(qū)動 膠帶并車,39,二、典型驅(qū)動方案,方案2、統(tǒng)一驅(qū)動,優(yōu)勢：裝機功率利用率高； 可調(diào)劑各工作機不同的功率需求； 動力機可互濟； 劣勢：傳動復(fù)雜； 效率低； 安裝困難,柴油機-變矩器驅(qū)動 鏈條并車,40,二、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 機布置要求,交流電動機,直流電動機,41,三、機械傳動鉆機特點,1、并車：柴油機直接驅(qū)

10、動；膠帶（皮帶）并車； 柴油機液力驅(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,42,鏈正車，齒倒車,43,三、機械傳動鉆機特點,1、并車：柴油機直接驅(qū)動；膠帶（皮帶）并車； 柴油機液力驅(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個機械檔位,4、轉(zhuǎn)換方向,5、帶輔助調(diào)速的傳動方案,44,帶輔助調(diào)速的傳動方案,45,46,第四節(jié) 電驅(qū)動鉆機工作特性（自學(xué)）,一、電動機的機械特性,電機轉(zhuǎn)速n與轉(zhuǎn)矩M之 間的關(guān)系，稱電動機的特性,電動機的轉(zhuǎn)速隨轉(zhuǎn)矩 變化的程度

11、稱為機械特性,47,二、直流電動機機械特性與人為特性,并勵、它勵電動機具有硬特性,48,二、直流電動機機械特性與人為特性,串勵電動機具有軟特性,49,二、直流電動機機械特性與人為特性,2、直流電機人為特性（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,它勵電機電驅(qū)串電阻調(diào)速-人為特性,50,二、直流電動機機械特性與人為特性,2、直流電機人為特性（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,51,三、交流電動機機械特性與人為特性,1、交流電機機械特性,交流電動機機械特性是硬特性，不能滿足鉆機工作機對調(diào)速的要求。,52,三、交流電動機機械特性與人為特性,2

12、、交流電機變頻調(diào)速機械特性,通過人為變頻調(diào)速的機械特性，能夠滿足鉆機工作機對調(diào)速的要求。,53,四、AC-SCR-DC可控硅直流電機,1、SCR電驅(qū)動,54,四、AC-SCR-DC可控硅直流電機,2、SCR電驅(qū)動優(yōu)勢,（1）、有人為軟特性,（2）、簡化機械傳動系統(tǒng)，提高了效率,（3）、發(fā)電機組運行在最佳工況，節(jié)省燃料，延長了大修期,（4）、動力可互濟，分配靈活,（5）、便于鉆機布置，維修費大大降低，自動化高，更安全,55,四、AC-SCR-DC可控硅直流電機,3、ZJ60D鉆機的SCR驅(qū)動系統(tǒng),56,四、AC-SCR-DC可控硅直流電機,ZJ60D鉆機的直流電機GR752R機械特性,57,四、AC-SCR-DC可