石油机械的动力传动与特性

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,1,第三章 石油机械的动力传动与特性,2,第一节、石油钻机用柴油机,研究问题：发动机（,柴油机）驱动特点？驱动特性？,动力的特性指标？,3,发动机原理,4,一、,驱动设备,的特性指标,1,、适应系数：,K=,最大稳定扭矩,/,额定扭矩,2,、速度范围：,R=,最高稳定转速,/,最低稳定转速,3,、燃料的经济性：同样功率下消耗燃料费用,4,、发动机比质量：,K=,发动机质量,/,额定功率,5,、使用经济性：燃料经济性；工作地区适应性；启,动性；灵活性；可靠性；安全性；,维护保养难易,第一节、石油钻机用柴油机,一、,驱动设备,的特性指标,第一节、石油钻机用柴油机,6,几种动力机,适应性系数,K,与速度范围,7,驱动机外特性：,扭矩,M,随转速,n,的变化规律,一、,驱动设备,的特性指标,第一节、石油钻机用柴油机,8,二、柴油机驱动特点：,1,、不受地区限制，有自持力,2,、采用“积木式”增加机组的办法，较少柴油机品种,3,、转速可平稳调节，,4,、结构紧凑、体积小、便于移运,5,、不足：扭矩曲线平坦，适应性系数小，过载能力有,限，噪音大,9,三、柴油机驱动特性：,柴油机驱动特性：包括,外特性；负荷特性；,调速特性,外特性：,固定柴油机的最大供油量时,，功率、,扭矩、油耗、等随转速的变化规律。,负荷特性：,定转速时，,油耗、排气温度、吸气,压力，等随负荷,（功率）,的变化规律。,调速特性：油门固定,时，功率、扭矩,等与转速,的关系。,10,三、柴油机驱动特性：,Z12V190B,型柴油机,外特性,g,e,-,油耗率；,M,e,-,扭矩；,N,e,-,功率,11,三、柴油机驱动特性：,Z12V190B,型柴油机,负荷特性,负荷特性：,给定转速下，,油耗与负荷,（功率）,的变化规律,依据此特性可以确定，,给定转速下，油耗最小的功率范围,12,三、柴油机驱动特性：,Z12V190B,型柴油机,调速特性,调速特性：,功率，扭矩与转速的关系。,当外载超过,Me,时，超负荷，动力性和经济性变坏,13,PZl90,系列柴油机型号编制的含义如下：,型号示例：,PZl2V190BD,四、国产,190,柴油机介绍,14,国产钻机主要采用,济南柴油机厂,生产的,Z190,系列柴油机，该类机型已有,九千多台,服务于石油钻探市场。,四、国产,190,柴油机介绍,15,为适应钻机对动力要求，,190,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,Z12V190B,改型为,G12V190ZL,，于,1999,年研制成功。,该型柴油机在性能指标、可靠性、自动监控、解决,“,三漏,”,和外观质量等方面都有显著提高。,16,随着钻探技术和装备的更新，对,钻机动力,提出了以下要求：,(1),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；,(2),适应高原、高寒地区空气稀薄、超低温的环境；,(3),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；,(4),每台钻机配备柴油机台数少，移运方便；,(5),能远距离控制，可靠性高，故障率,低。,17,18,主要讨论：液力传动原理；,为什么变矩器可以实现优越的驱动特性？,第二节 石油钻机液力传动装置,19,一、液力传动原理,20,二、柴油机,-,耦合器驱动,液力,耦合器,21,三、柴油机,-,变矩器驱动,液力,变矩器,-,原理,22,三、柴油机,-,变矩器驱动,液力,变矩器,-,涡流与环流,23,1-,泵轮,2-,涡轮,3-,导轮,4-,工作轮内环,5-,涡轮槽,24,液力变矩器外特性曲线,变矩系数,效率,25,特性指标：,26,(1),、随外载变化能,自动无级地变速、变矩,。驱动绞车时，可明显,提高钻机起升工效,。,(2),、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，柴油机也不会被蹩灭。,柴油机变矩器驱动,优势,：,(3),K,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,K2,（柴油机本身,K,：,1.0,1.15),；在重载时可高达,3.5,4,，使钻机解除事故，,负载启动能力强，操作平稳,。,27,(4),调速范围,R,增大,，在高效工作区内，,R,n,T2,/n,T1,2.0,，,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,4,个机械挡，这既简化了传动，又方便了操作。,(5),传动平稳柔和,，吸收冲击振动，延长了机械设备寿命。,(6),柴油机液力变矩器并车,较皮带并车传动效率提高,3,，减少了并车损失。,柴油机变矩器驱动,优势,：,28,柴油机变矩器驱动主要不足之处是,效率偏低，变矩器最高效率一般为,85,90,，,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显低于机械传动。此外变矩器,结构比较复杂,，还需要一套,补偿和散热冷却系统,。,柴油机变矩器驱动,弊端,：,29,柴油机变矩器,联合工作特性曲线,如图所示，,30,柴油机变矩器,联合工作特性曲线,如图所示，,31,实测表明，每起一立根可比,ZJ45J,钻机平均缩短,7.5,9.5,秒，约缩短原时间的,14,15,。与,ZJ45J,钻机相比，实现了泵的正转运行。,32,33,研究问题：,1,、三大耗能部件需要什么样的驱动？,2,、三大耗能部件工作时有何特点,第三节 柴油机驱动钻机工作特性,34,问题一：绞车，转盘，钻井泵自身特点？,问题二：对驱动特性可能会有何要求？,绞车：,立根数目,决定载荷,载荷确定,大钩速度,结论：,希望大钩速度与大钩载荷乘积为恒定值,。这样可以充分利用动力机组的功率，避免功率的浪费。,主题一、三大工作机的负载特点,35,大钩提升载荷与速度的关系,1,曲线是理想曲线；,2,曲线是每换一立根对应曲线；,3,绞车实际档位曲线；,36,由此推理,绞车对动力机组要求,：,1,、无级变速，,调速范围,R=,最大速度,/,最小速度,=510,；,2,、有短期过载能力,3,、好的启动性能，可靠控制离合装置,总结：绞车需要这样的驱动：可恒功率调节；能无极变速；,驱动性能良好,依据同样的分析方式可以判断,转盘和钻井泵,的基本情况,37,二、典型驱动方案,方案,1,、单独驱动,优势：,传动系统单；,效率高；,便于井场布置；,劣势：,装机功率利用率,低；动力部不能,互济,38,二、典型驱动方案,方案,2,、统一驱动,优势：,装机功率利用率高；,可调剂各工作机不同的功率需求；,动力机可互济；,劣势：,传动复杂；,效率低；,安装困难,柴油机驱动,胶带并车,39,二、典型驱动方案,方案,2,、统一驱动,优势：,装机功率利用率高；,可调剂各工作机不同的功率需求；,动力机可互济；,劣势：,传动复杂；,效率低；,安装困难,柴油机,-,变矩器驱动,链条并车,40,二、典型驱动方案,方案,3,、分组驱动,优势：,驱动简单；,利用率高；,安装方便；,主绞车可不,装在搞钻台,可满足工作,机布置要求,交流电动机,直流电动机,41,三、机械传动钻机特点,1,、并车：,柴油机直接驱动；,胶带（皮带）并车；,柴油机液力驱动；,链条并车,2,、倒车：,齿正车，链倒车；双锥齿轮正倒车；,链正车，齿倒车,双锥齿轮正倒车,42,链正车，齿倒车,43,三、机械传动钻机特点,1,、并车：柴油机直接驱动；胶带（皮带）并车；,柴油机液力驱动；链条并车,2,、倒车：齿正车，链倒车；双锥齿轮正倒车；,链正车，齿倒车,3,、减速与变速：,35,次减速；转盘调速范围,510,，一般,设置,4-6,个机械档位,4,、转换方向,5,、带辅助调速的传动方案,44,带辅助调速的传动方案,45,46,第四节 电驱动钻机工作特性（,自学,）,一、电动机的,机械特性,电机转速,n,与转矩,M,之,间的,关系,，称,电动机的特性,电动机的转速随转矩,变化的,程度,称为,机械特性,47,二、直流电动机,机械特性,与,人为特性,并励、它励电动机具有,硬特性,48,二、直流电动机,机械特性,与,人为特性,串励电动机具有,软特性,49,二、直流电动机,机械特性,与,人为特性,2,、直流电机,人为特性（调速方法）,电驱串电阻调速法,降低电驱电压调速法,减弱磁通调速法,它励电机电驱串电阻调速,-,人为特性,50,二、直流电动机,机械特性,与,人为特性,2,、直流电机,人为特性（调速方法）,电驱串电阻调速法,降低电驱电压调速法,减弱磁通调速法,51,三、交流电动机,机械特性,与,人为特性,1,、交流电机,机械特性,交流电动机,机械特性是硬特性,，不能满足钻机工作机对调速的要求。,52,三、交流电动机,机械特性,与,人为特性,2,、交流电机变频调速,机械特性,通过人为变频调速的,机械特性,，,能够满足钻机,工作机对调速的要求。,53,四、,AC-SCR-DC,可控硅直流电机,1,、,SCR,电驱动,54,四、,AC-SCR-DC,可控硅直流电机,2,、,SCR,电驱动优势,（,1,）、有人为软特性,（,2,）、简化机械传动系统，提高了效率,（,3,）、发电机组运行在最佳工况，节省燃料，延长了大修期,（,4,）、动力可互济，分配灵活,（,5,）、便于钻机布置，维修费大大降低，自动化高，更安全,55,四、,AC-SCR-DC,可控硅直流电机,3,、,ZJ60D,钻机的,SCR,驱动系统,56,四、,AC-SCR-DC,可控硅直流电机,ZJ60D,钻机的直流电机,GR752R,机械特性,57,四、,AC-SCR-DC,可控硅直流电机,穿,10,跟绳,穿,12,跟绳,58,五、加速发展,AC,变频点驱动钻机,1,、原理：通过改变频率来调速,2,、交流变频驱动的优势：,（,1,）能无极变速，可横功率调速，低速性能好,（,2,）有转矩、转速限定功能，有过载、过热、过硫,保护性能,（,3,）短时超载能力强,1.5-2,，可带载启动，可实现对,电网能量反馈,（,4,）交流电机效率高达,96%,，维护费用低，安全性好,（,5,）易于实现自动化控制,