2.1驱动与传动1

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,*,石油钻采机械 任连城,*,第二章 钻机的驱动与传动,一、概述 二、柴油机直接驱动机械传动钻机 三、柴油机加液力驱动机械传动钻机 四、电驱动钻机,钻 井 机 械,11/11/2024,1,石油钻采机械 任连城,第一节 概述,一、,工作机的负载特点及对驱动特性的要求；,二、典型驱动方案；,三、驱动设备的特性指标；四、钻机驱动类型,钻 井 机 械,11/11/2024,2,石油钻采机械 任连城,钻机有绞车、转盘、钻井泵三大工作机组，为适应石油钻井工艺过程的要求，各工作机组具有不同的负载特点和运动特性。,钻头,第一节 概 述,11/11/2024,3,石油钻采机械 任连城,驱动设备：或称动力机组，提供各工作机需要的动力和运动，包括柴油机和电动机。,传动系统：将动力机和各工作机联系起来，把动力和运动传递并分配给各工作机。,钻头,选择什么样的驱动设备和传动方案的原则：,1,、满足钻井工况需要（满足各工作机组的需要）；,2,、要安全可靠经济实用。,第一节 概 述,11/11/2024,4,石油钻采机械 任连城,1,绞车,理论功率曲线：,QV,C,是理想功率曲线,即图中曲线,1,工作特点,:,绞车的载荷曲线,是沿曲线,2,？*,实际功率曲线：曲线,3,是分级变速时的曲线，可见功率利用不充分，阴影三角面积是未被利用的功率。,一、工作机的负载特点及对驱动特性的要求,第一节 概 述,11/11/2024,5,石油钻采机械 任连城,绞车对驱动传动的要求是：,(1),能无级变速，以充分利用功率，速度调节范围,(2),具有短期过载能力，以克服启动动载、振动冲击和轻度卡钻。,(3),绞车工作时起停交替，要求动力传动系统有良好的启动性能和灵敏可靠的控制离合装置。,综上，绞车驱动需要的是具有恒功率调节、能无级变速并具有良好启动性能的柔性驱动。,第一节 概 述,11/11/2024,6,石油钻采机械 任连城,2,、转盘对驱动传动的要求,1),在钻井过程中，为适应不同的岩层，转盘的转速需要较大范围的调节。,2),在处理井下事故时，还要求微调转速，并且能够倒转。,3),当偶然卡钻时，,需要设置限制力矩装置，达到限定力矩值时能自动停止旋转，,具有过载保护能力。,第一节 概 述,11/11/2024,7,石油钻采机械 任连城,2,、转盘对驱动传动的要求,转盘对驱动传动的要求是：,1,）要有一定的柔特性，调速范围较宽，,R,5,10,；,2,）能倒转、能微调转速以处理各种事故；,3,）能够无级微调，有限制扭矩装置，防止过载扭断钻杆速。,转盘配备的功率是一定的，具有恒功率调节、能无级变速的柔性驱动、能充分利用功率。但钻井工艺有时要求恒转矩调节。,第一节 概 述,11/11/2024,8,石油钻采机械 任连城,正常工作时，在不会造成井壁冲蚀的前提下，为了提高钻进速度，要充分利用泵的功率。在理想情况下，泵的排量与泵压的关系曲线为一双曲线。,但在实际操作中，钻井泵在一定的冲次下工作，为使泵不至于超载，通常采用换缸套的办法。,3,、,泥浆泵,对驱动传动的要求,第一节 概 述,11/11/2024,9,石油钻采机械 任连城,在处理井喷事故时，有时要求微调泵的排量。,为此要求动力传动系统具有一定的调速范围，,R,1.3,1.5,即可满足要求。钻井泵一般为无载启动，启动不频繁，对启动转矩、超载能力的要求低于绞车，但为了克服钻井过程中可能出现的蹩泵，要求动力传动系统具有短时过载能力。,泵对驱动传动的要求是：,1,）动力机要有足够的过载能力；,2,）动力机具有一定的柔特性（,R,1.3,1.5,）。,第一节 概 述,11/11/2024,10,石油钻采机械 任连城,1.,单独驱动方案,单独驱动,：,转盘、绞车、钻井泵三工作机组，各自由独立的动力机进行驱动。,示例,（见下页图）,电驱动钻机大都采用如图所示的单独驱动方案，如国产,ZJ50D,BS,。,钻机典型驱动方案,二、典型驱动方案,单一驱动,统一驱动,分组驱动,第一节 概 述,11/11/2024,11,石油钻采机械 任连城,特点：,1,）传动系统简单、效率高；,2,）工作机间无机械形式的联系，便于钻机在井场进行平面布置；,3,）但装机功率利用率低，动力机不能互济。,第一节 概 述,11/11/2024,12,石油钻采机械 任连城,2,统一驱动方案,统一驱动,：首先将,2,4,台动力机并车，然后再统一分配并传递给转盘、绞车、钻井泵三工作机。,特点,：,1,）装机功率利用率高；,2,）各动力机可以互济；,3,）驱动系统复杂，传动效率低，安装找正困难。,机械钻机广泛采用统一驱动方案。,示例,1,：三台柴油机由胶带并车统一驱动钻机,ZJ45J,。,国产,ZJ32J2,钻机也属此类型。,示例,2,：,三台柴油机,变矩器由链条并车统一驱动钻机,F3203DH,。国产,ZJ45,链条钻机也属此类型。,第一节 概 述,11/11/2024,13,石油钻采机械 任连城,返回,2,2,返回,1,0,返回,2,7,ZJ45J,钻机传动图,第一节 概 述,11/11/2024,14,石油钻采机械 任连城,F3203DH,钻机传动图,返回,67,返回,1,0,第一节 概 述,11/11/2024,15,石油钻采机械 任连城,返回,1,0,返回,27,第一节 概 述,11/11/2024,16,石油钻采机械 任连城,返回,14,返回,10,ZJ45L,钻机传动图,第一节 概 述,11/11/2024,17,石油钻采机械 任连城,3,分组驱动方案,分组驱动：,将三个工作机分成两组，绞车、转盘为一组，钻井泵为另一组（或者绞车、钻井泵为为一组，转盘为另一组），每组由动力机,(,柴油机或电动机,),分别驱动，也称为二分组驱动。,典型示例：,1,、国产,ZJ50D,电动钻机属此类型：转盘、绞车共用一组电动机驱动，钻井泵由另一组电动机驱动。,2,、国产,ZJ45D,丛式井钻机属此类型：钻台上，两台直流电动机驱动绞车，并可通过绞车去驱动转盘；钻台下，,4,台直流电动机二对一驱动两台钻井泵。,第一节 概 述,11/11/2024,18,石油钻采机械 任连城,特 点：,(1),兼有统一驱动利用率高和单独驱动传动简单、安装方便的优点；,(2),能满足现代深井、超深井钻机采用,7,9m,高钻台的需要,:,可将转盘和辅助绞车,(,猫头轴,),在高钻台上，而主绞车不上高钻台；,(3),能满足丛式井钻机对工作机平面布置的要求,:,转盘、绞车在钻台上并可随钻台一起作纵横方向的移动，而钻井泵组不必移动,因此转盘、绞车同钻井泵组不能有任何机械传动方面的联系，必须进行两分组驱动。,第一节 概 述,11/11/2024,19,石油钻采机械 任连城,返回,15,返回,23,第一节 概 述,11/11/2024,20,石油钻采机械 任连城,返回,15,第一节 概 述,11/11/2024,21,石油钻采机械 任连城,三、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,、适用性系数,K,K,Mmax,/,Me,Mmax,发动机稳定工作状态时发出的最大扭矩,;,Me,发动机额定（标定）功率时的扭矩。,K,值的大小反映了动力机适应外载变化（增加）的能力。,K,值大，说明动力机过载能力大,2,、速度范围,R,R,n,max,/,n,min,n,max,动力机最高稳定工作转速；,n,min,动力机最低稳定工作转速。,R,越大，表明动力机速度调节范围越宽。,第一节 概 述,11/11/2024,22,石油钻采机械 任连城,3.,外特性,(,机械特性,),所谓动力机的外特性，指的是扭矩,M,随转速,n,而变化的规律。,即：,M,f(n,),，,常用曲线描述，称为,外特性曲线。,对于电动机而言，一般称为机械特性，用特性硬度系数,表示，,M/,n,M,扭矩变化的百分比；,n,转速变化的百分比。,当,是，即扭矩,M,的变化而转速,n,不随之变化，称为特硬特性；,当,40,100,时，即转速,n,随扭矩的的增加而下降，但是改变程度不大称为硬特性；,当,10,时，即转速随扭矩增加快速下降，称为软特性。,第一节 概 述,11/11/2024,23,石油钻采机械 任连城,第一节 概 述,11/11/2024,24,石油钻采机械 任连城,钻机驱动类型,机械驱动,电驱动,柴油机直接驱动,(,皮带并车,),柴油机,+,液力装置驱动,AC,AC,驱动,DC,DC,驱动,ACSCRDC,驱动,ACCFAC,驱动,四、钻机驱动类型,按照采用的动力设备的不同，分为机械驱动与电驱动两大类。,机械驱动以柴油机为动力机；电驱动以直流或交流电动机为动力机。,复合驱动,（比如,ZJ45J,）,（比如,ZJ45L,钻机,）,（比如,ZJ50D,钻机,）,（比如,ZJ90/5850DB,）,（比如,ZJ40/2250LDB,）,（已推出历史舞台）,第一节 概 述,11/11/2024,25,石油钻采机械 任连城,2007,年,11,月,15,日，我国首台具有自主知识产权的,12000,米特深井交流变频电驱动石油钻机在中国石油宝鸡石油机械有限责任公司研制成功。它标志着中国在石油钻采装备研制方面再次打破国外高端装备技术的垄断，成为全球第二个能研制特深井石油钻机的国家。,第一节 概 述,11/11/2024,26,石油钻采机械 任连城,五、,钻机的传动（并车）装置,由动力机到工作机的传动系统，有的很简单，比如单独驱动；有的则相当复杂，比如统一驱动的钻机,。,钻机,并车方式,链条并车,皮带并车,电力并车,第一节 概 述,11/11/2024,27,石油钻采机械 任连城,1.,皮带并车,柴油机直接驱动的钻机采用皮带并车是我国钻机的一大特色（如,ZJ45J,）,。主要是因为皮带传动结实简单，允许一定的传动打滑和具有超载时自动打滑的特性，起到了安全保护作用，所以一直为我国油田工人所接受。,缺点是常规,V,型皮带大功率传动时根数较多，结构不紧凑，寿命不长,。,由于柴油机输出速度过高，而需要在并车前增加,减速箱,以满足皮带传动线速度不合过高的要求。,第一节 概 述,11/11/2024,28,石油钻采机械 任连城,2.,链并车,尽管统一驱动的柴油机台数只有,2,4,台，当采用有确定传动比的链条并车装置时，由于不可能把所有柴油机调成同一转速，为了均衡各柴油机的负载，,必须在柴油机输出轴上联接一台液力变矩器。,并车链传动副与皮带并车相比，由于链传动在密封箱中采用油泵强制润滑，寿命较皮带长；在现场检修拆换链条比拆换皮带方便；链传动效率较皮带传动为高。中深井钻机配两台柴油机，并车链传动比较简单。而超深井钻机如,ZJ60L,配四台柴油机，并车传动链装置比较复杂，安装工作量大。,第一节 概 述,11/11/2024,29,石油钻采机械 任连城,3.,电动机并车,电驱动钻机主要采取单独驱动，但一台电动机的功率往往不能满足绞车或泵的功率需要，故电驱动钻机大都采取由二台电机并车驱动绞车和钻井泵。并车方式或是在绞车输入轴两端各联接一台电动机，或是两台电动机各采用一副链条分别从泵或绞车的输入轴两端同时输入动力（如,ZJ50D,）。,第一节 概 述,11/11/2024,30,石油钻采机械 任连城,小结,一、,工作机的负载特点及对驱动特性的要求；,二、典型驱动方案；,三、驱动设备的特性指标；,四、钻机驱动类型，并车方式,第一节 概 述,11/11/2024,31,石油钻采机械 任连城,思考题,1,、钻机三大工作机组的负载特性如何，对驱动传动装置有什么特殊要求？,2,、钻机有哪些典型的驱动方案，各有什么特点？（作业）,3,、钻机驱动有哪些类型，各有什么特点？,第一节 概 述,11/11/2024,32,石油钻采机械 任连城,