第五章鉆機(jī)的驅(qū)動及傳動系統(tǒng)(第一講)

第五章

鉆機(jī)的驅(qū)動與傳動系統(tǒng)天津石油職業(yè)技術(shù)學(xué)院徐建功2013年7月學(xué)習(xí)目標(biāo)1.理解工作機(jī)組對驅(qū)動與傳動系統(tǒng)的要求2.了解典型驅(qū)動方案3.掌握驅(qū)動設(shè)備的特性指標(biāo)

4.掌握鉆機(jī)驅(qū)動與傳動類型5.掌握柴油機(jī)的特性6.掌握PZl90系列柴油機(jī)型號編制的含義7.掌握電驅(qū)動鉆機(jī)的類型重點(diǎn)：驅(qū)動設(shè)備的特性指標(biāo)難點(diǎn)：柴油機(jī)的特性5.1概述

鉆機(jī)的動力與傳動系統(tǒng)關(guān)系到鉆機(jī)的總體布置和主要性能。

驅(qū)動設(shè)備：也稱為動力機(jī)組，由它為工作機(jī)提供所需要的動力和運(yùn)動。

傳動系統(tǒng)：將動力機(jī)與各工作機(jī)聯(lián)系起來，傳遞動力和運(yùn)動并分配給各工作機(jī)。

機(jī)械系統(tǒng)的動力裝置(驅(qū)動裝置或原動機(jī))是機(jī)械系統(tǒng)的重要組成部分。它是執(zhí)行系統(tǒng)的動力來源，它的性能的優(yōu)劣直接決定著機(jī)械系統(tǒng)的工作性能和構(gòu)造特征。因此，合理選擇機(jī)械系統(tǒng)的動力裝置的型式，是機(jī)械設(shè)計中考慮的重要問題之一。

根據(jù)動力裝置與執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間的聯(lián)系，分為直接驅(qū)動和間接驅(qū)動兩類。

直接驅(qū)動是把原動機(jī)的運(yùn)動和動力直接或通過傳動裝置傳遞給執(zhí)行系統(tǒng)，這是機(jī)械系統(tǒng)中一般采用的方式。

間接驅(qū)動是在原動機(jī)與執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間，先將原動機(jī)輸出的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為其它能量，例如電能或液能，然后再將這種能量轉(zhuǎn)換為機(jī)械能直接或通過傳動裝置傳遞給執(zhí)行機(jī)構(gòu)。如柴油機(jī)－液力驅(qū)動鉆機(jī)，電驅(qū)動鉆機(jī)都是間接驅(qū)動的實(shí)例。根據(jù)能量轉(zhuǎn)換方式，分電力驅(qū)動，內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動，復(fù)合驅(qū)動等。

為了簡化鉆機(jī)傳動系統(tǒng)，改善鉆機(jī)的驅(qū)動性能，鉆機(jī)也采取復(fù)合驅(qū)動的型式，如內(nèi)燃機(jī)電力驅(qū)動的電驅(qū)動鉆機(jī)，內(nèi)燃機(jī)液力驅(qū)動的鏈條鉆機(jī)等。5.1.1工作機(jī)組對驅(qū)動與傳動系統(tǒng)的要求

1.絞車

1）絞車功率利用情況分析

鉆井絞車的工作特點(diǎn)是載荷大，而且載荷變化也大。

圖5-1所示，是大鉤提升載荷Qh與提升速度V的關(guān)系曲線。

若大鉤提升速度V隨大鉤提升載荷Qh，而相應(yīng)地按QhV＝C的規(guī)律變化，即按圖5-1中的等功率曲線1變化，這是最理想的情況，動力機(jī)提供的起升功率利用最充分。絞車載荷隨起鉆過程中立根數(shù)目的逐漸減少而呈階梯狀連續(xù)下降，若提升速度V也能隨立根數(shù)的每一次減少而增加，即按曲線2工作時，絞車功率利用也很充分。但在機(jī)械變速為有限檔的條件下，只有在動力驅(qū)動裝置能自動變速時才能實(shí)現(xiàn)。曲線3是柴油機(jī)直接驅(qū)動，機(jī)械傳動分級變速時的起升曲線，功率利用不充分，陰影三角面積是未被利用的功率。

圖5-1大鉤提升載荷與提升速度的關(guān)系曲線

1—理想功率曲線(等功率曲線)2—速度無限檔功率曲線3—速度有限檔功率曲線2）絞車對動力機(jī)組的要求

（1）能無級變速，以充分利用功率；

（2）速度調(diào)節(jié)范圍，R＝Vmax/Vmin=5～10；

（3）具有短時過載能力，以適應(yīng)啟動動載、振動沖擊及克服輕度卡鉆的需要；

（4）啟動性能好，有靈敏可靠的控制與離合裝置。

2.轉(zhuǎn)盤

在鉆進(jìn)過程中，隨著井深及巖層的變化，需要及時改變鉆壓及轉(zhuǎn)速。

轉(zhuǎn)盤要求動力系統(tǒng)的力矩及轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍R=5～10。

在處理事故時，要求能細(xì)微調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，又能倒轉(zhuǎn)。當(dāng)鉆具遇卡時，為了防止扭斷鉆桿，需要設(shè)置限制力矩裝置，當(dāng)達(dá)到限定力矩值時能自動停止旋轉(zhuǎn)。3.鉆井泵

鉆井泵一般利用變換缸套的辦法來調(diào)節(jié)排量。但在更換缸套之前，亦利用減速來調(diào)節(jié)排量，以便使功率利用比較充分。

為此要求動力傳動系統(tǒng)具有一定的調(diào)速范圍，R=1.3～1.5即可滿足要求。

鉆井泵一般為無載啟動，啟動不頻繁，對啟動轉(zhuǎn)矩、超載能力的要求低于絞車，但為了克服鉆井過程中可能出現(xiàn)的蹩泵，要求動力傳動系統(tǒng)具有短時過載能力。5.1.2典型驅(qū)動方案

鉆機(jī)的驅(qū)動方案可分為：單獨(dú)驅(qū)動、統(tǒng)一驅(qū)動、分組驅(qū)動。

1.單獨(dú)驅(qū)動方案

轉(zhuǎn)盤、絞車、鉆井泵三大工作機(jī)組，各由不同的動力機(jī)實(shí)行一對一或二對一的驅(qū)動。

單獨(dú)驅(qū)動的優(yōu)點(diǎn)是：傳動系統(tǒng)簡單，傳動效率高，安裝方便，總體布置靈活性大。

其缺點(diǎn)是：裝機(jī)功率利用率低，動力機(jī)組間動力不能互濟(jì)。

電驅(qū)動鉆機(jī)大都采用單獨(dú)驅(qū)動方案。

單獨(dú)驅(qū)動各工作機(jī)與柴油機(jī)進(jìn)行一對一驅(qū)動的方法叫單獨(dú)驅(qū)動；電動鉆機(jī)常用單獨(dú)驅(qū)動方案。2.統(tǒng)一驅(qū)動方案

轉(zhuǎn)盤、絞車、鉆井泵三大工作機(jī)組，由2～4臺動力機(jī)并車統(tǒng)一驅(qū)動。

統(tǒng)一驅(qū)動的優(yōu)點(diǎn)是：裝機(jī)功率利用率高，整個動力機(jī)組可以同時進(jìn)行工作，安全可靠性強(qiáng)，動力可以互濟(jì)。

其缺點(diǎn)是：傳動系統(tǒng)復(fù)雜，傳動效率低，工作機(jī)組間相互干擾大，安裝找正困難。

柴油機(jī)直接驅(qū)動和柴油機(jī)加變矩器驅(qū)動廣泛采用統(tǒng)一驅(qū)動方案。

統(tǒng)一驅(qū)動各工作機(jī)由多臺動力機(jī)并車驅(qū)動的方法叫統(tǒng)一驅(qū)動；機(jī)械傳動鉆機(jī)常用統(tǒng)一驅(qū)動方案。3.分組驅(qū)動方案

典型的分組驅(qū)動是：將三臺工作機(jī)分成兩組，絞車和轉(zhuǎn)盤兩個工作機(jī)由同一動力機(jī)組驅(qū)動，鉆井泵由另一動力機(jī)組驅(qū)動。

這種分組驅(qū)動方案稱為二分組驅(qū)動。

分組驅(qū)動的特點(diǎn)是：既有單獨(dú)驅(qū)動的傳動簡單、安裝方便的優(yōu)點(diǎn)，也有統(tǒng)一驅(qū)動的裝機(jī)功率利用率高的優(yōu)點(diǎn)。分組驅(qū)動轉(zhuǎn)盤和絞車分為一組由同一柴油機(jī)組并車驅(qū)動，泵由另一柴油機(jī)組單獨(dú)驅(qū)動的方法叫分組驅(qū)動；電動鉆機(jī)常用分組驅(qū)動◆鉆機(jī)的傳動裝置

由動力機(jī)到工作機(jī)的傳動系統(tǒng)，有的很簡單，比如單獨(dú)驅(qū)動；有的則相當(dāng)復(fù)雜，比如統(tǒng)一驅(qū)動的鉆機(jī)。如圖5-2所示，統(tǒng)一驅(qū)動的傳動系統(tǒng)要將數(shù)臺動力機(jī)的動力合并，并分配給各工作機(jī)，同時為滿足絞車和轉(zhuǎn)盤對動力的要求，要解決變速變矩及反轉(zhuǎn)等問題。

為此，鉆機(jī)的傳動系統(tǒng)具有各種不同的并車、減速、變速、倒車機(jī)構(gòu)，而形成了多種傳動方案。多臺動力機(jī)的并車傳動是鉆機(jī)傳動的一個特點(diǎn)。一般地，采用鏈條并車傳動的稱為鏈條鉆機(jī)，采用皮帶并車傳動的稱為皮帶鉆機(jī)，而電驅(qū)動鉆機(jī)，則是將兩臺電動機(jī)裝在同一輸入軸的左右兩端實(shí)現(xiàn)并車。

圖5-2統(tǒng)一驅(qū)動鉆機(jī)1.鏈并車

盡管統(tǒng)一驅(qū)動的柴油機(jī)臺數(shù)只有2～4臺，當(dāng)采用有確定傳動比的鏈條并車裝置時，由于不可能把所有柴油機(jī)調(diào)成同一轉(zhuǎn)速，為了均衡各柴油機(jī)的負(fù)載，必須在柴油機(jī)輸出軸上聯(lián)接一臺液力變矩器。

統(tǒng)一驅(qū)動的深井鉆機(jī)以三臺柴油機(jī)并車較為典型，如國產(chǎn)ZJ45鉆機(jī)，羅馬尼亞的F320-3DH型鉆機(jī)等。它們都是三臺柴油機(jī)經(jīng)過三臺變矩器，使其輸出轉(zhuǎn)速從柴油機(jī)的1100～1200r／min降至750～850r／min，以保證并車鏈條線速度低于16～20m／s，(鏈條傳動的最高線速度限制)。因?yàn)椴④囨湕l線速度仍然較高，故必須采用小節(jié)距多排鏈條傳動。鏈并車與皮帶并車相比，由于鏈傳動在密封箱中采用油泵強(qiáng)制潤滑，壽命較皮帶長；在現(xiàn)場檢修拆換鏈條比拆換皮帶方便；鏈傳動效率較皮帶傳動為高。

中深井鉆機(jī)配兩臺柴油機(jī)，并車鏈傳動比較簡單。

而超深井鉆機(jī)如ZJ60L配四臺柴油機(jī)，并車傳動鏈裝置比較復(fù)雜，安裝工作量大。2.皮帶并車

柴油機(jī)直接驅(qū)動的鉆機(jī)采用皮帶并車是我國鉆機(jī)的一大特色。主要是因?yàn)槠鲃咏Y(jié)實(shí)簡單，允許一定的傳動打滑和具有超載時自動打滑的特性，起到了安全保護(hù)作用，所以一直為我國油田工人所接受。缺點(diǎn)是：采用常規(guī)V型皮帶大功率傳動時根數(shù)較多，結(jié)構(gòu)不緊湊，壽命不長。

由于柴油機(jī)輸出速度過高，而需要在并車前增加減速箱(如圖5-3所示)，以滿足皮帶傳動線速度不宜過高的要求。

采用新型窄V型聯(lián)組膠帶(如圖5-4所示)并車，由于強(qiáng)度高，比普通V帶傳遞功率提高30～40％，帶輪尺寸減小25～35％，且傳動效率提高。所以可取消并車前的減速器，使皮帶鉆機(jī)結(jié)構(gòu)更為緊湊。圖5-3皮帶并車前的減速箱圖5-4新型窄V型連組膠帶3.電動機(jī)并車

電驅(qū)動鉆機(jī)主要采取單獨(dú)驅(qū)動，但一臺電動機(jī)的功率往往不能滿足絞車或鉆井泵的功率需要，故電驅(qū)動鉆機(jī)大都采取由二臺電動機(jī)并車驅(qū)動絞車和鉆井泵。

如圖5-5所示，并車方式是在絞車輸入軸兩端各聯(lián)接一臺電動機(jī)，或是兩臺電動機(jī)各采用一副鏈條分別從鉆井泵或絞車的輸入軸兩端同時輸入動力。由此可見電動機(jī)并車十分簡單。圖5-5絞車輸入軸兩端各聯(lián)接一臺電動機(jī)5.1.3驅(qū)動設(shè)備的特性指標(biāo)

各類動力機(jī)有一些共同的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，可借以評價它們的動力性和經(jīng)濟(jì)性。（5-1）e通常所說的柔特性，是指K值大的同時R值亦大。即隨外載變化時動力機(jī)自動增矩減速或減矩增速的范圍寬。

而硬特性則是K值大而R卻小，即外載變化很大時，動力機(jī)速度變化很小。

現(xiàn)代鉆機(jī)用動力機(jī)的適應(yīng)性系數(shù)K和調(diào)速范圍R的參考數(shù)據(jù)見表5-1。（5-2）3.燃料(能源)的經(jīng)濟(jì)性

指的是提供同樣功率時所消耗的燃料(能源)費(fèi)用。對柴油機(jī)、燃汽輪機(jī)以耗油率來表征；

電動機(jī)則以耗電量，功率因素來表示。（5-3）

5.使用經(jīng)濟(jì)性

除已特加指明的燃料經(jīng)濟(jì)性之外，使用經(jīng)濟(jì)性還包括：對工作地區(qū)的適應(yīng)性；啟動性能；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)的難易性能等。5.1.4鉆機(jī)驅(qū)動與傳動類型

按照鉆機(jī)采用的動力設(shè)備不同可分為：機(jī)械驅(qū)動、電驅(qū)動和復(fù)合驅(qū)動三大類。

1.機(jī)械驅(qū)動

機(jī)械驅(qū)動—以柴油機(jī)為動力機(jī)，統(tǒng)一驅(qū)動轉(zhuǎn)盤、絞車、鉆井泵三大工作機(jī)組。

按驅(qū)動機(jī)組驅(qū)動特性不同，機(jī)械驅(qū)動可分為兩種形式：柴油機(jī)驅(qū)動機(jī)械傳動、柴油機(jī)—液力驅(qū)動機(jī)械傳動。

（1）柴油機(jī)驅(qū)動機(jī)械傳動：

以2～4臺柴油機(jī)為動力，經(jīng)V帶或齒輪、鏈條及萬向軸等機(jī)械傳動元件的多種組合，實(shí)現(xiàn)并車、減速增矩、換向倒車，以驅(qū)動絞車、轉(zhuǎn)盤和鉆井泵。這種傳動為硬特性傳動，工作機(jī)能獲得的速檔及調(diào)速范圍很有限。（2）柴油機(jī)—液力驅(qū)動機(jī)械傳動：

以2～4臺柴油機(jī)為動力，柴油機(jī)首先與液力變矩器組合，組成為柴油機(jī)—液力驅(qū)動機(jī)組，再經(jīng)機(jī)械傳動元件進(jìn)行多種形式的組合，實(shí)現(xiàn)并車、減速增矩、換向倒車，以驅(qū)動絞車、轉(zhuǎn)盤和鉆井泵。由于液力變矩器可以變速、變矩，故這種傳動為柔性傳動。

2.電驅(qū)動

電驅(qū)動—以直流或交流電動機(jī)為動力機(jī)，單獨(dú)驅(qū)動轉(zhuǎn)盤、絞車、鉆井泵三大工作機(jī)組。

電驅(qū)動常用的形式有兩種：可控硅直流電驅(qū)動(AC-SCR-DC)和交流變頻電驅(qū)動(AC-VFD-AC)。（1）可控硅直流電驅(qū)動(AC-SCR-DC)：

采用可控硅整流器（簡稱SCR），將發(fā)出的交流電變換為可控的直流電，控制直流電動機(jī)，驅(qū)動絞車、轉(zhuǎn)盤及鉆井泵等。

（2）交流變頻電驅(qū)動(AC-VFD-AC)：

采用變頻器（簡稱VFD），將交流發(fā)電機(jī)發(fā)出的交流電變換為可大范圍調(diào)整頻率的交流電，控制交流變頻電動機(jī)，驅(qū)動絞車、轉(zhuǎn)盤及鉆井泵等。

3.復(fù)合驅(qū)動

復(fù)合驅(qū)動是根據(jù)三大工作機(jī)組的工作特點(diǎn)和性能要求，靈活選用相適應(yīng)的動力驅(qū)動方式，從而以最經(jīng)濟(jì)的動力配置，獲得最佳的工作性能。

復(fù)合驅(qū)動的形式主要有兩種：機(jī)電復(fù)合驅(qū)動和交直流電復(fù)合驅(qū)動。（1）機(jī)電復(fù)合驅(qū)動(主要包括兩種形式)：

①柴油機(jī)加偶合器驅(qū)動鉆井泵和絞車，同時帶動一臺交流發(fā)電機(jī)發(fā)出交流電，再經(jīng)變頻器控制交流變頻電動機(jī)驅(qū)動轉(zhuǎn)盤。

②柴油機(jī)驅(qū)動交流發(fā)電機(jī)發(fā)出交流電，通過變頻器控制交流變頻電動機(jī)驅(qū)動絞車和轉(zhuǎn)盤；鉆井泵獨(dú)立采用機(jī)械驅(qū)動。

（2）交直流電復(fù)合驅(qū)動：

采用柴油機(jī)驅(qū)動交流發(fā)電機(jī)，發(fā)出的交流電分為兩路：一路通過變頻器，控制交流變頻電動機(jī)驅(qū)動絞車和轉(zhuǎn)盤；另一路通過可控硅整流器，將交流電變換為可直流電，控制直流電動機(jī)驅(qū)動鉆井泵。

柴油機(jī)驅(qū)動—機(jī)械傳動鉆機(jī)

(1)(柴油機(jī)直接驅(qū)動)

，是指以柴油機(jī)為動力，通過膠帶實(shí)現(xiàn)并車，將各柴油機(jī)動力集中起來，然后經(jīng)齒輪、鏈條、萬向軸、膠帶等機(jī)械元件的多種形式的組合，實(shí)現(xiàn)減速增矩、換向、倒車，從而帶動絞車、轉(zhuǎn)盤和鉆井泵。驅(qū)動特性就是柴油機(jī)本身的特性，工作機(jī)只能實(shí)現(xiàn)有級調(diào)速。

(2)柴油機(jī)+液力裝置驅(qū)動

柴油機(jī)輸出軸直接連液力變矩器(或偶合器)，經(jīng)鏈條并車，將各柴油機(jī)動力集中起來，然后再經(jīng)鏈條、齒輪、萬向軸、膠帶等機(jī)械傳動元件的多種形式的組合，實(shí)現(xiàn)減速、換向、倒車，從而帶動絞車、轉(zhuǎn)盤和鉆井泵。驅(qū)動特性是柴油機(jī)—液力變矩器聯(lián)合輸出特性，能自動變速變矩，屬柔性驅(qū)動。

根據(jù)主傳動副的類型可分為：齒輪鉆機(jī)、V帶鉆機(jī)和鏈條鉆機(jī)。

我國石油礦場在用鉆機(jī)的大多數(shù)，皆為柴油機(jī)直接驅(qū)動的鉆機(jī)。其特點(diǎn)是采用柴油機(jī)統(tǒng)一驅(qū)動，V帶并車傳動的機(jī)械傳動鉆機(jī)，在現(xiàn)場上通稱為皮帶鉆機(jī)。

5.2柴油機(jī)驅(qū)動—機(jī)械傳動5.2.1柴油機(jī)的類型與特性

1.柴油機(jī)驅(qū)動特點(diǎn)

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

（2）不同級別鉆機(jī)，可用增加相同機(jī)組數(shù)目的辦法以增加總裝機(jī)功率，即所謂“積木式”，可減少柴油機(jī)品種，有利于使用和維修；

（3）柴油機(jī)工作較穩(wěn)定，可平穩(wěn)調(diào)節(jié)，能防止工作機(jī)過載，避免出設(shè)備事故。柴油機(jī)裝有全制式調(diào)速器，油門手柄處于不同位置時，即可得到不同的穩(wěn)定工作轉(zhuǎn)速。當(dāng)外載突然增大而超過Mmax時，柴油機(jī)便越過外特性上穩(wěn)定工作點(diǎn)而滅火，可避免各機(jī)械設(shè)備因過載而損壞；（4）結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，重量輕，便于移運(yùn)，適合于野外流動作業(yè)；

（5）傳動效率較柴油機(jī)-液力變矩器驅(qū)動高。

（6）作為鉆機(jī)動力機(jī)，其不足之處是：適應(yīng)性系數(shù)小(1.05～1.15)；轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍窄(1.3～1.8)；過載能力有限；與電驅(qū)動相比，驅(qū)動傳動效率低；燃料成本高；噪音大，影響工人健康；維護(hù)使用費(fèi)用較電動機(jī)驅(qū)動高；絞車起升功率利用率低等。

2.柴油機(jī)的特性

柴油機(jī)的特性，就是柴油機(jī)本身的特性，包括負(fù)荷特性、外特性和調(diào)速特性。

（1）外特性

在保持供油量不變的情況下，柴油機(jī)的性能參數(shù)隨轉(zhuǎn)速變化的關(guān)系，叫做柴油機(jī)的速度特性。油泵齒條固定于供油量最大位置時的速度特性，稱為全負(fù)荷速度特性，亦稱外特性。

所謂動力機(jī)的外特性，指的是輸出力矩M隨輸出轉(zhuǎn)速而變化的規(guī)律性，即：M=f(n)。

常用曲線表示，稱為動力機(jī)的外特性曲線。

外特性曲線是正確選擇及合理使用發(fā)動機(jī)的基礎(chǔ)，因?yàn)樗该髁俗畲蠊β蔔max，最大力矩Mmax，及最大功率時力矩Me，最小耗油量gmin及相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)速，可確定適應(yīng)系數(shù)K及合理的工作轉(zhuǎn)速范圍。42研究問題：發(fā)動機(jī)（柴油機(jī)）驅(qū)動特點(diǎn)？驅(qū)動特性？動力的特性指標(biāo)？圖5-6Z12N190B型柴油機(jī)外特性如圖5-6所示，為Z12V190B型柴油機(jī)外特性曲線。由圖可以看出功率Ne、力矩Me和燃油消耗率ge等性能參數(shù)隨轉(zhuǎn)速變化的規(guī)律。

外特性曲線是正確選擇及合理使用發(fā)動機(jī)的基礎(chǔ)，因?yàn)樗该髁俗畲蠊β蔔max，最大力矩Mmax，及最大功率時力矩Me，最小耗油量gmin及相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)速，可確定適應(yīng)系數(shù)K及合理的工作轉(zhuǎn)速范圍。

(2)負(fù)荷特性

保持柴油機(jī)轉(zhuǎn)速不變時，其性能參數(shù)隨負(fù)荷變化的規(guī)律叫做負(fù)荷特性

依據(jù)負(fù)荷特性，可確定柴油機(jī)在額定轉(zhuǎn)速之下工作時的經(jīng)濟(jì)負(fù)荷，即耗油率最小時的功率范圍。由坐標(biāo)原點(diǎn)引射線與ge曲線相切，切點(diǎn)的對應(yīng)之功率是最經(jīng)濟(jì)的功率，因?yàn)樵擖c(diǎn)Ne/ge值最大。

如圖5-7所示，是Z12V190B柴油機(jī)的負(fù)荷特性曲線。圖5-7Z12N190B型柴油機(jī)負(fù)荷特性(3)調(diào)速特性

柴油機(jī)使用過程中，當(dāng)負(fù)荷變化時，為了能夠自動地調(diào)節(jié)供油裝置，以使柴油機(jī)在一定轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn)而裝有調(diào)速器裝置。油門手柄固定，油泵油齒條由調(diào)速器自動控制時，Me，Ne與轉(zhuǎn)速n的關(guān)系稱為調(diào)速特性。

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)速變化范圍應(yīng)維持在很小范圍內(nèi)(<10％)。

在選擇匹配和操作使用柴油機(jī)時，都應(yīng)讓它在調(diào)速線上工作。若外載超過Me點(diǎn)，發(fā)動機(jī)將在超負(fù)荷工況下運(yùn)行，動力性和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)都會變壞，這是應(yīng)避免的。

如圖5-8所示，為12V150柴油機(jī)的調(diào)速特性曲線。

圖5-812V150柴油機(jī)的調(diào)速特性

鉆井泵和轉(zhuǎn)盤都是長期運(yùn)轉(zhuǎn)，持續(xù)工況，應(yīng)將柴油機(jī)轉(zhuǎn)速放在偏低位置，使其在不超過其最大功率75％的工況下運(yùn)轉(zhuǎn)。

對于絞車起升作業(yè)，負(fù)載時間不長，轉(zhuǎn)速應(yīng)偏高一些，但其功率不宜超過其最大功率的80％。

例如美國D-399柴油機(jī)推薦用于驅(qū)動泵及轉(zhuǎn)盤時開1200r／min，而驅(qū)動絞車時開1300r／min。(4)通用特性右圖是Z12V190B柴油機(jī)的通用特性曲線，最內(nèi)層的等油耗率曲線表明發(fā)動機(jī)最經(jīng)濟(jì)的工作范圍。3.國產(chǎn)190系列柴油機(jī)

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)型已有近萬臺服務(wù)于石油鉆探市場。

PZl90系列柴油機(jī)型號編制的含義如下：

型號示例：PZl2V190BD表示配套機(jī)、增壓、12缸、V型排列、缸徑190、改造順序號B、電驅(qū)動鉆機(jī)用、標(biāo)定轉(zhuǎn)速為1500r／min、標(biāo)定12小時功率。G12V190ZLD的含義

G：發(fā)電機(jī)用柴油機(jī)代號；12：缸數(shù)；V：氣缸60°V型排列；190：mm缸徑；ZL：渦輪增壓；D：D次改型柴油機(jī)。

鉆機(jī)用柴油機(jī)由下列機(jī)構(gòu)和系統(tǒng)組成：柴油機(jī)機(jī)體、曲柄連桿機(jī)構(gòu)、配氣機(jī)構(gòu)及進(jìn)、排氣系統(tǒng)、燃料供給與調(diào)節(jié)系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、增壓裝置、安全保護(hù)裝置、啟動系統(tǒng)。

柴油機(jī)的工作原理

柴油機(jī)是將柴油燃燒產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的機(jī)器。其工作原理是：利用柴油在氣缸內(nèi)燃燒產(chǎn)生的熱能推動活塞運(yùn)動，活塞通過連桿帶動曲軸運(yùn)轉(zhuǎn)，輸出動力，將熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能。

隨著石油鉆探技術(shù)和裝備的更新，以及我國的油氣開發(fā)趨勢，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。

為適應(yīng)上述要求，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。新世紀(jì)以來，濟(jì)柴公司又研制A12V190Z型柴油機(jī)。這種產(chǎn)品具有功率大、性能高、使用可靠、操作方便等特點(diǎn)，可滿足320-7000m機(jī)械及電動鉆機(jī)的需求。5.2.2V帶鉆機(jī)

采用V帶作為鉆機(jī)主傳動副，采用V帶將多臺柴油機(jī)并車，統(tǒng)一驅(qū)動各工作機(jī)組及輔助設(shè)備，且用V帶傳動驅(qū)動鉆井泵。

V帶并車具有傳動柔和、并車容易、制造簡單、維護(hù)保養(yǎng)方便的優(yōu)點(diǎn)。大慶130鉆機(jī)和ZJ32J鉆機(jī)在70年代中期由江漢石油管理局鉆采設(shè)備研究所設(shè)計，蘭州石油化工機(jī)械廠制造的大慶130型鉆機(jī)成為我國油田相當(dāng)長時期鉆深1900～3200m井的主力設(shè)備。這是在原蘇制5Д型鉆機(jī)和我國仿制的ZJl30型鉆機(jī)基礎(chǔ)上改進(jìn)成為三臺柴油機(jī)驅(qū)動的皮帶鉆機(jī)。

5.2.3齒輪鉆機(jī)

采用齒輪作為鉆機(jī)主傳動副，配合萬向軸驅(qū)動絞車和轉(zhuǎn)盤，或采用圓錐齒輪—萬向軸并車驅(qū)動絞車、轉(zhuǎn)盤和鉆井泵。

特點(diǎn)：齒輪傳動允許的線速度高，體積小、結(jié)構(gòu)緊湊；萬向軸結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、維護(hù)保養(yǎng)方便、互換性好。不適宜于大功率鉆機(jī)，一般中深井不采用齒輪作主傳動副。5.2.4鏈條鉆機(jī)

采用鏈條作為鉆機(jī)主傳動副，2～4臺柴油機(jī)加變矩器組成驅(qū)動機(jī)組，用多排小節(jié)距套筒滾子鏈條并車，統(tǒng)一驅(qū)動各工作機(jī)的機(jī)械鉆機(jī)，在石油現(xiàn)場統(tǒng)稱為鏈條鉆機(jī)，這類鉆機(jī)一般仍用V帶傳動驅(qū)動鉆井泵。

美國的機(jī)械鉆機(jī)一直是鏈條鉆機(jī)。自60年代開始，蘇聯(lián)、羅馬尼亞也大力發(fā)展鏈條鉆機(jī)。

我國各油田使用的鏈條鉆機(jī)大多是從羅馬尼亞進(jìn)口的，有2DH-75、3DH-200A、4DH-315、4LD-150D及F-200、F-320等，其中F系列鉆機(jī)F-200、F-320等目前仍在使用。

我國從70年代中期開始，重視了研制石油鉆機(jī)用套筒滾子鏈條，發(fā)展鏈條鉆機(jī)。1985年，我國制造的第一臺鏈條鉆機(jī)ZJ45鉆機(jī)通過鑒定。90年代初，ZJ60L型鉆機(jī)亦成批生產(chǎn)，成為陸上超深井的主力設(shè)備。柴油機(jī)液力驅(qū)動的鉆機(jī)即鏈條鉆機(jī)，為機(jī)械驅(qū)動鉆機(jī)，具有價格便宜、維修維護(hù)方便等優(yōu)勢，因而在鉆深4000米內(nèi)的油井仍然以機(jī)械鉆機(jī)為主。即使在石油工業(yè)發(fā)達(dá)的美國，鏈條鉆機(jī)的使用也占有相當(dāng)大的份額。我國現(xiàn)有ZJ40L、ZJ50L和ZJ70L等鏈條鉆機(jī)。套筒滾子鏈條鉆機(jī)傳動系統(tǒng)的功能

機(jī)械驅(qū)動鉆機(jī)的傳動方案依據(jù)鉆機(jī)的用途、鉆井深度、所采用的驅(qū)動類型及主傳動元件的不同而異。但是，任何一種鉆機(jī)其傳動系統(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，將一臺或幾臺驅(qū)動機(jī)組的動力及運(yùn)動單獨(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。

1．并車

作用：將多臺動力機(jī)的動力集中起來，以便統(tǒng)一分配。

現(xiàn)代機(jī)械驅(qū)動鉆機(jī)都采用兩臺以上驅(qū)動機(jī)組，因此存在并車問題。廣泛采用的并車方式是：

（1）柴油機(jī)直接驅(qū)動，膠帶并車傳動，如ZJ45J、ZJ32J—2；

（2）柴油機(jī)—液力驅(qū)動，鏈條并車傳動，如F—320、ZJ45、ZJ601。并車鏈傳動副與皮帶并車相比，由于鏈傳動在密封箱中采用油泵強(qiáng)制潤滑，壽命較皮帶長；

在現(xiàn)場檢修拆換鏈條比拆換皮帶方便；鏈傳動效率較皮帶傳動為高。

中深井鉆機(jī)配兩臺柴油機(jī)，并車鏈傳動比較簡單。

而超深井鉆機(jī)如ZJ60L配四臺柴油機(jī)，并車傳動鏈裝置比較復(fù)雜，安裝工作量大。

2．倒車

轉(zhuǎn)盤需要倒車，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：

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

(2)鏈正車、齒