3、石油机械的动力传动与特性.ppt

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 ge 油耗率 Me 扭矩 Ne 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K 2 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 nT2 nT1 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 5 10 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 3 5次减速 转盘调速范围5 10 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