石油矿场机械2.ppt

1、王兮瑶油田机械，2，第2章钻机的驱动和传动系统，第1节总结了现代石油钻机有三个工作单元：绞车、转盘和钻井泵。为了满足石油钻井过程的要求，每个工作单元都有不同的载荷特性和运动特性。驱动设备：提供所需的动力和运动。也称为动力单元传动系统：动力单元与每个工作单元相连，动力和运动传动分配给每个工作单元。3.第一节为机械驱动钻机，是指由柴油机通过液力变矩器、链条、齿轮和三角带等不同传动形式的组合驱动的钻机。根据采用的主传动副类型，机械传动钻可分为：万向轴锥齿轮平行传动钻(齿轮钻)、三角皮带平行传动钻(皮带钻)、链条平行传动钻(链条钻)和4、齿轮平行传动钻，采用万向轴和齿轮作为主传动副，由柴油机变矩器驱动

2、。每个驱动单元配有一个螺旋锥齿轮箱组成一个联动单元，采用大功率万向轴并联驱动。优点：齿轮传动允许线速度高，体积小，结构紧凑；万向轴结构简单紧凑，维护方便，互换性好。缺点：大功率传动弧齿锥齿轮制造难度大，质量难以保证，成本高，无法现场更换或修复。这种钻机不再生产了。5、皮带平行驱动钻机，皮带平行驱动钻机，是指利用三角带作为钻机的主驱动副，用皮带来平行驱动多个动力单元，以统一的方式驱动所有工作单元和辅助设备，以及皮带驱动泵。优点：传动柔和，易于并联，制造简单，维护方便。缺点：传统三角带用于大功率传动时，零件多，结构不紧凑，使用寿命短。有20世纪70年代中期投产的大庆I-130、80年代投产的ZJ4

3、5J和1988年生产的与窄带相结合的ZJ32J-2。6、链传动钻机，采用链条作为主传动副；二十四个柴油发动机变矩器(或联轴器)驱动单元，由多排小节距套筒滚子链并联，以统一的方式驱动所有工作机械，通常仍用皮带驱动泵。优质多排小力矩链的传动功率大于三角带，结构紧凑，使用寿命长。它适用于各级深钻机。自20世纪70年代中期以来，中国就非常重视石油行业套筒滚子链的发展。7.第二段电驱动钻机始于20世纪50年代中期，后来逐渐完善和成熟。与机械传动相比，电传动具有调速特性好、经济性能高、可靠性强、故障率低、操作更安全、方便灵活、易于实现自动控制等一系列优点。特别是全数字控制系统的出现，使电传动控制系统的控制

4、性能更加完善、更加可靠，功能调整和更换更加方便，故障诊断和维修更加方便。电驱动可以通过可编程控制器获得许多机械驱动无法实现的功能，如根据其发展历史，电驱动钻机的第二部分可以分为：(1) ACAC驱动的柴油发动机与交流发电机产生交流电源，再由交流电机供电，通过机械传动驱动绞车、转盘和钻井泵。(2) DCDC用DC发电机驱动柴油机，将DC动力送至DC电机，电机驱动绞车、转盘和钻井泵。(3) ACSCRDC驱动柴油机交流发电机产生交流电，经可控硅整流后并联运行，再向DC电机供电，驱动绞车、转盘和钻井泵。(4) ACVFAC用交流发电机驱动柴油机产生交流电，交流电经变频器并联运行后，转换成频率可调的交

5、流电，然后向交流电机供电，驱动绞车、转盘和钻井泵。这是正在发展的第四代电动汽车。顶驱式技术发展经历了两次考验丛式钻机是钻丛式井的钻井设备。为了适应丛式钻井，丛式钻机必须配备适合整体位移的钻台移动系统和坚固的钻台底座，以便钻机能够在井场沿纵向和横向移动并到达丛式井位置。采用交流-可控硅-DC电驱动，动力设备和工作机仅通过电缆连接。当钻台及其设备(绞车、转盘、井架等。)在井场垂直和水平移动，钻机的动力控制系统、泵机组和固体控制系统可以固定。ZJ45D丛式井钻机，10，ZJ45D:是国内开发的第一套完整的电驱动丛式井钻机。11、ZJ45D电驱动丛式井钻机特点：采用交流-可控硅-DC驱动，钻井绞车具有

6、类似恒功率无级调速和提升特性，转盘和钻井泵可实现恒扭矩无级调速。配备钻台移动系统，钻台可纵向或横向移动20m。配有两用水龙头，可实现气动拧紧。绞车配有电磁涡流制动器，带开槽滚筒和捞砂滚筒。12，1驱动传动绞车的要求如果吊钩的提升速度可以随着载荷的变化而相应变化，即它沿着图中的曲线I工作，这是最理想的情况，并且充分利用了动力。QVC是理想的权力曲线。如果吊钩的提升速度v可以随着树桩数量的每一次减少而增加，即沿着曲线2工作，则功率利用并不理想，但已经足够。然而，在机械传动的有限齿轮的情况下，这是不可能的。曲线3是速度分阶段变化的曲线。阴影三角形区域是未使用的功率，因此可以看出功率没有被充分利用。根

7、据绞车的工作特点，对动力装置的要求是：(1)无级变速，充分利用动力，调速范围大；(2)克服起动动载荷、振动冲击和轻微粘滞的短期过载能力。(3)绞车工作时交替启停，要求动力传动系统具有良好的启动性能和灵敏可靠的控制离合装置。综上所述，绞车驱动需要一种具有恒功率调节、无级变速和良好启动性能的柔性驱动。1.绞车对传动的要求；14.2.转盘对传动的要求。在钻井过程中，为了适应不同的岩层，转盘的转速需要在较大范围内进行调整。在处理地下事故时，还需要微调转速并反转。意外卡住时的过载保护能力。为了满足上述钻井工艺的需要，转盘对驱动传动的要求是：调速范围R=510。可以倒车，可以微调速度来处理事故。有一个扭矩

8、限制装置，防止钻杆因过载而断裂。转盘配有一定的动力，动力调节恒定，驱动灵活，无级变速，充分利用动力。然而，钻井技术有时需要恒定的扭矩调节。15，3。驱动传动用泥浆泵的要求。钻井泵一般在额定冲程次数附近工作，负载波动范围不大，因此对驱动系统的要求比绞车和转盘简单。正常运行时，为了提高钻井速度，必须在不造成井壁腐蚀的前提下，充分利用所配泵的功率。在理想情况下，泵排量和泵压之间的关系是双曲线。实际上，为了防止泵过载，通常会更换缸套。这种方法泵功率利用率低。钻井泵的主要要求是：动力机具有一定的灵活性，调速范围为R=1.31.5，以充分利用动力；允许短期过载，以克服可能的泵跳动。钻机典型驱动方案，钻机典

9、型驱动方案有三种：单驱动方案、统一驱动方案、成组驱动方案，17，1。单驱动方案，转盘、绞车和钻井泵三个工作单元，每个工作单元由不同的动力机一对一或二对一驱动；大多数电动钻机采用独立驱动，19，2。统一驱动方案：转盘、绞车和钻井泵由24台动力机并联驱动；左边三台柴油机由胶带平行运行均匀驱动；在右侧，三个柴油发动机的变矩器由链条并联驱动。20.2.统一驱动方案，特点是：1)装机功率利用率高；2)每台动力机可以互相帮助；3)驱动系统复杂，传动效率低，安装对准困难。21，3。分组驱动方案：将三台工作机分成两组，绞车和转盘为一组，钻井泵为另一组(或绞车、钻井泵为一组，转盘为另一组)，每组由动力机(柴油机

10、或电机)驱动，也称为两组驱动。特点：(1)统一驱动利用率高，单驱动传动简单，安装方便；(2)能满足使用79m高钻台的现代深井、超深井钻机的需要。转盘和辅助绞车(猫头轴)可放置在高钻台上，而主绞车不在高钻台上；(3)能满足丛式井钻机对工作机平面布置的要求。转盘和绞车位于钻台上，可随钻台一起垂直和水平移动，但钻井泵装置不需要移动。因此，转盘和绞车不能与钻井泵装置有任何机械传动连接，必须分两组驱动。22，3。驱动设备的特性指标，各种动力机械都有一些共同的技术经济指标，可以用来评价其动力性能和经济性：1 .适应性系数K Mmax发动机在稳定工作状态下发出的最大扭矩发动机额定(标定)功率下的最大扭矩；k

11、值表示动力机器适应外部负载变化(增加)的能力。k值大表示动力机过载能力大。23，3。驱动设备的特性指标。速度范围：最大功率机器的最高稳定工作速度；nmin动力机的最小稳定工作速度。r越大，动力机的调速范围越宽。一般来说，灵活性是指k和r的较大值，即随着外部载荷的增大(或减小)，动力机的自动扭矩增大和减速(或扭矩减小和速度增大)的范围较宽。燃料(能量)的经济性是指在提供相同功率时消耗的燃料成本。柴油机和燃气轮机，以燃料消耗率为特征；电机的特点是功耗和功率因数。4.发动机的特定质量，即单位功率质量(KW):发动机(包括必要的附件)的克质量，千克；Ne的额定功率，kw。5.除了特别规定的燃油经济性外

12、，使用经济性还包括：对工作区域的适应性、启动性能、控制操作的敏感性、可靠性、安全性、耐用性和维护难度等。25，4。钻机的驱动类型根据所用动力设备的不同，钻机分为两类：机械驱动和电动驱动。机械传动以柴油机为动力机械；电力驱动以DC或交流电机为动力机械。1机械驱动根据驱动单元的不同驱动特性，机械驱动可进一步分为以下两种类型：(1)柴油机直接由柴油机驱动，24台柴油机通过橡胶带并联，集中每台柴油机的动力。然后，通过齿轮、链条、万向轴、橡胶带等机械元件的组合，实现减速、扭矩增大、换向和换向，从而驱动绞车、转盘和钻井泵。驱动特性是柴油机本身的特性，工作机只能实现分级调速。(2)柴油机液压装置驱动柴油机的

13、输出轴直接与液力变矩器(或联轴器)连接，然后通过链条、齿轮、万向轴、胶带等机械传动元件集中各台柴油机的动力，实现减速、换向和换向，从而驱动绞车、转盘和钻井泵。驱动特性是柴油机液力变矩器的联合输出特性，能自动改变速度和扭矩，属于柔性驱动。根据其发展历史，电驱动可分为：(1(3)交流可控硅驱动可控硅：可控硅整流柴油机的交流发电机组产生交流，经可控硅并联运行整流后，向DC电机供电，驱动绞车、转盘和钻井泵。(4) ACVFAC用交流发电机驱动柴油机产生交流电，交流电经变频器并联运行后，转换成频率可调的交流电，然后向交流电机供电，驱动绞车、转盘和钻井泵。这是正在发展的第四代电动汽车。几种典型驱动设备的外

14、特性，即所谓动力机的外特性，是指转矩M随转速N变化的规律，即M f(n)，通常用曲线来描述，称为外特性曲线。第4节钻机的驱动类型和驱动特性1。柴油机的驱动特性柴油机广泛用作钻井设备的动力。其主要特征如下：(1)不受地域限制，具有自我维持能力。无论是寒冷地区、热带、高原、高山、平原、沙漠、沼泽和海洋，它都可以使用自己的燃料，这对勘探和开发新油田非常重要。(2)产品系列化后，不同级别的钻机可以采用所谓的“积木式”，即增加同类型机组的数量，以增加总装机功率，减少柴油机的品种。(3)在性能方面，转速调节平稳，防止工作机过载，避免设备事故。安装全系统调速器后，当油门手柄处于不同位置时，可以获得不同的稳定

15、工作速度。当外部载荷增加超过最大值时，柴油机的外部特性将超过稳定工作点，灭火，以免过载损坏传动机构或工作机械。(4)结构紧凑，体积小，重量轻，便于搬迁和运输，适合野外移动作业。(5)转矩曲线平坦，适应系数小(1.051.15)，过载能力有限；速度调节范围窄(1 . 31 . 8)；噪音大，影响工人健康；与电驱动相比，驱动传动效率低，燃料成本高。29，2。柴油机驱动特性(一般理解)，柴油机驱动特性是柴油机本身的特性，包括外部特性、负载特性和调速特性。1外部特性当燃油喷射量最大时，性能参数Ne、me、ge和GT随n变化的规律为外部特性。外部特性是正确选择和合理使用发动机的基础。(参考Z12V190

16、B柴油机的外部特性)(1)这些曲线定量地表示了不同转速下的Ne、Me和ge值。(2)该曲线表示最大功率Nmax、最大扭矩Mmax、最大功率时的扭矩Me、最小油耗gemin和相应的经济转速，可确定适应性系数和合理的工作转速范围。30，2。柴油机的驱动特性。负载特性燃油消耗率随功率变化的规律称为负载特性。(见Z12V190B柴油机负荷特性曲线。根据负荷特性，可以确定动力机恒速工作时的经济负荷，即燃油消耗率最小时柴油机的功率范围。方法：从坐标原点发出的光线与ge曲线相切，切点对应的功率是最经济的功率，因为此时Ne与ge的比值最大。31，2。柴油机的驱动特性。调速特性当油门手柄固定，油泵齿条由调速器自动控制时，Ne、Me和速度N之间的关系称为调速特性，如图所示。根据调速特性，配有全系统调速器的柴油机负荷可在较大范围内变化，而转速可保持5。通过调节油门手柄的位置，可以得到