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K2（柴油机本身K：1.01.15)；在重载时可高达3.54，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，RnT2/nT12.0，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8590，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7.59.5秒，约缩短原时间的1415。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,