主要内容

一、柴油机驱动特点（了解）；

二、柴油机驱动特性 （理解）；

三、钻机柴油机的典型工况和功率标定（了解）；

四、国产Z190系列钻机柴油机（了解）

五、电动钻机用柴油机 G12V190ZLD 简介（自学）

六、机械传动系统（掌握）

 一、柴油机驱动特点（自学）

    柴油机广泛用作钻井设备动力。其主要特点是：

   (1)  不受地区限制，具有自持能力。无论寒带、热带、高原、山地、平原、沙漠、沼泽、海洋，自带燃料都可工作，这对勘探和开发新油田是非常重要的。

   (2) 产品系列化，不同级别钻机，可采用所谓“积木式”，即增加相同类型机组数目的办法，以增加总装机功率，从而减少柴油机品种。

    (3)在性能上，转速可平稳调节，能防止工作机过载，避免出设备事故。（全程调速器可以实现一定范围的自动调速）

   (4)结构紧凑，体积小，重量轻，便于搬迁移运，适于野外流动作业。  

   (5)扭矩曲线较平坦，适应性系数小(1.05～1.15)，过载能力有限；转速调节范围窄(1.3～1.8)；噪音大，影响工人健康；与电驱动比较，驱动传动效率低，燃料成本高等。（缺点）

二、柴油机驱动特性

   柴油机驱动特性就是柴油机自身的特性，包括外特性、负荷特性、调速特性以及通用特性。

1．外特性

       当喷油量为最大时，性能参数Ne、Me、ge等参数随n变化的规律性，即外特性。

  外特性是正确选择及合理使用发动机的基础。（参考Z12V190B柴油机外特性）。

（1）曲线定量地指明了不同转速下的Ne、Me和ge的值。

（2）曲线指明了最大功率Nmax、最大扭矩Mmax、最大功率时扭矩Me、最小耗油量gemin及相应的经济转速，可确定适应性系数Ｋ和合理的工作转速范围

2．负荷特性

   定转速下油耗量ge随功率Ne而变化的规律，称负荷特性。

      依据负荷特性，可确定动力机在定转速下工作时的经济负荷，即耗油率最小时柴油机的功率范围。

方法：由坐标原点引射线与ge曲线相切，切点所对应之功率即最经济的功率，因为该点Ne与ge比值最大。

3．调速特性

    油门手柄固定，油泵齿条由调速器自动控制时，Ne、Me与转速n的关系，称调速特性。

    由调速特性知，装有全制式调速器的柴油机，负荷可以在很大范围内变化，而转速则可维持<5％的变化。调节油门手柄位置，可得到一系列形状类似的调速线。

    在选择匹配和操作使用柴油机时，联合工作点都应在调速线上。若外载超过Ｍe点，发动机将在超负荷工况下运行，动力性和经济性指标都会变坏，这是不利的。

4、通用特性

  下图是Z12V190B柴油机的通用特性曲线，最内层的等油耗率曲线表明发动机最经济的工作范围。

三、钻机柴油机的典型工况和功率标定（了解）

   1．典型工况

     柴油机驱动钻机三大工作机组时，典型工况有二：

     (1) 起升作业驱动绞车，功率在０～１００％范围内周期地变化(柴油机配以变矩器时，采用远控油门装置，负荷变化幅度稍小些)。每提升一根立根受载时间不长，工作是断续的即间歇受载。（一般正常作业时：其功率不宜超过其最大功率的80％。）

    (2) 钻进时驱动钻井泵，或同时驱动泵与转盘，接近或达到满功率运行，速度不变或变化很小。持续工作，每次可达10h以上。（正常钻井作业是一般使其在不超过其最大功率75％的工况下运转。） 

2．功率标定

    标定功率的原则是根据柴油机的用途、特点，考虑其动力性、经济性及使用寿命的平衡。钻机柴油机应根据其钻井过程中工况的特点来标定其功率及相应的使用转速。 

(1) 起升功率Nd与转速nd 

   指用于起升时驱动绞车的功率和转速。 Nd取国标规定的12h功率，使用转速nd可取该机的额定转速。  

(2)钻进功率Ndr与转速ndr 

  指用于钻进时驱动泵和转盘的功率和转速。由于驱动泵和转盘进行作业时，柴油机在接近或达到满负荷工况持续运行，Ndr和转速ndr都应定得稍低些，可取相当于国标规定持续功率。 ndr取该机的经济转速。

    国产钻机用Z190系列柴油机基本型号的功率标定见下表所示：

　分为12h功率和持续功率两级，但转速是相同的。

　　美国卡特匹勒(Caterpiller)159(6X”)系列柴油机，V形增压中冷，用于机械驱动钻机时，按起升工况(驱动绞车)和钻进工况(驱动钻井泵和转盘)标定功率，两种工况的转速不相同。

四、国产Z190系列钻机柴油机(自学)

  济南柴油机厂研制生产的Z190系列柴油机包括有Z8V190，Z8V190—1，Z8V190—2和Z812V190B，Z12V190B—1，Z12V190B—2等基本机型及相应的配套机座(即带有风扇、水箱和底架的动力机组，如PZl2V190B)。此外，还发展有能适应不同环境、满足不同性能要求的专用机型。该类机型已有九千多台服务于石油钻探市场。

Ｚ１９０系列柴油机型号编制的含义为：

例如：PZl2V190BD表示配套机、增压、12缸、V型排列、缸径190、改造顺序号B、电驱动钻机用、标定转速为1500r／min、标定12小时功率。

   Z190系列柴油机是国产钻机用动力机，也可用于固定发电、船舶、内燃机车及其他工程机械。其基本型号、规格及技术参数见下表。

随着石油钻探技术和装备的更新，以及我国的油气开发趋势，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。

为适应上述要求，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。

五、电动钻机用柴油机 G12V190ZLD 简介(自学)

六、机械传动系统（重点）

    机械驱动钻机的传动方案依据钻机的用途、钻井深度、所采用的驱动类型及主传动元件的不同而异。但是，任何一种钻机其传动系统的基本组成和所承担的任务却具有共性，都主要是由并车、倒车、减速增矩、变速变矩及转换方向等几部分所构成，将一台或几台驱动机组的动力及运动单独地或统一地传递给各工作机，以满足钻井工作的需要。

1．并车

   现代机械驱动钻机都采用两台以上驱动机组，因此存在并车问题。广泛采用的并车方式是：柴油机直接驱动，胶带并车传动，如ZJ32J—2（参见32页图），ZJ45J(参见34页图)；柴油机—液力驱动，链条并车传动，如ZJ45 (参看33页图) 。

2、变速

    绞车和转盘需要不同的转速，动力机不能提供所有的条速范围，必须设置一定的机械档，机械钻机需要的机械档位更多。

3．倒车

 (1)　齿正车、链倒车(齿轮传动正车、链传动倒车)

(2)双锥齿轮正倒车 

  这种方案适用于转盘单独倒车，需一个单独的正倒车箱，齿轮钻机常采用该方案。如图所示的ZJl30—3钻机。

  锥齿轮倒车，短万向轴水平传转盘，可使钻台面宽敞；缺点是增加了一付角传动。 

（3)链正车、齿倒车  

   链条钻机必须采用齿传动倒车，如ZJ45钻机等，倒车齿轮副即置于链条变速箱中，可不必另设倒车箱.

(4） 电力倒车（电驱动钻机）

    通过电动机的反转实现倒车。

思考题

1、柴油机驱动特性反映了柴油机的哪些性质？

2、石油钻机一般都采用哪些倒车方案？

3、阅读一些常规钻机的机械传动图。

     画出钻机ZJ45J的传动系统图（不考虑猫头轴），在画的过程中重点体会：

        1、该钻机是怎样实现并车、倒车变速的？

    2、动力是分别怎么传给三大工作机组的？