DQZJ-20Y液力传动钻机驱动特性分析

　　大庆石油管理局钻井三公司使用一种可钻井深2000m的新型DQZJ—20Y液力传动钻机，钻机的钻台部分由河南柴油机厂、铁道部大连内燃机研究所和宝鸡石油机械厂研制的动力设备、传动设备和钻机系统组成。目前，通过试验和使用，这种钻机表现出了优良的性能，特别是在动力驱动特性方面较为突出，但也暴露出一些问题。笔者根据驱动方案和现场试验结果，分析该型钻机的驱动特性，并针对出现的问题提出改进意见。

　　驱动方案

　　我国目前在用中型钻机（可钻井深1500～2500m）多采用柴油机或交流电动机作为原动机，通过单独的机械变速箱变速，分别驱动绞车和转盘。钻井泵则采用单独的动力机直接驱动。DQZJ—20Y液力传动钻机将普通的机械变速箱改为集液力变矩器、液力偶合器及机械传动于一体的液力机械变速箱，钻井泵也通过液力变矩器驱动。钻机的核心部件是液力变速箱，它类似于加拿大K—650钻机和美国Wilson—65B钻机上采用的阿里森传动箱，其结构和工作原理如图1所示。

　　图1液力变速箱示意图

　　1—启动液力变矩器；2—离心泵；3、6—油泵；4—输入轴；5—倒挡摩擦离合器；

　　7—散热风扇；8—高速挡液力偶合器；9—输出轴；10—中速挡液力偶合器

　　Ⅰ挡：输入轴→Z1→Z2→启动液力变矩器→Z6→Z5→输出轴；

　　Ⅱ挡：输入轴→Z1→Z2→中速挡液力偶合器→Z6→Z5→输出轴；

　　Ⅲ挡：输入轴→Z1→Z3→高速挡液力偶合器→Z7→Z5→输出轴；

　　倒挡：输入轴→Z9→Z10→Z11→倒挡摩擦离合器→Z7→Z5→输出轴。

　　驱动特性

　　1.Ⅰ挡和泵组的驱动特性

　　图2所示是Ⅰ挡和泵组的驱动特性，实际上是柴油机和液力变矩器的联合工作输出特性(涡轮轴力矩MW、泵轮轴力矩MB、变矩器效率η与涡轮轴转速nw的关系)［1］。其优越性主要表现在3个方面：一是能根据外载荷的变化自动实现无级变速和变矩。Ⅰ挡主要用于起钻，因而可以明显地提高功率利用率，从而提高钻机的起升工效。二是不论外载荷如何变化，柴油机始终在最佳工况点运行，这一点对载荷变化较大的机泵组来说表现得更为突出。三是变矩器的变矩能力使机组适应外载变化能力大大加强，解除事故和承载启动的能力强。

　　图2柴油机-变矩器联合工作输出特性

　　图3所示是Ⅱ挡和Ⅲ挡驱动特性，即柴油机和偶合器的联合工作输出特性(涡轮轴力矩MW、偶合器效率η与涡轮轴转速nw的关系)［1］。其主要优越性是涡轮的转速范围比泵轮的扩大了很多。从理论上讲，涡轮可在任意转速下运转，甚至可以停转，泵轮转速则取决于柴油机的允许转速范围。但这种转速范围的扩大以功率损失为代价，因此为保证较高的传动效率，一般不宜将偶合器作为调速装置使用。