第一二章电动钻机概述

第二章柴油发电机组第一章电动钻机概述第一节电动钻机的基本结构电驱动钻机是当今发展迅速的一类钻机，它具有高价位、高性能，适合于各种油气井的钻探施工。电驱动钻机主要有以下几个系统组成：动力系统、电传动系统、起升系统、旋转系统、泥浆循环系统、液气控制系统、供油供水系统、钻井参数检测处理及传输系统、井口工具及辅助设施。一、动力系统动力系统由柴油发电机组和辅助柴油发电机组组成，电驱动钻机亦可用网电作动力系统。柴油发电机组按需要可任意并网运行，负荷均衡分配。二、电传动系统电传动系统由SCR或VFD系统和MCC组成。SCR或VFD系统对驱动绞车、钻井泵和转盘的电动机供电和控制，其特性满足绞车、转盘、钻井泵的工作要求。MCC对低压交流电动机、照明系统、生活设施及其它交流用电设备供电和控制。三、起升系统起升系统主要包括绞车、天车、游车、大钩、钢丝绳、井架、底座以及吊环、吊卡等用于钻井辅助作业的工具。其作用：实现起下钻具、起下套管柱以及控制钻头送进等。四、旋转系统旋转系统由转盘和水龙头（或使用顶部驱动钻井装置）。其作用：旋转钻具，循环泥浆。第二章柴油发电机组五、泥浆循环系统泥浆循环系统由钻井泵、高压管汇、泥浆罐、泥浆净化设备等组成。用于循环、净化处理泥浆，保证连续钻井作业。六、液气控制系统液气控制系统由液压站、气源及净化装置、控制阀、控制管线、执行机构组成。液气控制系统与电传动系统一起实现对整套钻机的控制。七、钻井参数检测及传输系统钻井参数检测及传输系统通常由传感器、信号处理器、显示记录仪、报警器、井场传输系统和远程传输系统等组成。能够对整个钻井过程的有关参数进行检测、记录、处理、传输和远程管理。八、供油供水系统供油系统由柴油供给和润滑油供给两部分组成。由油罐、输油泵等组成，用于油料的储存和输送。供水系统由水罐、水泵和输水管线等组成。用于设备的冷却。九、工具及辅助设施工具及辅助设施包括井口工具、钻杆架及其他辅助设施。第二节电动钻机的基本参数电动钻机的基本参数不应低于SY/T5609—1999《石油钻机型式与基本参数》行业标准的推荐值，配套范围会因生产厂家的不同而不同。表1.2.1电动钻机的基本参数基本参数单位ZJ30DBZJ40DBZJ50DZJ50DBZJ70DZJ70DBZJ90DB第二章柴油发电机组名义钻深范围114mm钻杆m1600～30002500～40003500～50003500～50004500～70004500～7000名义钻深范围127mm钻杆m1500～25002000～32002800～45002800～45004000～60004000～6000最大钩载kN170022503150315045004500绞车额定功率kW400～5507351100110014701470游动系统钻井绳数根8810101010游动系统最多绳数根101012121212钻井钢丝绳直径mm323235353838钻井泵单台额定功率kW9609601180118011801180钻井泵台数台22222、32、3转盘开口直径mm700700950950950950钻台高度m57.59、10.59、10.59、10.59、10.5底座型式SSSSSS井架型式KKKKKK井架有效高度m4142.545454545主发电机组台数台~2~3~3~3~4~4主发电机组柴油机总功率kW~2100~3150~3150~3150~4200~4200第二章柴油发电机组第二章柴油发电机组作为电驱动钻机的动力设备包括主动力柴油发电机组和辅助柴油发电机组。前者提供生产和生活用电，后者提供临时用电。主动力柴油发电机组一般由3~4台800kW以上柴油发电机组组成。其中柴油机多为美国卡特彼勒公司（CATERPILLAR）的3500系列柴油机、底特律公司（DDC）4000系列柴油机和国产190系列柴油机。发电机多为美国MagneTek公司的SR4系列发电机、德国西门子公司IFC系列发电机和兰电TTW系列发电机。辅助柴油发电机组一般为一台300kW柴油发电机组。目前多为瑞典沃尔沃产品和济柴产品。本章将以卡特彼勒公司的3500系列柴油发电机组为例，重点在性能参数、结构原理、使用维修和故障排除等方面进行介绍。並对柴油发电机组的电子调速器作专门介绍。沃尔沃柴油机SR系列发电机3012柴油机3512B柴油机第二章柴油发电机组第一节柴油发电机组基本参数和性能规格一、柴油发电机组参数表2.1.1柴油发电机组参数参数3500系列柴油发电机组沃尔沃系列柴油发电机组3000系列柴油发电机组机组型号300GF31-1800GF-2机组冷却方式闭式水冷闭式水冷闭式水冷机组起动方式电或气马达电马达电或气马达机组操纵方式远距离电控.手控远距离电控.手控远距离电控.手控机组联接方式橡胶弹性柱销联结器弹性片联结器橡胶弹性柱销联结器机组电压调整方式自动自动自动机组额定转速（r/min）150015001500机组额定功率（kW）800300800机组额定电压（V）600400600机组额定电流（A）12035411203机组额定功率因数0.64（滞后）0.80.64（滞后）机组额定容量（kVA）12503751250机组额定频率（HZ）505050机组电压稳态调速率（%）±0.25±0.25±0.25机组电压瞬态调速率（%）±15+20～-15±15机组电压稳定时间（s）1.51.51.5机组电压波动率（%）0.50.50.5并联运行无功分配差度（%）±5±5机组频率稳态调整率（%）0-5可调0-5可调0-5可调机组频率瞬态调整率（%）±5±10±5机组频率稳定时间（s）353机组频率波动率（%）0.510.5并联运行有功分配差度（%）±5±5机组外形尺寸（长×宽×高）mm3150×1090×16686610×2200×2780机组质量（kg）250014400二、柴油机参数表2.1.2柴油机参数参数3500系列柴油机沃尔沃系列柴油机3000系列柴油机第二章柴油发电机组机型3512TA.3512BTAD1232GEA12V190ZL型式四冲程水冷增压中冷直喷式燃烧室气缸排列VVV气缸数12612缸径／冲程（mm）170/190130.17/150190/210活塞总排量（L）51.811.9871.45压缩比13：114：114.5：1发动机转速（r/min）150015001500额定功率（kW）1022.／12803231200燃油消耗率（g/kW·h）212208205机油消耗率（g/kW·h）0.451平均有效压力（MPa）1.5752.21.31活塞平均速度（m/s）9.57.510.5涡轮前排气温度（℃）655650调速指标稳态调速率（%）0-50-5可调0-5可调瞬态调速率（%）+5.4—-3.8+5—-2.8波动率（%）0.250.35稳定时间（s）2.41.67冷却方式强制水冷强制水冷润滑方式压力和飞溅压力和飞溅起动方式电或气马达电或气马达曲轴转向（面向飞轮端）逆时针逆时针逆时针发火顺序1-12-9-4-5-8-11-2-3-10-7-61-5-3-6-2-41-8-5-10-3-7-6-11-2-9-4-12外形尺寸（长×宽×高）（mm）2699×1703×17202950×1980×2206质量（kg）608412509300三、发电机参数表2.1.3发电机参数第二章柴油发电机组参数3500系列柴油发电机组发电机沃尔沃系列柴油发电机组发电机3000系列柴油发电机组发电机型号（SR4）MTG689807HC1444F1（SR4）MTG689807型式无刷三相同步发电机无刷三相同步发电机无刷三相同步发电机防护等级IP23IP23冷却方式ICO1ICO1支承方式双轴承，双支撑单轴承，单支撑双轴承，双支撑接线方式三相四线制三相四线制三相四线制励磁方式无刷励磁，永励式（PM）无刷励磁无刷励磁，永励式（PM）调压方式自动自动自动绝缘等级ＨHH稳态电压调整率（%）±5并车可调±1.5±5并车可调瞬态电压调整率（%）±15-20～+25±15电压恢复时间（s）1.５1.01.5电压波动率（%）0.51.00.5轴承允许温升（℃）4040效率（%）9595超速超温能力（%）／℃150170℃150170℃短路故障能力（%）300300短路最长时间（s）3030AVR反应时间（ms）2020电压波形畸变率（%）（THF）5（THF）5电压整定范围（%）＋10～－25＋10～－25轴承寿命（h）4000040000AVR寿命（年）1010额定转速（r/min）150015001500额定功率因数0.640.80.64额定电压（V）600400600质量（kg）29002900外形尺寸（长×宽×高）2360×1238×11382360×1238×1138第二节柴油发电机组的结构特点和工作原理第二章柴油发电机组不管那种型号的柴油发机组，均是由柴油机、发电机、公共底盘、连接器、控制屏、散热器、冷却风扇等组成。不管那种型号的柴油机，均是由机体部件、缸盖部件、曲柄连杆机构、燃油供给系统、配气机构和进排气系统、润滑系统、冷却系统、起动系统、监控和安全保护系统等组成。不管那种型号发电机，均是由主发电机、交流励磁机、旋转整流器和励磁系统等组成。主发电机由转子和定子组成。人们己经熟悉的传统结构和原理不再重复，只对柴油发电机组的柴油机和发电机的一些新结构和新特点进行介绍。一、卡特3500系列柴油机3500系列（3512、3516、3508柴油机）柴油机是卡特彼勒公司在原3000系列（主要D399柴油机）柴油机基础上换代产品。用于电驱动钻机的主要是3512TA，3512B柴油机，为12缸V形、增压、中冷、直喷式燃烧型式，1500r/min时，功率分别为1022kW和1280kW。（详细指标见表2.1.2）其中3512B系列柴油机是对机械喷射式柴油机性能改进的基础上，又结合了先进的电喷式泵喷嘴，喷油压力达到150MPa，采用高效增压器和其他多项改进措施如凸轮、气门、燃烧室等。从而提高了柴油机功率，（功率提高了25%）并且在燃油经济性和排放控制方面也得到了极大的改善。3512TA和3512B型柴油机由于性能优良、工作可靠，特别适于油田钻探动力。图2.2.1为3512B型柴油机外观。其主要部件有以下特点：①机体部件：为合金铸铁整体浇铸而成。内部铸有水道和油道，两排气缸呈v形排列，主轴承盖由螺栓固定于机体，止口定位。机体有良好的刚度和强度。汽缸套表面感应淬火，提高了硬度和耐磨性。图2.2.13512B型柴油机外观第二章柴油发电机组②缸盖部件：四气门单体缸盖，合金铸铁制成，内部有水腔，用8个螺栓固定于机体上。为减小气门及气门座的磨损，带有气门旋转机构。③曲轴部件：高强度合金钢锻造而成的曲轴，轴颈表面淬火，强度好，刚度高，曲轴两端均可输出功率，且可两台柴油机串联运行。④连杆部件：由高强度合金钢锻造而成。连杆大头梯形结构。连杆轴瓦为钢背铝合金薄壁瓦。⑤活塞部件：铝合金铸造成型。内腔环状油冷腔，每个活塞由两个喷油嘴对其喷油冷却，有效降低环槽和顶部温度，提高了可靠性。裙部涂有石墨层，以提高耐磨性。第一道第二道环槽锒铸铁圈，以增加环槽耐磨性。整个活塞为二道气环一道油环，既保证密封，又使摩擦功减小。⑥燃油喷射系统：3512系列柴油机的燃油喷射系统，包括燃油手压泵、燃油滤清器、输油泵、泵喷嘴、压力调节阀和进油、回油油管等。对电喷型燃油喷射系统，泵喷嘴上又加了高速电磁阀和ECU电控系统。为了提高经济性，改善排放性，3512TA柴油机采用泵喷嘴的喷射形式，见图2.2.2。油管压力可高达100—110MPa，喷孔尺寸9×0.25×1600，大大改善了燃烧。3512B柴油机还发展为更为先进的电喷式泵喷嘴，喷油压力达到150MPa，见图2.2.2。这使柴油机功率提高了25%，油耗下降5%。整个燃油系统流程图见2.2.3。1、压紧螺栓1、螺钉2、喷油器高度：64.34±0.20mm2、摇臂3、电磁阀3、平钳4、喷油器座4、控制杆第二章柴油发电机组5、