起升系统工作原理与设备.ppt

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1、起升系统工作原理与设备起升系统工作原理与设备第一节第一节 起升系统工作原理起升系统工作原理 一、起下钻操作一、起下钻操作 1.1.起钻：起钻：换钻头换钻头，取钻柱取钻柱。2.2.下钻：下钻：钻柱入井钻柱入井。二、游系运动分析二、游系运动分析 大钩速度；大钩速度；钢绳速度；钢绳速度；天车轮的切向速度；天车轮的切向速度；有效绳数（除快、死绳外的游绳数）；有效绳数（除快、死绳外的游绳数）；滑轮直径。滑轮直径。起升系统起升系统钻机的核心钻机的核心：绞车、游动系统、井架绞车、游动系统、井架。从从快绳侧快绳侧死绳侧死绳侧钢绳速度钢绳速度为为大钩升高大钩升高H H,快绳拉下绳长为快绳拉下绳长为Z ZXH H

2、。天车轮天车轮切向速度切向速度 和和转速转速 为为可见可见：快绳一侧的快绳一侧的滑轮转速滑轮转速是死绳一侧的是死绳一侧的Z Z倍。倍。【检修天、游车应将滑轮及轴承倒换，使寿命均衡。【检修天、游车应将滑轮及轴承倒换，使寿命均衡。快绳侧钢绳弯曲次数是死绳侧快绳侧钢绳弯曲次数是死绳侧Z Z倍，会提前疲劳断丝。倍，会提前疲劳断丝。】快绳快绳死死绳绳绞车绞车三、游动系统载荷三、游动系统载荷 设设 、为为游游系系起起升升重重量量和和效效率率，、为为下下钻游系起重量和效率，钻游系起重量和效率，、为快绳和死绳拉力，为快绳和死绳拉力，为游绳的拉力。为游绳的拉力。1.1.大钩静载荷大钩静载荷 kNLL井深，井深，

3、kmkm；单位长度钻柱质量，单位长度钻柱质量，kg/mkg/m。2.2.游系静载荷游系静载荷kN 游动系统固定质量游动系统固定质量tftf（游车、（游车、大钩、吊环、钢绳）大钩、吊环、钢绳）3.3.天车台载荷天车台载荷（天车梁所受的载荷天车梁所受的载荷）kN(,不考虑倾斜。不考虑倾斜。)4.4.当大钩静止悬重时，当大钩静止悬重时，各段游绳拉力相等。各段游绳拉力相等。【】5 5当起升时，各绳拉力。当起升时，各绳拉力。由于由于轴承的轴承的摩擦阻力摩擦阻力和和钢绳钢绳过滑轮的过滑轮的弯曲阻力弯曲阻力有：有：为单为单轮绳效率轮绳效率 ，则，则（；）因因 【】，所以所以等比级数和等比级数和【】可写为：可

4、写为：起升时快绳拉力起升时快绳拉力：（代入上式）起升游系效率起升游系效率：6当当下下钻钻时时，各各绳绳拉拉力力。【与与起起钻钻时时相相反反，阻阻力力帮帮助助】【】由于由于（代入上式）下放时游系效率下放时游系效率：结论结论：起、下钻时各游绳的拉力不同起、下钻时各游绳的拉力不同，。与与表达式不同，其值相近，可认为表达式不同，其值相近，可认为，可以用于起或下钻游系的总效率可以用于起或下钻游系的总效率，单轮效率单轮效率。起升游起升游系效率系效率四、滚筒缠绳层数确定四、滚筒缠绳层数确定滚筒外经滚筒外经 ；绳径绳径d d。缠一层绳缠一层绳，中径中径，第一层缠绳不工作，利于排绳第一层缠绳不工作，利于排绳。缠

5、绳：缠绳：一左旋，一右旋一左旋，一右旋。每圈有每圈有3/43/4圈于槽中圈于槽中，则，则（）；1/4圈圈跳向另一槽跳向另一槽，直径重叠直径重叠，；每圈每圈半径增量半径增量：从第二层到最后一层从第二层到最后一层缠绳直径变化缠绳直径变化。滚筒滚筒原始原始直径直径：第一层第一层直径直径：（以钢绳中径计算（以钢绳中径计算）第二层第二层直径直径：（在在基础增加基础增加）任意层任意层直径直径：第末层第末层直径直径：第二第末层，平均直径为第二第末层，平均直径为：总层数总层数；半径增量系数半径增量系数,0.9缠缠绳绳总总层层数数取取决决于于立立根根长长和和有有效效绳绳数数，缠缠到到第第二二第第e e层上层上，

6、按按平均直径计算平均直径计算。从从（不考虑第一层不考虑第一层，每层的排数每层的排数）代入代入得得：式中式中立根长度立根长度每层的排数每层的排数，；LL滚筒长滚筒长，mm；排绳间隙排绳间隙，取取1 11.5mm1.5mm。解二次方程得解二次方程得 。第二节第二节 钻井绞车钻井绞车 一、一、绞车的作用绞车的作用 绞车是钻机的核心、关键设备。绞车是钻机的核心、关键设备。（钻机（钻机三大机组三大机组：绞车绞车、转盘转盘、钻井泵钻井泵）。）。1.1.起下钻，下套管起下钻，下套管 提出钻具提出钻具，再放下去再放下去，叫，叫起下钻作业。起下钻作业。由绞车完成。由绞车完成。下套管，也用绞车完成。下套管，也用绞

7、车完成。2.2.控制钻压（扶刹把，加钻压）控制钻压（扶刹把，加钻压）钻头钻头旋转旋转破岩破岩，由钻铤重提供钻压由钻铤重提供钻压，压力大小由压力大小由刹车刹车调节调节。刹车松开，钻压过大；钻柱提起，钻压为零；要适当控制刹刹车松开，钻压过大；钻柱提起，钻压为零；要适当控制刹车调节钻压。车调节钻压。3.3.上卸扣（上卸扣（拉猫头，上卸扣拉猫头，上卸扣）借助猫头拉大钳借助猫头拉大钳手柄，完成钻杆手柄，完成钻杆上卸扣上卸扣。（现用液压大钳现用液压大钳）4.4.起升井架，吊重物起升井架，吊重物 A A形，形，K K形（形（形）井架绞车整体起升。形）井架绞车整体起升。5.5.作为转盘的传动中间装置作为转盘的

8、传动中间装置 转盘的离合器在绞车里。转盘的离合器在绞车里。二、绞车的使用要求二、绞车的使用要求 1 1要能传递足够大的功率要能传递足够大的功率 钻柱很重，起升功率很大。钻柱很重，起升功率很大。2 2 滚筒要有足够大缠绳容量滚筒要有足够大缠绳容量 起升一立根起升一立根（28m28m）缠绳长缠绳长,余量行程余量行程2 23m3m，游，游绳数绳数1010根根，缠绳，缠绳300300 多多米米。3.3.要有适当的档数要有适当的档数钩载钩载是是变化变化的，的，N=QVN=QV，保证，保证N=N=常数，常数，Q,VQ,V。国标国标规定规定六个档六个档。多档功率利用率越充分多档功率利用率越充分。4.4.刹车

9、机构灵敏可靠刹车机构灵敏可靠钻钻压压靠靠刹刹车车调调节节，钻钻具具的的起起升升下下放放的的停停止止、钻钻柱柱悬悬持也靠刹车。持也靠刹车。5.5.猫头要有足够的拉力猫头要有足够的拉力猫猫头头的的作作用用是是上上卸卸扣扣，崩崩扣扣力力矩矩很很大大，猫猫头头要要有有很很大的拉力。大的拉力。目前用液压大钳，吊钳备用目前用液压大钳，吊钳备用。三、绞车的结构类型三、绞车的结构类型按轴分：按轴分：有单轴、双轴、三轴及多轴绞车有单轴、双轴、三轴及多轴绞车；按筒分：按筒分：有有单单滚筒滚筒和和多多滚筒滚筒绞车绞车。主滚筒起下钻具，捞砂筒提捞作业；主滚筒起下钻具，捞砂筒提捞作业；按速分：按速分：有有2 2速、速、

10、3 3速、速、4 4速、速、6 6速绞车速绞车 1.1.单轴绞车单轴绞车C-1500C-1500绞车绞车（P114P114图图3-473-47所示，打井深所示，打井深1200m1200m）特点：特点：猫猫头头装装在在滚滚筒筒轴轴两两端端，滚滚筒活装在轴上；筒活装在轴上；绞车绞车外变速外变速,另有变速箱。另有变速箱。2.2.双轴绞车双轴绞车ZJ15DZJ15D双轴绞车如图双轴绞车如图5-75-7所示。所示。由由滚筒轴外加一猫头轴滚筒轴外加一猫头轴组成。组成。绞车绞车外变速。外变速。3.3.三三轴轴绞绞车车 图图5-85-8是是ZJ130-1ZJ130-1三轴绞车。三轴绞车。特点：特点：三三轴轴：

11、输输入入、猫猫头头（变变速）、滚筒轴速）、滚筒轴；链条变速，兼顾转盘链条变速，兼顾转盘。优优点点：变变速速方方便便，高高档档独立。独立。缺点：缺点：开式，润滑不好；开式，润滑不好；重达重达20t20t，安装运输困难；，安装运输困难；4.4.档偏低档偏低（国标（国标6 6档）。档）。4.4.多轴绞车多轴绞车四轴以上四轴以上为多轴绞车。为多轴绞车。JC45JC45绞车特点：绞车特点：（图（图5-95-9）四四轴轴：输输入入、中中间间（变变速速）、猫头、滚筒轴猫头、滚筒轴。内链条变速，内齿轮倒车内链条变速，内齿轮倒车；密封式，润滑良好密封式，润滑良好；六六档档，总总重重达达30t30t（分分块块搬搬

12、运）。运）。5.5.独立猫头轴独立猫头轴多轴绞车多轴绞车 猫头轴猫头轴独立独立上钻台上钻台，绞车在钻台下绞车在钻台下。如图。如图5-105-10所示。所示。“链轮链轮3333接猫头轴接猫头轴”6.6.电驱动绞车电驱动绞车ZJ60DZJ60D绞车绞车：双直流马达双直流马达驱动；驱动；四轴四轴绞车；绞车；四四个机械个机械档档。如图如图5-115-11所示。所示。四、典型绞车结构（四、典型绞车结构（JC45JC45绞车）绞车）图图5-95-9为为JC-45JC-45绞车，用于绞车，用于ZJ45ZJ45、ZJ45JZJ45J钻机。钻机。1.1.基本参数基本参数N N绞绞1500HP1500HP；链条正

13、档；链条正档2 2倒档；倒档；P P快快MAXMAX=31.7T=31.7T；总重总重30.1T30.1T，分两块运输。，分两块运输。2.2.结构特点结构特点四轴，箱体支撑密封绞车，内部齿轮倒档，手动离四轴，箱体支撑密封绞车，内部齿轮倒档，手动离合器换档。合器换档。（1 1）输入轴总称输入轴总称 有三个变速链轮，一个有三个变速链轮，一个倒档齿轮，一个输入链轮。倒档齿轮，一个输入链轮。（2 2）猫头轴总称猫头轴总称 拉大钳，上卸扣。【死拉大钳，上卸扣。【死猫头左右各一，摩擦猫头左猫头左右各一，摩擦猫头左右各一，不参与变速。】右各一，不参与变速。】（3 3）中间轴中间轴 或变速轴或变速轴 有三个变

14、速链轮，一个倒有三个变速链轮，一个倒档齿轮，高低速链轮各一，档齿轮，高低速链轮各一，齿式离合器（挂档）。齿式离合器（挂档）。（4 4）绞车滚筒轴总成绞车滚筒轴总成 如图如图5-125-12所示。所示。滚筒轴滚筒轴 合金钢锻造合金钢锻造；调质处理；材料：；调质处理；材料：35CrMo35CrMo；长：；长：3.7m3.7m；重；重980kg980kg。滚筒轴滚筒轴滚筒滚筒刹车鼓刹车鼓绞车的滚筒体绞车的滚筒体 如图如图5-135-13所示。所示。铸、焊组合结构铸、焊组合结构，可配带槽滚筒，也配光滚筒。，可配带槽滚筒，也配光滚筒。滚筒滚筒轴，静配合键，烘装（传递扭矩大）。轴，静配合键，烘装（传递扭矩

15、大）。刹车鼓刹车鼓在在滚滚筒筒两两侧侧，耐耐热热合合金金材材料料，刹刹车车时时表表温温800,800,易易“龟龟裂裂”，打，打3200m3200m的井磨的井磨4mm4mm。滚筒滚筒刹车鼓刹车鼓其它部件其它部件低、高速气胎离合器；齿套离合器；低、高速气胎离合器；齿套离合器；链轮、辅助刹车、牙嵌离合器。链轮、辅助刹车、牙嵌离合器。(5)(5)箱体箱体JC45JC45绞车：为箱体绞车：为箱体闭式闭式结构，结构，链条链条喷射压力润滑喷射压力润滑。JC14.5JC14.5绞车：非箱体绞车：非箱体开式结构开式结构，链条，链条滴油润滑滴油润滑。五、绞车的技术规范五、绞车的技术规范绞车的主参数用名义井深表示。

16、绞车的主参数用名义井深表示。标准绞车型号标准绞车型号:JC-:JC-JC JC绞车；绞车；表示表示100m100m单位的单位的名义钻深上限名义钻深上限；型式型式,机驱无代号，电驱为机驱无代号，电驱为D D。1996-19971996-1997DRECO DRECO 和和IRIIRI推推出出交流变频绞车交流变频绞车四个机械四个机械档档，链条，链条传动，三台电机驱传动，三台电机驱动。动。五、国外大型五、国外大型 绞车的发展绞车的发展链传动，紧凑的链传动，紧凑的两档两档变速，变速，交流变频电驱动绞车交流变频电驱动绞车交交流流电电机机气胎离合器气胎离合器气胎离合器气胎离合器刹车钳刹车钳刹车钳刹车钳19

17、96-19971996-1997德国德国WIRTHWIRTH公司推出齿轮传动绞车公司推出齿轮传动绞车直流、交流变频、液压驱动方式任选直流、交流变频、液压驱动方式任选齿轮传动齿轮传动液压盘式刹车液压盘式刹车电磁刹车电磁刹车动力动力齿轮箱齿轮箱2000年国民油井公司推出国民油井公司推出交、直流驱动方式任选交、直流驱动方式任选的的齿轮绞车齿轮绞车单轴绞车单轴绞车齿轮箱齿轮箱齿轮箱齿轮箱VARCOVARCO公司推出了公司推出了ADSADS自动绞车系统自动绞车系统四台电机，两组刹车，两个齿轮箱四台电机，两组刹车，两个齿轮箱电机电机气胎离合器气胎离合器气胎离合器气胎离合器齿轮箱齿轮箱六、国外大型绞车的主要特点六、国外大型绞车的主要特点1.1.单一起升功能单一起升功能，不带猫头和捞砂滚筒，不带猫头和捞砂滚筒齿轮箱齿轮箱2.2.既可直流驱动、也可交流变频驱动既可直流驱动、也可交流变频驱动3.3.发展趋势是交流变频和发展趋势是交流变频和单速齿轮传动单速齿轮传动齿轮箱齿轮箱SSGD-750 绞车绞车液压盘式刹车液压盘式刹车刹车钳刹车钳齿轮箱齿轮箱滚筒滚筒4.4.盘式刹车盘式刹车AHDAHD绞车采用气绞车采用气动钳盘式盘刹动钳盘式盘刹应急刹车应急刹车钳钳主刹车钳主刹车钳5.5.带自动送钻装置带自动送钻装置动力自动送钻动力自动送钻离合器电机