石油钻井柴油机与联动机(教材)汇总

石油钻井柴油机与联动机蓝富华主编渤海石油职业学院内容提要本书比较系统地介绍了柴油机的基本知识、柴油机的构造、柴油机的使用与维护、柴油机常见故障与排除以及联动机相关知识。

为了使读者对本书重点内容很好地掌握，本书中每章后都安排有复习题供使用。

本书可作为石油院校钻井专业学生系统了解柴油机及附属装置的教材，也可作为职工技术培训、石油矿场柴油机操作人员的参考书。

前言目前在石油勘探开发中，钻机、发电机组的动力大都由柴油机提供。

因此柴油机在石油工业中占有十分重要的地位。

对于一个石油钻井工人来说，系统地掌握一些柴油机及其联动机的相关知识十分必要。

本教材是根据2005年6月渤海石油职业学院石油钻井专业教学改革会议制定的“石油钻井专业柴油机与联动机教学大纲”而编写。

供石油钻井专业学生使用，也可作为柴油机工作人员的一本入门参考书。

本教材第一章由余丽、蓝富华编写；第二章、第四章、第五章由蓝富华编写；第三章由王建云编写；最后由余丽校对。

目录第一章柴油机基本知识第一节概论第二节柴油机的名词术语及性能指标第三节柴油机的工作原理第二章柴油机构造第一节机体组件与曲柄连杆机构第二节配气机构第三节齿轮系和进排气系第四节燃料供给系统第五节润滑系统第六节冷却系统第七节起动系统第八节柴油机增压系统第三章钻井柴油机的使用与维护第一节钻井柴油机的操作过程第二节钻井柴油机的保养第三节钻井柴油机安全保护装置第四节轻柴油第五节柴油机润滑油第六节柴油机冷却水第七节柴油机与联动机的安装第八节柴油机气门间隙及供油提前角的检查及调整第四章柴油机常见故障及排除第一节故障原因及检查方法第二节柴油机常见故障原因及排除方法第五章钻井联动机第一节概述第二节柴油机驱动—机械传动第三节柴油机—液力驱动与变矩器第四节电驱动原理及设备第五节联动机的安装及检查附录一第一章 柴油机基本知识第一节概论自然界中存在着极其丰富的能量资源，如太阳能、热能、风能等。

各种燃料燃烧时可放出大量的热能，根据能量转化和守恒定律，热能可以被转变成为机械能。

将燃料烧放出的热能转变成为机械能的装置称为热机（热力发动机）。

如果燃料在热机外部燃烧则该热机称为外燃机；如果燃料是在热机内部燃烧，则该热机将为内燃机。

内燃机根据所使用的燃料不同又分为汽油机（以汽油作燃料）、柴油机（以柴油作燃料）、煤气机（以煤气作燃料）等等。

以上关系可用如下一个链结构来表达：柴油机于1897年由德国工程师狄塞尔发明成功至今不到一百年的历史，但是柴油机的发展却十分迅速，现在柴油机已发展成为一种比较完善的动力机械。

柴油机具有热效率高（热效率可达46%）、结构紧凑、重量轻、尺寸小、功率范围广、适应性好、操作方便等优点。

因此，柴油机己被广泛地应用于工业、农业、国防、科技等各个领域。

石油企业的钻井动力设备目前也普遍应用柴油机。

在石油钻井中，带动国产钻机所需要的动力设备目前大部分采用PZ12V190B 型柴油机。

井场发电机组所用柴油机的型号为12V135柴油机、6160柴油机等。

柴油机今后将会从改进结构、采用新材料、应用新工艺、改善燃烧过程、采用较高的废气涡轮增压以及用重油作燃料等方面进一步得到发展，以达到进柴油机 汽油机 ……一步增长使用寿命、提高功率、提高经济性等目标。

一台柴油机由许多零部件组成，为便于分析结构，根据柴油机各零部件所起的作用不同，将一整台柴油机分为以下几个部分。

1、曲柄连杆机构曲柄连杆机构是实现热能向机械能转化的机构，如图1—1所示。

燃烧室内充满着燃油与空气的混合物，使燃油在燃烧室内燃烧后便会产生大量的热能，热能使缸内气体膨胀，从而使缸内压力升高，气体压力作用于活塞上便推动活塞作往复直线运动， 通过连杆使曲轴旋转，从而实现了热能向机械能的 转换。

2、配气机构柴油机中燃料的燃烧需要空气，热能向机械能的转化需依靠气体的膨胀才能完成。

因此，须定时向柴油机气缸内供应充足的空气，而配气机构就是根据柴油机工作过程的需要，定时地向气缸内供应足够量的新鲜空气，并将已用过的气体和燃料燃烧后的废气从气缸中排出。

3、燃料供给系统柴油机的燃料供给系统所起的作用，就是根据柴油机工作过程的需要，定时、定量、定压地向气缸供应一定压力的柴油。

在气缸内，柴油与空气混合后燃烧放热，缸内气体受热后产生膨胀，通过曲柄连杆机构，将热能转变成为机械功。

图1—1 曲柄连杆机构1—气缸；2—活塞；3—连杆；4—曲轴4、润滑系统柴油机的各运动表面需要润滑，以减轻摩擦。

润滑系统的作用是在柴油机工作时和工作前，将润滑油输送到各运动件的摩擦面上，从而保证柴油机安全可靠地工作。

5、冷却系统柴油机工作时，燃料燃烧、运动件摩擦产生的热量使柴油机温度升高，影响柴油机正常工作。

冷却系统的作用就是用水或空气对柴油机进行冷却，使柴油机处于正常的工作温度范围。

6、起动系统柴油机借助于外力由静止状态转入工作状态，这一过程称为起动过程，完成起动过程所需要的系统装置称之为起动系统。

7、机体组件机体组件是柴油机的骨架，用以支持、安装各机构、各系统的零部件。

目前，许多柴油机都采用了废气涡轮增压技术，使功率大大升高，燃油消耗率降低。

用以实现增压的装置，称为增压系统。

钻井用动力设备Z12V190B型柴油机是一种高速、中型的柴油机，它采用了增压技术。

功率为1200马力（882.6千瓦），Z12V190B型柴油机机有12个气缸，它的冷却方式是水冷式，气缸排列形式呈V型排列。

经过多年来实践证明，Z12V190B型柴油机是能够满足带动钻机的要求。

当然12V190B型柴油机还会进一步得到改善，各项性能指标也会进一步提高。

图1—2为PZ12V190B型柴油机外形图。

1—空气滤清器 2—风扇 3—散热水箱 4—底盘第二节 柴油机的名词术语及性能指标一、柴油机常用名词术语柴油机常用名词术语，如图1—3。

（1）上止点：活塞离开曲轴中心最远位置时活塞顶相对于气缸的位置。

（2）下止点：活塞离开曲轴中心最近位置时活塞顶相对于气功缸的位置。

（3）冲程：也叫行程，是活塞从一个止点移动到另一个止点时所经过的距离，用S 表示，单位为mm 。

（4）缸径：气缸的直径，用D 表示，单位为mm 。

（5）气缸工作容积：活塞从一个止点移动到另一个止点时所扫过的空间容积，用Vh 表示，单位为m 3。

Vh=π/4 D 2S ×106-，（升）（6）燃烧室容积：活塞位于上止点时，其顶以上的空间容积，用 图1—3 曲柄连杆机构V c 表示，单位为m 3。

1—活塞 2—气缸体 3—连杆 4—曲轴（7）气缸容积：活塞位于下止点时其顶以上的空间容积，用Va 表示，单位为m 3。

气缸工作容积、燃烧室容积、气缸容积三者的关系为：Va = Vc+ Vh（8）压缩比：气缸容积与燃烧室容积之比，用ε表示，表达式为ε=Vc Va =Vc Vh Vc +=1+Vc Vh压缩比的大小标志着柴油机工作时气缸内气体被压缩的程度。

压缩比越大，压缩终了时气缸内温度和压力就越高，喷入柴油后越易燃烧，柴油机启动就越容易。

一般柴油机的压缩比限定在13～20之间。

（9）最大爆发压力：燃料燃烧时气缸内产生压力的最大值，用Px表示，单位为MPa。

（10）发动机总排量：各缸工作容积之和，用V表示，若用i表示汽缸数，则V=iV s，单位为m3。

二、柴油机的主要性能指标要了解一台柴油机的工作能力，首先要了解柴油机的一些基本性能指标，性能指标可分为两类：动力性指标和经济性指标。

下面我们对柴油机的主要性能指标进行讨论。

1、功率单位时间内所作的功称之为功率，通常用符号N表示，单位为千瓦（工程制单位为马力）。

柴油机铭牌上所标注的功率为有效功率，指柴油机在单位时间内对外作功的量，用符号N e表示。

在柴油机铭牌和说明书中，都明确规定有效功率的最大使用界限，按照国家标准称为标定功率。

按照不同用途和使用特点，国家标准中规定的有效功率分为以下四种（按使用特点在柴油机的铭牌上可标明其中的1～2种功率）。

（1）15分钟功率：允许柴油机连续运转15分钟的最大有效功率。

它是为了满足短时间内，具有良好的超负荷和加速性能的机械要求而规定的一种功率指标，如汽车、坦克、舰艇所用柴油机的功率标定。

（2）1小时功率：允许柴油机连续运转1小时的最大有效功率。

适用于工业用拖拉机、工程机械等所用柴油机的功率标定。

（3）12小时功率：允许柴油机连续运转12小时的最大有效功率。

适用于农用拖拉机用柴机、工程用柴油机等的功率标定。

（4）持续功率：允许柴油机长时间连续运转的最大有效功率。

这种功率要求，是为了满足长时间连续运转的机械而规定的一种功率指标，如固定式发电机所用柴油机的功率标定。

石油矿场所用的Z12V190B柴油机、4125、4135柴油机铭牌上所标定的功率均为12小时功率。

通常，以12小时功率称之为额定功率。

2、有效燃油消耗率柴油机对外作相同的功，所消耗的燃料越少，其经济性就越好。

柴油机每发出1千瓦有效功率，在一小时内所消耗的柴油量（以克为单位），称为有效燃油消耗率（简称油耗率或比油耗），用符号g e表示，以克/（千瓦·小时）作为燃油消耗率的单位。

很明显，燃油消耗率越低，说明燃烧同样的燃料，所发出的有效功率越大，或是发出同样的有效功率所消耗的燃料少，柴油机的经济性越好。

燃油消耗率可按下式计算：Gr×103，g/(Kw.h)ｇe=Ne式中 Gr——柴油机每小时的燃油消耗量，单位为公斤/小时。

3、有效扭矩柴油机飞轮端对外输出的扭矩，称为有效扭矩，用符号Me表示，单位为牛顿·米（N·m）。

它是指燃料在气缸内燃烧发热气体膨胀作功所产生的力，除了克服各部分摩擦阻力和驱动各辅助装置、系统外，最后在飞轮端输出的可供外界使用的扭矩。

4、有效热效率柴油机发出的有效功的热当量与所消耗的燃料热量的比值，称为有效热效率，它表示了热量转化为有效功的程度。

柴油机的有效热效率在0.3～0.45之间，有效热效率用符号ηe表示。

5、机械效率柴油机燃料燃烧后，放出的热量转化为机械功，其中大部分从飞轮端输出，还有一部分消耗在柴油机内部的摩擦和带动附属零部件的工作上。

机械效率就是表示有效功率所占燃料燃烧后，热量转化为机械功的百分比，用符号ηm表示。

三、内燃机名称和型号编制规则为了便于内燃机的生产管理和使用维修，国家对内燃机的名称和型号编制方法作了统一的规定（GB725-91），其主要内容如下：1、内燃机产品名称均按所采用的燃料命名，例如柴油机、汽油机、煤气机、沼气机等。

2、内燃机型号由阿拉伯数字（以下简称数字）、汉语拼音字母（以下简称字母）和GB1883中，关于气缸布置所规定的象形字符号组成。

内燃机型号依次包括下列四部分内容：1）首部：产品特征代号，由制造厂根据需要自选相应字母表示，但需经行业标准化归口单位核准、备案。