第八章 钻机的动力与传动(柴油机驱动)综述
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。
钻机驱动设备与传动系统
钻机驱动设备与传动系统1. 引言钻机驱动设备与传动系统是钻井工程中至关重要的部分，它们负责控制钻头的旋转和下压力，以实现钻井的顺利进行。
本文将介绍钻机驱动设备与传动系统的工作原理、主要部件以及常见故障处理方法，以增加读者对该系统的了解。
2. 工作原理钻机驱动设备与传动系统的工作需要运用机械原理和转动传动原理。
通过驱动系统的转动，可使钻杆和钻头产生旋转，实现钻进地层的目的。
同时，钻机的驱动系统还需要通过传动系统的设计和控制，调节钻头的下压力，确保钻进过程的稳定性。
3. 主要部件3.1 钻机主驱动装置钻机主驱动装置通常由电机和装有花键轮的变速箱组成。
电机作为驱动源，通过电路控制使变速箱中花键轮旋转，进而带动钻杆和钻头的旋转。
3.2 钻机主传动轴钻机主传动轴位于钻机主驱动装置和井口装置之间，负责将电机传递的动力传到钻杆和钻头上。
主传动轴通常由高强度合金材料制成，以承受大扭矩和重负荷。
3.3 钻机变速箱钻机变速箱位于钻机主驱动装置内，用于改变驱动装置输出的转速。
通过变速箱的设计，可以实现适应不同井深和地层条件下的钻井作业。
3.4 钻机离合器钻机离合器用于控制钻机主驱动装置的连接和断开。
在钻井作业中，需要频繁地进行钻杆和钻头的连接和断开，离合器的可靠性和灵活性对钻机的作业效率有着重要的影响。
3.5 钻机液压系统钻机液压系统用于控制钻杆下压力的调节和控制。
通过液压系统的工作，可以实现对钻杆下压力的精确控制，以适应不同地层的钻进要求。
4. 常见故障与处理方法4.1 电机故障当钻机主驱动电机发生故障时，往往会导致钻机无法正常工作。
处理方法包括检查电源线路是否正常连接，检查电机是否过热，以及检查是否存在电机绕组短路等问题。
4.2 变速箱故障变速箱是钻机驱动传动系统中的关键部件之一，一旦发生故障，会影响钻井作业的顺利进行。
常见的变速箱故障包括齿轮磨损、轴承故障等。
处理方法通常是对故障部件进行更换或修理。
4.3 钻机离合器故障钻机离合器的故障会导致钻杆和钻头的连接和断开无法正常进行。
钻机驱动设备与传动系统PPT课件
机肘，都应让它在调速线上工作。
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④ 通用特性
• 最内层的等油耗率曲线 表明发动机最经济的工 作范围。
• Z12V190B柴油机的通 用特性曲线
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(4) 石油机械常用柴油机
• ① Z190系列钻机柴油机
•
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
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6.2 石油钻机液力传动装置
• 石油钻机传动装置有机械式的也有其他形 式的，机械式如螺旋、齿轮、皮带、链条、 万向轴等。石油机械功率大，工况特殊， 有些制定了专用标准，如套筒滚子链，石 油钻机用万向联轴器等。但这些传动装置 与一般机械相同。
• 除此外，石油机械还常用液力传动装置如 液力变矩器，液力偶合器等，本节主要介 绍这些传动装置。
则以耗电量、功率因数来表征。
• ⑤ 使用经济性
•
除已特别指明的燃料经济性之外，使用
经济性尚应包括：对工作地区的适应性、启动
性能、控制操作的灵敏程度、工作的可靠性、
安全性、持久性及维护保养难易性等。
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• 表6-1 石油机械常用驱动设备的适应性系数和 调速范围的参考数值
类型
KsLeabharlann M max Me• 偶合器只能在高转速比（即i nT nB 0.96
）
工况下工作，否则效率过低，功率损失大。液
力偶合器只能传递扭矩，不能变矩，因此又称
液力联轴器。
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(2) 液力变矩器（涡轮变矩器）
•
变矩器结构如图所示。导轮与外壳相连，是不
转动的，叶片大都为空间扭曲形状。与偶合器相比，
第八章 钻机的动力与传动(柴油机驱动)
5
为了简化钻机传动系统，改善钻机的驱动性能， 钻机也采取复合驱动的型式，如内燃电力驱动的电 驱动备特性指标和外特性 各类动力机有一些共同的技术经济指标， 可借以评价它们的动力性和经济性。
7
通常所说的柔特性，是指K值大的同时R值亦大。 即随外载变化时动力机自动增矩减速或减矩增速的 范围宽。 而硬特性则是K值大而R却小，即外载变化很大时， 动力机速度变化很小。 8
8.2.2 Z190系列柴油机 国产钻机主要采用济南柴油机厂生产的Z190系列柴 油机，该类机型已有九千多台服务于石油钻探市场。
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PZl90系列柴油机型号编制的含义如下： 型号示例：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。
48
8.2.3柴油机直接驱动的钻机的主要优缺点
柴油机直接驱动钻机的主要优缺点如下：
(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)不同级别钻机，可用增加相同机组数目的办法以增
加总装机功率，即所谓“积木式”，可减少柴油机品种，有
26
它们都是三台柴油机经过三台变矩器使其输出转速从柴油机的 1100～ 1200r／min降至750～850r／min ，以保证并车链条线速度 低于16～20m／s，(链条传动的最高线速度限制)。因为并车链条线 速度仍然较高，故必须采用小节距多排链条传动。
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并车链传动副与皮带并车相比，由于链传动在 密封箱中采用油泵强制润滑，寿命较皮带长； 在现场检修拆换链条比拆换皮带方便；链传动 效率较皮带传动为高。 中深井钻机配两台柴油机，并车链传动比较简 单。 而超深井钻机如ZJ60L配四台柴油机，并车传动 链装臵比较复杂，安装工作量大。
钻机驱动与传动
石油钻采机械主讲：马卫国第六章石油钻机驱动与传动第一节概述第二节柴油机驱动－机械传动第三节可控硅直流电驱动石油钻采机械主讲：马卫国第六章石油钻机驱动与传动第一节概述石油钻采机械主讲：马卫国一、驱动传动类型1、机械驱动柴油机直接驱动（皮带传动）柴油机＋液力驱动（链条传动）高速柴油机＋ALLISON传动向第六章：石油钻机驱动与传动——概述石油钻采机械主讲：马卫国2、电驱动交流AC-AC驱动直流DC-DC驱动交直流AC-SCR-DC 交流变频驱动第六章：石油钻机驱动与传动——概述石油钻采机械主讲：马卫国第六章：石油钻机驱动与传动——概述二、绞车、转盘、钻井泵负载特点及对驱动传动的特性要求1、绞车前面已经详细描述。
总之，绞车驱传动为恒功率调节，要充分利用功率，并具有一定的过载能力；有良好的启动性能（频繁启动）。
石油钻采机械主讲：马卫国第六章：石油钻机驱动与传动——概述2、转盘1）转速调节范围要宽，R＝5－10；2）能够倒转、能够微调转速以处理事故；3）有限制扭矩装置，防止过载扭断钻杆；工况为恒功率调节，有时要求恒转矩调节。
石油钻采机械主讲：马卫国3、钻井泵钻井泵冲次变化小，负载波动幅度不大。
石油钻采机械主讲：马卫国第六章：石油钻机驱动与传动——概述石油钻采机械主讲：马卫国石油钻采机械主讲：马卫国石油钻采机械主讲：马卫国理论平均流量和功率kW pQ N iFSnQ th 310×==石油钻采机械主讲：马卫国第六章：石油钻机驱动与传动——概述主要要求：速度调节范围R=1.3－1.5；允许短期过载，以克服可能出现的蹩泵。
工况调节：机械驱动钻井泵：更换缸套；电驱动钻井泵：更换缸套＋调速石油钻采机械主讲：马卫国三、驱动设备的特性指标1、适应性系数K：表明动力机适应外载变化（增加）的能力。
功率时的扭矩。
－发动机额定（标定）的最大扭矩；发动机稳定工作状态时式中：e eM M M M K −=max max K值大，表明动力机的过载能力大第六章：石油钻机驱动与传动——概述石油钻采机械主讲：马卫国2、速度范围R转速；－动力机最低稳定工作速；动力机最高稳定工作转式中min max minmax n n n n R −=R值越大，表明速度调节范围越宽。
钻井柴油机工工作总结5篇
钻井柴油机工工作总结5篇第1篇示例：钻井柴油机工作总结一、严格遵守操作规程钻井柴油机是一台复杂的设备，需要经过专业培训和操作指导才能熟练操作。
在工作中，我始终严格遵守操作规程，按照操作手册和流程操作，确保设备的正常运行。
在启动和停机时，我都会按照规定的步骤进行，确保安全可靠。
二、定期检查和维护钻井柴油机是长时间运行的设备，需要定期检查和维护，保证其性能稳定和有效工作。
我会按照维护计划进行检查，包括检查机油、滤芯、皮带、水温、油压等参数，及时发现问题并进行处理，确保设备处于最佳状态。
三、故障排查能力在钻井作业中，钻井柴油机可能会出现各种故障，需要及时排查并解决。
我不仅能够根据故障现象迅速定位问题的所在，还能够利用自己的经验和技术知识，采取有效的措施进行修复，保障设备的正常运行。
四、团队合作精神在钻井现场，钻井柴油机工需要和其他工种密切协作，共同完成作业任务。
我深知团队合作的重要性，会积极与其他工友沟通协作，互相支持，共同努力，确保项目的顺利进行。
五、持续学习和提升钻井柴油机工作需要不断学习和提升自己的技术水平，跟上行业发展的步伐。
我会积极参加培训和学习，了解最新的技术和设备信息，不断提升自己的能力，为工作能力的提升做好充分准备。
通过这段时间的工作总结和反思，我深感自己在钻井柴油机工作中所取得的成绩，同时也发现了自己在一些方面还存在不足之处。
我将持续努力，不断学习和提升自己，为钻井作业的顺利开展贡献自己的力量。
相信在不久的将来，我可以成为一名更加优秀的钻井柴油机工，为石油勘探事业贡献自己的力量。
第2篇示例：钻井柴油机工作总结钻井柴油机工作是石油钻井作业中不可或缺的重要环节，钻井柴油机工作人员承担着保障钻井作业正常进行的责任。
通过对钻井柴油机工作的总结，可以更好地发现问题、提高工作效率，提升工作质量。
一、工作内容及要求1.钻井柴油机工作主要包括对钻井设备中的柴油机进行日常维护、润滑和检修工作，确保柴油机正常运转。
钻井工程理论与技术(第二版)课后题简答题答案
第一章钻井的工程地质条件1.简述地下各种压力的基本概念及上覆岩层压力、地层孔隙压力和基岩应力三者之间的关系。
答：静液压力：是由液柱自身的重力所引起的压力，它的大小与液体的密度、液柱的垂直高度或深度有关。
地应力：钻井工程施工之前存在于地下某点的应力状态为原地应力状态。
地层孔隙压力：岩石孔隙中流体所具有的压力。
也称地层压力。
上覆岩层压力：是指由上覆岩层重力产生的铅垂方向的地应力分量。
该处以上地层岩石基质和岩石孔隙中流体的总重力所产生的压力。
基岩应力：是指由岩石颗粒间相互接触支撑的那一部分上覆岩层压力。
也称有效上覆岩层压力或骨架应力。
地层破裂压力：地层某深度处的井壁产生拉伸破坏时的应力地层坍塌压力：地层某深度处的井壁产生剪切破坏时的应力上覆岩层的重力是由岩石基质（基岩）和岩石孔隙中的流体共同承担的，即上覆岩层压力是地层压力与基岩应力的和2、简述地层沉积欠压实产生异常高压的机理。
答：在稳定沉积过程中，若保持平衡的任意条件受到影响，正常的沉积平衡就被破坏。
如果沉积速度很快，岩石颗粒就没有足够的时间去排列，孔隙内流体的排出受到限制，基岩无法增加它的颗粒与颗粒之间的压力。
由于上覆岩层继续沉积，负荷增加，而下面基岩的支撑能力没有增加，孔隙中的流体必然开始部分地支撑本来应由岩石颗粒所支撑的那部分上覆岩层压力，从而导致了异常高压。
3、简述在正常压实的地层中岩石的密度、强度、孔隙度、声波时差和dc指数随井深变化的规律。
答：所以随井深的增加，地层中岩石密度逐渐变大，而岩石的孔隙度变小。
随着井深的增加，岩石的强度增大。
在正常地层压力井段，随着井深增加，岩石的孔隙度减小，声波速度增大，声波时差减小。
在正常地层压力情况下，机械钻速随井深增加而减小，d指数随井深增加而增大。
所以dc指数也随井深的增加而增大。
4、解释地层破裂压力的概念，怎样根据液压实验曲线确定地层破裂压力。
答：在井下一定深度的裸露地层，承受流体压力的能力是有限的，当液体压力达到一定数值时会使地层破裂，这个液体压力称为地层破裂压力。
钻机的动力和传动装置分析
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通常所说的柔特性，是指K值大的同时R值亦 大。即随外载变化时动力机自动增矩减速或减 矩增速的范围宽。
而硬特性则是K值大而R却小，即外载变化很 大时，动力机速度变化很小。
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3.燃料(能源)的经济性 指的是提供同样功率时所消耗的燃料(能源)
费用。对柴油机，燃气轮机以耗油率来表征； 电动机则以耗电量，功率因素来表示。
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2.转盘 在钻进过程中，随着井深及岩层的变化，需
要及时改变钻压及转速。转盘要求动力系统的 力矩及转速调节范围是5～10。
在处理事故时，要求能细微调转速，又能倒 转。当钻具遇卡时，为了防止扭断钻杆，需要 设置限制力矩装置，达到限定力矩值时能自动 停止旋转。
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3.钻井泵 钻井泵一般利用变换缸套的办法来调节排
钻机的动力和传动 装置分析
1
3.1概述 机械系统的动力装置(驱动装置或原动机)是机
械系统的重要组成部分。
2
Байду номын сангаас
它是执行系统的动力来源，它的性能的优劣直接 决定着机械系统的工作性能和构造特征。因此，合 理选择机械系统的动力装置的型式变成为机械设计 中的重要问题之一。
3
根据动力装置与执行机构之间的联系，分为 直接驱动和间接驱动两类。
5
根据能量的转换方式，分电力驱动,内燃机驱动， 复合驱动等。
由于钻机在野外工作，因内燃机的机械特性不能 适应钻机工作，使柴油机直接驱动的钻机传动系统 相当繁杂。
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为了简化钻机传动系统，改善钻机的驱动性 能，钻机也采取复合驱动的型式，如内燃电 力驱动的电驱动钻机，内燃液力驱动的链条 钻机等。
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3.1.1 驱动设备特性指标和外特性 各类动力机有一些共同的技术经济指标，可
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能实现。
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曲线3是柴油 机直接驱动，机 械传动分级变速 时的起升曲线， 功率利用不充分， 阴影三角面积是 未被利用的功率。
图8-2
16
根据绞车的工作特点，其对动力驱动与传 动系统的要求为：
(1)能无级变速，以充分利用功率； (2)速度调节范围，R＝5～10； (3)具有短时过载能力，以适应启动动载、 振动冲击及克服轻度卡钻的需要； (4)启动性能好，有灵敏可靠的控制与离合 装置。
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1.链并车 尽管统一驱动的柴油机台数只有2～4台，当采用有确定传动比
的链条并车装置时，由于不可能把所有柴油机调成同一转速，为 了均衡各柴油机的负载，必须在柴油机输出轴上联接一台液力变 矩器。
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统一驱动的深井钻机以三台柴油机并车为典 型，如国产ZJ45钻机(如下图)，罗马尼亚的 F320-3DH型钻机等。
第八章 钻机的动力与传动
8.1概述 现代石油钻机具有绞车、转盘、钻井泵三大工作机组。驱
动设备和传动系统是钻机八大系统设备中的两大部分，它们 是为三大工作机组服务的。
驱动设备，又称动力设备，为各工作机提供动力和运动。 传动设备，将动力机和工作机联系起来，将动力和运动传 递给各工作机。
1
机械系统的动力装置(驱动装置或原动机)是 机械系统的重要组成部分。它是执行系统的动力
22
分组驱动方案：典型的分组驱动，将三工作机分成两组， 绞车、转盘为一组，钻井泵为另一组，由动力机(柴 油机或电动机)分别驱动，也称为二分组驱动。
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统一驱动的传动系统要将数台动力机的动力合并， 并分配给各工作机，同时为满足绞车和转盘对动力的 要求，要解决变速变矩及反转等问题。
所以钻机的传动系统具有各种不同的并车、减速、 变速、倒车机构，而形成了多种传动方案。多台动 力机的并车传动是钻机传动的一个特点。一般地， 采用链条并车传动的称为链条钻机，采用皮带并车 传动的称为皮带钻机，而电驱动钻机则将两台电动 机装在同一输入轴的左右两端实现并车。
而硬特性则是K值大而R却小，即外载变化很大时， 动力机速度变化很小。
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3.燃料(能源)的经济性 指的是提供同样功率时所消耗的燃料(能
源)费用。对柴油机，燃气轮机以耗油率来表 征；电动机则以耗电量，功率因素来表示。
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5.使用经济性 除已特殊指明的燃料经济性之外，使用经济
性还包括：对工作地区的适应性；启动性能； 控制操作的灵敏程度：工作的可靠性；安全 性；持久性及维护保养的难易性能等。
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所谓动力机的外特性，指的是输出力 矩M随输出转速而变化的规律性，即
M=f(n)
常用曲线表示，称为动力机的外特性曲 线。
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现代钻机用动力机的适应性系数K和调速范围 R的参考数据见表。
8-1
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8.1.2 三大工作
机负载特点及对驱
动特性的要求
1.绞车
若
大钩提升速度V随大钩载
荷Q的变化而相应地按
量。但在更换缸套之前，亦利用减速来调节 排量，以便使功率利用比较充分。
为此要求动力传动系统具有一定的调速范 围，R＝1.3～1.5即可满足要求。
钻井泵一般为无载启动，启动不频繁，对 启动转矩、超载能力的要求低于绞车，但为 了克服钻井过程中可能出现的蹩泵，要求动 力传动系统具有短时过载能力。
19
8.1.3 钻机的传动装置 由动力机到工作机的传动系统，有的简单，比如单独
QV＝C的规律即如图等功
率曲线1变化,这是最理想
的情况，动力机提供的起
图8-2
升功率利用最充分。
14
绞车载荷随起钻过程中 立根数目的逐渐减少而呈 阶梯状连续下降，若提升 速度V也能随立根数的每 一次减少而增加，即按曲 线2工作，则是绞车功率 利用最充分的情况。但在 机械变速为有限档的条件 下很难实现，只有在动力 驱动装置能自动变速时才
驱动；有的则相当复杂，比如统一驱动的钻机。
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单独驱动方案：转盘、绞车、钻井泵三工作机组， 各由不同的动力机一对一或二对一地进行驱动，电 驱动钻机大多采用单独驱动的方案。
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统一驱动方案：这种方案是转盘、绞车、钻井泵三工作机由 3―4台动力机并车统一驱动。统一驱动装机功率利用率高，可 并车调剂各工作机不同的功率需要，动力机有故障时动力可 互济。但驱动系统复杂，传动效率低，安装找正困难。
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2.转盘 在钻进过程中，随着井深及岩层的变化，
需要及时改变钻压及转速。转盘要求动力系统 的力矩及转速调节范围是5～10。
在处理事故时，要求能细微调转速，又能 倒转。当钻具遇卡时，为了防止扭断钻杆，需 要设置限制力矩装置，达到限定力矩值时能自 动停止旋转。
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3.钻井泵 钻井泵一般利用变换缸套的办法来调节排
来源，它的性能的优劣直接决定着机械系统的工作 性能和构造特征。因此，合理选择机械系统的动力 装置的型式变成为机械设计中的重要问题之一。
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根据动力装置与执行机构之间的联系， 分为直接驱动和间接驱动两类。
直接驱动是把原动机的运动和动力直接 或通过传动装置传递给执行系统(没有能量 的转换），这是机器一般采用的方式。
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为了简化钻机传动系统，改善钻机的驱动性能， 钻机也采取复合驱动的型式，如内燃电力驱动的电 驱动钻机，内燃液力驱动的链条钻机等。特性 各类动力机有一些共同的技术经济指标，可
借以评价它们的动力性和经济性。
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通常所说的柔特性，是指K值大的同时R值亦大。 即随外载变化时动力机自动增矩减速或减矩增速的 范围宽。
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它们都是三台柴油机经过三台变矩器使其输出转速从柴油机的 1100～ 1200r／min降至750～850r／min ，以保证并车链条线 速度低于16～20m／s，(链条传动的最高线速度限制)。因为并车 链条线速度仍然较高，故必须采用小节距多排链条传动。
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间接驱动是在原动机与执行机构之间，先将原动机 输出的机械能转换为其它能量，例如电能或液能，然 后再将这种能量转换为机械能直接或通过传动装置传 递给执行机构。如柴油机－液力驱动钻机，电驱动钻 机都是间接驱动的实例。
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根据能量的转换方式，分电力驱动,内燃机驱动， 复合驱动等。
由于钻机在野外工作，因内燃机的机械特性不能适 应钻机工作，使柴油机直接驱动的钻机传动系统相当 繁杂。