再谈降低钻机燃油消耗的途径

2019-01-13全巴音

魅力中国 2019年29期

关键词：偶合器变矩器液力

全巴音

（神华哈尔乌素露天煤矿，内蒙古鄂尔多斯 010300）

柴油钻机的燃油消耗量受地质结构、所用钻具、操作方法等多种因素的影响，如果在日常钻孔和保养中掌握一定的技巧，不但可以节省燃油，提高设备经济效益，另外还可以提高设备出动率，同时还能降低企业能耗。

一、节油操作方法

（一）怠速功能的正确使用

柴油钻机发动机的平均油耗约为5升/小时，发动机为2挡油门，如果长时间怠速运转，油耗高达18升/小时，而高速运转反而比较省油。为了避免燃油浪费和发动机损坏，在钻孔过程中必须避免长时间的怠速运转。在短时间停止钻进的情况下，使用怠速功能可以节省燃料。在正常工作开始时，发动机应该立即恢复到原来的速度。

（二）合理选用钻具和工法

根据地质情况和目前的钻孔情况，合理选择钻具不仅可以减少负荷，提高穿孔速度，还可以节省燃料，保护钻杆、短节等部件。通过使用高质量的硬质合金钻头，不仅可以减少钻头牙齿的消耗和轴承的磨损，而且还可以提高钻孔速度和燃料效率。同时在作业过程中，选择适合的钻杆也可以有效地减少燃料消耗。在作业过程中为了减少钻孔阻力，提高钻孔效率，开孔时候合理使用回转速度和加压。根据地质类型、岩石或土壤的强度，合理选择钻井的加压方式不仅可以提高工作效率，减少燃料消耗，还可以保护钻具等相关部件。例如，钻进坚硬地层应采用点动加压方式，钻进松散均匀的土层用长行程加压方式。为了实现有效钻孔，必须根据地质条件采用合适的加压和回转速度。动力头速度和压力控制不适当,不仅容易导致动力头“憋压”,导致液压油的温度快速上升,但也导致设备功耗的增加,燃料浪费。当动力头“憋压”时，操作者应根据现场具体情况适当降低压力，使动力头能缓慢恢复旋转。为了防止钻杆卡死，必须将钻杆提起然后反复窜动。此外，适当控制动力头的旋转和联动，不仅可以降低钻孔阻力，而且可以降低钻井过程中的油耗。

（三）正确控制油门挡位

钻机的工作循环包括:下放钻杆→动力头旋挖钻进→动力头反旋（提钻前辅助动作）→提升钻杆→上车回转→甩土→上车回转复位。由于负载和工作条件的不同，不同操作所需的功率也不同。通过对钻机工作状态的分析，认为钻机的主要耗电周期为动力头的钻升阶段。很多司机在旋转钻井时，不管采取什么动作把油门挡位调到最高，，这实际上是一种错误的操作方法，不仅浪费燃料，而且破坏设备。大量的测试表明，在相同的旋转掘进条件下，发动机耗油更少，使用低速挡油门更有效。

二、节油保养方法

（一）保持空气滤清器干净

如果空气滤清器太脏，对空气循环的阻力很大，混合物的燃烧不充分，则发动机功率将会降低。试验表明，当空气滤清器部分堵塞时，燃油消耗量增加5%。司机应确保空气滤清器每100小时检查一次，并在500小时内更换空气滤清器。在维护过程中，滤清器不应通过磕碰或冲击清洗，滤清器应通过压缩空气吹洗。在将过滤器加载到过滤器的外壳之前，确保过滤器是完全干燥的。

（二）定期维护燃料系统

在燃油过滤不良的情况下，柴油进入喷油泵，容易加速精密配件的磨损，降低发动机功率，增加燃油消耗。如果燃料的湿度和冻结进入气缸，可燃混合物被严重烧伤，导致发动机功率严重下降，燃料消耗增加。因此，有必要定期更换原油和精炼过滤器，并定期检查燃料泵和管道是否被磨损或者损坏。如果燃料泵和管道有泄漏或损坏，必须立即修复。此外，应该使用高质量的燃料。使用劣质燃料不仅使发动机低于额定功率，消耗的燃料比预期的要多，而且还会对燃料系统的部件造成过早的损坏，从而降低设备出动率。

（三）定期更换机油

在规定的时间内，不适当地更换机油或机油变质可能会增加发动机部件的磨损，对发动机的性能和寿命产生不利影响，并增加发动机的燃料消耗。为了达到这个目的，必须更换同一系列的机油，相同的质量和相同的粘度必须按照使用说明选择，而机油必须按照指示定期更换。

（四）做好其他保养

良好的履带张力调节和快速的地面清洁，可以降低行走阻力，减少燃油消耗。此外，保持液压系统和水冷散热器尽可能清洁，并在合理范围内保持液压和冷却液的温度，将有助于提高操作效率和减少燃料消耗。

三、案例分析

以某露天煤矿先后对在用的牙轮钻机为例进行了不同程度的改造,其中,D245S型牙轮钻机与DM45型牙轮钻机比较,存在着燃油消耗偏多的缺陷。

（一）液力变矩器传动方案

柔性传动使链条并车成为现实。利用其减速功能使其后的链条正常工作。优点:传动柔和平稳,启动动载小,振动小,噪声低,处理事故能力强,对柴油机实行过载保护,可延长柴油机使用寿命2 000 h。起升过程可实现恒功率起升,提高钻机的起升工效,在不变动绞车档数的情况下,可节省约13%左右的机动起升时间。

（二）存在问题

传动效率低,目前在用变矩器最高效率为85%,通常为75%～85%,钻进时,燃油消耗比直接传动多。纯钻进工效比直接传动低约10%。

（三）耗油偏多的原因分析

从钻机的载荷特征看,钻机动力机组的工作时间占纯钻进时间的2/3以上,起下钻时间不足1/3。而起下钻时,机动起升时间仅占全部起下钻时间的1/3。变矩器传动起升工效提高13%,钻机生产时效仅提高1.3%。变矩器本身的传动效率较低,在高效区工作时也只有75%～85%,因此,变矩器效率低就是该型钻机耗油偏多的主要原因。

（四）链条钻机液力偶合器正车箱传动方案

（1）正车箱传动方案的提出。在保留D245S型钻机总体结构不作大的改动的前提下,既保留变矩器传动使设备寿命长的优点,又能解决耗油偏多的问题就成为本课题的关键。为此,提出了采用液力偶合器正车箱代替液力变矩器,对D245S型钻机进行改造,以提高燃油经济性的技术方案。（2）液力偶合器传动方案。液力偶合器正车减速箱主要由2部分组成,输入部分为液力偶合器,输出部分为两级同轴式齿轮减速箱。从输入端或输出端看,左右对称。输入轴和输出轴位于同一轴线上,而且二者旋转方向相同。将原有的3台YB900型变矩器更换为3台YOZJ750-2型正车减速箱,减速箱减速比为2。（3）液力偶合器正车箱传动特点。传动柔和,具有很好的防振和隔振作用,可实现链条并车,有利于提高由动力机到工作机全部设备的使用寿命。对动力机和工作机起过载保护作用,同时改善动力机的启动性能。工作机起步平稳,加速均匀、迅速。传动效率为97%,且空载时不吸收功率,与变矩器传动比较可减少燃油消耗,提高燃油经济性。操作特性接近直接传动,容易被用户掌握。经正车齿轮箱的减速,满足链条传动转速的要求。且输出轴的旋转方向与原设计相同,有利于实现原有的传动方式。YOZJ750-2型正车减速箱的安装尺寸与YB900型变矩器相同,更换方便。偶合器输出速度基本稳定在某个转速范围内,因此其后的传动元件都具有较高的寿命。偶合器工作油的冷却可通过油冷器换热,利用柴油机的冷却系统冷却。

（五）液力偶合器耗油分析

（1）起下钻过程分析。采用偶合器传动可吸收启动动载荷,减小因启动载荷大而产生的压低柴油机转速的现象。提升遇卡时,具有过载保护功能,防止对设备的损害。空载时,偶合器基本不吸收功率,柴油机在调速特性曲线上工作,有利于减少手动时间的油耗,柴油机不需怠速运行可延长柴油机寿命。满载传动效率比变矩器高12%～17%。因此,起升过程实际燃油消耗低于变矩器传动。（2）纯钻进过程分析。采用偶合器传动,降低泵压脉动幅度,可使流量不均匀度降低50%,实际平均泵压提高16%。解卡和钻进泥包时,由于其具有无级调速特性,可实现低排量保持高泵压。偶合器驱动钻井泵通过调整缸套直径和柴油机转速实现给定排量和泵压,调节方式与直接传相同,不存在变矩器在匹配不合理时速度漂移的问题,传动效率始终保持在较高的范围,因此,比变矩器传动节省燃油消耗。（3）钻机月油耗分析。月耗油量按柴油机工作720 h/月计算,其中,2/3时间钻进,1/3时间起下钻(起下钻时间中1/3为机动起升时间,2/3为手动时间)。机动起升时间变矩器传动的柴油机按满负荷计算输出功率,其机动起升时间较直接传动减少13%,直接传动按两档之间的平均负荷计算输出功率。手动时间,变矩器按800 r/min怠速运行,偶合器和直接传动在柴油机调速特性线上工作,按10%输出功率计算。所计算的油耗不含柴油机辅助发电系统的油耗。变矩器传动机泵参数按最高传动效率进行优化,各工况点均在变矩器的最高效率点附近工作。