钻井供水泵站节能型供水机组的改造及应用

王艳丽，张颢新，张 德

（川庆钻探公司长庆钻井总公司，陕西西安 710018）

0 引言

长庆钻井总公司钻井现场主要供水方式和工作流程是选择合适的水源点建立供水泵站。泵站的设施一般采用90 kW 发电机组带20～50 kW 扬程抽水泵作为一级供水系统，将水源水抽到泵站蓄水罐内，然后用泵站的6135 柴油机带动TBW850/50 泥浆泵将泵站蓄水罐内的水，通过长距离管线输送到钻井队储水罐供钻井使用（图1）。

图1 钻井供水泵站供水流程

供水泵站使用的6135 型柴油机输出功率为99.3 kW，TBW600/60 泥浆泵的额定压力为6 MPa。在供水过程中，泥浆泵实际运行压力一般只有3～4 MPa，也就是柴油机功率只发挥了2/3 左右，还有部分节余功率。而一级供水使用的发电机功率为90 kW，仅带1 台7.5～30 kW 的离心泵或潜水泵，它的有效功率没有充分发挥，功率浪费较大。

1 节能机组改造方案的提出及确定

根据上述现状，如何充分发挥现有柴油机的功率，节约发电机功率是我们研究的课题。经过对现场设备使用情况进行认真分析和研究，提出了在柴油机输出端设计加装一套传动装置，驱动一台30 kW 左右的小型发电机带动抽水泵，代替90 kW 柴油发电机组的设想。柴油机与发电机之间采用三角带传动（图2）。

图2 皮带转动方案

1.1 发电机选配

根据现场使用需要，选择型号为ST6-30 的三相交流同步发电机。其基本参数如下：额定功率30 kW，额定电流27 A，额定电压380 V，频率50 Hz，转速1500 r/min，绝缘等级为B，可满足带动7～25 kW 的离心泵或潜水泵的需求。

1.2 皮带轮的设计

柴油机转速一般为n1=1100 r/min，皮带轮直径D1=210 m，发电机组转速n2=1500 r/min，发电机皮带轮直径据公式计算：n1：n2＝D2：D1。即D2＝210×1100÷1500=154 mm。取小皮带轮直径为160 mm。

1.3 三角带的选型

皮带所受功率PC=KaP2=1.2×15＝18 kW，n2=1500 r/min，查表选皮带型号为C 型。

1.4 确定皮带长度

首先，计算出皮带速度v＝π×D2×n2÷60 000＝3.14×210×1500÷60 000＝16.48 m/s≤25 m/s。传动比ε＝n2：n1＝1500/1100=1.36≤7。

中心距A0：Amax=2×（D1+D2）=2×（160+210）=740 mm；Amin=0.7×（D1+D2）=0.7×（160+210）=259 mm。所以初定中心距A0＝（Amax+Amin）/2＝500 mm。

皮带长L=2×A+π/2×［（D1+D2）+（D1-D2）］2/A=1649.35 mm。

取Li＝1600 mm，LP=1655 mm，则实际中心距A＝A0＋（LP－Li）/2=500＋（1655－1649）/2=560 mm。

因此，确定三角带的规格为1600C 型。

1.5 校对带轮包角

皮带轮包角α＝180－［（210+160）/523×60］＝134°>120°，三角皮带根数Z＝（18/5.46）×0.85＝2.79 根。取Z=3 根。

2 样机试制及改进

2.1 样机试制

（1）根据柴油机输出功率和转速，依据设计计算选配节能发电机、稳压调节器。（2）根据柴油机输出轴皮带轮尺寸和小型发电机转速，设计皮带传动系统。（3）进行发电机支架、传动系统安全防护、稳压过载保护装置设计加工。（4）组装调试，现场试运行。

2.2 存在问题及改进

样机试制成功后，在长庆钻井总公司钻井队供水泵站现场进行试验，通过现场试运行，发现存在许多不足，改进措施如下：

传动比设计不合理，转速和电压不足。柴油机转速900～1100 r/min，节能发电机额定转速1500 r/min，输入转速不足，电压不稳，功率不足。改进措施是在提高柴油机转速的基础上，重新设计传动比和小型发电机皮带轮尺寸，重新选取皮带。

稳压过载保护系统中调压范围小，不能满足不同工况负荷的使用要求。通过对稳压电路系统改进，扩大了调压范围。

发电机皮带轮轴向窜动严重，致使皮带异常磨损。通过在轴端钻中心孔，加装定位挡板予以解决。

加装传动皮带调节装置，方便操作人员的使用操作。

大皮带轮为实心轮，重量大，对轴的磨损严重。将皮带轮制作成轮辐式，减轻重量，解决了这一问题。

在小皮带轮上端和柴油机输出轴联轴器处加装防护罩，提高了安全性能。

通过以上的改进，增加了发电机的调压范围，提高了发电机的负荷适应性、运行稳定性和安全防护性能，达到了预期的效果。

3 改造效果分析

（1）节省设备。改造后每个供水泵站可减去一台90 kW 发电机组，并节省了泵站的占地面积。

（2）节约燃料。改造前每个泵站配1 台90 kW 发电机组，每口井（2000 m 井深）耗油0.6 t，配1 台90 kW 柴油机带供水泵，每口井耗油0.75 t，共计每口井耗油1.35 t。改造后仅用1 台99 kW柴油机同时带供水泵和节能发电机，每口井消耗柴油0.9 t。改造后每口井总体可节约柴油0.45 t，每套机组年平均供水22 口，全年可节约柴油费用7 万元左右。长庆钻井总公司每年运行20 个泵站供水，全年可总体节约燃油费用140 万元左右。

（3）节约运费。每个泵站节省1 台90 kW 的发电机组，按年均搬迁6 次，每年每台机组可节约运费8950 元左右。

（4）减轻工人劳动强度。取消了二级泵站大型发电机的搬运安装等工作量，节省了人力、物力，也可缩短建供水泵站周期。

4 结束语

该套供水泵站节能机组的改造成本小，投资回报率高，动力机功率利用充分，可操作性强，节能效果明显，经济效益显著，有可推广和利用价值。