浅层钻机与中深层钻机在动力系统上的核心差异体现在动力配置形式、功率需求、传动方式及环境适应性四个方面,具体分析如下:
一、动力配置形式:轻量化与重型化的分野
浅层钻机
柴油机直接驱动:以小型柴油机或汽油机为核心动力(如TGQ-5型配备汽油机,功率仅1kW),通过机械传动(如链条、齿轮)直接驱动钻具旋转和给进。
模块化设计:动力单元与钻机主体分离,便于快速拆装和人力搬运(如背包钻机总重不足7kg,动力机仅3.46kg)。
典型机型:TGQ系列浅层取样钻机采用汽油机或柴油机直接驱动,部分机型通过液压泵实现低振动钻进(如TGQ-300型)。
中深层钻机
大功率柴油机或电驱动:需配置多台大功率柴油机并车(如总功率超100kW),或采用工业电网供电(如深水钻机通过脐带缆传输电力)。
复合动力系统:结合柴油发电机组与电动机,通过交流变频电传动系统实现无级调速(如现代钻机普遍采用AC-VFD-AC变频驱动)。
典型机型:深水钻机配备高压供变电系统,通过升压、降压及稳压措施确保电力稳定供给至高压电机。
二、功率需求:浅层高效与深层持久的矛盾
浅层钻机
低功率输出:动力机功率通常在1-37kW之间(如TGQ-100L型柴油机功率37kW),满足浅层钻进(5-300米)的扭矩和转速需求。
瞬时功率峰值:通过齿轮变速机构实现主轴转速的快速调整(如TGQ-15型主轴转速150-600rpm),适应不同地层钻进工艺。
中深层钻机
高功率持续输出:动力系统总功率可达数百至数千千瓦(如深水钻机电机功率超100kW),以支持钻杆和钻具的持续回转及给进。
功率分配优化:通过传动系统将动力合理分配至起升系统、旋转系统和循环系统(如绞车、转盘、泥浆泵),确保各机组协调工作。
三、传动方式:机械直驱与液压/电传的博弈
浅层钻机
机械传动主导:采用齿轮、链条等机械元件直接传递动力(如TGQ-5型通过齿轮齿条给进),结构简单但调速范围有限。
部分液压辅助:部分机型通过液压泵实现钻具的低振动钻进(如TGQ-300型采用全液压驱动),但液压系统功率占比低。
中深层钻机
液压传动普及:通过液压泵与液压马达传递动力,实现大扭矩工况下的无级调速(如深水钻机动力头采用液压驱动)。
电传动成为主流:采用柴油发电机组或工业电网供电,驱动各工作电机(如顶驱系统由液压马达或电动马达驱动),控制灵活且效率高。
复合传动趋势:结合机械、液压和电传动优势(如交流变频电传动系统),适应复杂地层钻进需求。