工程地質鑽設備常用的設備

1. 工程地質勘察一般用到哪些器械

1、鑽機：主要採用汽車站、30鑽機和150鑽機，另外還有磨盤300、沖擊鑽等。
2、取土器：用來取土樣的回器具，有厚壁和薄壁之分；
3、標貫和動力觸探設備：用於各種原位試驗；
4、鑽答桿：為鑽進的傳動工具；
5、鑽頭：分壓輪鑽頭，合金鑽頭、三翼鑽頭和螺桿動力鑽具等；
6、管鉗、鏈鉗、大鍾、鐵楸、撈砂的篩子、墊叉、護孔板、套管、鎬頭、螺絲刀、米尺、鋼捲尺（50m）、鉛筆、筆記本、記錄表格、標簽、土樣鐵皮、塑料膠帶、水桶、開口扳手、活板手等工具；
7、泥漿泵：包括配套的高壓膠管、配電箱、三角架、導鏈、鋼絲繩（含卡子）等；
8、經緯儀和水準儀：測量孔口標高和孔位定位用，包括塔尺等輔助測量輔助用具。
上述東西備齊後，你便可以開拔了。

2. 鑽孔的主要設備

一、鑽床設備
常用的鑽床設備有台式鑽床、立式鑽床和搖臂鑽床三種，手電筒鑽也是常用的鑽孔工具。
⒈台式鑽床
簡稱台鑽，是一種在工作台上作用的小型鑽床，現在普遍做法就是在原有的搖臂式鑽床上進行改裝，利用液壓阻尼器來控制鑽頭的進給速度。
由於加工的孔徑較小，故台鑽的主軸轉速一般較高，最高轉速可高達近萬轉/分，最低亦在400轉/分左右。主軸的轉速可用改變三角膠帶在帶輪上的位置來調節。台鑽的主軸進給由轉動進給手柄實現。在進行鑽孔前，需根據工件高低調整好工作台與主軸架間的距離，並鎖緊固定（結合掛圖與實物講解示範）。台鑽小巧靈活，使用方便，結構簡單，主要用於加工小型工件上的各種小孔。它在儀表製造、鉗工和裝配中用得較多。
⒉立式台鑽
簡稱立鑽。這類鑽床的規格用最大鑽孔直徑表示。與台鑽相比，立鑽剛性好、功率大，因而允許鑽削較大的孔，生產率較高，加工精度也較高。立鑽適用於單件、小批量生產中加工中、小型零件。
⒊搖臂鑽床
它有一個能繞立柱旋轉的搖臂、搖臂帶著主軸箱可沿立柱垂直移動，同時主軸箱還能搖臂上作橫向移動。因此操作時能很方便地調整刀具的位置，以對准被加工孔的中心，而不需移動工件來進行加工。搖臂鑽床適用於一些笨重的大工件以及多孔工件的加工。

3. 鑽探主要設備及其基本功能

鑽探設備是指用於鑽探施工這種特定工況的機械裝置和設備，主要由鑽機、泥漿泵及泥漿凈化設備，泥漿攪拌機，鑽塔等組成。
工程鑽探設備通常按用途分為工程地質鑽探設備、水文水井鑽探設備、工程施工鑽探設備、岩心鑽探設備和取樣鑽探設備。
1.工程地質鑽探設備
專門用於工業和民用建築、橋梁、道路和港口碼頭等的基礎的工程地質勘察孔鑽進的裝置。由鑽機、泥漿泵和三腳架等組成。鑽機常為沖擊式、轉盤回轉一沖擊復合式或動力頭復合式。工程地質鑽探設備的主要特點是：
(1)鑽機組具有沖擊、回轉、振動、靜壓等施工方法中的兩種或兩種以上的組合功能，能夠適應鬆散復雜地層中鑽進、取樣和工程地質孔內試驗的要求。
(2)多為自行式或拖引式整體裝載，運移靈活，適應工程地質勘察孔單孔施工周期短、搬遷頻繁的需要。
(3)鑽進能力，一般可鑽孔的終孔直徑為76～110mm、鑽孔深度多為50m以內，少數達到100m，個別設備能力更大。
2.水文水井鑽探設備
專門用於水文地質勘察孔和水井鑽進的設備。由鑽機、泥漿泵、離心泵、鑽塔和空氣壓縮機等組成。鑽機常為鋼絲繩沖擊式、轉盤式、立軸式、動力頭復合式或轉盤復合式。水文水井鑽探設備的主要特點是：
(1)具有多種功能。一個鑽探機組往往能實現沖擊鑽進、回轉鑽進、振動鑽進、沖擊回轉鑽進等不同碎岩方式，使用空氣、清水和泥漿等不同循環沖洗介質，以及進行正、反循環等不同鑽孔沖洗方式的多工藝鑽進。
(2)設備組成較繁雜。一個機組往往上述五類設備都配備，能完成鑽進和成井等多種工序的作業。
(3)運移性好。多為自行式或拖引式。
(4)一般可鑽孔的終孔直徑為190～500mm，孔深為100～500m；有的孔徑可達1000mm或更大，孔深可達2000m。
3.工程施工鑽探設備
專門用於工程施工孔鑽進的裝置。由於用途不同，設備種類繁多，特點各異(見大口徑鑽探)。
4.岩心鑽探設備
工程地質勘察孔、水文地質勘察孔和水井等鑽進中使用的固體礦床勘探的鑽進裝置。包括鑽機、泥漿泵和鑽塔等。其主要特點：
(1)採用回轉鑽進工藝，並從孔底採取岩心。
(2)鑽機多為立軸式或動力頭式，常採用固定方式裝載。
(3)一般可鑽孔的終孔直徑為46～91mm，孔深為100～1000m，最深可達3000m。
取樣鑽探設備 能夠在土、岩石或混凝土層中鑽進並採取樣品的輕便鑽探裝置。包括鑽機、鑽架和水泵等。由小型汽油機或電動機通過帶減速器的回轉器帶動鑽具回轉，用人力或手動加壓裝置通過鑽架加壓。水泵為手動往復泵，鑽進中用人力推動向孔內輸送沖洗液。可使用硬質合金、金剛石、勺形或螺旋鑽頭等進行回轉鑽進。其主要特點是：常為組裝式，便於解體；結構簡單、輕小，可用人力搬運。可鑽孔的直徑一般為46～110mm，深度多在10m以內，某些可達30m。

4. 鑽孔前器材准備

(一)機械設備選擇

鑽探設備主要是指鑽機、泥漿泵、動力設備、鑽塔等。但由於動力機一般是鑽機出廠時就已配備,所以鑽探設備的選型也就是恰當地選擇鑽機、泥漿泵、鑽塔這三大件。正確選擇鑽探機械設備將對提高生產效率、降低成本具有重要意義。

1.選型依據

(1)鑽機選型的依據

1)施工目的。應按不同的施工性質,選擇不同的施工鑽機。如地質勘探應選擇岩心鑽機、工程地質施工時應選擇勘查施工鑽機,水文水井施工時應選擇水文水井施工鑽機等。

2)地質條件及場地狀況。如地質條件較好,鑽孔結構簡單,可使用整機性能較好、儲備功率(能力)較少的鑽機;反之則應使用儲備功率(能力)較多,解體性能好,部件質量輕的鑽機。

3)鑽進方法。如用鋼粒或合金鑽進可使用普通型鑽機或低速鑽機,採用金剛石鑽進則應使用油壓高速鑽機。

4)孔深。孔深時用深孔鑽機,孔淺時用小型淺孔鑽機。

5)孔徑(或岩樣直徑)。孔徑大自然鑽具質量大,消耗的功率大。

6)鑽桿規格。目前鑽機能力與所使用的鑽桿有直接關系,因為這關繫到鑽機的提升能力。

(2)泥漿泵的選擇依據

泥漿泵有兩個主要指標,即泵量和泵壓。泵量影響泥漿的孔內流速,泵壓影響所鑽孔深。

1)地層情況。地層完整、無漏失可適當選小排量的泵,反之應選擇較大排量的泵。

2)鑽桿與孔徑的級配。如果環空面積大,泥漿排量就要大,反之泥漿排量可適當減少。

3)孔深。孔越深,泥漿循環時經過的路程就越長,產生的阻力損失也越大,所以孔深時應選用工作泵壓較大的泥漿泵,孔淺時可選用工作泵壓較小的泥漿泵。

4)鑽進方法。如金剛石鑽進產生的岩屑顆粒較細,所需的上返泵量就小些,用潛孔錘鑽進則產生的岩屑顆粒較粗,所需上返的泵量就大些。

5)泥漿性能。如泥漿密度大、黏度高,則泵送阻力大;泥漿密度小、黏度低,則泵送阻力小。

(3)鑽塔的選型依據

地質鑽探中使用的鑽塔類型較多,如門字塔、A字塔、桅塔、三腳塔、四腳塔等。選擇鑽塔有3個依據:

1)孔深。孔深時所用鑽具的立根就長些,以便提高起下鑽速度,故塔應高些,反之可矮些。

2)鑽具。鑽具質量大,則所選鑽塔承載力就應大些,反之可小些。

3)場地條件。場地平整,運輸方便,則可選用整體性好的塔,反之則應改用易於解體的輕便塔形。

2.設備配備原則

為了安全、保質、保量完成鑽探工作,提高技術經濟效益,設備配備時應遵循以下原則:

(1)能力略有儲備原則

如260m深的孔,在比較簡單的地層和較小口徑,配φ50mm鑽桿時,使用XY 2鑽機是比較經濟的。如果地層復雜一些,選用XY2鑽機顯然就不合適,應使用XY3鑽機。如果在鑽進過程中遇到一些困難就可用XY 3鑽機的儲備能力去解決。但過多的儲備就是浪費,使搬運困難,動力消耗增加等。泥漿泵和鑽塔也是如此。

(2)鑽進方法兼顧原則

由於地層或目的不同需用合金鑽進和金剛石鑽進,那麼鑽機就應優先滿足金剛石鑽進的工藝要求,使用潛孔錘鑽進則應考慮泥漿泵能滿足攜帶粗粒岩屑的要求。

(3)工作量兼顧原則

如一個施工區內既有淺孔也有深孔,而深孔較多,既有小口徑也有較大口徑,則在不增加設備的前提下,以滿足深孔和較大口徑工作量為主。否則,要多增加幾套設備,在人員配備上、經濟效益上都是不劃算的。

(4)充分利用已有設備原則

這個原則是顯而易見的。如果為了一個小項目而興師動眾,購置或租用設備,那在經濟上肯定是不合算的。在這個時候,在保證工程安全順利施工的前提下,大馬拉小車或小馬拉大車也是合情合理的作為。

(二)鑽具管材工具等物資准備

當鑽探設備型號確定後,接下來就應對鑽具管材工具等物質進行准備。鑽具管材工具等物質准備主要是根據鑽探工作量和孔深的不同,配備相應足夠的鑽桿、岩心管(鑽具)、鑽頭、套管、泥漿與護壁材料等。一般應從如下幾個方面來進行准備:

1.鑽具管材准備

包括各類施工用鑽具、鑽頭、鑽桿(包括主動鑽桿)、套管等。

(1)鑽具

1)開孔用短鑽具,應配備相應口徑的短岩心管(即開孔管)其長度為0.3m,0.5m,1.0m各配若干,以備開孔用。

2)與岩心管配套的合金鑽頭若干,用於開孔鑽進。

3)按鑽孔設計書的要求,配備各種不同規格的鑽具和鑽頭。

(2)鑽桿

1)礦區多台鑽機施工時,按最大孔深的1.2倍配備鑽桿及鑽桿接頭。

2)單機施工時,按最大孔深的1.5倍配備鑽桿及鑽桿接頭。

(3)套管

按鑽孔設計書中的鑽孔結構,准備足夠的各種規格套管,以備下套管時用。

2.鑽探工具的准備

鑽探工具包括擰卸工具、五金工具、量具、打撈工具、提引工具等。根據施工的需要,各准備若干。

3.泥漿與護壁材料

根據施工地層情況,准備足夠的配製沖洗液所需的材料和護壁材料。

4.測斜器具和儀器

5.消耗材料

為保證鑽探正常施工,應儲備足夠的柴油和各類潤滑油。

6.其他必需材料物品

如鉛絲、鐵釘和扒釘等。

5. 鑽機的分類有幾種

鑽井設備通常有以下7種：

常規陸地鑽機、沙漠鑽回機、 車裝鑽機答、 連續管作業機、 斜井鑽機、海上鑽井平台、鑽井船。

鑽機，是一套復雜的機器，它由機器、機組和機構組成。鑽機是在勘探或礦產資源（含固體礦、液體礦、氣體礦等）開發中，帶動鑽具向地下鑽進，獲取實物地質資料的機械設備。又稱鑽探機。

現代化的鑽機還必須有一套輔助設備，如供電、供氣、供水、供油等設備，器材儲存、防噴防火設施、鑽井液的配製、儲存、處理設施等及各種儀器和自動記錄儀表。

(5)工程地質鑽設備常用的設備擴展閱讀

日常保養：

1、對鑽機主要結構狀況、結構連接件螺栓、結構件連接銷軸、各結構 件焊縫、吊籃結構及安全防護狀況進行檢查，特別是進場使用之前，應請有資質 的單位對其安全性能進行檢測，合格後方可使用；

2、定期對各種動力頭、工作油缸、鑽頭鑽桿狀況進行檢查；

3、定期對卷揚機的捲筒防鋼絲繩脫落裝置及兩側邊緣高度、捲筒壁狀況、 鋼絲繩尾部在捲筒上的周數進行檢查，特別是對制動口的狀況應作重點項目隨時 進行檢查等。

6. 地質鑽機的勘探分類

結構特點：該鑽機採用機械傳動，結構簡單，便於維修和操作。鑽機配有水剎車裝置，能控制下鑽速度，減少捲筒、閘帶等零部件的磨損，消除升降系統的沖擊力，保證下鑽安全。在原有的鑽機上進行技術改進，離合器部分增加了軸徑裝置，增強了主動軸的力量，且鑽機變速箱內的齒輪也在原有基礎上進行材質和工藝上的加強改進。
還有THJ-2600型岩心鑽機，該鑽機為60鑽桿2600米，73鑽桿2000米，用途：THJ-2000鑽機，適用於煤田地質，水文地質、金屬礦床、非金屬礦床和天然氣等深孔鑽探工程，實用性、操作性和通用性強。
結構特點：鑽機多部分採用了TSJ-2000E型水源鑽機組件，轉盤回轉、機械傳動、立軸式回轉、液壓油缸給進的結構形式。並且提升能力大、立軸通經大、轉速范圍廣、重心低、傳動平穩、堅固耐用，鑽機布局合理，。可滿足金剛石鑽進，硬質合金鑽進及繩索取芯鑽進的工藝要求。鑽機可配備電動機或柴油機兩種動力，供用戶根據作業環境或條件進行選擇。 適用中淺層石油井和深層冷熱水的開發，天然氣、鹽井鑽進、煤層氣開采、煤礦建井工程開發等工程。
主要是轉盤式鑽機。主要型號有TSJ-3000型，TSJ-2600型，TSJ-2000型，TSJ-1500型，TSJ-1000型，其轉盤通經一般有三種，有435mm型，445mm型和660mm型，鑽井深度從1000米至3000米之間。滿足我國多數的水井，鹽井，地熱井，煤層氣等大口徑井的勘探 根據我國現有發展需要，對於地熱井勘探需求愈發急切，國外地熱井在能源使用中的比例為5%左右，而中國現在僅為不足1%，在我國大城市，比如北京，天津，上海等開發力度比較大，其餘除部分地方城市如聊城，保定等其餘都有待開發。小區中使用地熱井，能夠節省大概60%的消費。河北永明地質工程機械有限公司最近數年，著重發展水源鑽機系列，在很多方面有重大改進，排除了原來轉盤甩油漏油的缺點，而且對齒輪加強材質和生產精度，更符合現在使用要求，更耐用，更高效。
得到了市場一致的認可。 主要用於地質找礦、水文水井、煤田地質勘探、石油和天然氣勘探開發等領域的深孔鑽探設備。主要機型有XY-5型，XY-6B型，該鑽機集中了立軸式液壓鑽機的優點，可進行金剛石小口徑鑽進，也可進行大口徑鑽進，可以垂直鑽孔，也可以鑽斜孔。該鑽機是深孔地質勘探鑽孔的理想設備結構特點：XY-6B型岩芯鑽機採用液壓傳動，立軸轉速高，調速范圍廣。 升降機配有水剎車，下降鑽具平穩安全。 油浸濕式離合器，啟動平穩，附有制動裝置。 液壓操作系統予留專用閥口，可供配備擰管機時使用。 鑽機前後移車距離大，方便孔口作業。 立軸通孔直徑大，可滿足多種鑽探工藝要求。 整機重量適中，解體性能好，便於運輸搬遷。同時，我國最近幾年，致力於液壓全自動車載鑽機的研發，各大探礦廠都擁有大同小異的全液壓車載鑽機。但同美國、德國、義大利的車載鑽機比較起來，還有很大的發展空間。相信在5年左右時間，國內的全液壓車載鑽機也可以達到國外的技術水平，質量還是取決於國內整體發展水平。

7. 鑽探設備常用電氣的種類

在地勘鑽探施工中,鑽探設備常用電氣的種類主要有電動機、發電機、低壓電器及輸電導線等。

(一)電動機

電動機是一種將電能轉換為機械能,輸出機械轉矩的動力設備。

地勘鑽探施工用電動機多為三相鼠籠式非同步電動機。盡管它的型號很多,但其基本構造和工作原理都大致相同。

1.三相非同步電動機的基本構造

三相非同步電動機屬於交流電動機。

三相鼠籠式非同步電動機主要由定子和轉子兩個基本部分組成(圖4-1)。定子是電動機的靜止部件,作用是輸入功率帶動轉子旋轉;轉子是電動機的旋轉部件,作用是輸出機械轉矩。

圖4-1 鼠籠式電動機的各個部件

1—端蓋;2—定子;3—定子繞組;4—轉子;5—風扇;6—風扇罩;7—接線盒

三相非同步電動機的定子是由機座、定子鐵心和三相繞組等組成。機座通常由鑄鐵或鑄鋼製成,機座內裝有用0.5mm厚、表面絕緣的硅鋼片疊制而成的筒形鐵心,鐵心內圓上沖有均勻分布的平行槽口(圖4-2)。定子鐵心是電動機的磁路部分。

圖4-2 三相非同步電動機的定子

三相非同步電動機的定子繞組中由三相對稱繞組組成,按一定空間角度依次嵌放在定子槽內,並與鐵心絕緣,是電動機電路部分。三相定子繞組的3個始端U₁、V₁、W₁和3個末端U₂、V₂、W₂,都從機座上的接線盒內引出,並按電動機銘牌上的說明接成星形(Y形)或三角形(△形)(圖4-3)。

圖4-3 三相繞組的連接

三相非同步電動機的轉子分為鼠籠式扣繞線式兩種,都由轉軸、轉子鐵心和轉子繞組組成其作用是輸出機械轉矩。轉子鐵心由相互絕緣的硅鋼片疊壓固定在轉軸上,呈圓柱形。在轉子鐵心的外圓周上沖有均勻分布的溝槽,用來嵌放轉子繞組。轉子沖片如圖4-4a所示。鼠籠式轉子繞組是在溝槽內嵌放銅條或鋁條,並在兩端與金屬短路環(稱為端環)焊接而成,其形狀與鼠籠相似,所以稱為鼠籠式轉子(圖4-4b)。100kW以下鼠籠式電動機的特子通常用熔化的鋁澆鑄在溝槽內製成,稱為鑄鋁轉子。在澆鑄的同時,把轉子端環和冷卻電動機用的扇葉也一起用鋁鑄成(圖4-4c)。

圖4-4 三相非同步電動機的轉子結構

圖4-5 繞線式轉子繞組

繞線式轉子繞組與定子繞組形式相似(圖4-5)。嵌放在轉子鐵心溝槽內的對稱三相繞組通常末端接在一起,呈星形連接,三個始端分別與固定在轉軸上的彼此絕緣的三個銅環連接。三相電源經外加變阻器通過電刷與滑環的接觸,跟轉子繞組接通,以便電動機啟動(圖4-6)。繞線式三相非同步電動機具有良好的啟動性能,適用於需重載下啟動,且啟動頻繁的生產機械。

圖4-6 繞線式電動機啟動電路

1—繞組;2—滑環;3—軸;4—電刷;5—變阻器

2.三相非同步電動機的工作原理

三相非同步電動機的定子繞組中通入對稱三相電流後,就會在電動機內部產生一個與三相電流的相序方向一致的旋轉磁場。這時,靜止的轉子導體與旋轉磁場之間存在相對運動,切割磁感線而產生感應電動勢,轉子繞組中就有感應電流通過。載流的轉子導體受到旋轉磁場的電磁力作用,相對轉軸產電磁轉矩.使轉子按旋轉磁場方向轉動,其轉速n略小於旋轉磁場的轉速n₀,所以稱為「非同步」電動機。

為了更好地理解三相非同步電動機的工作原理和掌握旋轉磁場轉速n₀的計算,我們需要進一步分析旋轉磁場的產生情況。

最簡單的三相非同步電動機的定子繞組(圖4-7),每相繞組只有一個線圈,當三相繞組接成星形並與三相對稱電源相接後,三相繞組中就有三相對稱電流通過,即

地勘鑽探工：基礎知識

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其波形圖如圖4-8所示。

圖4-7 三相非同步電動機最簡單的定子繞組

圖4-8 三相電流的波形圖

正弦電流通過每相繞組,都要產生一個按正弦規律變化的磁場。為了確定某一時刻繞組中的電流方向及所產生的磁場方向,我們規定:三相交流電在正半周時(電流為正值),電流由繞組始端流入,末端流出。電流流入端用「

」表示,流出端用「

」表示。電流為負值時則相反。下面分別取t=0、T/6、T/3、T/2四個時刻所產生的合成磁場作定性分析。

當t=0時,由三相電流波形圖可知,I_U=0,表示U相繞組無電流,不產生磁場;I_V＜0,表示V相繞組電流由末端V₂流向始端V₁;I_W＞0,表示W 相繞組電流由始端W₁。流向末端W₂。由安培定則可以判定,這一時刻由三個線圈電流所產生的合成磁場(圖4-9a),它在空間形成二極磁場(磁場數P=1),上為S極,下為N極。

當t=T/6時,I_U＞0,表示U相繞組電流由U₁端流向U₂;I_V＜0,表示V相繞組電流由V₂端流向V₁端;I_W=0,表示W相繞組無電流。由安培定則確定的合成磁場方向與t=0時相比較,在空間順時針方向轉了60°(圖4-9b)。

用同樣的分析方法可得當t=T/3時,合成磁場又比t=T/6時刻向前轉過了(圖4-9c)。當t=T/2時,合成磁場比t=T/3時刻又轉過了空間角。同樣可以分析出三相交流電後半個周期在定子中產生合成磁場的情況。

通過上述分析我們可以得出結論:對稱三相交流電I_U、I_V、I_W分別通入定子三相繞組時,會產生一個隨時間變化的旋轉磁場。定子每相繞組只有一個線圈時,產生二極旋轉磁場,當正弦交流電的電角度變化360°時,二極旋轉磁場在空間也正好旋轉360°,即磁極對數P=1時,旋轉磁場與正弦電流同步變化。對工頻交流電來說,旋轉磁場每秒鍾在空間旋轉50周。以r/min為單位,旋轉磁場的轉速n₀=50×60=3000r/min。若交流電的頻率為f,則旋轉磁場的轉速n₀=60f。

圖4-9 三相非同步電動機的旋轉磁場

如果定子的每相繞組由兩個線圈串聯而成,則各繞組的始端之間相差60°,通入對稱三相交流電後產生4個磁極(磁極對數P=2),稱為四極電動機。同理可知,若定子每相繞組由3個線圈串聯而成,則各繞組始端之間相差40°,能產生3對磁極(P=3),稱為六極電動機。

用分析二極旋轉磁場的同樣方法可以得出結論:當磁極對數P=2時,交流電變化一周,旋轉磁場只轉動二分之一周;當磁極對數P=3時,交流電變化一周,旋轉磁場只轉動三分之一周。由此類推,磁極對數為P的電動機(2P極電動機),交流電每變化一周,旋轉磁場只轉動P分之一周。當交流電頻率為f、磁極對數為P時,旋轉磁場的轉速n₀=60f/P,單位是r/min。

如改變通入定子繞組中任意兩相交流電的相序後,旋轉磁場就反向,三相非同步電動機就隨之反轉。

旋轉磁場的轉速n₀與轉子轉速n的差稱為轉差,轉差與同步轉速的比值稱為非同步電動機的轉差率,用字母S表示:

地勘鑽探工：基礎知識

轉差率是非同步電動機的重要參數,可以表明非同步電動機的轉速。電動機啟動瞬間,轉速n=0,此時轉差率最大,S=1。當非同步電動機空載時.轉子轉速n接近於同步轉速n₀,此時轉差率最小,S→0。所以轉差率的變化范圍為

0＜S≤1

三相非同步電動機在額定負載下運轉時,轉差率一般為3%～6%左右。

由公式

可推導出非同步電動機的轉速公式為:

由上述公式可知,三相非同步電動機調速的方法有3種:

(1)變頻調速

連續改變電源頻率f,可實現非同步電動機的無極平滑調速。以前由於變頻設備復雜、昂貴,極少採用變頻調速。近年來,隨著晶閘管變流技術的發展,使非同步電動機的變頻調速方法逐漸被應用。

(2)變極調速

製造多速電動機時,設計了不同的磁極對數,通過改變定子繞組的接法來改變磁極對數,使電動機得到不同的轉速,以滿足工作需求。變極調速一般適用於鼠籠式非同步電動機。

(3)變轉差率調速

通常適用於繞線式電動機。在繞線式電動機的轉子電路中,接入一個調速變阻器,通過改變電阻的大小,就可以實現平滑調速。

(二)發電機

發電機是一種將機械能轉換為電能的旋轉機械。

地勘鑽探施工用發電機有直流照明發電機、單相交流照明發電機和三相交流發電機組等種類。直流照明發電機、單相交流照明發電機主要用於鑽探施工現場工作照明;三相交流發電機組主要用作鑽探施工設備的驅動動力源。

(三)低壓電器

低壓電器通常是指工作在交流電壓小於1200V、直流電壓小於1500V的電路中起控制、保護和調節作用的電器設備。

地勘鑽探施工機械所用電器多為低壓電器。按照電器在控制系統中的作用可分為控制電器和保護電器兩類。

1.低壓控制電器

低壓控制電器是用來控制電動機啟動和停止的電器。它包括開關、接觸器和按鈕等電器,如閘刀、鐵殼開關、磁力啟動器、自耦減壓啟動器、接觸器等都屬於控制電器。

(1)開關

開關通常是用手動來操縱,對電路進行接通或斷開的一種控制電器。

1)閘刀開關。閘刀開關是一種手動的配電電器,主要用於低壓電源(電壓在500V以下)的隔離開關。其外形結構及符號如圖4-10所示。閘刀開關的結構簡單,通常由瓷底座、靜插座、熔絲接頭、閘刀、出線端等構成。其極數有雙極和三極兩種,每種又有單擲與雙擲之分。閘刀開關通常是用來作為電源的引入開關,與熔斷器(熔絲)組合的閘刀開關稱為負荷開關,可用來啟動5.5kW以下的三相非同步電動機。常用膠蓋瓷底刀開關的額定電壓為380V,額定電流有15A、30A和60A等。應當注意,在安裝閘刀開關時電源進線應接在靜插座(刀座)上,負載則接在可動刀片下熔絲的另一端。這樣,斷開電源的時候裸露在外的閘刀就不會帶電。

圖4-10 閘刀開關的結構及符號

1—帶瓷手柄的閘刀;2—靜插座;3—瓷底座;4—出線端;5—熔絲;6—膠蓋

2)組合開關。組合開關又名轉換開關,也是一種手動的配電電器。除用作電源的引入開關外,還被用來直接控制小容量電動機及控制局部照明電路等,其外形結構及符號如圖4-11所示。組合開關的結構比較緊湊,其實質是一種具有多觸點、多位置的刀開關,有單極、雙極、三極和四極等幾種。

3)鐵殼開關。鐵殼開關主要由刀開關、瓷插式熔斷器、操作機構和鐵殼構成。在手柄轉軸與底座之間裝有速斷彈簧並用鉤子扣在轉軸上。當扳動手柄分閘或合閘時,開始U形閘刀並不移動,只拉伸彈簧儲備能量。當轉軸轉到一定角度後,彈簧力使U形閘刀片快速從夾座拉開或將刀片迅速嵌入夾座,電弧被很快熄滅,以保證用電安全。鐵殼上裝有鏈鎖裝置,確保箱蓋打開時不能合閘(圖4-12)。常用的型號為HH系列,額定電壓440V,額定電流有15A、30A、60A、100A及200A等。

圖4-11 組合開關的結構圖及符號

圖4-12 鐵殼開關

l—閘刀;2—夾座;3—熔斷器;4—速斷彈簧;5—轉軸;6—手柄

4)自動空氣開關。又稱自動空氣斷路器,當電路發生短路、過載等故障時,能夠自動切斷電路,有效的保護電氣設備。常用的DZ520型自動空氣開關如圖4-13所示。

圖4-13 DZ5-20型自動空氣開關

1—按鈕;2—電磁脫扣器;3—自由脫扣器;4—動觸頭;5—靜觸頭;6—接線柱;7—熱脫扣器

(2)按鈕

按鈕又稱按鈕開關,簡稱按鈕,是一種手動控制電器。通常用於控制電路中,與接觸器等其他電器相配合來控制電路的通、斷。

按鈕一般由按鈕帽、復位彈簧、橋式動觸點、靜觸點和外殼組成。其外形結構及符號如圖4-14所示。

圖4-14 按鈕結構圖及符號

按鈕的種類很多,根據其觸點結構的不同可分為常閉按鈕(常用作停車)、常開按鈕(常用作啟動)和復合按鈕(常開、常閉組合的按鈕)等。

復合按鈕的動作原理是:按下按鈕,常閉觸點先斷開,常開觸點後閉合;松開按鈕,常開觸點先恢復斷開,常閉觸點後恢復閉合,這就是按鈕的自動復位功能。

(3)交流接觸器

交流接觸器是利用電磁力與彈簧彈力相配合而動作的一種自動開關。它不僅可用來頻繁地通、斷主電路,而且還有低壓釋放保護功能。故交流接觸器是電力拖動自動控制系統中最重要的控制電器之一,其外形結構及符號如圖4-15所示。

交流接觸器主要由電磁系統和觸點系統兩大部分組成。電磁系統由吸引線圈、靜鐵心(下)和動鐵心(也叫作銜鐵)(上)組成,為了減少鐵損,鐵心用硅鋼片疊成。觸點系統由靜觸點和動觸點組成,觸點必須接觸良好,工作可靠,常用銀或銀合金製成。觸點分為主觸點和輔助觸點兩類,主觸點接觸面積較大,並有滅弧裝置,故能通過大電流,常用以通、斷主電路。輔助觸點額定電流較小(一般不超過5A),常用來通、斷電流較小的控制迴路。

圖4-15 交流接觸器結構圖及符號

交流接觸器的工作原理是:當線圈通電時(俗稱線圈得電),鐵心產生電磁力,銜鐵被吸合,與銜鐵連接在一起的觸點系統動作,常閉觸點斷開,常開觸點閉合;當線圈斷電時(俗稱線圈失電),電磁力消失,銜鐵在支撐彈簧的作用下彈起,帶動各觸點恢復常態。

2.低壓保護電器

低壓保護電器是用來保護電源、非同步電動機和其他用電器的電器。包括:熔斷器、熱繼電器等。

(1)熔斷器

熔斷器是用來保護電源的電器。它的類型有插入式、螺旋式和管式幾種,其結構及符號如圖4-16所示。

圖4-16 常用熔斷器的結構及符號

熔斷器俗稱保險絲,是一種簡單而有效的保護電器。其主要部件是用高電阻率低熔點的鉛錫合金或低電阻率高熔點的銀銅合金做成的熔體,使用時將其串接在被保護的電路中。在正常工作情況下,相當於一根導線,熔斷器不會熔斷;一旦電路發生短路故障或嚴重過載而使電路電流增大時,熔體(熔絲或熔片)就會因為過熱而熔斷,自動切斷電路,起到保護線路及線路上設備的作用。

熔斷器的主要元件是保險線,一般是由低熔點的鉛錫合金(鉛95%,錫5%)製作的不同直徑的熔絲。在大電流電路中採用銅、銀等做成的薄片,為了安全,熔體多數裝在各種式樣的絕緣殼內,從而組成熔斷器。常用的熔斷器有插入式和螺旋式兩種,即RCIA系列(額定電壓380V)和RLI系列(額定電壓500V)。熔斷電流與線徑的關系如表4-1所示。

表4-1 部分鉛銻熔絲額定電流和熔斷電流表

(2)熱繼電器

熱繼電器是利用電流的熱效應而使觸頭動作的一種自動保護電器。常用來做電動機的過載保護和缺相保護。其結構及符號如圖4-17所示。

圖4-17 熱繼電器的結構及符號

熱繼電器主要由發熱元件、雙金屬片、動作機構、觸點、復位按鈕和電流整定裝置等幾部分組成。發熱元件是一段電阻不太大的電阻片(或電阻絲),串接在電動機的主電路中;其常閉觸點串接在控制電路中,當電動機正常工作時,熱繼電器不動作。如果電動機過載或缺相,流過發熱元件的電流超過允許值一定時間後,發熱元件的溫度升高,雙金屬片(由兩層熱膨脹系數不同的金屬片經熱軋黏合而成)因受熱向上彎曲過多而脫扣,杠桿在彈簧的作用下逆時針旋轉,推動絕緣拉桿右移使常閉觸點斷開,控制電路失電,接觸器線圈斷電,斷開電動機的主電路而起到保護作用。

由於熱繼電器中雙金屬片的熱慣性大,不可能瞬間動作,因此熱繼電器只能作過載保護而不能用作短路保護。當然也正是因為這個熱慣性,電動機在啟動或短時過載時熱繼電器不會動作,避免了電動機的誤動作。

綜上所述,雖然熔斷器和熱繼電器都是保護電器,但是它們的保護作用是各不相同的。熔斷器用作短路保護,只有在嚴重過載時才能作過載保護;而熱繼電器由於它的熱慣性,只能作電動機或線路的過載保護,絕對不能用來作為短路保護。

(四)輸電導線

1.常用的電導線規格

常用的電導線為鋁線和銅線兩種。硬圓銅制單線的規格如表4-2所示。鋁絞線和鋼芯鋁絞線的規格如表4-3所示,硬銅絞線的規格如表4-4所示。

表4-2 TY型硬圓銅單線的規格

表4-3 鋁絞線和鋼芯鋁絞線的規格

續表

表4-4 TJ型硬銅絞線的規格

2.電導線規格的選擇

選擇導線時,可先按導線的允許電流,機械強度進行預選,再驗算末端電壓損失是否超過允許值,若超過應加大導線截面再行驗算。導線截面也可以先根據允許的電壓損失決定,然後再根據導線的允許電流和機械強度驗算。幾種常用鋁線的每千米千瓦的電壓損失百分率如表4-5所示。

表4-5 380V三相架空線路單位電壓損失

各種導線在380V電壓下各容量電機在不同的送電距離下,一般可選用的導線規格如表4-6所示和表4-7所示。

從表4-7所示中還可以直接查出應選用的LJ-25型鋁線。

表4-6 銅導線的選擇

表4-7 鋁導線的選擇

8. 鑽井作業現場有哪些特種設備

利用機械設備或人力從地面將地層鑽成孔眼的工作稱為鑽井。通常指勘探或開發石油、天然氣等液態和氣態礦產而鑽鑿井眼及大直徑供水井的工程。鑽井在國民經濟建設中的應用極為廣泛。
目前我國油 (氣) 田廣泛使用轉盤鑽鑽井。主要設備有井架、操作平台、柴 油機、鑽機、鑽具、泥漿泵、發電機和測試 裝備以及燃料油罐、鍋爐等。
中文名
鑽井
外文名
drilling
釋義
利用機械設備或人力從地面將地層鑽成孔眼的工作
分類
頓鑽和旋轉鑽
包括
勘探或開發石油、天然氣等
快速
導航
分類鑽井工序發展現狀
簡介
鑽井直徑和深度大小，取決於鑽井用途及礦產埋藏深度等。鑽探石油、天然氣以及地下水的鑽井直徑都較大。主要功用為：①獲取地下實物資料，即從鑽井中採取岩心、礦心、岩屑、液態樣、氣態樣等。②作為地球物理測井通道，獲取岩礦層各種地球物理場的資料。③作為人工通道觀測地下水層水文地質動態情況。④用作探、采結合，開發地下水、油氣、地熱等的鑽井。
鑽探取得的岩心
鑽井通常按用途分為地質普查或勘探鑽井、水文地質鑽井、水井或工程地質鑽井、地熱鑽井、石油鑽井、煤田鑽井、礦田鑽井、建築地面鑽井等[1]。
一口井從開鑽到完成，需進行以下三項主要工作：1. 破碎井底岩石；2. 將破碎的岩石(即岩屑)運移至地面；3. 鞏固井壁(簡稱固井)。

9. 常用鑽探設備有哪些

不知道你提問的是石油工業的鑽探設備不？如果是石油行業的主要包括以下幾部分：
1、井架以內及底座
2、動力容系統（主要是柴油機及其附屬設備）
3、傳動系統（各傳動機構、聯動機等）
4、循環系統（泥漿泵、進出管線，泥漿罐等）
5、起升系統（鑽機、絞車）
6、控制系統（遠程式控制制台、司控箱等）
其他的像錄井、測井等輔助工種與設備。