石油勘探現場灑水車取力器的選型研究

惠文婷

（延長油田股份有限公司富縣采油廠，陜西 延安 712100）

前言

隨著國家對環境的要求不斷提高，石油勘探企業采取了一系列措施實現油氣資源勘探與環境生態協調發展。由于勘探環境惡劣，近年來越來越多的石油勘探企業采購或改裝灑水車應用于勘探現場環境的改善，由于勘探現場地形較傳統城市道路惡劣，故灑水車取力器的匹配也較傳統城市灑水車有所區別。

1 取力器選型的基本要求及原則

石油勘探現場作業環境復雜，該路況灑水車取力器的選型不僅要滿足勘探現場使用工況，還必須與車輛“動力傳動系統”的性能參數相匹配，確保滿足使用功能的基礎上盡可能提高可靠性。取力器選型的具體要求如下：

（1）取力器的輸出功率（扭矩）、轉速（傳動比）、旋向應與灑水泵的性能匹配；

（2）取力器的輸出位置，應滿足水泵的設計布置要求；

（3）取力器的取力方式需有利于整車布置；

（4）整車發動機應在較低發動機轉速下得到較高的發動機扭矩。

為了避免因取力器選型與車輛使用工況不符導致取力器損壞或出現質量事故的情況發生，在車輛改裝設計之初，就需要對取力器的類型、布置位置和接口形式選取進行匹配分析，使改裝后的灑水車在實現預期功能的基礎上，能夠優化性能和提高可靠性，避免造成不必要的資源浪費。[1]此外灑水車的實際應用受汽車駕駛員的控制，駕駛員的工作經歷和經驗，特別是發動機油門控制的大小對灑水車取力器的使用壽命也有著直接關系。

2 取力器的匹配計算

2.1 取力器輸出功率計算

選擇合理的匹配，首先取力器必須具有足夠的輸出功率來滿足灑水作業的需要。理論上取力器的輸出功率與其輸出扭矩和轉速有如下關系：

式中：T為扭矩（N.m）；P為功率（Kw）；n為轉速（rpm）。

2.2 取力器傳動比計算

根據發動機和灑水泵的工作轉速，可計算出取力器的傳動比：

式中： i 為取力器傳動比；nx為發動機在最佳工作點運行時的轉速，nw為取力器的輸出轉速。

對于輸出轉速受變速器檔位影響的取力器，其傳動比與取力器的總速比是兩個不同的概念。取力器的總速比是指發動機轉速與取力器輸出端的轉速之比，它不但與取力器的傳動比有關，還與變速器對應檔位或分動器有關。而取力器的傳動比僅指取力器自身固有的傳動比，與取力器自身結構有關，僅在不受變速器檔位影響的情況下與總速比相同。

3 實踐案例分析

以某石油勘探現場即將采購的兩款灑水車為例就選型和匹配應用情況進行分析。已知灑水車常用水泵參數如表 1，兩款灑水車型發動機的性能參數如下表2：

表1 灑水車用水泵系列性能參數（常溫清水）

表2 兩款發動機的性能參數

3.1 水泵、取力器和汽車發動機的匹配分析

水泵在額定轉速下運行是保證其性能參數達到理想狀態的最佳選擇，當選用取力器的速比一定后，其要求發動機轉速也相應確定，其關系如下：

泵輸入軸轉速×取力器速比=發動機轉速

此處選取QH50取力器（Q--取力器，H--后端取力，50--額定輸出扭矩 500Nm)時，選用速比分別為 i1=1.167和i2=0.818兩種情速比，相應要求發動機轉速見表3：

表3 不同取力器速比下發動機轉速需求

從以上計算結果看，如選用QZB系列水泵，因其i1=1.167的取力器要求的發動機轉速1727rpm，基本處于2號灑水車發動機最大扭矩時的轉速范圍之內；故與2號灑水車匹配是合理的； 而當選用i2=0.818的取力器時，要求的發動機轉速1342rpm，基本處于 1號灑水車發動機最大扭矩時的轉速范圍之內；故1號灑水車發動機匹配是合理的；如果選用QZF系列水泵，因i1=1.167的取力器，要求的發動機轉速1210rpm，基本處于1號灑水車發動機最大扭矩時的轉速范圍之內。

3.2 灑水車的使用狀態對取力器使用壽命的影響分析

水泵、取力器和汽車發動機的正確匹配是保證其正常運行的設計因素，是灑水車使用可靠性的前提條件。日常合理正確的操作使用，是確保取力器使用壽命的關鍵條件，當取力器的速比一定時，發動機油門的大小，是水泵運轉快慢的關鍵。對于石油勘探現場灑水車水泵運轉的快慢直接影響了取力器的壽命[2]，當水泵的轉速在±20%范圍內變化時，其流量、揚程、軸功率、效率的變化關系如下：

流量比：

揚程比：

軸功率比：

由上述關系可見，轉速的變化對軸功率的影響最大（立方正比關系），若發動機轉速在高速運行，對于取力器的損傷會加劇，故石油勘探現場灑水車發動機轉速往往盡可能地低。

綜上所述，該石油勘探企業最終選取1號灑水車匹配速比為1.167的取力器。

4 結論

當采購灑水車發動機確定時，水泵和取力器的匹配選型是保證其可靠和經濟運行的關鍵因素，取力器設計最大輸出功率的提高和用戶正確的使用狀態，是減少取力器故障的決定因素。故灑水車取力器的正確選型不僅要根據用途和使用工況而定，還必須與車輛動力傳動系統的性能參數相匹配，要根據具體情況進行計算分析，統籌兼顧，使發動機盡可能地工作在最佳狀態，避免發動機在高轉速、低負荷的狀態下工作，只有這樣才能在確保使用功能的基礎上兼顧經濟性和可靠性，也有利于提高取力器的使用壽命和可靠性，最大程度地降低企業的運營成本。