水文水井钻探技师考核复习资料73页文档资料Word格式.docx

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这种图样要求把零件或构件的全部结构形状、尽寸和技术要求都表达得完整、清晰。

（三）机械传动

1、齿轮传动

齿轮传动是指由齿轮副传递运动和动力的传动形式。

齿轮副传动各齿轮正确齿合的条件是：

模数相等、齿形角相等；

对于斜齿圆柱齿轮来说，除大端模数和齿形角要相等外，还必须要求其螺旋角也要相等且螺旋方向相反。

齿轮传动的传动比是指主动齿轮与从动齿轮的转速（角速度）之比，与其齿数成反比，即：

i1.2=n1/n2=Z2/Z1

一般要求传动比不能过大，对圆柱齿轮要求在5—8之间，圆锥齿轮传动比在3—5之间。

2、带传动

利用传动带作为中间挠性件，依靠传动带与带轮之间的摩擦力来传递动力的一种形式。

主要应用于要求传动平稳，且不要求传动比精确的中、小功率的远距离传动。

带传动速度一般为5—25m/s，传动比不大于7，传动效率为0.94~0.96范围内。

带传动可分为平型带、三角带、同步齿形带和多楔带四种形式。

平型带传动的传动比为带轮的转速之比，也等于带轮直径的反比。

即：

i1.2=n1/n2=D2/D1

通常平带采用的传动比为i≤5。

3、蜗杆传动

蜗杆传动是由蜗杆和蜗轮组成的，它是用蜗杆带动蜗轮传递交错轴之间的回转运动和动力，通常两轴交错角为90度，传动力功率可达200kw，一般在50kw以下。

蜗杆传动广泛应用于各种机器和仪器中。

蜗杆传动的主要优点是能得到很大的传动比，结构紧凑，传动平衡和噪音较小等。

蜗杆传动的主要缺点是传动效率较低；

为了减摩耐磨，蜗轮齿圈常需用青铜制造，成本较高。

按形状的不同，蜗杆可分为：

圆柱蜗杆和圆弧蜗杆。

设蜗杆的头数为Z1，其转速为n1；

蜗轮的齿数为Z2，转速为n2，则传动比为：

i1-2=n1/n2=Z2/Z1

二、内燃机知识

（一）基本术语

上止点：

活塞运动至曲轴中心最远点；

上止点又称上死点。

下止点：

活塞运动至曲轴中心最近点，下止点又称下死点。

行程：

两死点间的距离，用S表示

S=2r

式中：

S——活塞运动行程，（mm）

r——曲柄半径，（mm）

气缸工作容积：

活塞往复运动所扫过的空间。

用Vh表示。

Vh=（π/4）D2·

S·

10-6

（1）

Vh——气缸工作容积，

（1）；

D——气缸名义直径，（mm）；

S——活塞运动行程，（mm）。

燃烧室容积：

活塞处于死点位置时，气缸头与活塞顶组成的空间，用Vc表示。

气缸总容积：

当活塞处于下死点位置时，活塞顶与气缸组成的空间，用Va表示。

Va=Vc+Vh

排量：

多缸机工作容积之和，用VH表示。

VH=（π/4）D2·

i·

10-6

显然，VH=Vh·

i

i——气缸数

压缩比：

气缸总容积与燃烧室容积之比，用ε表示。

ε=Va/Vc=（Vc+Vh）/Vc=1－Vh/Vc

压缩比越大，气体被压缩的程度越高，压缩终点的温度和压力也越高。

燃烧将进行得越完善。

热效率也必然越高。

柴油机的压缩比一般选择在12—22范围之内。

高压缩比可以确保柴油机获得自燃的温度和较高的热效率。

目前，紫油机的热效率可达30—46%；

汽油机压缩比一般选择在6~9。

因此，汽油机的热效率只有25—30%。

提高汽油机的压缩比，将引起汽油机的爆震。

（二）工作原理

内燃机的工作过程是将空气吸入气缸，再把空气压缩使温度升高，燃油发火推活塞运动作功，最后将废气排出缸外。

这一循环如活塞上下运动四次，曲轴旋转两周。

就称其为四冲程内燃机，如活塞上下运动二次，而曲轴只旋转一周时，就称其为二冲程内燃机。

二冲程内燃机按排气形式不同，又分为直流扫气和横向扫气两种。

在四个冲程中（进气冲程、压缩冲程、爆发冲程、排气冲程），只有爆发冲程是作功的，所以又称它为作功冲程，而其它三个冲程均为非作功冲程。

（三）多缸内燃机的工作顺序

内燃机把数个气缸并在一起，数个活塞共驱一根曲轴，这便是多缸内燃机。

不论气缸多少，为了工作平稳，其同类冲程不能同时进行，而要互相错开，这就是所谓的工作顺序。

多缸内燃机工作顺序安排原则如下：

1、各缸发火时间曲轴旋转间隔角应均等，即：

θ2=360°

/i；

θ4=720°

/i

θ2——二冲程机各缸发火间隔角；

θ4——四冲程机各缸发火间隔角；

i——缸数。

2、沿曲轴交替爆发，以避免应力集中，如：

四缸机各缸的发火顺序可为：

1—3—4—2或1—2—4—3。

六缸机各缸的发火顺序可为：

1—5—3—6—2—4。

这样，可避免曲轴与轴承集中连续受力而损坏或变形。

3、对称布置曲轴，使各曲柄夹角均等，质量分布均匀，对称，平衡。

4、尽量考虑制造工艺性。

曲柄尽量平面布置，以便于铸造或锻造加工曲轴。

（四）内燃机的编制原则

根据1965年制定的国家标准（GB25—65），将内燃机产品名称和型号进行统一编制。

1、内燃机产品名称，按其所采用的燃料命名，如柴油机、汽油机。

2、内燃机型号由阿拉伯数字和汉语拼音文字的首位字母组成。

3、内燃机型号由下列三部分依次组成：

首部中部尾部

首部：

为缸数符号，用阿拉伯数字表示。

中部：

为机型系列代号，由冲程符号和缸径符号组成。

用E表示二冲程，不加标注即为四冲程。

用阿拉伯数字表示气缸直径，单位为mm。

尾部：

为机型特征符号和变型符号，用阿拉伯数字表示变型次序，用汉语拼音字母表示机型特征。

如Q——表示汽车用；

T——表示拖拉机用；

C——表示船用；

J——表示机车用；

Z——表示增压用；

K——表示复合式发动机（内燃机与燃气轮机复合输出动力式或其他复合式发动机）。

F——表示风冷式发动机。

4、型号排列顺序及符号

表示缸数符号，用阿拉伯数字表示缸数。

中：

表示冲程符号，用E表示二冲程，不标即表示四冲程；

部：

表示缸径符号（用气缸名义直径表示）；

尾：

表示机型特征符号；

表示变型数字符号；

示例：

（1）1E56F——单缸，二冲程，56mm缸径，风冷，汽油机。

（2）195柴——单缸，四冲程，95mm缸径，水冷，通用式柴油机。

（3）6135柴——六缸，四冲程，135mm缸径，水冷，通用式柴油机。

（4）6135Z柴——带进气增压装置的柴油机。

其他性能同上。

（5）6135C-1-柴——第一次变型，船用柴油机。

共他性能同一般135系列。

（6）12E230C柴——12缸，二冲程，230mm缸径，水冷，船用柴油机。

（7）12E430Z柴——12缸，二冲程，430mm缸径，水冷，增压式柴油机。

（8）4100Q-4——4缸，四冲程，100mm缸径，水冷，汽车用，第四次变型汽油机。

（9）6160-1柴——6缸，四冲程，160mm缸径，水冷，第一次变型柴油机。

（五）柴油机常见故障分析

1、柴油机冒黑烟、白烟、蓝烟是什么原因？

排气冒黑烟是燃烧不良的一种征状，其主要原因是燃烧室喷入的柴油过多，在极端缺氧的情况下进行燃烧，造成燃烧不完全，一部份没有参加燃烧的碳，以游离状态悬浮在燃气中，与废气一起排出，而出现冒黑烟现象。

排气冒白烟是由于气缸内温度过低，使柴油没有着火燃烧而成雾状被排出来或是柴油中含有水份，以及其它原因造成冷却水漏入气缸所致。

排气冒蓝烟一般是由于大量机油蒸气窜入气缸，参与燃烧所致；

其主要原因一般为油底壳内机油油面高度过高或活塞环磨损过度，或咬死，活塞环失去弹性或对口，以致机油进入燃烧室内燃烧。

2、柴油机自动停车是什么原因？

柴油机自动停车，大体有两种情况，一种是转速逐渐降低，缓缓地自动停车，这种情况的原因大多是：

燃油系统发生故障，燃油供不上所造成。

如油箱内油用完；

柴油管路堵塞或滤清器堵塞；

燃油系统进入水和空气等。

另一种是柴油机正常运转中，突然停车。

这种情况的原因大多是机件损坏故障所造成。

如凸轮轴折断；

输油泵弹簧或喷油泵弹簧断裂，喷油器卡死；

或是飞铁滚轮销及座架磨损松动；

飞铁摆动不灵敏等。

当柴油机自动停车后，用手扳动曲轴飞轮仍能旋转时，则可能是供油系统的故障；

若曲轴转动困难或根本不能转动，则多是机械事故。

三、空压机知识

（一）储气罐及安全阀

空气压缩机在末级之后都配置有储气罐，俗称风包。

其作用是用以稳定压缩空气管道内的压力，并储存一定量的压缩空气以保持空压机排量与工作需要量之间的平衡，除此以外亦可以起到降低压缩空气温度，使油、水与压缩空气分离。

安全阀是一种保护性装置，当气路系统中的压力超过工作压力时，自动开启把部分压缩空气排出，使气路系统中的压力降到正常的工作压力。

安全阀开启时的排气流量要等于或稍大于空压机的排量。

较完善的多级空压机各级都分别设置有安全阀。

（二）空气压缩机的组成

单作用、双作用活塞式空压机的结构大体相同，从其组成机构的构造、特点、作用可大致分为四部分。

1、压缩机件包括气缸体、缸头、活塞组、进气阀组、排气阀组等部件。

其作用是形成压缩容积、防止空气泄漏，利用活塞的往复运动、完成进气、压缩、排气过程。

2、传动机构包括连杆组、曲轴组、飞轮等部件，其作用是传递动力，迫使气缸内活塞作往复运动。

并带动一些辅助装置如冷却用风扇、油泵等工作。

3、辅助装置包括冷却用风扇、水泵、压缩空气冷却器；

润滑用油泵、气路系统中的储气罐（俗称风包）、安全阀、空气滤清器、油气分离器等部件。

4、控制装置包括调速器、减荷阀、调压器等部件，其作用是使管路系统中压缩空气保持一定压力，并能自动调整柴油机的供油量与空压机的负荷相适应。

使空压机的排气量与压缩空气的消耗量趋于平衡。

油温、油压、排气温度保护装置，它能保证当油压低于允许范围，油温、排气温度高于允许范围时，能自动停机。

四、地质知识

（一）含水层特征

地壳中的岩层有的含水，有的不含水；

有的透水，有的不透水，含水层则是指能透水而又饱含地下水的岩层。

作为含水层必须具有以下特征：

1、岩层要有储存地下水的空间——空隙

岩层有了空隙，水方能进入岩层，才有可能使岩层含水。

如松散沉积物砂、砾石层有孔隙，有可能成为含水层。

岩溶化岩层中有巨大的空隙，这些岩层往往是含水丰富的含水层。

泥岩一般被认为是隔水的岩层，但当产生裂隙后，也可能成为含水层。

如川中侏罗系遂宁组红层中下部泥岩中含水还是比较丰富的，该层中的水井水量可达500m3/d，因为该层泥岩中风化裂隙较发育，而且该层泥岩中含可溶性灰质和石膏，溶蚀后产生溶蚀裂障和许多溶孔，形成了相当发育的空隙，所以也能划分为含水层。

2、岩层要有储存地下水的地质条件

岩层中有了空隙，但不一定就成为含水层。

只有当这些地层出露部位较低（低于当地地下水位）；

或其下有隔水层，水受到隔水层阻隔不能继续下渗时，这些岩层的充水部份才可能成为含水层。

因此，同一地区同一岩层由于地形、地貌和构造条件的不同，有的地段可以成为含水层，而在另一些地段就不含水。

3、有一定的水量

岩层的富水性是划分含水层的一个重要因素。

只要富水性达到一定程度，对供水或排水有一定的实际意义时，才能确定其为含水层。

如果富水性太小，能从中吸取的或通过它排泄的水量太小，则实际意义不大，可不划为含水层。

当然，这里的“大”和“小”是相对的概念，根据勘测目的的不同，可以有不同的含义。

（二）地质构造对钻探工作的影响

1、岩层倾斜对钻进的影响

岩石大多是不均质、各向异性的，成层岩石表现更为明显。

岩层垂直于层面方向硬度小、易破碎；

而平行层面方向的硬度大，不易被破碎，因而水平岩层中钻进效率高，孔壁扩大少，钻孔弯曲小而孔内事故相对要少。

但保持原始水平沉积状态的岩层很少，倾斜岩层，特别是倾斜的软硬互层对钻孔弯曲的影响很大，在不同的遇层角范围内，钻孔会有“顶层进”或“顺层跑”的趋势。

因此，了解岩层的产状，摸清岩层造斜规律，对正确设针钻孔，合理选择钻进工艺措施是十分重要的。

2、褶曲构造对钻进的影响

从褶曲的局部来看，都可视作倾斜岩层，对钻孔弯曲的影响是有规律可循的，但从褶皱构造的整体来看，各个部位的影响又是不同的，所以在地质构造复杂地区，要注意褶曲的性质和形态，掌握各部位钻孔弯曲规律的变化，为合理设计钻孔和正确选择钻进工艺措施提供依据。

（三）断裂构造对钻进的影响

节理和断层是岩层遭受破坏的产物，它使岩石的不均匀性和各向异性更为明显，对钻进的影响表现为以下几方面：

1、孔壁不稳定，容易出现坍塌、掉块现象，当护壁措施不力时，就会产生钻具回转阻力大，泵压高，蹩车及钻进效率下降等情况，最终导致卡、埋、烧钻及钻具折断和脱落等孔内事故。

事故一旦发生，性质都比较严重，提升钻具的阻力较大。

2、节理和断层的存在使岩石的孔隙度增大，程度不等地消耗钻孔冲洗液。

如节理和断层是连通的或开放性的，就成为地下水和冲洗液的活动通道，在两者不平衡的情况下，产生涌水或冲洗液严重漏失，使钻进不能正常进行。

节理和断层中钻进容易造成钻孔弯曲，特别是钻孔沿断层面的滑动。

岩层的不均性及孔壁间隙的增大，是造成钻孔弯曲增大的主要原因。

（四）、岩石、矿物的基本概念

1、岩石的基本概念

岩石是天然产出的由一种或多种矿物组成的固态集合体。

岩石以岩层或岩体形式构成地壳及地幔的固态部分，是地壳形成和发展过程中各种地质作用的综合产物。

陨石和月岩也是岩石。

但一般所说的岩石，主要指组成地壳及少量上地幔的物质。

岩石的种类很多，不同成因的岩石，其矿物成分、化学成分、结构、构造及产状等特征均不相同。

为了研究岩石，就必须对其进行分类，一般以岩石的成因作为分类的依据。

依此可将岩石分为三大类：

岩浆岩、沉积岩和变质岩。

2、矿物的基本概念

矿物是地壳中的化学元素，在各种地质作用下形成的天然单质或化合物。

它具有相对固定的化学成分、内部构造、外表形态、物理和化学性质。

它是组成岩石和矿石的基本单位。

由于地质作用的过程是复杂的，所形成的矿物也是多种多样的，其中绝大多数是固态的，只有极少数是液态的（如自然汞、水等）和气态的（如硫化氢等）。

有些矿物可在实验室中人工合成，这些矿物称为“人造矿物”或“合成矿物”，如人造金刚石、人造水晶等。

此外，还有陨石和月岩中的矿物，我们称为“陨石矿物”或“宇宙矿物”。

到目前为止，自然界中已发现的矿物有3000多种，其中被利用的有200余种，而最常见的矿物不过百余种。

（五）、岩、土的物理性质

1、相对密度、容重及密度

（1）相对密度：

岩石或土层的质量与同体积4℃水质量的比值，称为相对密度。

岩、土的相对密度决定于造岩矿物的成分，将随着矿物含量的增多而增大。

（2）容重：

是指岩、土单位体积的质量，用克/厘米3表示，烘干的岩、土叫干容重，天然状态下称天然容重，饱和容重是指岩、土在饱和水状态下的单位体积的质量。

岩、土容重取决于岩、土的孔隙度的大小和数量的关系。

岩、土由于有孔隙度的存在，岩、土的容重始终小于相对密度。

（3）密度：

系指岩、土的颗粒间密实程度。

以单位体积固体颗粒的质量来表示，用g/cm3表示。

岩、土的密度随矿物成分、结构及孔隙度的变化而变化；

随埋藏深度的增加而增大。

孔隙度减小，岩、土的密度增加。

一般岩、土的密度愈大，它的强度也愈大。

2、孔隙、裂隙、溶隙

（1）孔隙：

岩、土内非固体颗粒占有的空间称孔隙（空隙），其指标有：

岩、土内孔隙的体积与岩、土总体积之比称为孔隙度。

孔隙度（η）=（孔隙体积/岩、土总体积）×

100%

岩、土内孔隙体积与岩、土固体部分的体积之比称为孔隙比。

孔隙比（ε）=孔隙体积/岩、土固体体积

岩、土的孔隙度大小和数量的变化，取决于矿物成分、颗粒度大小、岩石结构和胶结物性质。

松散土层的孔隙度取决于岩石颗粒的大小、形状、分选程度、排列方式及充填物性质等因素。

（2）裂隙：

岩、土受构造运动所形成的断裂、节理、片理等称裂隙。

裂隙有明显的不均匀性，裂隙的大小，数量的多少，裂隙的张闭性质及分布规律均与裂隙的成因、岩石所处位置以及裂隙在形成过程中的自然因素（如气候、地形、地下水活动等）有关。

裂隙发育程度以裂隙率表示。

裂隙率=（测线通过裂隙宽度之和/测定时所取直线长度）×

（3）溶隙：

指可溶性岩层中的溶孔、溶洞、暗河、天然井、落水洞等各种形式的岩溶溶隙。

溶隙的大小相差悬殊，形态多样，分布极不均匀。

一般为层状或脉状溶洞和溶隙，其溶隙体积由几mm的溶隙，到数千立方米的溶洞和暗河、天然井、落水洞等。

溶隙以岩溶率来表示，可分为三种。

线岩溶率=（钻孔所遇溶洞、溶隙长度之和/钻孔穿过溶岩长度）×

面积岩溶率=（地面漏斗、落水洞、溶洞面积之和/地面面积）×

体积岩溶率=（山体内溶洞的体积/山体的体积）×

3、含水性和透水性

由于岩、土有孔隙和裂隙存在，会使水渗入岩石或土层中，使岩、土含水，此谓之含水性。

含水性指标有容水度、给水度等。

容水度：

岩、土能容纳一定水量的性能称为容水度，其数值等于所容纳的水体积与岩土体积之比。

当岩、土孔隙被水饱和时，水的体积即等于孔隙体积。

因此，容水度在数值上与岩、土孔隙度相等。

给水度：

水从岩、土中自由流出的能力称为岩、土的给水度，其数值等于流出的水体积和岩、土体积之比。

水在重力作用下，岩、土容许水通过的性能称为透水性。

透水性的强弱取决于岩、土的孔隙的大小和多少。

透水性以单位时间通过岩、土的水量来表示，称为渗透系数。

膨胀性：

天然土受水浸湿后所产生的体积增大的现象称为膨胀性。

钻进易膨胀的地层，常产生钻孔缩径、糊钻、造浆及蹩泵等现象。

稳定性：

系指岩、土内的自由临空面保持不变的性质。

对钻孔而言，即孔壁不坍塌、不掉块的性质。

根据稳定性可将岩、土层分成稳定性差的、稳定性中等的、稳定的和稳定性良好的四类。

颗粒度：

岩石或土层都是由各种大小颗粒和形状不同的造岩矿物和岩石组成，根据颗粒的大小，可划分为若干组，称为颗粒粒组。

岩、土中各种粒径范围粒组的相对比例，通常用占总岩、土质量的百分数来表示，称为颗粒度。

颗粒大小和各种粒组所占的比例与岩、土的物理、力学性质有一定关系。

它可以概略地判断松散岩层的含水程度、膨胀性、稳定性、强度及岩、土的可钻性等性能。

（六）、岩、土的力学性质

岩土或土层在外界载荷作用下所产生的变形或破坏的性质称为岩、土的力学性质。

1、硬度

是指岩石表面抵抗其它物体压入的阻力。

组成岩石的矿物颗粒愈硬愈小，其胶结物质愈坚固，岩石的硬度愈大。

颗粒坚硬、胶结性较差的岩石，硬度将降低，而研磨性可能很强。

岩石硬度在一定程度上直接反映了破碎岩石的难易程度。

2、强度

岩石抵抗外力作用而不被破坏的能力称为强度。

外力作用于岩石，主要由组成岩石的矿物颗粒及矿物颗粒间的刚性连接来承受，岩石在外力作用下被破坏时的强度称为极限强度。

（1）抗压强度岩石的抗压强度以岩石的极限抗压强度（105Pa）表示。

影响岩石抗压强度的主要因素，是岩石的矿物成分、颗粒大小、胶结程度，特别是岩石的层理、片理和构造等，对强度影响很大。

一般垂直层理方向的岩石抗压强度小于平行层理的抗压强度；

结晶岩石强度大于非结晶岩石；

细晶岩石强度大于粗晶岩石强度。

裂隙和风化作用岩石的抗压强度可降低很多，如新鲜的花岗岩抗压强度可以超过100MPa，风化后则可降低为4MPa。

（2）抗剪强度岩石抵抗剪切破坏的最大剪应力称做抗剪强度。

（3）抗拉强度是指岩石抵抗单向拉伸的最大张应力，即在外力作用下瞬时导致岩石粘聚力破坏的极限张应力，以105Pa表示。

（4）抗弯曲强度岩石抵抗折断的能力称为抗弯曲强度，以105Pa表示。

3、弹性、塑性、脆性

弹性、塑性、脆性系指岩、土在外力作用下的变形特性。

岩、土在外力作用下，其内部应力状态发生变化，使各质点改变位置，结果引起岩、土形状和尺寸的改变，此称为岩、土的变形特性。

弹性：

当一定的外力作用于岩石时，岩石产生变形，当外力撤除之后，岩石的变形随之消失而恢复到原来的形状和体积，这种性质称为弹性变形。

塑性：

粘土质岩、土在外力作用下具有改变自己形状的性能，但完整性不破坏，当外力消除后保持已改变的形状的性能，称为塑性变形。

脆性：

是指岩石在外力作用下，无明显形状改变而产生断裂和破碎的性能，称为脆性变形。

4、研磨性

是指岩石磨损钻头切削具的性能。

通常用钻头上切削具的磨损体积与消耗的摩擦功之比，来表示研磨性的大小，称为研磨系数。

研磨系数=切削具磨损体积/摩擦功

岩石的研磨性主要受造岩矿物颗粒的硬度、形状、颗粒大小及矿物颗粒间的胶结物质的强度、岩石裂隙和孔隙度的影响。

一般岩石随坚硬矿物含量增大而研磨性增大，随胶结物质强度的降低而研磨性增大。

岩石的研磨性愈大，钻进时对钻头磨损就愈严重，致使钻头寿命降低，影响钻进效率和回次进尺长度。

5、岩石的可钻性

岩石的可钻性是对所钻进岩石显示出的综合特性，是衡量岩石的钻进难易程度的主要指标。

它表示岩石抵抗各种钻头钻进的能力，也就是钻进效率的高低。

岩石的可钻性主要取决于岩石的物理、力学性质，钻进方法及选择的钻进规范。

岩石的可钻性指标是在固定的设备与钻进技术条件下（包括钻机、钻头、孔径、孔深、技术规范及洗孔介质等），实际测得的平均机械钻速和回次进尺长度。

采用平均机械钻速（m/h）和回次进尺长度（m）这两个指标来标志岩石的可钻性。

但是，岩石的可钻性也不是固定不变的，它将随着钻进方法的不断改进，钻探设备性能与钻进技术工艺的提高而随之改变。

第二部分钻探机械设备知识

一、行星轮式升降机的工作原