Расчет подшипников канатных шкивов на прочность

Шкивы монтируются на двух радиальных роликовых подшипниках №12228, в которых коэффициент работоспособности Сф = 600 000.

Наиболее высокую нагрузку несут подшипники первого канатного шкива. Их и будем рассчитывать на прочность. Первый канатный шкив несет нагрузку

               (37)

 - натяжение первой рабочей струны (38):

где - к.п.д. подшипников шкивов,  = 0, 97

 - натяжение второй рабочей струны

S ₂ = S₁ 0, 97 = 110, 58 кН 0, 97=107, 26 кН.

Так как шкив смонтирован на двух подшипниках, то каждый из них несет нагрузку:

                ( 39 )

Определим коэффициент работоспособности:

                                                                          _.                                     (40)

где  - коэффициент, который учитывает, какое кольцо подшипника вращается. Значения коэффициента приведены в табл.2

Таблица 2 - Значения коэффициента

Вращающееся кольцо	Тип подшипника
Внутреннее	Все типы	1
Наружное	Сферический	1, 1
Наружное	Все типы кроме сферического	1, 35

Принимаем  = 1, 35

 - динамический коэффициент, берется из табл. 3

 Таблица 3 - Значения коэффициента

Характер нагрузки		Примеры узлов
Умеренные толчки Кратковременная перегрузка	1, 3-1, 5	Коробки передач буровых установок, трансмиссии силовых приводов, трансмиссионные и промежуточные валы лебедок
Вибрационная нагрузка Нагрузка со значительными толчками и вибрациями	1, 5-1, 8 1, 8-2	Шкивы талевой системы, трансмиссионные валы буровых насосов, приводы роторов Подшипники вертлюгов, коренных валов буровых насосов
Кратковременная перегрузка до 250%	2-2, 5	Опоры роторов

Принимаем =1, 5

 - температурный коэффициент. При t ≤ 80⁰ C,  = 1

 - коэффициент эквивалентности, учитывающий изменение нагрузки на крюке в процессе бурения.  определяется по формуле (41):

где  - среднесуточное число подъемов. Принимаем  = 100; Т - число лет работы подшипника. Принимаем Т = 1, 5; Z- число оборотов подшипника за один подъем свечи.

                                                  (42)

где  - длина свечи в м.  = 24 м; n- количество рабочих струн талевой системы. Принимаем n = 1; D- диаметр канатного шкива, D = 800 мм

α - отношение минимальной нагрузки на крюке к максимальной нагрузке, α = 0, 2; β - отношение нагрузки при операциях спуска к нагрузкам при операциях подъема, β = 0, 7

Логарифмируя, определяем значение

      (43)

Определяем теперь коэффициент работоспособности подшипника:

С = 108 920 1, 35 1, 5 1 21, 9 = 4830329

Фактический коэффициент работоспособности подшипника несколько ниже требуемого, следовательно гарантируемая длительность его работы будет меньше 1, 5 года

      (44)

2.4 Расчет щеки талевого блока

Расчет щеки талевого блока ведется в соответствии с методикой, представленной в литературе.

Исходные данные для расчета:

1. Максимальная нагрузка на крюк Q=1250 кН;

2. Радиус верхнего закругления щеки R=r=0, 785 м;

3. Диаметр отверстия под ось шкивов d=0, 29 м;

4. Радиус нижнего закругления щеки

5. Толщина стенки

Рассчитаем щеку на прочность на растяжение:

                           (45)

где F - площадь поперечного сечения

Тогда:

      (46)

                          (47)

Для стали 5:

Таким образом:

Тогда:

                  (48)

Таким образом, коэффициент запаса прочности в данном случае при данном нагружении достаточно большой.

2.5 Расчет оси талевого блока

Расчет оси талевого блока ведется в соответствии с методикой, представленной в литературе.

Исходные данные:

Максимальная нагрузка на крюк Q=1250 кН;

Рисунок 4 - Схема талевой системы

Для определения натяжения в ветвях оснастки от максимального веса на крюке необходимо определить натяжение в ходовой ветви оснастки, т.е:

                   (49)

- коэффициент, учитывающий преодоление трения в подшипниках шкивов талевого блока в ручьях шкивов и является обратной величиной КПД талевой системы:

                     (50)

- КПД талевой системы, принимаем равным 0, 98

m - число рабочих струн (ветвей) при оснастке талевой системы 4х5=8

Тогда:

Натяжение в отдельных ветвях оснастки талевой системы:

Так распределяется максимальная нагрузка на крюке среди ветвей оснастки талевой системы в случае её движения, т.е при спуско-подъемных операциях.

В статическом состоянии, когда максимальный вес на крюке находится в покое, все ветви нагружены равномерно, т.е:

                (51)

Усилия, действующие на канатные шкивы и, соответственно, их подшипники при подъёме максимального груза:

Суммарные нагрузки действующие на талевый блок:

Для построения эпюры поперечных сил и моментов, действующих на ось талевого блока, находим реакции опор:

Проверка:

-655, 03-581, 04+326+313, 4+307, 12+289, 40

Таким образом, реакции опор найдены, верно.

3. ОРГАНИЗАЦИОННЫЙ РАЗДЕЛ

3.1 Система ППР оборудования

 Структура ремонтного цикла К3ТК

 МРЦ = 8800 м-ч

 МРП = 2200 м-ч

 Срок службы 7, 5 лет

Монтаж талевого блока

Талевый блок поставляется в собранном виде и не требует при вводе в эксплуатацию выверки, установки и крепления. Для их монтажа целесообразно использовать лебедку буровой установки. Талевый блок подвешивают сразу после окончания монтажа вышки, лебедки и кронблока. Перед оснасткой талевого блока необходимо проверить: легкость вращения блоков, легкость откидывания кожухов и отсутствие в них погнутости, надежности всех соединений и наличие смазки в роликоподшипниках. Замеченные неисправности должны быть устранены. Необходимо также осмотреть серьгу, щёки и другие части. При обнаружении дефектов (например, трещин) талевый блок должен быть заменен.

Монтаж талевой системы начинают с подъема кронблока на верхнее основание вышки. Кронблок при монтаже вышки подъемником Кершенбаума поднимают вместе с вышкой. При строительстве вышки при помощи шагающих стрел для подъема кронблока используют лебедку на тяговом канате, который пропущен через однороликовый блок, подвешенный к козлам вышки.

Перед подъемом кронблока на вышку должны быть проверены: легкость вращения блоков; легкость откидывания кожухов и отсутствие в них погнутости; надежность крепления всех соединений, особенно вспомогательного и тартального блоков; наличие шплинтов, контргаек, винтов и проволоки, а также смазки во всех подшипниках.

На вышке кронблок должен быть выверен по уровню, сцентрирован и прикреплен к подкронблочным балкам. Крепление выполняют хомутами из прутка диаметром 33 мм, швеллерами и гайками МЗО или крючьями из прутка диаметром 30 мм, планками и гайками МЗО. Так как размеры подкронблочных балок непостоянные, размеры хомутов определяют по месту при монтаже. Рама кронблока может крепиться непосредственно к подкронблочным балкам болтами. Для удобства подъема кронблока на вершине вышки устанавливают козлы, к которым подвешивают монтажный блок. Один конец троса прикрепляют к кронблоку, а второй через блок на вершине вышки и отводной блок у основания протягивают к лебедке. В буровых установках типа Уралмаш 3000, имеющих А-образные вышки, кронблок крепят к подкронблочным балкам в то время, когда вышка находится в горизонтальном положении (перед подъемом вышки). При этом выполняют все перечисленные выше требования.

3.3 Работы технического обслуживания и планового ремонта талевого блока

1. Возможные неисправности в процессе эксплуатации и их причины представлены в таблице 4

Таблица 4 - Возможные неисправности в процессе эксплуатации и их причины

Возможные неисправности	Причины
Шкивы не вращаются	Поломка подшипников
Шум в подшипниках шкива	Большой износ подшипников
Повышенных нагрев ступиц шккивов	Недостаточное количество смазки в подшипниках, загрязнённость смазки
Задевание реборд шкивов о предохранительный кожух	Деформирован предохранительный кожух

2. Работы технического обслуживания и текущего ремонта

- Проверка шаблоном профиля ручьёв канатных шкивов

- Проверка лёгкости вращения канатных шкивов

- Замена негодных крепёжных деталей

- Чистка смазочных устройств и каналов

- Замена смазки в подшипниках

- Правка предохранительных кожухов

3. Работы капитального ремонта

4. Процесс разборки талевого блока (рисунок 1)

- снятие предохранительного кожуха 10;

- отвинчивание болтов, соединяющих траверсу талевого блока 11 с щеками 1, снятие траверсы;

- отвинчивание гаек пальцев серьги (на рисунке их нет), выбивание пальцев, снятие серьги;

- снятие стопорной планки 7, отвинчивание корончатой гайки 12, снятие щеки с оси 6;

- снятие с оси канатных шкивов 9;

- отвинчивание второй корончатой гайки и снятие оси;

- выпрессовка подшипников 8 из ступиц канатных шкивов;

5. Критерии отбраковки деталей и возможные методы ремонта деталей

 Таблица 5 – Критерии отбраковки деталей

Деталь	Возможные дефекты	Заключение
Подшипники качения		Замена
Ось канатных шкивов	Изгиб	Браковать при изгибе более 0, 3 мм; Ремонтировать правкой
	износ посадочной поверхности	Браковать при износе более 1 мм; Ремонтировать металлизацией
	срыв резьбы	Браковать срыве более 2х ниток резьбы; Ремонтировать калиброванием резьб
Канатные шкивы	обломы и трещины	Браковать
	износ посадочной поверхности ступицы	Браковать при износе посадочной поверхности ступицы свыше 0, 04 мм и ремонтировать металлизацией
	износ поверхности по профилю ручья	Браковать при углубления ручья шкива более 5мм; Ремонтировать растачиванием ручья по шаблону
Щёки	Трещины в теле и сварных швах	Браковать
	Износ отверстий	Браковать при износе более 1 мм; Ремонтировать гильзованием

6. Требования к отремонтированному талевому блоку

6.1. Канатные шкивы должны вращаться легко, не вызывая вращения соседних.

6.2. Сварные швы не должны иметь трещин, раковин, газовых пузырей, шлаковых включений;

6.3. На поверхности серьги блока, в месте контакта со штропом крюка, углубление не должно превышать 3 мм в глубину и 100 в ширину;

6.4. Все резьбовые соединения должны быть зашплинтованы;

6.5. Масляные каналы промыты и продавлены свежей смазкой;

6.6. Предохранительные кожухи не должны иметь вмятин и трещин;

6.7. Талевый блок должен быть окрашен стойкой краской соответствующих цветов.

3.4 Капитальный ремонт талевого блока

В талевой оснастке одной буровой установки все блоки, роликоподшипники, их крышки, стопорные и дистанционные кольца взаимозаменяемы. При их эксплуатации следят за надежностью крепления деталей и своевременной смазкой, которая осуществляется согласно карте смазки один раз в неделю. Состояние подшипников контролируются вращением канатных блоков, которые должны вращаться свободно, без заедания и шума, не задевая кожухи. Если подшипники при работе нагреваются свыше 70⁰ С, необходимо промыть их при помощи ручного насоса керосином, дизельным топливом или бензином, а затем веретенным маслом, прогретым до 80-100⁰ С. После этого подшипники набивают универсальной среднеплавкой смазкой. Шум в подшипниках при вращении свидетельствует об износе подшипников, а заедание канатных блоков вызвано поломкой подшипников. В обоих случаях подшипники подлежат замене. Для посадки подшипника канатный блок нагревают до 100-160 градусов, что облегчает монтаж и уменьшает износ гнезда под нагруженное кольцо подшипников.

Талевый блок разбирают в следующей последовательности: открепляют и снимают кожухи, откручивают гайку оси, снимают щёки и снимают канатные блоки, затем выпрессовывают подшипники из ступиц. Отремонтированный талевый блок собирают в обратном порядке. Продолжительность ремонтных циклов для талевых блоков составляет 24 месяца, а продолжительность межремонтных периодов 8 месяцев при сроке службы, равном 8 годам.

Диаметр каната и число струн в оснастке выбирают с учетом максимально возможной нагрузки на крюке, при которой был бы двойной запас прочности, а при СПО -- тройной, наивыгоднейшим является четырех-пятикратный запас.

Канат необходимой прочности должен иметь диаметр, соответствующий диаметру желоба шкивов талевого блока и кронблока.

Применять в талевых системах канаты с диаметром больше расчетного нельзя ввиду возможности его защемления в желобах шкивов и быстрого износа. Допускается применение канатов диаметром меньше расчетного на 10%. Необходимый для оснастки канат подбирают по паспорту и проверяют соответствие маркировки на бочке барабана паспортным данным, осматривают канат в соответствии с инструкцией и составляют акт приемки, о чем делают соответствующие записи в буровом журнале.

Фактический коэффициент запаса прочности каната проверяют путем сравнения агрегатной прочности каната, указанной в паспорте, с вероятной наибольшей нагрузкой на канат.

Для осмотра бочку с канатом устанавливают на козлы и вращают барабан по стрелке, указанной на бочке. При перемотке каната недопустимо образование петель и перекруток. Отрезают канат специальной канаторезкой. Перед тем, как отрезать канат, оба будущие его конца должны быть заделаны так, чтобы избежать их раскручивания. Концы заделывают плотной намоткой вязальной проволоки.

Новый канат следует хранить на барабане в помещении или под навесом, исключающим попадание влаги в барабан. Ржавые канаты или канаты, имеющие не плотности свивки прядей, порванные проволоки и другие дефекты к эксплуатации не допускаются.

Оснастка талевой системы: По мере увеличения глубины скважин вес бурильных колонн, которые приходится спускать и поднимать, увеличивается, а максимальная скорость намотки ведущей струны талевого каната на барабан лебедки остается практически неизменной (около 20 м/с) для буровых установок разных классов. Поэтому для каждой установки применяют талевую систему со своей кратностью полиспаста от 4-х до 14. Это достигается применением различных оснасток 2X3; 3X4; ...; 7X8 (здесь первая цифра - число шкивов талевого блока, а вторая - кронблока).

Под оснасткой талевой системы понимается навеска каната на шкивы кронблока и талевого блока в определенной последовательности, исключающей перекрещивание каната и трение его струн друг о друга. В настоящее время создано несколько типов оснастки. Перед тем как приступить к оснастке системы необходимо определить число шкивов в талевом блоке, тип каната, диаметр и разрывное усилие каната. Диаметр каната должен соответствовать размеру канавок шкивов талевого блока и кронблока. При бурении глубоких скважин, когда глубина еще небольшая и бурильная колонна легкая, для ускорения СПО канатом оснащают не все шкивы системы, а только часть. В дальнейшем проводят переоснастку до полного использования всех шкивов. Однако переоснастка трудоемка и не всегда целесообразна.

Оснастку стремятся выполнить так, чтобы ведущая струна набегала на один из средних шкивов. В системах АСП струны каната не должны мешать спуску талевого блока с находящейся в нем свечой. Неправильно выполненная оснастка может вызвать трение канатов или закручивание талевого блока, что может привести к аварии.

Существует два типа оснасток: параллельная, когда ось талевого блока параллельна оси кронблока, и крестовая, когда оси талевого блока и кронблока перпендикулярны. Наиболее распространена крестовая оснастка. Она имеет то преимущество, что исключает закручивание талевого блока и трение струн каната друг о друга.

Оснастку осуществляют следующим образом. Бухту каната устанавливают на металлическую ось приспособления, расположенного под полом буровой, и соединяют конец талевого каната с концом пенькового вспомогательного каната. Затем раскрепляют барабан механизма крепления и наматывают на него четыре-пять витков пенькового каната, после чего этот канат последовательно пропускают через шкивы 6 кронблока и V талевого блока, 1 кронблока и талевого блока.

Когда конец талевого каната со шкива 4 достигнет пола буровой, отсоединяют пеньковый канат, а конец ведущей струны талевого каната укрепляют в зажимном приспособлении реборды барабана лебедки и наматывают на барабан лебедки восемь - десять витков. Перед этим неподвижный конец талевого каната должен быть зажат в механизме крепления, после чего скрепляют его барабан с консольным рычагом и тарируют датчик и индикатор веса инструмента.

3.5 Операционный контроль деталей талевого блока в процессе подготовки к ремонту

Детали, подвергаемые контролю показаны в таблице 6.

 Таблица 6 – Детали, подвергаемые контролю

⇐ Предыдущая12345678Следующая ⇒

Поделиться: