Основные параметры винтовых двигателей.

Винтовые двигатели имеют разные передаточные числа, зависящие от соотношения числа зубьев ротора и статора. Двигатели, имеющие и= 1: 2, развивают максимальные частоты вращения и минимальные вращающие моменты. Их применяют, когда требуется высокая частота вращения.

По мере увеличения числа заходов ротора (т. е. передаточного отношения) уменьшается частота вращения и увеличивается вращающий момент. Это объясняется тем, что многозаходный роторный механизм, каким является винтовой двигатель, в отличие от других механизмов представляет собой соединение гидравлического двигателя и понижающего планетарного редуктора, причем передаточное число редуктора пропорционально заходности ротора.

Многозаходные рабочие органы имеют большую протяженность контактных линий по сравнению с рабочими органами, имеющими отношение и= 1: 2. Это предопределяет снижение механического и общего к. п. д. винтовых двигателей с много- заходными рабочими органами. В то же время двигатели с многозаходными рабочими органами обладают большой нагрузоной способностью и более жесткой характеристикой, что обусловило выбор для забойного винтобура Д2-172М передаточного числа и = 9: 10.

Вращающий момент — основная характеристика винтового двигателя. При анализе его рабочего процесса рассматривается действие перепада давления жидкости в камерах пары ротор — статор, так как на этой длине происходит разобщение камер с полостями высокого и низкого давления, расположенных выше и ниже рабочих органов. В каждом поперечном сечении на длине шага ротора возникает неуравновешенная гидравлическая сила R_h действующая на центр вращения ротора.

 

 

Рис 10.6. Характеристика винтового забойного двигателя.

Характеристика забойного винтового двигателя

Энергетические параметры винтового гидравлического двигателя определяются его передаточным числом, перепадом давления и расходом рабочей жидкости. При постоянном расходе Q двигатель характеризуется изменением вращающего момента М от перепада давления Ар, частоты вращения п вала шпинделя, мощности N и к. п. д.

На рис. 8.6 приведена рабочая характеристика винтового забойного двигателя Д2-172м.

Наибольшая частота вращения соответствует режиму холостого хода, а максимальный вращающий момент — режиму торможения при п = 0. Двигатель запускается при перепаде давления Ар = 1-=-2 МПа. Это давление расходуется на механические и гидравлические потери. При увеличении момента торможения перепад давления возрастает, одновременно повышаются мощность и к. п. д.

Режим максимальной мощности называется эффективным, а наивысшего к. п. д. — оптимальным. Обычно в этих двигателях они не совпадают. Зона устойчивой работы двигателя находится между этими режимами. В рабочем режиме гидромеханический к. п. д. составляет 0, 4—0, 5, объемный — 0, 8—0, 9, а общий достигает 0, 5—0, 55. При достижении предельного момента торможе­ния вал двигателя останавливается, а величина давления определяется герметичностью пары ротор — статор. При нарушении герметичности раствор протекает через двигатель.­ С увеличением расхода раствора диапазон устойчивой работы двигателя расширяется. В винтовых двигателях частота вра­щения существенно зависит от величины вращающего момента. В этих двигателях по мере их износа характеристики ухудшаются. Это объясняется повышением утечек жидкости через зазоры по мере их увеличения при износе. Износ ротора и статора по выступам и профилю зубьев приводит к нарушению герметичности рабочей пары, увеличению объемных потерь и снижению нагрузочной характеристики. Износ рабочей пары определяет межремонтный срок службы двигателя, составляющий 50—200 ч в зависимости от качества двигателя и свойств бурового раствора.

 

 

ЭЛЕКТРОБУР.

Электробур служит для привода во вращение долота. Он представляет собой забойный агрегат с электрическим двигателем трехфазного переменного тока. Электроэнергия к нему передается с поверхности по кабелю, расположенному внутри колонны бурильных труб. Оборудование на установке при бурении электробуром применяется в основном такое же, как и при бурении роторным или турбинным способом. Электробурами бурят скважины глубиной до 5000 м.

Несколько отличной является схема электроснабжения электробуровой установки. Силовой трансформатор мощностью 630 кН-А с номинальным током 155 А имеет две вторичных обмотки. Одна из них служит для питания электробура и имеет 25 ступеней регулирования напряжения в пределах 1100— 2300 В. Другая вторичная обмотка напряжением 525 В предназначена для питания электродвигателей привода лебедки и ротора.

На установке применяется дополнительно комплектное устройство для включения и защиты электробура, измерения электрических параметров и сигнализации о состоянии электробура. Это устройство состоит из станции управления, навесных шкафов, вольтметра и трех амперметров, блока измерения сопротивления изоляции системы токопровод — электробур и кнопки для включения и выключения электробура.

 

Рис. 10. 7. Электробур Э215-8М.

 

Давление на долото для разрушения породы так же, как и при роторном бурении, создается нижней частью бурильной колонны, которая воспринимает реактивный момент. Разбуренная порода выносится на поверхность буровым раствором по кольцевому пространству между стенками скважины и бурильной колонной. Буровой раствор, нагнетаемый насосами через вертлюг внутрь колонны бурильных труб с кабелем, подводится к электродвигателю и по его пустотелому валу через отверстия в валах редукторной вставки и шпинделя поступает к долоту. Двигатель, редуктор и подшипники шпинделя наполнены маслом и имеют систему защиты от проникновения внутрь бурового раствора. Преимуществами электрического двигателя по сравнению с гидравлическим являются: независимость частоты вращения от нагрузки на долото, момента и других параметров от количества подаваемой жидкости, ее плотности и физических свойств и глубины скважины; постоянство частоты вращения, большая перегрузочная способность электродвигателя; возможность контроля кривизны, отклонения ствола скважины и процесса работы с поверхности земли. К недостаткам электродвигателя отно­сятся необходимость одновременной подачи к забою двух видов энергии—электрической и гидравлической и сложность конст­рукции.

Электробур (рис. 10.7) представляет собой цилиндриче­ский значительной длины герметичный маслонаполненный трех­фазный асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором из нескольких секций. Корпус статора 4 электродвигателя представляет собой трубу с соединительными резьбами на концах, в которую запрессованы пакеты магнитной стали 8, чередующиеся с пакетами немагнитной стали 9. Последние служат для уменьшения электрических потерь в статоре в местах установки подшипников 10 вала 7 ротора. В паке­тах ротора имеются пазы, в которых заложена обмотка 6. Концы ее соединены с кабелем 12, имеющим контактный стержень 1, который расположен в верхнем переводнике 2 электробура.

На пустотелом валу 7 насажены пакеты ротора 11, собранные из шихтованной листовой немагнитной стали с алюминие­вой обмоткой типа «беличье колесо». Каждый пакет представляет собой небольшой короткозамкнутый ротор. Между пакетами устанавливается радиальный шарикоподшипник 10. Таким образом, двигатель электробура представляет собой как бы не­сколько (10—12) последовательно соединенных на одном валу короткозамкнутых двигателей.

Осевая нагрузка от веса ротора воспринимается нижним подшипником 13. Герметизация двигателя осуществляется сальниковыми уплотнениями, установленными в нижней 14 и верх­ней 5 его частях, и уплотнением соединений корпусов. Чтобы устранить проникновение в двигатель через сальник бурового раствора, давление масла внутри двигателя немного выше (на 0, 2—0, 3 МПа) давления бурового раствора, протекающего через электробур.

Для этого в верхнем корпусе электробура устанавливают лубрикаторы 3, состоящие из диафрагмы, заполненной маслом, на которую давит поршень. Давление на поршень осуществляется пружиной, а на диафрагму — жидкостью. Пружина создает только избыточное давление. Лубрикатор находится в полости, заполненной буровым раствором. Лубрикаторы позволяют иметь запас масла и компенсировать его утечку при эксплуатации, а также регулируют объем масла внутри электродвигателя при изменении температуры, что исключает опасность значительного повышения давления и разрушения сальников.

К нижней части корпуса двигателя присоединяется шпиндельное устройство, в котором на мощных радиальных 16 и 20 и 13 подшипниках смонтирован полый вал шпинделя 22 с присоединенным переводником. Валы двигателя и шпинделя соединены зубчатой муфтой 15. Буровой раствор из вала двигателя по каналу в валу шпинделя 22 поступает на забой. Выходной нижний конец вала шпинделя уплотнен сальником 21.

Шпиндель смонтирован в заполненном маслом цилиндрическом корпусе 18, который на резьбе соединен с корпусом электродвигателя. Нижняя часть шпинделя имеет резьбу для присоединения переводника. Радиальные нагрузки воспринимаются подшипниками 16 и 20, а осевые — многорядной пятой 17, состоящей из упорных подшипников качения.

Внутренняя полость шпинделя заполнена более густым, чем в двигателе, маслом и имеет свой кольцевой лубрикатор 19, расположенный в нижней части шпинделя. Лубрикатор служит для поддержания повышенного давления масла внутри шпинделя и тем самым защищает подшипники шпинделя от попадания в них бурового раствора. Незначительные утечки масла восполняются из лубрикатора.

Для предохранения от проникновения бурового раствора внутрь шпинделя и двигателя, заполненных маслом, все соединения корпусов электробура уплотнены резиновыми кольцами круглого сечения, расположенными в специальных канавках у стыков соединяемых корпусов. Для предупреждения попадания бурового раствора, проходящего через полые валы двигателя и шпинделя, внутрь электробура применяется шарнирное уплотнение, а в нижней части двигателя установлен торцовый сальник, отделяющий масло двигателя от масла шпинделя. Для уменьшения частот вращения вала шпинделя в некоторых конструкциях электробуров между двигателем и шпинделем устанавливают планетарный редуктор-вставку.

Система токоподвода

Электрический ток напряжением 1100—1300 В подводится от трансформатора буровой по наружному трехжильному кабелю к токоприемнику, укрепленному ниже вертлюга. Кабель внутри бурильной колонны смонтирован отрезками-секциями, длина которых равна длине применяемых бурильных труб.

При свинчивании и развинчивании бурильных труб, чтобы раствор не попадал в контактную муфту, ее размещают в нижней части трубы при спуске в скважину, а ниппель бурильных замков, в котором укреплен контактный стержень, помещают вверху. Поэтому расположение элементов замков при бурении электробурами обратное, принятому в роторном бурении. Электроэнергия к электробуру, находящемуся в скважине, подводится от сети по кабелю через кольцевой токоприемник к секциям кабеля, расположенным внутри колонны труб. Секции кабеля, находящиеся внутри вращающегося ствола токоприемника, снабжены автоматической контактной муфтой.

В свою очередь нижний конец кабельной секции ведущей трубы также имеет автоматическую контактную муфту, укрепленную на опоре в ее замке. При свинчивании бурильного замка эта муфта автоматически соединяется с контактным стержнем, укрепленным на опоре в ниппеле замка бурильной трубы. Замковая муфта бурильной колонны, свинченная со вторым ее концом, снабжена такой же контактной муфтой, »ак и нижняя часть ведущей трубы. Такими кабельными секциями с контактными муфтами и стержнями оборудованы все бурильные трубы колонны. Верхняя головка электробура также имеет контактный стержень, соединяющий электробур с токоподводом.

Таким образом, внутри каждого элемента бурильной колонны есть кабельная секция с автоматическим контактным соединением. Так как токоподвод расположен внутри труб, он защищен от повреждений при спусках и подъемах, транспортировке и других операциях с трубами на буровой.

В связи с тем, что кабель размещен внутри бурильных труб, уменьшается сечение для прохода бурового раствора, особенно В местах крепления кабельных секций в замках. Поэтому при бурении электробурами применяют бурильные трубы с наружу высаженными концами и широкопроходные бурильные замки типа ЗШ, приспособленные для крепления кабеля.

При спуске бурильной колонны в скважину, заполненную жидкостью, уплотнение и контакт токоподводящих колец улучшаются за счет гидростатического давления, действующего на муфту. Поверхность соединения муфты и стержня смазывается при эксплуатации касторовым маслом для улучшения изоляции и предохранения от попадания раствора.

В процессе бурения электробуром вследствие повреждения или попадания влаги может быть нарушена изоляция двигателя или системы токоподвода. Состояние изоляции проверяется ее сопротивлением, для чего существуют специальные приборы — мегомметры. Поэтому при спуске бурильной колонны систематически контролируется изоляция, чтобы избежать холостых рейсов колонны. Состояние изоляции периодически контролируется во время бурения или наращивания.

Электробур — единственный забойный двигатель, который позволяет вести инклинометрические работы в скважине в процессе бурения без подъема бурильной колонны благодаря наличию токопровода, т. е. связи забоя с поверхностью. Для проведения таких работ применяется телеметрическая система, предназначенная для контроля угля наклона скважины, азимута отклонения ее ствола и угла установки отклонителя при бурении скважины электробуром.

 

Контрольные вопросы к гл. 10.

⇐ Предыдущая12131415161718192021Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. I. ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
2. I.2. Основные интерпретации катарсиса.
3. II. Основные принципы и правила служебного поведения государственных служащих
4. II. ЦЕЛИ, ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ И ЗАДАЧИ ПРОФСОЮЗА
5. IV. Основные способы и средства защиты населения в чрезвычайных ситуациях.
6. V. ОСНОВНЫЕ ФАКТОРЫ РИСКА ВОЗНИКНОВЕНИЯ ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЙ ПРИРОДНОГО И ТЕХНОГЕННОГО ХАРАКТЕРА.
7. V1: 2. Основные этапы становления и развития финансовой системы России
8. XI. Основные виды и жанры аниме
9. А. Основные принципы создания и деятельности союза
10. Административная юрисдикция. Понятие и основные черты.
11. Античная философия, ее основные школы
12. Баскетбол – основные правила.