Типы забойных двигателей, применяемых для вращения долота.

⇐ ПредыдущаяСтр 18 из 27Следующая ⇒

Принцип действия и устройство турбобура.

Реактивно-турбинные агрегаты и область их применения.

Сборка и эксплуатация турбобуров.

Принцип действия и устройство винтового двигателя.

Основные параметры винтовых гидродвигателей.

Принцип действия и схема электробура.

8. Система защиты электробура от проникновения в него бурового раствора.

Характеристика электробура.

Устройство системы токоподвода к электробуру.

11. Эксплуатация, транспортировка н обслуживание забойных двигателей.

ПРИВОДЫ БУРОВЫХ УСТАНОВОК.

ОСНОВНЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ.

Приводом буровой установки называется совокупность двигателей и регулирующих их работу трансмиссий и устройств, преобразующих тепловую или электрическую энергию в механическую, управляющих механической энергией и передающих ее исполнительному оборудованию — насосам, ротору, лебедке и др. Мощность привода (на входе в трансмиссию) характеризует основные его потребительские и технические свойства и является классификационным (главным) параметром.

В зависимости от используемого первичного источника энергии приводы делятся на автономные, не зависящие от системы энергоснабжения, и неавтономные, зависящие от системы энергоснабжения, с питанием от промышленных электрических сетей.

К автономным приводам относятся двигатели внутреннего сгорания (ДВС) с механической, гидравлической или электропередачей.

К неавтономным приводам относятся: электродвигатели постоянного тока, питаемые от промышленных сетей переменного тока через тиристорные выпрямительные станции управления; электродвигатели переменного тока с гидравлической либо электродинамической трансмиссией или регулируемые тиристорными системами.

В соответствии с кинематикой установки привод может иметь три основных исполнения: индивидуальный, групповой и комбинированный или смешанный.

Индивидуальный привод — каждый исполнительный механизм (лебедка, насос или ротор) приводится от электродвигателей или ДВС независимо друг от друга. Более широко этот вид привода распространен с электродвигателями. При его использовании достигается высокая маневренность в компоновке и размещении бурового оборудования на основаниях при монтаже.

Групповой привод — несколько двигателей соединены суммирующей трансмиссией и приводят несколько исполнительных механизмов. Его применяют при двигателях внутреннего сгорания,

Комбинированныйпривод — использование индивидуального и группового приводов в одной установке. Например, насосы приводятся от индивидуальных двигателей, а лебедка и ротор от общего двигателя. Во всех случаях характеристики привода должны наиболее полно удовлетворять требуемым характеристикам исполнительных механизмов.

Потребителями энергии буровой установки являются:

в процессе бурения — буровые насосы, ротор (при роторном бурении), устройства для приготовления и очистки бурового раствора от выбуренной породы; компрессор, водяной насос и др.;

при спуске и подъеме колонны труб — лебедка, компрессор, водяной насос и механизированный ключ.

Приводы также делятся на главные (приводы лебедки, насосов и ротора) и вспомогательные (приводы остальных устройств и механизмов установки). Мощность, потребляв- мая вспомогательными устройствами, не превышает 10—15% мощности, потребляемой главным оборудованием.

Гибкость характеристики — способность силового привода автоматически или при участии оператора в процессе работы быстро приспосабливаться к изменениям нагрузок и частот вращения исполнительных механизмов. Гибкость характеристики зависит от коэффициента приспособляемости, диапазона регулирования частоты вращения валов силового привода и приемистости двигателя.

Коэффициент гибкости характеристики определяется отношением изменения частоты вращения к вызванному им отклонению момента нагрузки

Приемистостью называется интенсивность осуществления переходных процессов, т. е. время, в течение которого двигатель и силовой привод реагируют на изменение нагрузки и изменяют частоту вращения.

Приспособляемость — свойство силового привода изменять крутящий момент и частоту вращения в зависимости от момента сопротивления. Собственная приспособляемость свойство двигателя приспособляться к внешней нагрузке. Искусственная приспособляемость — свойство трансмиссий приспосабливать характеристику двигателя к изменению внешней нагрузки.

Диапазон регулирования частоты вращения R— отношение максимальной частоты вращения к номинальной.

Вспомогательный привод предназначен для привода компрессоров, вибросит и глиномешалки, автомата подачи долота, масляных и подпорных насосов, агрегатов для механизации спускоподъемных операций и других механизмов буровой установки. Суммарная мощность его не превышает 400 кВт. Число двигателей, используемых в приводе вспомогательных механизмов, увеличилось вдвое и достигает 15—20 единиц.

В зависимости от используемых двигателей различают дизельные, газотурбинные и электрические приводы буровых установок.

СИЛОВЫЕ ПЕРЕДАЧИ БУРОВЫХ УСТАНОВОК.

В буровом оборудовании для осуществления кинематической связи между валами в механизмах, изменения скорости и направления вращения, преобразования крутящих моментов используют цепные, клиноременные и зубчатые передачи. В установках малой мощности для геологоразведочного бурения при небольших межосевых расстояниях между валами (до 0, 5 м) используют почти всегда зубчатые передачи, а при межосевых расстояниях более 0, 5 м — клиноременные. В установках для эксплуатационного бурения для передачи больших мощностей (500—2000 кВт и более) и межосевых расстояниях более 1 м применяют многорядные цепные и клиноременные передачи. Зубчатые передачи используют при межосевых расстояниях менее 1м — в редукторах насосов, реверсивных устройствах КПП, приводах роторов.

ЦЕПНЫЕ ТРАНСМИССИИ.

Цепь представляет собой гибкую конструкцию, собранную из последовательно соединенных жестких звеньев. Цепи, используемые для передачи механической энергии от одного вала другому, называются приводными. По конструктивным признакам приводные цепи (рис. 12. 1) относятся к роликовым и состоят из чередующихся наружных и внутренних звеньев, каждое из которых собирается из двух пластин, напрессованных на валики 2 со шплинтом 3 или на втулки 6. Втулки снабжены роликами 7, которые при входе в зацепление со звездочкой проворачиваются относительно втулок. Благодаря этому уменьшается трение и снижается износ поверхностей контакта зубьев звездочки и роликов. Наружные 1 и внутренние 5 пластины по контуру напоминают восьмерку.

Площадь поперечного сечения по проушинам примерно равна площади сечения пластины в средней ее части (шейке). Однако, вследствие больших местных напряжений в зоне отверстий, являющихся концентратором напряжений, усталостная прочность в поперечном сечении отверстий меньше, чем в шейке пластины. Отверстия внутренних пластин растачивают по диаметру сопрягаемых с ними втулок и больше диаметра отверстий наружных пластин, растачиваемых по диаметру валиков. Равнопрочность наружных и внутренних пластин обеспечивается за счет соответствующего увеличения ширины внутренних пластин.

Валики цепи раскатывают либо развальцовывают с одного конца, и они имеют отверстия для шплинта на другом конце. Соединительное звено является составной частью цепи и состоит из наружной пластины с неподвижно закрепленными валиками (вилки), соединительной пластины и шплинтов. При нечетном числе звеньев цепь соединяется переходным звеном, состоящим из переходных пластин 8, валика, втулки, ролика 9.

В буровых установках вследствие больших нагрузок и скоростей преимущественно используется многорядная цепь (рис. 12. 1, б), которая отличается от однорядной длиной В валиков и наличием промежуточных пластин 4, отличающихся от наружных диаметром отверстий. Наружные пластины соединяются с валиком с натягом, а промежуточные — с зазором 0, 02 мм, облегчающим сборку многорядной цепи.

Существует большое разнообразие приводных цепей, однако в буровом оборудовании в передачах используют только многорядные втулочно-роликовые приводные цепи с шагом 25, 4— 63, 5 мм и числом рядов от одного до десяти, нормальные ПР и ПРУ и усиленные ПРТ. В трансмиссиях, блокирующих ДВС мощных буровых установок, применяют многорядные цепные передачи (число рядов до десяти) с шагом цепи 31, 75 и 38, 1 мм. Цепи с меньшим шагом не используют вследствие их недостаточной долговечности и необходимости иметь большое число рядов. Цепи с шагом 38, 1 мм и менее применяют в передачах с большими частотами вращения.

В более тихоходных и тяжело нагруженных передачах применяют цепи с шагом 63, 5 мм и числом рядов до шести. Цепи с шагом до 41, 45 мм изготовляют с числом рядов до десяти; в цепях с большим шагом число рядов составляет четыре — шесть. Преимущество этих цепей — возможность передавать мощность до 3000 кВт при межосевых расстояниях до 3 м без натяжных устройств, скольжения и изменения передаточного отношения. Массовые и ремонтно-сборочные характеристики этих передач лучше, чем зубчатых.

К недостаткам цепных передач относятся: неравномерность вращения ведущего и ведомого валов, биение ненагруженной ветви цепи, необходимость точного монтажа, исключающего перекосы и непараллельность валов, необходимость интенсивной смазки.

Расчет цепных передач включает следующие этапы: предварительный выбор цепи по известным исходным данным (проверка ее на выносливость, износостойкость и статическую прочность); определение геометрических параметров цепной передачи; выбор способа и определение интенсивности смазки.

Цепные передачи следует размещать в плотных жестких кожухах и их необходимо смазывать. Валы и подшипники должны обеспечивать жесткость, хорошую центровку валов и их соосность. Смазка играет исключительную роль при эксплуатации цепных передач. Она определяет долговечность цепей и эксплуатационные затраты. Выбранная для проектируемой передачи система смазки должна обеспечить жидкостное трение в шарнирах цепи, а также ее охлаждение. Способ смазки выбирают в зависимости от условий эксплуатации. Подавляющее большинство цепных передач буровых установок имеют скорость v > 8 м/с и систему смазки под давлением. Пластины цепи изготовляют из холоднокатаного проката повышенной точности, получаемого из стали марки ЗОХНЗА. После термообработки пластины имеют твердость HRC 38—45. При вырубке продольная ось пластин должна быть расположена вдоль волокон металла. Толщина пластины — расчетный параметр цепи, определяющей ее прочность.

Валик, неподвижно закрепляемый в отверстиях пластин наружного звена, представляет собой цилиндрический стержень с коническими торцами, облегчающими сборку цепи. В собранной цепи конические торцы валиков раскатывают либо развальцовывают. Валики должны обладать достаточной прочностью, износостойкостью и сопротивлением ударным нагрузкам. От диаметра валика зависят прочность цепи и контактное давление в шарнире цепи. Изготовляют валики из стали марки 12ХНЗА 378 по ГОСТ 4543—71 либо из стали, цементируют на глубину 0, 05—0, 08 от их диаметра, и после.термообработки они имеют твердость поверхности HRC 54—61 и сердцевины HRC 43—48. Концы валиков перед раскаткой подвергают отжигу.

Втулки цепи изготовляют из стали марки 12ХНЗА или 12ХН2 и подвергают цементации на глубину 0, 3—0, 7 мм для цепей с шагом 31, 75 и 38, 1 мм и 0, 4—0, 8 мм — с шагом 44, 45—63, 5 мм. Твердость после термообработки HRC 54—61. Втулки входят в отверстия пластины с натягом и для устранения среза металла торцы их по наружному диаметру скругляют. Часть поверхности втулки, контактирующая с отверстием пластины, желательно полировать.

Ролики цепи непосредственно контактируют с зубьями звездочек и подвергаются ударам и износу. Диаметр ролика выбирают в зависимости от шага цепи. Он является исходным параметром для построения профиля звездочки. Изготовляют их из стали марки ЗОХНЗА и закаливают до твердости HRC 45—52.

Соединения валик — пластина и втулка — пластина, собираемые с натягом, проверяют на проворачивание. Крутящие моменты, необходимые для проворачивания втулок и валиков относительно пластины, возрастают с увеличением шага цепи и должны быть в пределах, регламентированных техническими требованиями ГОСТ 21834—76.

Рис. 12. 1. Приводная роликовая цепь:

а — однорядная; б — трехрядная

КЛИНОРЕМЕННЫЕ ТРАНСМИССИИ.

Клиноременные трансмиссии применяют в приводах буровых насосов, компрессоров и в приводах вспомогательных механизмов установок. Благодаря своей упругости клиновые ремни обладают способностью несколько амортизировать резкие перегрузки и сглаживать неравномерность вращения, вызываемую кривошипно-шатунными механизмами этих машин.

Клиновые ремни применяют также в передачах силовых приводов, блокирующих двигатель мощностью до 300 кВт.

Одна передача может передавать довольно большие мощности (до 600 кВт) с одного параллельного вала на другой при межосевых расстояниях до 4 м и частотах вращения до 1200 об/мин. Для передач больших мощностей приходится применять трансмиссии с большим числом клиновых ремней (до 22), что обычно не делается в трансмиссиях общего назначения. В этих случаях необходимо точно подбирать длину ремней в комплекте, однако вследствие неоднородности ремни вытягиваются в комплекте неодинаково.

К недостаткам этих передач относятся: необходимость предварительного натяжения ремней, что увеличивает нагрузку на валы и подшипники; смена изношенных клиновых ремней, требующая демонтажа валов или сближения их консольных шкивов, что довольно сложно выполнять в полевых условиях; меньший к. п. д., чем у цепных передач; колебания ветвей и всей системы вследствие непостоянства размеров сечений по длине ремня и мгновенного изменения передаточного отношения. Эти обстоятельства и необходимость периодической подтяжки ремней ограничивают область их применения в передачах буровых установок.

Клиновые ремни (рис. 12.2, а) состоят из нейтрального слоя 1 — шнура, изготовленного из синтетического волокна большой прочности и навитого по спирали; обертки — наружного слоя 2 из хлоропрена, стойкого к действию масла, нефти, нагреву; слоев 3 (сжатия и растяжения) из резины. В буровых установках применяют многорядные клиноременные передачи, скомплектованные из одиночных клиновых ремней или нескольких (до шести) свулканизированных одной общей покрышкой 4 (рис. 12.2.б).

Угол клина прямолинейного участка ремня, находящегося под натяжением, А = 40 + 0, 5° (

Используются клиновые ремни нормального сечения Г, Д, Е по ГОСТ 1284.1—80 и узкие ремни профиля УБ и УВ.

Рис.12.2. Клиновые ремни типаУВ:

а — сечение ремня; б — многорядный ремень с покрытием; W — ширина по нейтральному слою; То — высота; уа — расстояние между наружными и нейтральным слоями; А — угол клина ремня; l_р — длина по нейтральному слою под нагрузкой.

При работе в канавке шкива клиновый ремень прогибается и из-за эксцентричного приложения сил трения нагрузка по ширине несущего слоя (корда) распределяется неравномерно. В узких ремнях вследствие меньшей ширины прогиб ремня незначителен и нагрузка распределяется более равномерно. Вогнутые боковые поверхности узкого ремня при огибании шкива становятся плоскими, и контактная нагрузка между ремнем и канавкой распределяется более равномерно, при этом уменьшается износ и увеличивается ресурс ремня.

Клиновые ремни нормального сечения допускают скорости до 30 м/с, а узкие — до 50 м/с. Узкие ремни допускают большие натяжения и передают при той же площади сечения почти в 2 раза большие мощности.

Клиновые ремни чувствительны к попаданию на них масла, нефти и солнечных лучей. По этим причинам, а также из соображения безопасности их закрывают кожухами, имеющими вентиляцию для охлаждения.

Для передачи мощностей менее 200 кВт применяют ремни нормального сечения Б, В и Г или узкие УБ, а для передачи больших мощностей — нормального сечения Д и Е или узкие УВ. На долговечность ремней значительно влияет их скорость. Скорости для длительно действующих передач — 15—20 м/с, для кратковременной работы — 20—25, но не более 30 м/с. Для узких ремней скорости можно выбирать на 30—40% больше. Выбирая скорость ремня и зная частоту вращения двигателя, можно определить расчетный диаметр меньшего шкива d. При выходе одного из ремней из строя в многорядной передаче следует заменить весь комплект. Ремни, бывшие в употреблении, должны подбираться отдельным комплектом. При хорошем монтаже и предварительном натяжении ремней к. п. д. передачи ƞ = 0, 92-0, 97. К. п. д. клиноременной передачи зависит от отношения диаметра малого шкива di к высоте ремня Т_0.

МУФТЫ СЦЕПЛЕНИЯ.

Для сцепления и расцепления трансмиссий буровых установок применяют только специально созданные сухие фрикционные муфты. Для сцепления неподвижных элементов трансмиссий перед пуском или для выключения после остановки используют в основном зубчатые и кулачковые муфты сцепления, в качестве соединительных муфт — стандартные жесткие или упругие муфты, применяемые в общем машиностроении, и карданные валы.

⇐ Предыдущая 13 14 15 16 171819 20 21 22 Следующая ⇒