Расчет и конструирование буровой лебедки

3.3.1. Обоснование конструктивно-кинематической схемы лебедки.

Приступая к разработке буровой установки, конструктор должен решать, какую лебедку в каждом конкретном случае целесообразней применить.

При небольшой высоте оснований и расположении лебедки на уровне пола буровой лучше применять универсальные лебедки. В случае установки лебедки ниже пола буровой – специализированные одновальные

Рис. 12. Одновальная специализированная буровая лебедка мощностью

750 кВт:

1 – станина; 2 – рычаг тормозной; 3, 6 – трансмиссии тихой и быстрой скоростей; 4 – тормоз ленточный; 5 – барабан подъемный; 7 – тормоз регулирующий электродинамический; 8 – станция управления электродинамическим тормозом

При выборе схемы лебедки следует предварительно проанализировать существующие кинематические и схемы различных лебедок и оценить их недостатки и преимущества.

Конструктивная схема лебедки определяется:

· расположением и типом передач, приводящих во вращение барабан (цепная, зубчатая или карданная);

· мощностью;

· типом двигателей;

· видом силового привода в целом;

· высотой и конструкцией оснований.

На выбор схемы лебедки влияет расстояние между осями вала главного барабана и выходного вала коробки передач, а также угол наклона передачи.

Компоновочные схемы буровых лебедок приведены на рис. 13. Наиболее простые по конструкции – одновальные лебедки с приводом главного вала через две цепные передачи непосредственно от коробки передач с двумя фрикционными муфтами сцепления для оперативного включения барабана (рис.13, а.) Эти лебедки имеют меньшую массу по сравнению с двух- и трехвальными (рис.13, б, в, г, д), что облегчает монтаж, демонтаж и транспортировку очень мощных лебедок.

В лебедках средней мощности, масса которых не затрудняет монтажа и транспортировки, некоторое усложнение конструкции за счет совмещения главных и вспомогательных функций вполне оправдано. Поэтому их можно выполнять универсальными двух- и трехвальными, а при необходимости и двухвальными с дополнительным барабаном (см. рис. 13, б, г).

Рис. 13. Схемы буровых лебедок:

1 – регулирующий тормоз; 2, 8 – муфты фрикционные быстрой и тихой скоростей; 3 – трансмиссия привода ротора; 4, 7 - трансмиссия быстрой и тихой скоростей привода подъемного вала лебедки; 5 – барабан лебедки; 6 – станина; 9 – коробка передач; 10 – трансмиссия силового привода; 11, 12 - валы трансмиссионный и катушечный; 13 – барабан тартальный

Выбор схемы лебедки должен базироваться на анализе существующих схем различных лебедок и оценке их преимуществ и недостатков.

Рассмотрим кинематические схемы лебедок.

Кинематическая схема лебедки БУ 2500 ДГУ (рис.14) весьма разветвлена, что обусловливает громоздкость компоновки, наличие большого количества силовых элементов, расходующих свой ресурс во время работы, а также большие энергетические потери из-за низкого КПД.

Компоновка привода БУ 2500 ЭУ (рис. 15) несколько проще, однако в этой установке применен маломощный электродвигатель в приводе лебедки; имеется цепная передача и индукционная муфта скольжения, что также обуславливает большие энергетические потери при работе.

На рис. 16, 17 представлена схема лебедки ЛБУ-1100ЭТ-3А производства Уралмашзавода.

Буровые лебедки серии "ЭТ" (электрический привод и торможение электродвигателем), по сравнению с традиционными лебедками с цепными передачами, имеют следующие преимущества.

1. В лебедках серии "ЭТ" отсутствуют:

- цепные передачи;

- шинно-пневматические муфты;

- вспомогательный тормоз (электромагнитный, электрический индуктивный, гидродинамический);

- ленточный тормоз;

- рукоятка управления тормозом.

2. Лебедки имеют уменьшенные габаритные размеры, а их масса меньше на 20…30% по сравнению с лебедками с цепными передачами.

3. Лебедки имеют идеальную подъемную характеристику, регулирование скорости подъема и спуска осуществляется на 100%.

4. Привод регулируемый. Электродвигатель (электродвигатели) главного привода может быть как постоянного, так и переменного тока. Электродвигатель лебедки может использоваться в режимах:

- приводного электродвигателя, при подъеме бурильной колонны;

- тормозной машины, при спуске бурильной колонны;

- регулятора подачи долота, при бурении.

Рис. 14. Кинематическая схема лебедки БУ 2500 ДГУ

Рис. 15. Схема лебедки БУ 2500 ЭУ

Рис. 16. Лебедка ЛБУ 1100ЭТ- 3

Рис. 17. Кинематическая схема лебедки ЛБУ-1100-ЭТ-3

Применение талевой системы с двумя тяговыми струнами в современных конструкциях лебедок (рис. 18) равнозначно применению двух талевых систем с уменьшенным в два раза передаточным числом оснастки полиспаста

При тех же самых нагрузках на крюке усилия в канатах остаются такими же, как и при простой оснастке. Однако, при сохранении скоростного режима подъема и спуска на уровне существующего, необходимо уменьшить частоту вращения подъемного вала в два раза, и, так как, на барабан одновременно должны навиваться две тяговые струны, то крутящий и тормозной момент на подъемном валу лебедки возрастут в два раза.

В результате, за счет изменения динамических характеристик подъемного агрегата увеличивается срок службы каната.

Рис. 18. Кинематическая схема двухстороннего подъемного агрегата с приводом от электродвигателей постоянного тока для талевой системы с двумя тяговыми струнами (последовательная работа планетарных вставок)

3.3.2. Расчет мощности двигателя и определение основных параметров подъемного агрегата.

Мощность, требуемую на барабане лебедки, определяют по формуле_:

,

где G_ТС – сила тяжести подвижной части талевой системы, Н;

V_{кр р} – расчетная скорость подъема крюка (0,4 ÷ 0,5 м/с); Q_{БК max} – максимальная сила тяжести бурильной колонны в, Н.

Мощность двигателей привода подъемного механизма определяется по формуле

где η_тр – КПД трансмиссии подъемного агрегата.

Последовательность расчета параметров подъемного агрегата:

1. Определение диаметра и длины барабана.

2. Определение расчетного диаметра навивки.

3. Расчет максимальной частоты вращения барабана и частоты вращения при подъеме допускаемой нагрузки.

4. Построение тяговой характеристики.

Исходные данные зависимости и результаты расчеты параметров подъемного агрегата представлены в табличной форме. В табл. 8 приведен пример расчета подъемного агрегата со спаренной талевой системой (рис. 19).

Таблица 8

№	Наименование параметра	Единицы измерения	Условное обозначение	Способ определения	Численное значение
	Максимально допустимая нагрузка на крюке	кН	Qкр мах	принимаем
	Вес подвижных частей талевой системы	кН	Qтс	принимаем
	Максимальная расчетная нагрузка	кН	Fmax	Fmax = (Qкр мах + Qтс)
	Тип оснастки талевой системы	–	–	принимаем	4х5
	Число шкивов талевого блока	–	n	–
	Передаточное число талевой системы	–	uтс	–
	КПД шкива	–	η	принимаем	0,98
	КПД талевого механизма	–	ηтс		0,95
	Натяжение тяговой (ходовой) струны	кН	Fk max
	Диаметр каната	мм	dk	принимаем
	Расчетная скорость подъема	м /с	Vp	принимаем	0,4
	Максимальный сила тяжести бурильной колонны	кН	FБК max	принимаем
	Мощность на барабане лебедки	кВт	РБ	принимаем	446,3

продолжение таблицы 8

№	Наименование параметра	Единицы измерения	Условное обозначение	Способ определения	Численное значение
	Максимальная скорость подъема	м /с	Vmах	принимаем	1,5
	Минимальная скорость подъема	м /с	Vmin	принимаем	0,15
	Диапазон регулирования скоростей подъема	–	RV
	Диаметр барабана лебедки	мм	DБ	DБ=24 dk принимаем
	Длина свечи	м	Lсв	принимаем	18 ÷ 22
	Число несвиваемых витков каната в первом слое навивки при СПО	–	zнсв	принимаем
	Требуемая канатоемкость барабана: - Lсв = 18 м - Lсв = 22 м	м	Lк	Lк= Lсв 2 uтс + +2 zнсв π (DБ + dк)	203,2 235,2
	Коэффициент навивки каната	–	αн	–	0,87
	Диаметр навивки: - по первому слою - по второму слою - по третьему слою	мм	D1 D2 D3	D1 = DБ + dк D2 = D1 + αн dк D3 = D2 + αн dк	652,3 676,6

продолжение таблицы 8

№	Наименование параметра	Единицы измерения	Условное обозначение	Способ определения	Численное значение
	Число витков каната в каждом слое (при трехслойной навивке): - Lсв = 18 м - Lсв = 22 м	–	z
	Длина барабана при трехслойной навивке: - Lсв = 18 м - Lсв = 22 м	мм	LБ	LБ = z(dк + 2)   принимаем
	Расчетный диаметр навивки	мм	Dр	Dр = (D1 + D2+ D3) / 3
	КПД редуктора	–	η р	–	0,96
	КПД барабана	–	η Б	–	0,97
	Требуемая мощность двигателя	кВт	Pдв		456,4
	Максимальная частота вращения барабана (при Vмах =1,5 м/с)	об/мин	n Б мах		175,84
	Частота вращения барабана при подъеме максимально допускаемой нагрузки (Vмin = 0,15 м/с)	об/мин	n Б мin		17,6

Рис. 19. Кинематическая схема подъемного агрегата с двумя тяговыми концами каната буровой установки БУ 5000/320

Дата добавления: 2015-09-06