Читайте также: |
|
При спуске бурильной колонны в процессе проводки скважин выделяется значительное количество энергии, которая должна поглощаться тормозной системой буровой лебедки. При торможении эта энергия превращается в теплоту, которая вызывает сильный нагрев тормозных колодок и шкивов и приводит к их быстрому изнашиванию. Одновременно с повышением температуры тормозных шкивов и колодок уменьшается коэффициент трения, что заставляет бурильщика увеличивать усилие на тормозном рычаге и тем самым повышать нагрузку на колодки, что ускоряет их износ.
При эксплуатации буровых лебедок без регулирующего тормоза тормозные колодки иногда срабатываются в течение одного двух спусков бурильной колонны.
В процессе спуска происходит постоянное чередование периодов торможения и спусков колонны, периодов подъема, не нагруженного элеватора и периодов пауз, причем вес спускаемой колонны за каждый цикл увеличивается на вес одной свечи.
На рис.12 приведен схематический график работы тормоза буровой лебедки при спуске колонн. Время цикла равно сумме времени торможения при спуске, времени пауз (обработка свечей) и времени подъема ненагруженного элеватора . Заштрихованные площади треугольников , , …, соответствуют работе торможения за каждый цикл (Дж).
Главные тормоза рассчитывают на нагрев по количеству выделяемой теплоты при спуске на длину свечи колонны наибольшего веса.
Рис.10. График нагрева тормоза при спуске колонны:
- работа торможения; - температура; - время; - продолжительность остановки; - время подъема ненагруженного элеватора; - время торможения; - время цикла спуска свечи
Меньший вес бурильной колонны в предыдущий момент спуска в расчете не учитывают.
Количество работы, которое должна поглотить тормозная система при спуске колонны на длину одной свечи (Дж), равно
(5.1)
где - длина свечи, = 14 м; - натяжение ведущей струны при спуске, определяемое по формуле:
,
где - максимальная нагрузка на крюке при спуске, - вес подвижных частей талевой системы, = 100 Н;
,
Таким образом, .
Так как величины коэффициентов теплоотдачи приведены к единице времени 1 с, условно можно принять, что количество выделяемого в тормозе тепла за 1 час будет равно:
(5.2)
где z – число свечей, спускаемых за 1 чаc, z = 4;
Следовательно:
.
При установившемся тепловом состоянии вся выделяемая теплота во время торможения отдается в окружающую среду и воде, подаваемой для охлаждения, т. е. должно равняться
(5.3)
где:
Количество излучаемой теплоты:
где - коэффициент излучения от полированной поверхности тормозного шкива площадью П 1, = 2 3 Вт/(м2К); - коэффициент излучения от шероховатой поверхности тормозного шкива площадью П 2, = 8 12 Вт/(м2К); П 1 и П 2 – площади поверхности шкива, излучающие теплоту, П 1 =0,09 м 2 и П 2 =0,09 м 2; - температура нагрева шкива, = 60 – 80 0С; - температура окружающей среды, =20 – 35 0С.
Получаем:
Количество теплоты, отводимой конвекцией воздуха при не подвижном шкиве:
где - коэффициент теплоотдачи от неподвижного шкива воздуху, = 12 25 Вт/(м2К); П 3 – площади поверхности шкива, отводящей теплоту конвекцией, П 3 =0,03 м 2; ПВ – относительная продолжительность включения, ПВ = 0,4 0,6.
Количество теплоты, отводимой конвекцией воздуха, при вращающихся шкивах:
(5.4)
где - площадь боковых кольцевых поверхностей шкивов, = 0,735 м 2; - коэффициент теплоотдачи кольцевых поверхностей вращающихся тормозных шкивов, , где - скорость соответствующих кольцевых поверхностей, = 1,6 м/с, , следовательно:
Количество теплоты, отводимой водой охлаждения:
(4.5)
где - коэффициент теплоотдачи от тормозных шкивов к воде, = 2,3 кВт/(м2К); - температура отводимой воды, = 60 85 0С; - площадь поверхности шкива, омываемого водой, = 0,065 м 2,
Таким образом, главный тормоз рассчитывается на поглощение всей теплоты, выделяющейся при спуске колонн. Чтобы предотвратить перегрев нужно рассчитать какое же количество воды необходимо подавать для охлаждения тормозных шкивов:
(4.6)
где с р – теплоемкость воды, с р = 4,185 кДж/(кгК); - температура подводимой воды, = 15 20 0С.
Следовательно, получаем:
Так как мощность торможения по мере спуска бурильной колонны изменяется и к концу спуска достигает наибольшего значения, то количество воды, необходимой для охлаждения в разные периоды работы, может быть различно.
Заключение
Лебедка станка ЗИФ-650М осуществляет регулирование скорости спуска и полную остановку крюка на всей длине его хода. Спуск и подъем бурильных колонн производят много раз, все операции повторяются систематически в строго определенной последовательности, а нагрузки на лебедку при этом носят циклический характер. При подъеме крюка мощность подводится к лебедке от двигателей, а при спуске, наоборот, тормозные устройства должны преобразовать освободившуюся энергию в теплоту. Для лучшего использования мощности во время подъема крюка с переменной по величине нагрузкой приводы лебедки многоскоростной. Лебедка переключается с больших скоростей подъема на малые и обратно, обеспечивая плавное включение с минимальной затратой времени на эти операции.
Канат на барабан лебедки станка при спуске и подъеме в зависимости от нагрузки, скорости крюка и кратности оснастки талевой системы должен навиваться и свиваться с различными скоростями. Скорость наматывания каната на барабан при подъеме колонн наибольшего веса должна быть в пределах 3—5 м/с, а при подъеме незагруженного элеватора 12—20 м/с. Высокие скорости ухудшают условия намотки каната на барабан и не дают существенного выигрыша во времени при подъеме. Наибольшая скорость разматывания каната при спуске бурильных колонн не должна превышать 30 м/с, наименьшая — при спуске обсадных колонн до 2 м/с.
В данной работе были рассчитаны ряд особенностей лебедки станка, а также выяснено, что для предотвращения перегрева лебедки надо сделать специальный канал для подвода охлаждающей жидкости – воды. Если же на буровой не будет проточенной воды, то нужно изменить скорость спуска КБТ, чтобы предотвратить перегрев главного тормоза, тем самым избежать серьезной аварии.
Список литературы
1. Ильский А.Л., Миронов Ю.В. Расчет и конструирование бурового оборудования. - М., Недра, 1985 – 452 с.
2. Шелковников И.Г. Прикладная буровая механика: часть 1. - Санкт-Петербургский горный ин-т. СПб, 1997. – 157с.
3. Шелковников И.Г. Прикладная буровая механика: часть 2. - Санкт-Петербургский горный ин-т. СПб, 1998. – 112с.
4. Буровой агрегат ЗИФ—650М. Руководство по эксплуатации. Внешторгиздат. М., – 32 с.
5. Кирсанов А.Н., Зиненко В.П., Кардыш В.Г. Буровые машины и механизмы. – М., Недра, 1981 – 447 с.
Дата добавления: 2015-09-06; просмотров: 198 | Нарушение авторских прав
<== предыдущая страница | | | следующая страница ==> |
Технические характеристики колодочного тормоза станка ЗИФ-650 М | | | Введение |