Тепловой расчет главного тормоза

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.7 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.7 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

(4.1)

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:

(4.2)

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

(4.3)

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, излучающие теплоту, П ₃ =0,03 м ²; ПВ – относительная продолжительность включения, ПВ = 0,4 0,6.

Количество теплоты, отводимой конвекцией воздуха, при вращающихся шкивах:

(3.4)

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, = 2300 Вт/(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.

Если на буровой нет проточной воды, должны быть предусмотрены соответствующие устройства для ее охлаждения или выбран другой, более щадящий, режим работы.

Заключение

Лебедка станка ЗИФ-1200МР 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.

Кинематическую связь между двигателем и лебедкой в легких установках, каким и является станок ЗИФ-1200МР, лучше осуществлять зубчатыми передачами.

В ходе проведенной работы лебедка станка ЗИФ-1200МР была рассчитана по нескольким параметрам, а именно:

· расчет передачи вращающегося момента от двигателя на лебедку;

· расчет касательных сил действующих в зацеплении;

· расчет тормозного момента и силы сжатия колодок при спуске колонны

· расчет главного тормоза на количество выделяемой теплоты.

Все расчеты удовлетворяют стандартам, утвержденным в ГОСТ 7959-74 для бурового оборудования.

Также было 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 используемой литературы

1. Техника и технология высокоскоростного бурения. – М., Недра, 1982.

2. Методика и техника разведки. Журнал №109, 1976.

3. Дунаев П.Ф., Леликов О.П. Конструирование узлов и деталей машин. – М.: Высшая шк., 1985 – 416с.

4. Иванов М.Н., Детали машин. - М.: Высшая шк., 1991 – 383с.

5. Ильский А.Л., Миронов Ю.В. Расчет и конструирование бурового оборудования. - М., Недра, 1985 – 452 с.

6. Литвиненко В.С., Шелковников И.Г. Инженерные расчеты бурового оборудования и инструмента. – Санкт-Петербургский горный ин-т. СПб, 2000. – 86с.

7. Шелковников И.Г. Прикладная буровая механика: часть 1. - Санкт-Петербургский горный ин-т. СПб, 1997. – 157с.

8. Шелковников И.Г. Прикладная буровая механика: часть 2. - Санкт-Петербургский горный ин-т. СПб, 1998. – 112с.

Дата добавления: 2015-09-06