Розрахункове навантаження

Кронблоки

Кронблоки встановлюють на наголовнику бурових вишок. Вони є нерухомою частиною талевого механізму. Конструкції кронблоків залежать від типу вишок, які використовуються, і розрізняються за числом шківів, вантажопідйомністю, і за конструктивною схемою. Шківи кронблоку обертаються на нерухомих осях, розміщених співосно (рис. 9.1, а, б, в) або не співосно (рис. 9.1, г, д). При неспівосній схемі вісь шківа, що використовується для ходової струни талевого канату, розміщується перпендикулярно до осей інших шківів. Співосне розміщення шківів зумовлене схемою оснащення талевого механізму, яка забезпечує можливість переміщення талевого блоку вздовж свічки при використанні комплексу АСП для механізованої розстановки свічок. Число шківів і вантажопідйомність кронблоків вибирають залежно від допустимого навантаження на гаку.

Рисунок 9.1 — Конструктивні схеми кронблоків

На рис. 9.2 наведена типова конструкція кронблоку з спів-осним розміщенням шківів. На зварній рамі 1 в роз'ємних опорах 2 і 5 встановлені дві секції 4 і 7 шківів. Рама зварена з поздовжніх і поперечних балок, виготовлених з прокату високої якості. Ось і в опорах запобігаються від провертання дюбелями 6. Підвісний блок 3 використовується для допоміжних робіт.

Рисунок 9.2

Кожна секція (рис. 9.3) складається з осі 1, на яку встановлені шківи 4, які обертаються на підшипниках кочення 2. Залежно від вантажопідйомності кронблоку шківи встановлюють на двох роликових або здвоєних підшипниках з конічними роликами. Останні мають загальне зовнішнє кільце і два внутрішніх. Між підшипниками сусідніх шківів на осі є розпірні кільця 7, завдяки яким виключається тертя ступиць сусідніх шківів, які обертаються з різною частотою. Між зовнішніми кільцями роликопідшипників в ступицях шківів встановлюються розрізні пружинні кільця 3, а на осі — розпірні кільця 5 з проточкою і отворами для виходу змазки до підшипників. Через мастильниці 11, поздовжні 8 і радіальні 6 отвори в осі змазка подається ручним насосом в порожнину між кільцями 3 і 5 підшипників шківа.

Для збереження змазки і захисту підшипників від забруднення використовуються фланцеві кришки 9, закріплені на ступицях шківів. В інших конструкціях для цього використовуються лабіринтні ущільнення, які складаються з кілець, запресованих в ступицю і які входять в кільцевий паз ступиці сусіднього шківа. Осьові зазори підшипників регулюються гайкою 12, яка запобігається від відкручування гвинтом 10 або стопорною шайбою.

Шківи і підшипники кронблоків зношуються нерівномірно. Досвід показує, що найбільшого зношення зазнають підшипники і канавки шківа, який обгинається ходовою струною талевого канату, і сусідніх з ним швидкообертових шківів. Секційне розміщення шківів дозволяє забезпечити їх рівномірне зношення шляхом повороту кожної секції на 180 градусів або їх перестановки, якщо число в секціях однакове. Завдяки цьому збільшується час служби кронблоку.

Секції шківів закриваються кожухом. Для запобігання вискакуванню каната з канавки шківа зазор між шківами і кожухом не повинен перевищувати 0.15 діаметра каната. При великих зазорах канат може зіскочити і опинитись затягнутим між суміжними шківами. В результаті цього частина робочих струн розвантажується, а через перевантаження струн, які залишились в роботі, може відбутись обрив каната.

Рисунок 9.3 — Секція кронблоку

Рисунок 9.4 Трьохсекціний кронблок

На рис. 9.4 показано трьох секційний кронблок з напіввісним розміщенням секцій, який відрізняється від попередньої конструкції тим, що ходовий шків 1 знаходиться на окремій опорі 2, встановленій на верхній полиці рами 3.

Технічна характеристика кронблоків наведена в табл. 9.1.

9.3 Талеві блоки

В талевому блоці число шківів на одиницю менше, ніж в парному з ним кронблоці. На відміну від кронблоку талевий блок не сприймає навантаження від натягу ходової і нерухомої струн каната, тому вантажопідйомність його менша, ніж кронблока. Маса талевого блоку повинна бути достатньою для забезпечення необхідної швидкості його спуску, в зв'язку з чим талеві блоки масивніші від кронблока, хоча число шківів і вантажопідйомність останнього більша. Талеві блоки виготовляють одно- і двохсекційними. Вони призначені відповідно для ручної розстановки свічок і для роботи з комплексом АСП. Двохсекційні талеві блоки при необхідності можуть бути використані для ручної розстановки свічок.

Рисунок 9.5 — Односекційний талевий блок

Односекційний талевий блок (рис. 9.5) складається з двох щік 1 з привареними накладками 2, які виготовлені із стального листа. Щоки, які з'єднуються траверсою 11 і двома болтовими стяжками 4, утворюють раму талевого блоку. Між траверсою і стяжками в щоках є розточка для осі 6 шківів. Вісь кріпиться в щоках двома гайками 12, які запобігаються від розкручування стопорною планкою 7. Шківи 9 на осі талевого блоку встановлюються на підшипниках кочення 8 подібно до шківів кронблоку. Для запобігання вискакування каната з канавки шківів на стяжках 4 закріплений нижній кожух 3. З зовнішньої сторони шківи закриваються кожухами 10 з прорізами у верхній частині, які призначені для виходу каната.

Кожухи талевого блоку виготовляються з листової сталі або литими. Перевагу віддають литим кожухам, які мають більшу масу, завдяки якій зростає швидкість спуску незавантаженого талевого блоку. На нижніх витягнутих кінцях є отвори для осей, які з'єднують талевий блок безпосередньо з корпусом гака. Для з гаками, які мають стропи, талеві блоки оснащуються сергою, яка знаходиться в отворах кронштейнів, приварених до нижніх кінців щок. Серга талевого блоку заводиться під строп гака і кріпиться в отворах кронштейнів за допомогою пальців. підшипники змащуються пружинними мастильницями через отвори 5 в осі шківів талевого блоку.

Двохсекційний талевий блок (рис. 9.6) складається з трьох блочної 2 і двохблочної 5 секцій, з'єднаних жолобом 3, який направляє талевий блок при його переміщенні вздовж свічки. Для розстановки свічок на два підсвічники, розміщених біля протилежних граней бурової вишки, замість жолоба використовується поворотна муфта. Установка шківів 1 на осях, кріплення осей в щоках кожної секції, змащування підшипників і їх охорона від забруднення, а також кожухи 10 шківів виконані за аналогією з раніше розглянутими конструкціями кронблоків і талевих блоків.

Рисунок 9.6 — Двосекційний талевий блок

Рисунок 9.6— продовження

В щоках секцій талевого блоку встановлені дві паралельні осі 6 для підвішування траверси 7. Одночасно осі 6 служить для жорсткого з'єднання секцій талевого блоку. В траверсі встановлений стакан 14 на упорному шарикопідшипнику 13. До стакана на двох валиках 8 підвішена скоба підвіска 9 з вушками для стропів автоматичного елеватора, який використовується в ком-плексі АСП. При ручній розстановці свічок у вушка скоби 9 підвішуються петлеві стропи для роботи із звичайними елеваторами. В процесі буріння скоба використовується для підвішування вертлюга. Положення скоби фіксується замком 12.

На відміну від талевих блоків, що використовуються для ручної розстановки свічок, в розглядуваній конструкції є додатковий кожух 11 для захисту від можливих ударів і гумовий буфер 4, на який при підйомі талевого блоку лягає центратор комплексу АСП. В інших конструкціях двохсекційних талевих блоків щоки кожної секції з'єднуються осями, на яких встановлюються спеціальні підвіски з вушками для стропів автоматичного елеватора або трирогого гака (У4-300, УТБА-6-400).

Технічна характеристика талевих блоків наведена в табл. 9.2.

9.4 Шківи кронблоків і талевих блоків

Шківи кронблоків і талевих блоків мають однакову конструкцію і розміри. Діаметр шківа, профіль і розміри канавки суттєво впливають на строк служби і витрату талевих канатів. Втомна довговічність каната зростає із збільшенням діаметра шківів, так як при цьому зменшуються повторно-змінні напруження, які виникають в канаті при огинанні шківів. В бурових установках діаметри шківів обмежуються габаритами вишки і зручністю робіт, пов'язаних з винесенням свічок на підсвічник. На основі вивчення вітчизняного і зарубіжного досвіду констру-ювання і експлуатації бурових установок встановлено, що оптимальне значення діаметра шківа визначається з умови

(9.2)

де — діаметр шківа по дну канавки;

— запас міцності каната;

— діаметр каната.

Канавка шківа має -подібний профіль з круглою ложею, яка забезпечує канату достатню опорну поверхню. Радіус ложа канавки вибирають залежно від діаметра каната:

(9.3)

При значному збільшенні радіуса ложа канавки опорна поверхня каната зменшується і в результаті зростаючих контактних тисків знижується термін його служби. Тому діаметр каната повинен відповідати прийнятому його значенню в типорозмірі шківа, що використовується. Для усунення передчасного зношення профіль канавки шківів повинен забезпечити безперешкодне набігання і збігання каната. Дотик каната до стінок канавки шківа супроводжується тертям, зумовленим різницею лінійних швидкостей каната і контактуючих з ним бокових стінок канавки.

Для нормальної роботи каната кут розвалу стінок каната повинен бути більшим за кут відхилення каната від площини обертання шківа (рис. 9.7). Відхилення робочих струн талевого каната від площини обертання шківів зумовлене оснащенням талевої системи і зміщенням вільно підвішеного талевого блоку відносно кронблоку внаслідок різниці в числі шківів, встановлених на талевому блоці і кронблоці. Кути відхилення робочих струн каната від площини обертання шківів збільшуються по мірі піднімання талевого блоку і досягають максимальної величини в крайньому верхньому положенні талевого блоку.

Ходова струна відхиляється від площини обертання шківа в результаті переміщення каната вздовж барабана лебідки. Максимальний кут відхилення ходової струни визначається довжиною барабана і відстанню між осями барабана і кронблоку. Кут відхилення нерухомої струни залишається незмінним і залежить від положення механізму для кріплення каната відносно нерухомого шківа кронблоку.

Досвід експлуатації показує, що кут розвалу стінок канавки , що рекомендується в загальноприйнятих нормах, не задовольняє умови роботи талевих канатів. Бокові стінки канавки шківів, виготовлені за цими нормами, інтенсивно зношуються через недостатній кут розвалу. В зв'язку з цим шківи талевих блоків і
кронблоків мають кут розвалу стінок канавки 50 градусів проти 40-45 градусів за ОСТ 24-191-01. Основні параметри і розміри шківів талевих механізмів наведені на рис. 9.8 і в табл. 9.3.

Канавка шківа піддається поверхневому гартуванню до твердості HRC ³ 45 на глибину не меншою ніж 3 мм. Радіальне биття канавки шківа не повинне перевищувати двох міліметрів. Зміщення осі симетрії канавки від середньої площини шківа не більше 2 мм.

Для підвищення довговічності канатів канавки шківів футеруються пластмасами, які мають достатню зносостійкість і опір контактним тискам. Дослідно-промислові випробування футерованих шківів на бурових установках показали, що внаслідок зниження контактних напружень в зовнішніх дротинах нарощення талевих канатів значно зростає.

Рисунок 9.7 — Схема для визначення кута

розвалу стінок канавки шківа залежно від кута

відхилення канату від плоскості обертання шківа

Рисунок 9.8 — Шків талевих механізмів

9.5 Гаки і спеціальні підвіски

Гаки і інші спеціальні підвіски, які приєднуються до талевого блоку, призначені для:

підвішування вертлюга і бурильної колони при бурінні свердловини;

підвішування з допомогою стропів і елеватора колон бу-рильних і обсадних труб при спуско-підіймальних операціях;

підвішування і переміщення на площадці бурових тяжкого обладнання при монтажно-демонтажних роботах і інструмента при бурінні свердловини.

Гаки використовуються при ручній розстановці свічок. При роботі з комплексом АСП гаки замінюються спеціальними підвісками. В сучасних бурових установках застосовуються трирогові гаки, які відрізняються вантажопідйомністю. Конструкції бурових гаків суттєвих відмінностей не мають.

Гак (рис. 9.9) складається з литого корпуса 9 і власне гака 12. В трирогових гаках основний ріг 1 використовується для підвішування вертлюга, а два бічних рога 13 — для стропів елеватора. Корпус з'єднується з гаком з допомогою стовбура 11, встановленого в пустотілому стакані 10 на пружинах 6, затягнутих гайкою 5. Стакан спирається на упорний шариковий підшипник 7 і може повертатись відносно корпуса. Гайка стовбура має поздовжні пази під направляючі планки, приварені до верхнього торця стакана. Завдяки цьому разом із стаканом повертається стовбур з гаком, що дозволяє запобігти талевий канат від закручування при повертанні гака.

Рисунок 9.9 — Трирогий крюк

В процесі буріння гак відносно корпуса фіксується стопором 4, вмонтованим в напівхомути стопорного пристрою 3, нерухомо закріпленого у зовнішній кільцевій проточці нижньої частини стакана. Від саморозкручування стовбур запобігається стопорною планкою 14, встановленою в радіальних пазах стовбура. Пружина 6 складається з двох секцій і працює на стиск. Хід пружини і її вантажопідйомність при вибраному ході забезпечують необхідне при відкручуванні при підняття свічки на висоту замкової різьби. При навантаженнях, які перевищують вагу однієї свічки, пружина стискується до упору торців гайки і стакана. В гаках КТБ-4-140Бр замість стовбура використовуються безрізьбові підвіски.

Власне гаки виготовляються литими з високоміцних стальних відливок або пластинчатими з легованих термічно оброблених листових сталей. Пластинчаті гаки вперше були використані в бурових установках Уралмашзаводу. Пластини крюка з’єднуються скобами з потайними головками. В зеве гака 1 встановлюється фасонний вкладиш із литої сталі, забезпечуючий цілісність пластин і плавність прилягання контактуючої поверхні стропа вертлюга і зева гака.

Бокові роги 13 встановлені на осі, запресовані в розточку пластин. Зев основного рогу закривається автоматично при запуску стропа вертлюга в результаті повороту підпружинного зажиму 2. Бокові роги закриваються відкидними скобами. Вантажопідйомність бічних ріг гака в більшості випадків вища за вантажопідйомність основного рога. В гакоблоках гак з'єднується зі щоками талевого блоку за допомогою осей 8, встановлених в кишенях його корпусу і закріплених стопорними планками. Талеві блоки з сергою з'єднуються з гаком за допомогою стропа, встановленого на осях в кишенях гака.

При роботі з двохсекційними талевими блоками бурильна колона при спуско-підіймальних операціях підвішується до автоматичного елеватора, який в комплексі АСП замінює гак. В процесі буріння свердловин вертлюг приєднується до автома-
тичного елеватора за допомогою додаткової підвіски (див. рис. 8.4).

Технічна характеристика гаків

Типорозмір гака	УК-225	У5-300	КТБ-4-140Бр
Вантажопідйомність основного рога, т	.225
Вантажопідйомність бічних ріг, т
Підвіска гака до талевого блоку	Блочна	Два петельних стропа	Блочна
Тип різьби стовбура	Спеціальна	Трапецеїдальна	Без різьби
Діаметр, мм:
різьби стовбура	180х20	220х20
осі
зіва гака під вертлюг
зіва бічних ріг
Номер упорного підшипника
Робочий хід пружини, мм
Вантажопідйомність пружини гака, т: на початку робочого ходу	3,7	4,6	1,7
при вибраному ході пружини		12,25
Габарити, мм: за бічними рогами
ширина за корпусом гака
висота
Маса, т	2,9	4,8	1,4

9.6 Пристрої для кріплення нерухомої струни талевого каната

В талевих механізмах застосовують пристрої для кріплення нерухомої струни талевого каната декількох типів. Поряд з основним призначенням ці пристрої забезпечують зручність і швидку заміну і перепуск талевого каната.

Механізми для кріплення нерухомої струни талевого каната (рис. 9.10) розрізняються за вантажопідйомністю і складаються з станини 1, на якій знаходиться важіль 4 з віссю 7 і підшипником кочення 8. На важелі встановлені конічний барабан 6 і зажими 3 для кріплення талевого каната 5. Завдяки обертанню конічного барабана в підшипнику 10, розміщеного на осі 9, канат без ковзання, легко і швидко переміщується по барабану, що дозволяє скоротити час, який затрачається на зміну і перепуск каната. Планки 12, закріплені на важелі, утримують витки каната від перехрещування при обертанні барабана.

Після заміни і перепусків каната барабан жорстко з'єднується з важелем за допомогою стопорного пальця 11, а вільний кінець каната кріпиться в затискачах 3. В результаті цього утворюється важіль, відносно осі 7 якого на плече а діє рухома сила від натягу нерухомої струни каната, а на плече — сила опору, яка сприймається датчиком ваги 2, встановленим між важелем і станиною.

Рисунок 9.10 — Механізм для кріплення нерухомої струни талевого
канату

За умовою рівноваги діюче на датчик зусилля зменшується пропорційно відношенню плечей важеля:

Перенос місця встановлення датчика ваги з нерухомої струни каната в пристрій для кріплення її дозволяє прискорити заміну і перепуск каната за рахунок усунення операцій, пов'язаних із зняттям і встановленням датчика ваги (які виконуються у випадку його розміщення на нерухомій струні).

Технічна характеристика пристроїв для кріплення нерухомої струни талевого каната, які використовуються у вітчизняних бурових установках, наведена в табл. 9.4.

9.7 Oснащення талевих механізмів

Правильний вибір кратності і схеми оснащення талевого механізму має важливе значення. Від кратності оснащення залежать діаметр і довжина каната, який використовується, кінематика і завантаженість всієї підйомної частини бурового комплексу, яка включає талевий механізм, бурову лебідку і її привід. Із збільшенням кратності оснащення зменшуються зусилля в струнах каната і пропорційно зростає довжина каната, необхідна для підйому талевого блоку на задану висоту. При зниженні зусиль в струнах каната можна зменшити його діаметр і відповідно діаметри барабана лебідки і шківів талевого блоку і кронблоку.

Але при збільшенні довжини каната зростає необхідна канатоємність барабана. Ріст числа перегинів на шківах, який викликається збільшенням кратності оснащення, можна компенсувати деяким підвищенням запасу міцності каната, що більш суттєво впливає на його втомну міцність, ніж число перегинів.

Швидкості підйому гака (в м/с) визначаються за формулою

де — частота обертання вала двигуна лебідки, об/хв;

— середній діаметр навивки каната на барабан лебідки, м;

— кратність оснащення талевої системи;

— передаточне число трансмісії (від вала двигуна до лебідки).

З наведеної формули маємо

Як видно, необхідне передаточне число трансмісії бурової лебідки зменшується із збільшенням кратності оснащення талевої системи. Завдяки меншому редуціюванню спрощується конструкція і зменшується металоємність трансмісії. Важливо також відмітити, що із збільшенням кратності оснащення зменшуються згинальні і крутні моменти, які діють на деталі підйомного механізму, розміщеними між лебідкою і двигунами, і зростають запас щеплення фрикційних муфт і запас гальмування стрічкового гальма лебідки, що сприятливо впливає на термін їх служби. Тому при виборі кратності оснащення слід не тільки виходити з міцності каната, але і враховувати вплив кратності оснащення на конструктивні і експлуатаційні якості всього підйомного механізму бурової установки.

Послідовність обтинання канатом шківів кронблока і талевого блока визначається схемою оснащення талевого механізму. Розрізняють паралельну і хрестову схему оснащення. При паралельному оснащенні осі кронблока і талевого блока розміщуються в просторі паралельно, а при хрестовому — перехрещуються під кутом 90 градусів. Кращою є хрестова схема оснащення (рис. 9.11), при якій ходова струна каната розміщується на се-редньому шківу кронблока і тому забезпечується більш рівномірне і щільне навивання каната на барабан лебідки.

Рисунок 9.11 —Розгорнута схема і послідовність оснащення талевого механізму

При паралельному оснащенні ходова струна розміщується на одному з крайніх шківів кронблоку, що погіршує намотування каната через порівняно велику різницю кутів відхилення каната від площини обертання ходового шківа в крайніх положеннях каната на барабані лебідки. Досвід показує, що при хрестовому оснащенні значно зменшуються розхитування ненавантаженого талевого блоку при спуско-підіймальних операціях, а також момент від сил пружності каната, який викликає закручування талевого блоку.

Розрахункове навантаження

Деталі і вузли талевого механізму розраховуються на міцність за найбільш небезпечними навантаженнями, які включають максимальне робоче навантаження і власну вагу рухомих частин талевого механізму. Максимальне робоче навантаження обмежується допустимим навантаженням на гак, яке регламентується для кожного класу бурових установок (див. рис. 2.1).

З врахуванням власної ваги рухомих частин талевого механізму розрахункові навантаження складають:

для деталей гака

для деталей талевого блоку

для деталей кронблоку

Тут — розрахункові навантаження для гака, талевого блоку і кронблоку;

— допустиме навантаження на гак;

— вага стропів, елеватора, гака і талевого блоку;

— вага рухомих частин талевого механізму.

В проектувальних розрахунках вага рухомих частин талевого механізму приймається залежно від оснащення і діаметра каната. На основі статистичних даних Уралмашзаводу встановлені середні значення ваги рухомих частин талевого механізму, які забезпечують достатню швидкість опускання незавантаженого елеватора (табл. 9.5).

Таблиця 9.5 — Розрахункові значення ваги рухомих частин талевого
механізму

Діаметр каната, мм	Вага рухомих частин талевого механізму (в кН) при оснащенні
4 х 5	5 х 6	6 х 7
		—	—
			—
	—
	—	—

Різниця між фактичними і табличними значеннями ваги рухомих частин талевого механізму суттєво не впливає на результати розрахунків. Вага рухомих частин талевого механізму залежно від допустимого навантаження на гак

(9.4)

Розрахунки на витривалість проводиться за еквівалентними навантаженнями

де — коефіцієнт еквівалентності (довговічності);

— розрахункове навантаження.

Для деталей талевого механізму (за виключенням підшипників) коефіцієнт еквівалентності = 0.5.

Коефіцієнти запасу статичної міцності [ ] і на витривалість [ ] повинні бути не меншими таких допустимих значень: [ ] = 1,7; [ ] = 3,5.

Частота обертання шківів залежить від швидкості гака і числа струн каната від нерухомого шківа до шківа талевого механізму, що розглядається:

(9.6)

де — частота обертання і -го шківа;

— швидкість гака, м/с;

— число робочих струн від нерухомого до і -го шківа;

— діаметр шківа, м.

Підшипники талевого кронблоку розраховують і вибирають за навантаженням і частотою обертання ходового шківа, який є найбільш навантажений. Розрахункова довговічність підшипників приймається рівною 3000 год. при умовній частоті обертання 100 об/хв.

Дата добавления: 2015-10-24