3.2 Определение числа свеч, поднимаемых на каждой передаче и построение нагрузочной диаграммы

Для определения числа свеч, которые целесообразно поднимать на каждой из четырех передач, необходимо вначале определить установившуюся скорость подъема колонны V_k в м/с по выражению

, (7)

где k – индекс, принимающий значения 1, 2, 3 и 4 в соответствии с номером передачи редуктора;

n_ном. – номинальная частот вращения электродвигателя, об/мин;

r – средний расчетный радиус навивки каната на барабан БЛ, м;

i_т. и i_п. – передаточные отношения талевой системы (кратность полиспаста) и зубчатой передачи редуктора.

По условиям без аварийной работы скорость подъема колонн не должна превышать 1,5 м/с.

Радиус навивки зависит от диаметра барабана d_б и числа слоев и числа слоев s навивки талевого каната. Увеличение радиуса навивки при переходе к следующему ряду принято считать равным 0,935·d_к, где d_к - диаметр талевого каната. При этом расчетный радиус навивки можно вычислить по выражению

(8)

У БЛ при максимальной оснастке на барабан навивается до четырех слоев каната. При этом расчетным (средним) слоем обычно является третий слой, т.к. первый ряд на барабане постоянно заполнен талевым канатом. Поэтому в выражение (8) следует подставлять s=3. Значения d_б и d_к известны из технической характеристики подъемной системы (таблица 2).

Зная, мощность ЭД Р_ном. и установившуюся скорость подъема колонны V_k, можно определить максимально-допустимый вес груза, поднимаемый на каждой из передач по выражению

, (9)

где η = η_т·η_п;

λ_k – допустимый коэффициент нагрузки двигателя, принимаемый

- на первой передаче равным 1,15;

- на второй – 1,20;

- на третьей – 1,35;

- на четвертой - 1,45[6].

По выражению (9) подстановкой соответствующих значений η, λ_k и V_k определяются допустимые веса грузов Q₁, Q₂, Q₃ и Q₄, которые можно поднимать на первой, второй, третьей и четвертой передачах.

Начальный (максимальный) вес груза Q_макс. на крюке можно найти по выражению

Q_макс.= m·Q_св. + Q_м., (10)

где m – общее число свеч, определяемое делением проектной глубины скважины L на длину одной свечи ℓ;

Q_св. – вес одной свечи;

Q_м. – «мертвый» груз, т.е. вес талевого блока (вес крюкоблока) с незагруженным элеватором.

Уменьшив допустимый вес груза Q_k на величину Q_м., получим допустимый вес колонны труб Q_доп.. Разделив значение Q_доп. на вес одной свечи, получим допустимое начальное число свеч m₁, m₂, m₃ и m₄ на первой, второй, третьей и четвертой передачах соответственно.

Зная общее m и допустимое m_i число свеч, можно определить, на какой передаче следует начинать подъем всей колонны. Например, при m₁ >m >m₂ подъем следует начинать на первой передаче, при m₂ > m > m₃ – на второй и т.д.

Число циклов СПО на каждой передаче определяется по выражениям:

- на четвертой передаче с₄=m₄.

- на третьей передаче с₃=m₃ – m₄ (при m > m₃);

- на второй передаче с₂=m₂ - m₃ (при m > m₂) или с₂=m - m₃;

- на первой с₁=m - m₂;

После определения числа циклов на каждой из передач можно переходить к построению нагрузочной диаграммы.

Нагрузочная диаграмма ЭД БЛ представляет собой графическую зависимость изменения момента сопротивления на валу двигателя от времени.

Время подъема всей колонны определяется числом циклов (свеч) и продолжительностью одного цикла t_ц, которое в общем случае равно

t_ц = t_р + t_у + t_з+ t_в = t_м + t_в, (11)

где t_р – время разгона;

t_у - время подъема колонны с постоянной скоростью;

t_з – время замедления;

t_в – время вспомогательных операций;

t_м – машинное время перемещения одной свечи.

При построении нагрузочной диаграммы машинное время для каждой из передач можно определить приближенно по выражению

, (12)

где ℓ – длина одной свечи;

V_k – установившаяся скорость подъема на k-той передаче;

Общая продолжительность работы t_k на каждой передаче равна при этом

, (13)

где t_в - время вспомогательных операций при проектных расчетах принимается 60 – 80 с.

Полное время подъема всей колонны равно сумме

, (14)

где t₁, t₂, t₃, t₄ – времена работы на 1-й, 2-й, 3-й, 4-й передачах соответственно.

Момент сопротивления на валу двигателя изменяется от цикла к циклу и на каждой передаче определяется по выражению

. (15)

В процессе подъема на каждой передаче вес груза уменьшается от начального (максимального) Q_макс.k до минимального Q_мин.k.

Максимальный вес известен из предыдущих расчетов. Это Q_макс.. на начальной передаче (при подъеме всей колонны) и Q_k на следующих передачах. Минимальный вес определяется конечным числом свеч, поднимаемых на каждой передаче, и зависит от числа циклов c_k

(16)

Подставляя в (15) значения и для каждой из передач, можно найти наибольший и наименьший моменты сопротивления на валу двигателя. В процессе подъема на каждой передаче момент сопротивления уменьшается от до , причем от цикла к циклу момент сопротивления уменьшается на величину момента, создаваемого весом одной свечи

. (17)

Все расчеты по формулам (7) – (17) следует свести в таблицу 2.

По результатам расчетов построить в масштабе нагрузочную диаграмму, примерный вид которой приведен на рисунке 1.

Рисунок 1 – Нагрузочная диаграмма ЭД