11 Электропривод лебедок серийных буровых установок

Буровая лебедка с ее электроприводом ис­пользуется только для подъема и опускания бурильных труб, причем для подъема труб служат приводные двигатели, а для торможения при опускании-вспомогательные тормоза или - приводные двигатели.

Поскольку время работы привода ле­бедки при подъеме бурильных труб перемежается паузами для отвинчивания, переноса и установки труб, а также спуска крюка с незагруженным элеватором, режим работы привода лебедки - повторно-кратковременный с относительной продолжитель­ностью включения 25-40 %.

При наличии уменьшающегося момента статистического со­противления на валу двигателя некоторой мощности Р наиболь­шая производительность лебедки может быть достигнута, если по мере подъема труб скорость подъема будет увеличиваться, т. е.

P=M_c*ω_б/η=const, где M_c - момент на валу барабана лебедки; ω_б - частота вращения барабана лебедки; η -к. п. д. передач от двигателя к барабану лебедки.

Передаточные числа, число передач и диапазон регулирова­ния частоты вращения электродвигателя выбираются обычно таким образом, чтобы общая характеристика привода была близка к кривой постоянной мощности.

Частоту вращения барабана лебедки для выполнения условия можно изменять ступенчато при помощи многоскоростных трансмиссий либо бесступенчато при помощи турботрансформаторов или электропривода с широким диапазоном регулирования частоты вращения. Воз­можно также уменьшение числа ступеней механической пере­дачи до двух при наличии электропривода с ограниченным диа­пазоном регулирования частоты вращения.

При бесступенчатом изменении скорости подъема упрощается конструкция лебедки, однако ее привод становится сложнее и дороже; при ступенчатом изменении повышаются сложность и стоимость лебедки, но уменьшаются сложность и стоимость при­вода. Технико-экономические расчеты показывают, что, чем больше глубина бурения, тем эффективнее применение регу­лируемого электропривода.

В практике широкое применение нашел двухдвигательный привод, встречаются одно-, трех- и даже четырех­двигательные схемы.

Двигатели лебедки мощностью до 200-250 кВт целесооб­разно выбирать на напряжение 380, 500 или 660 В, так как для управления цепями статора этих двигателей можно применить контакторную аппаратуру низкого напряжения. При мощности двигателей более 250 кВт целесообразно выбирать их на напря­жение 6000 В, что позволяет устранить промежуточную транс­формацию напряжения.

Технико-экономическое сравнение вариантов электропривода буровой лебедки может выявить, что наиболее экономичным яв­ляется электропривод постоянного тока. Этот электропривод можно сделать безредукторным. Применение безредукторного привода позволяет существенно упростить конструкцию лебедки и устранить ряд звеньев (цепные передачи, подшипники, шинно-пневматические муфты), более всего подверженных износу. Связь приводного двигателя непосредственно с барабаном ле­бедки позволяет использовать двигатель и в качестве электро­тормоза.

12 Релейно-контакторные су электроприводами буровых лебедок

В буровых установках БУ-75БрЭ, БУ-4Э-76 и «Уралмаш-4000БЭ» для привода буровой лебедки и ротора приме­няют АДФ. Эти двигатели рассчи­таны для эксплуатации в неотапливаемых помещениях с нор­мальной средой при температуре окружающего воздуха ±40°С и относительной влажности 90% при 20 °С (исполнение У2). Исполнение двигателей брызгозащищенное с влагостойкой изоляцией, горизонтальное с самовентиляцией; вал на щитовых подшипниках качения с одним свободным концом под полумуфту. Двигатели приспособлены для монтажа и транспорти­ровки в полевых условиях. Обмотки статора и ротора соеди­нены в звезду.

Буровые магнитные станции типа ШГШ, применяемые для управления приводными двигателями лебедки и ротора, конст­руктивно выполнены в виде металлического шкафа с дверцами с четырех сторон и имеют исполнение У2. Каркас станций мон­тируется на салазках, что позволяет транспортировать станции волоком в пределах буровой установки.

Во всех станциях типа ШГШ для уменьшения числа контакторных ступеней применена схема дроссельного пуска. Управление электроприводом лебедки осуществляется командоконтроллером с пульта бурильщика.

Для включения двигателя лебедки (второй двигатель на­ходится в резерве) предварительно включают двигатель насоса, подающего смазку в редуктор.

Включается соответствующий контактор и шунтирует своим замыкающим блок-контактом контакт командоконтроллера. При включе­нии контактора выпрямленное напряжение, равное 170 В, поступает на зажимы цепей управления. Одновременно он подготовляет цепь питания катушек контакторов «В» и «Н». В цепи этих контак­торов введены размыкающие контакты реле времени, которые осуществляют дуговую блокировку и исключают одновременность включения этих контакторов.

Двигатель разгоняется в три ступени в ф-и времени. При повороте ручки командоконтроллера вправо в третье положение включается контактор «В», запуская двигатель, и размыкающий блок-кон­такт «В» разрывает цепь катушки реле времени 1-ой ступени. Отключаясь, оно с вы­держкой времени замыкает цепь катушки контактора ускорения, замыкающего первую ступень резисторов в цепи ротора асинхронного двигателя и своими размыкающими контактами разрывает цепь реле времени 2-ой ступени, которое с выдержкой времени замкнет свой контакт в цепи контактора, замыкающего свои контакты в цепи второй ступени резисторов и размыкаюещго контакты цеп реле времени 2-ей ступени. С выдержкой времени разгона по 3-ей ступени включается соответствующий контактор, выводящий 3ю ступень резисторов.

Предусмотрена возможность длительного включения первой и второй ступеней ускорения для работы при низких частотах вращения.

Для устранения ударных нагрузок в кинематических пере­дачах в схеме предусмотрена предварительная ступень вклю­чения приводного дв с малым моментом, создающая воз­можность предварительного натяжения во всех звеньях передачи. 1я ступень ускорения обеспечивает плавный съем инструмента с клиньев ввиду малого превышения момента, раз­виваемого двигателем, над моментом нагрузки; 2я - интен­сивный разгон после снятия инструмента с клиньев; 3я - разгон инструмента до макс скорости.

Механическая характеристика привода имеет высокое запол­нение при ограниченном числе контакторов, что повышает на­дежность работы привода. Требуемая форма механической ха­рактеристики обеспечивается включением дросселя и активного сопротивления в роторную цепь. В процессе разгона двигателя на ступенях ускорения частота тока в роторе уменьшается, вследствие чего индуктивное сопротивление дросселя цепи ротора снижается от некоторого максимального значения прак­тически до нуля. Благодаря этому явлению сила тока в роторе и статоре и момент двигателя незначительно уменьшаются с уве­личением скорости за период разгона, что позволяет обеспечить плавный и достаточно интенсивный разгон лебедки. При пере­ходе с одной ступени ускорения на другую наблюдается скачко­образное изменение момента двигателя.

В схеме управления двигателей лебедки предусматриваются следующие защиты и блокировки: нулевая блокировка, препятствующая произвольному пуску двигателей после срабатывания защиты; защита от перегрузок и двухфазных включений (токовые реле с ограниченно зависимой выдержкой вре­мени); блокировка, предотвращающая работу двигателей лебедки при неработающем маслонасосе; блокировка, исключающая возможность повреждения стрелы АСП-3 талевым блоком подъемной системы; блокировка от одновременного подключения двигателя ле­бедки и регулятора подачи к барабану лебедки; защита от удара талевым блоком по кронблоку. Для контроля за работой двигателя в режиме подъема инструмента и бурения ротором в схеме предусмотрен амперметр, контролирующий силу тока статора приводного двигателя лебедки. Для экстренной остановки двигателя имеется кнопка «Стоп».

Дальнейшим развитием асинхронного электропривода БЛ служит схема, в которой для плавного изменения сопротивления, включенного в цепь ротора используется тиристорный регулятор скольжения, собранный по трехфазной мостовой схеме. Путем изменения угла отпирания тиристоров можно изменять значение сопротивления, а, следовательно, и значение начального пускового момента двигателя. По окончании разгона двигателя резистор полностью шунтирован. В установившемся режиме скольжение – 2%. Такая схема повышает производительность электропривода БЛ, исключает из схемы силовые контакторы, дает существенную экономию электроэнергии вследствие уменьшения сопротивления роторной цепи двигателя. В схеме предусмотрены ОС, способствующие получению стабильных характеристик привода, а также защиты и блокировки, применяемые в приводе лебедки.