14. Регулируемый привод буровых установок: ротора, лебедки и насоса.

15. Электропривод буровых установок электробура и подъемной лебедки.

В настоящее время на буровых установках используется роторное бурение, которое составляет 45%, и бурение с помощью Турбобуров – 25% и Электробуров 5%.

Роторное:

Привод ротора построен на базе АД с коробкой передач или используется привод ТПД с реверсом поля; В Приводе лебедок применяется АД с ФР (4 ступени) либо ТП-Д с рев. поля или АД с тиристорным коммутатором в роторной цепи.

На установках с глубинами от 2000 до 4000 м технико-экономические расчеты показывают целесообразность применение частично регулируемых электроприводов переменного тока. Для буровых лебедок таких установок перспективен привод от асинхронного двигателя с фаз­ным ротором, управление которым осуществляется при помощи регулятора скольжения в це­пи ротора (АД-ТРС). Такой привод позволяет регулировать частоту вращения двигателя при частичной нагрузке, что особенно важно при групповом приводе для вращения ротора. При­менение ТРС дает возможность реализовать наиболее простой и экономичный тип электро­привода буровой лебедки.

Функциональная схема электропривода приведена на рис. 1.

Асинхрон. двигатель с фазным ротором подключен к сети через реверсор. В цепь ротора двигателя включен трехфазный управляемый выпрямитель УВ, собранный по мостовой схеме. Нагрузкой для выпрямителя служат пусковые сопротивления Rl, R2, R3. В процессе пуска электропривода напряжение и его частота в роторной цепи изменяется в очень широкие пре­делах. Поэтому для управления УВ применена специальная система импульсно-фазового управления (СИФУ), построенная по вертикальному принципу. В связи с тем, что для синхро­низации СИФУ и питания генератора опорного напряжения используется напряжение, про­порциональное роторному напряжению двигателя, такая СИФУ обеспечивает регулирование угла управления выпрямителя в диапазоне от 0 до 180 при изменении частоты напряжения ротора от 5 до 50 Гц и напряжении 2 - 100 % от номинального. При частотах, меньших 5 Гц, и напряжении ротора, меньшем 2 - 3 % от номинального, СИФУ переходит в режим генерации сплошных сигналов на тиристоры, обеспечивая полное открытие выпрямителя.

Напряжение задания со СКАР изменяется в соответствии с положением его ручки. Это на­пряжение при помощи фазочувствительного выпрямляющего устройства (ФВУ) преобразуется в постоянное напряжение, пропорциональное положению ручки СКАР. Для обеспечения плавности изменения задающего сигнала при быстром перемещении ручки СКАР использует­ся аппериодическое звено, являющееся своеобразным задатчиком интенсивности (ЗИ). Сигнал на выходе ЗИ пропорционален заданной частоте вращения Uзи=k_ωω_з. На входе первого узла сравнения УС1 этот сигнал алгебраически складывается с постоянным сигналом смещения, величина которого пропорциональна максимальной скорости Uсм=к_ωω_max. Поэтому на входе второго узла сравнения УС2 имеется сигнал, пропорциональный заданной величине скольжения Uз.ск=k_ωω_maxS3. Во время пуска при повороте ручки СКАР на полный угол задаваемая скорость изменяется от нуля до, ω_max а задаваемое скольжение - от единицы до нуля. В ка­честве обратной связи по скольжению в САР используется сигнал, пропорциональный напря­жению ротора, которое преобразуется при помощи датчика скольжения ДСК. Величина этого сигнала при пуске, так же как и скольжения, изменяется от максимального значения в началь­ный момент пуска практически до нуля при зашунтированном роторе. Применение САР, замкнутой по скорости, позволяет получить необходимую жесткость характеристик при за­данном диапазоне изменения момента нагрузки. В САР использован пропорциональный ре­гулятор скольжения РСК, выходной сигнал которого управляет СИФУ и логическим устрой­ством ЛУ.

В исходном положении величина U=Uзcк-Uoc.cк выбирается так, чтобы УВ был закрыт.

При увеличении сигнала СКАР сигнал задания скольжения будет плавно уменьшаться. Бла­годаря этому, угол управления УВ уменьшается, а напряжение на его выходе увеличивается, обеспечивая плавное нарастание момента двигателя до трогания о последующим разгоном по регулировочным характеристикам в зоне, ограниченной реостатной характеристикой, соответствующей полному пусковому сопротивлению (R1+R2+R3) в цепи ротора. При выходе двигателя на реостатную характеристику разность между сигналами Uзcк и Uoc.cк становится практически равной нулю. Сигнал на выходе РСК близок к нулю, на его выходе формируется сигнал логической единицы U_лу, запускающий первый счетчик СЧ1. Сигнал этого счетчика запускает первый формирователь импульсов шунтировки ФИШ1, импульсы которого оти­рают первый Шунтирующий тиристор VS1.

Тиристор открывается и часть пускового сопротивления R1 шунтируется. Это приводит к некоторому возрастанию силы тока в роторной цепи. Благодаря тому, что первая производная этой величины больше нуля, напряжение на кольцах ротора скачкообразно снижается. Сигнал обратной связи Uoс.cк также уменьшается, что приводит к увеличению сигнала на выходе РСК. Благодаря этому, на выходе ЛУ появляется сигнал логического нуля, но импульсы с VS1 не снимаются, и он остается открытым. Кроме того, ненулевой сигнал на выходе РСК увеличи­вает угол срабатывания альфа, частично закрывая УВ. Закрытие преобразователя при срабатывании шунтирующего тиристора предотвращает появление скачков тока в роторе. Так как задающий сигнал продолжается увеличиваться, происходит дальнейший разгон по регулировочным характеристикам в зоне, ограниченной реостатной характеристикой, соответствую­щей включенному сопротивлению R1+R2. Срабатывание второго шунтирующего тиристора VS2 и все сопутствующие ему процессы при выходе двигателя на эту реостатную характеристику происходят аналогично рассмотренным. Далее происходит процесс разгона двигателя до реостатной характеристики с сопротивлением R3 и срабатывание последнего шунтирую­щего тиристора VS3. При этом: УВ полностью закорачивается, обеспечивая выход двигателя на характеристику, близкую к естественной.

Для вывода двигателя на пониженную скорость СКАР устанавливается в промежуточное положение. При этом разгон двигателя закончится на одной из регулировочных или реостат­ных характеристик.

Таким образом, разработанная система АД - ТРС позволяет формировать пусковые харак­теристики асинхронного двигателя с практически постоянным динамическим моментом, обеспечивая плавный пуск, выбор люфтов, предварительное натяжение каната, работу на по­ниженных скоростях.

Однако следует иметь в виду, что введение в цепь ротора вентильного преобразователя снижает перегрузочную способность асинхронного двигателя и увеличивает потери в двигате­ле от высших гармоник.

До настоящего времени на некоторых буровых установках в приводах лебедок используют­ся синхронные двигатели с электромагнитными муфтами и индукционными или ферропорошковыми тормозами.

В приводе насоса используется двухдвигательные системы с СД(2 насоса) и ТП-Д с реверсом поля.

Для привода подачи используются системы Г-Д и ТП-Д.

Турбобур: Привод насоса на базе АДФ схема АВК

Привод лебедки ТП-Д с реверсом поля

Привод подачи ТП-Д с реверсом поля и ТП-Д отдельно от привода лебедки для тяжелых машин

Буровые установки БУ2000(2500,3000, 4000 и т.д до 10000)

Электробур: те же системы приводов, что и в Турбобуре. Используется трансформатор с большим количеством отпаек напряжение 600-1100В. Двигатели со скоростью вращения 750, 950, 1000об/мин и 2 Контакторами(на дигателе). Подъемная лебедка регулируемая АД с ФР 3-4 ступени. Подача привод постоянного тока (Г-Д и тп.)