2.2.13. Тепловой расчет регулирующего тормоза

Тепловой расчет регулирующего тормоза сводится к определению поверхностей теплоотдачи и количества воды, необходимой для отвода образующегося тепла. Так как мощность торможения по мере спуска бурильной колонны изменяется и к концу спуска достигает наибольшего значения, количество воды, необходимой для охлаждения, в разные периоды работы может быть различно.

Тепловой расчет регулирующего тормоза ведется по условному количеству теплоты, выделившейся в конце спуска колонны (в кДж):

где N_T — мощность, поглощаемая регулирующим тормозом, кВт;

— время спуска одной свечи, с;

— число спускаемых свечей в течение 1 ч.

При расчете количества тепла, поглощаемого тормозом, принимается средняя частота вращения его ротора:

где — длина свечи, м; —число струн каната в талевой оснастке; D_6p—средний диаметр намотки каната на барабан, м;

Количество теплоты, отводимой поверхностью тормоза в течение 1 ч:

где с_рт=12÷25 — коэффициент теплоотдачи от поверхности тормоза воздуху, Вт/(м²·°С); П — поверхность регулирующего тормоза и холодильника, м²; — температура поверхности тормоза, (принимается не выше 80 °С); — температура окружающего воздуха; 3,6·10³ — переводной коэффициент.

Количество воды (в л/мин), подводимой к тормозу для отвода тепла,

( — температуры отводимой и подводимой воды, °С).

В таблице 2.1 приведены данные о количестве воды (в м³/мин),. необходимой для охлаждения вспомогательного тормоза при скорости спуска крюка=1,8 м/с.

Таблица 2.1.

Если на буровой нет проточной воды, то следует предусмотреть соответствующие устройства для ее охлаждения.

2.2.14. Подбор и расчет подшипников

На подъёмный вал устанавливаем подшипники роликовые радиальные сферические:

3534 (внутренний Ø 170 мм, наружный Ø 310 мм, ширина 86 мм) – 2 шт.

3638 (внутренний Ø 190 мм, наружный Ø 400 мм, ширина 132 мм) – 2 шт.

Согласно с ГОСТ 5721-75.

Рассчитаем подшипники по статической грузоподъемности. Этот расчет позволяет предотвратить появление вмятин.

С₀ – статическая грузоподъемность подшипника, кН – это такая нагрузка на подшипник при которой «вмятина» составляет 0,0001 от диаметра тела качения.

Должно выполняться следующее условие:

Р₀ определяется по формуле:

где X₀ и Y₀ – коэффициенты, учитывающие влияние радиальной и осевой нагрузки;

F_r и F_a – соответственно радиальная и осевая нагрузки на подшипник;

Так как вал не испытывает осевой нагрузки, то F_a = 0.

Значит отношение F_a/ F_r = 0, а следовательно Х₀ = 1.

Тогда:

Статическая грузоподъемность С₀ = 17,5 кН.

3,202 < 17,5 кН, условие выполняется.

Значит, подшипник по статической грузоподъемности выдержит.

Теперь проведем расчет подшипника по динамической грузоподъемности (расчет на долговечность).

Зависимость долговечности имеет следующий вид:

,

где С_r – динамическая грузоподъемность подшипника, выбирается по справочным данным, в нашем случае С_r = 24,4 кН;

P_r – эквивалентная нагрузка на подшипник, кН;

£ – показатель степени, принимаем £ = 3.

Определяем эквивалентную динамическую нагрузку по формуле:

где: V – коэффициент, учитывающий какое из колец вращается; так как вращается внутреннее кольцо, то V = 1;

X – коэффициент, учитывающий радиальную нагрузку;

в данном случае X =1;

F_r – радиальная нагрузка, кН;

Y – коэффициент, учитывающий осевую нагрузку;

F_a – осевая нагрузка, кН;

K_σ – коэффициент, учитывающий динамичность нагрузки; K_σ = 1,3;

K_T – температурный коэффициент; так как механизм работает

ниже 100⁰С, то K_T=1.

Значит:

Далее определяем долговечность подшипников:

Теперь определим долговечность в часах:

где n – частота вращения кольца, мин^-1

Определяем требуемую долговечность работы подшипника по формуле:

где: срок службы = 5 лет;

к_год – годовой коэффициент запаса, к_год = 0,8;

к_сут – суточный коэффициент запаса, к_сут = 0,6.

Тогда требуемая долговечность работы подшипника:

Подшипник нагрузку выдержит и требуемую долговечность обеспечит.