1.Анализ существующих роторов
Устройство и принцип работы ротора
Ротор представляет собой угловой редуктор с конической зубчатой передачей, служащей для передачи вращения под углом, изменяя его с горизонтального на вертикальное, и для снижения частоты вращения. Ведомое коническое колесо передачи смонтировано на втулке, соединенной со столом ротора, в центре которого находится вертикальное отверстие для пропуска колонны. Диаметр отверстия стола ротора зависит от диаметра долота или обсадных труб, пропускаемых через него.
Во время бурения вращение и крутящий момент передаются ведущей трубе через вкладыши и зажимы, устанавливаемые в конусную расточку втулки, вмонтированной в стол ротора. При спускоподъемных операциях в отверстие стола ротора устанавливают клиновые захваты, управляемые пневматические или вручную.
Стол ротора, соединенный с втулкой, укрепляется на двух опорах – главной и вспомогательной. Диаметр стола зависит от типоразмера ротора и устанавливаемых на него клиновых захватов и других элементов. Диаметр стола ротора 500 – 2000 мм. Для удобства работ часть стола ротора сверху закрывают неподвижной крышкой.
Главная опора воспринимает динамические циклически действующие нагрузки – радиальную от передаваемого крутящего момента и осевые от трения ведущей трубы о вкладыши ротора при подаче колонн и от веса стола ротора, а также статическую осевую нагрузку, создаваемую весом колонны при ее установке на стол ротора.
Вспомогательная опора стола ротора служит для восприятия радиальных нагрузок от зубчатой передачи и осевых ударов вверх при бурении или подъеме бурильной колонны.
Ведущий горизонтальный вал с конической шестерней вращается на подшипниках качения, один из которых испытывает действие только радиальных нагрузок, второй – радиальных и осевых от конической передачи и фиксирует вал от осевых смещений. От силового привода вращение передается ведущему валу ротора карданным валом или цепной передачей. Муфта для соединения ведущего вала ротора с карданным валом привода или цепной звездочкой монтируется на его конце.
Для предохранения бурильной колонны от проворачивания во время бурения забойными двигателями или при свинчивании бурильных труб стол ротора должен фиксироваться стопором.
Большинство роторов изготавливается с приводом стола непосредствен-
но конической зубчатой передачей по схемам, приведенным на рис 1.1.
На рис. 1.1,а приведена конструктивная схема ротора, в которой коническое ведомое колесо привода стола расположено между двумя шариковыми упорно-радиальными опорами, что увеличивает базу и устойчивость конструкции. Главная опора – нижняя, вспомогательная – верхняя ведущий вал смонтирован на двух сферических роликоподшипниках. Осевые нагрузки воспринимает опора, находящаяся около звездочки, нагруженная меньшими радиальными
нагрузками, чем опора у шестерни.
Схема ротора с консольным расположением конического зубчатого колеса и верхним расположением главной опоры с упорно-радиальными шарикоподшипниками в главной и вспомогательной опорах (рис. 1.1,б) наиболее распространена в роторах буровых установок для глубокого бурения. Ведущий вал монтируется на опорах качения. Подшипники опоры, расположенной у конической шестерни, воспринимают радиальные и осевые нагрузки, а подшипник у звездочки – только радиальные нагрузки. При использовании в этой опоре роликоподшипника с цилиндрическими роликами температурные удлинения ведущего вала не влияют на зазор в зубчатом зацеплении.
Конструктивная схема ротора с цилиндрической зубчатой передачей привода стола ротора и промежуточной конической зубчатой передачей показана на рис.1.1,в. Главная опора этого ротора – верхняя, цилиндрическая зубчатая передача расположена между опорами, что придает ей устойчиво-сть. Однако ввиду сложности конструкции эти роторы распространены мало.
Роторы с конической зубчатой передачей, главной шариковой и вспомогательной опорой скольжения (рис. 1.1,г) в настоящее время не применяются, так как подшипники скольжения в роторах большого диаметра работают неудовлетворительно. Расположение подшипника, воспринимаю-
щего осевые нагрузки, около звездочки неудачно, потому что температурные удлинения вала нарушают зазор в зубчатом зацеплении.
На рис. 1.1,д приведена схема ротора, в которой коническое зубчатое колесо расположено между шариковыми опорами под ведущей шестерней и с ведущим валом, смонтированным на конических роликоподшипниках, установленных в распор. Роторы, выполненные по такой схеме, применяют в легких буровых установках, при небольших диаметрах проходных отверстий и стволов ротора. При небольшой длине ведущего вала установка его на подшипниках, поставленных в распор, допустима, так как температурные удлинения вала незначительны.
Рабочее направление вращения ротора всегда должно быть по часовой стрелке, если смотреть сверху, однако конструкция его должна допускать и обратное вращение, применяемое при ловильных и других работах.
Роторы классифицируются по диаметру проходного отверстия и стати-
ческой нагрузке на стол ротора. Предусматривается шесть классов роторов с диаметрами проходных отверстий 460, 520, 560, 700, 950 и 1260, допустимы-
Рис. 1.1. Схемы роторов:
1 – стол ротора; 2, 7 – опоры вспомогательная и главная; 3 – передача коническая зубчатая; 4 – вал быстроходный; 5 – звездочка; 6 – станина; 8 – передача цилиндрическая зубчатая; 9 – вал вертикальный.
ми статическими нагрузками 2; 3,2; 4; 5; 6,3 и 8 МН.
Для глубокого бурения за рубежом применяют до семи классов роторов с диаметрами проходных отверстий от 250 до 1420 мм, рассчитанных на ста-
тическую нагрузку от 0,7 до 8 МН, с приводной мощностью от 200 до 600 кВт