28.Буровые лебедки. Назначения, технологические функции и основные требования. Классификация. Тормозные устройства буровой лебедки. Назначения и классификации.

Буровые лебедки являются основным механизмом спуско-подъемного комплекса буровой установки. Основная функция лебедки – наматывание на барабан, сматывание с барабана и стопорение ведущей струны талевого каната при выполнении следующих операций технологического процесса строительства скважин:

-пуск и подъем бурильного инструмента

-пуск обсадных труб;

-подача инструмента на забой;

-подъем и опускание вышки;

-аварийный подъем инструмента.

Исходя из назначения, функций и условий эксплуатации, к буровым лебедкам предъявляют следующие основные требования.

1. Кинематическая схема лебедки и выбранные соотношения скоростей должны обеспечивать наиболее рациональное использование установленной мощности привода. При этом коэффициент полезного действия агрегата в целом должен иметь высокое значение.

2. Для подъема ненагруженного элеватора в каждой лебедке необходимо предусмотреть независимую повышенную скорость на подъемном валу.

3. Тормозная система должна быть надежной в эксплуатации. Каждую лебедку следует оснащать двойной тормозной системой.

4. Необходимо, чтобы скорости лебедки включались при помощи муфт фрикционного типа оперативно, легко и плавно.

5. Кинематическая схема лебедки должна предусматривать возможность передачи движения на механизм подачи долота и ротор.

6. Конструкция лебедки должна обеспечивать бесперебойную ее работу до капитального ремонта или списания. Затраты времени на монтаж и демонтаж лебедки должны быть минимальными. Все передачи лебедки необходимо закрывать прочными ограждениями.

7. Конструкция лебедки должна позволять проведение мелкого текущего ремонта ее в условиях буровой.

По конструкции буровые лебёдки делятся на две группы:

Двух или трёхвальные (У2-5-5 и У2-2-11). Расшифровка обозначений: У – завод Уралмаш; первая цифра – номер агрегата; вторая цифра – число скоростей лебёдки (для У2-5 с учётом скоростей коробки скоростей, а для У2-2 с учётом только скоростей лебёдки без коробки скоростей); третья цифра – номер модели в хронологической порядке проектирования.

Одновальные с коробкой переменных передач (ЛБУ-750, ЛБУ-1100, ЛБУ-1700). Расшифровка обозначений: ЛБ – лебёдка буровая; У – завод Уралмаш; 750, 1100, 1700 – мощность на барабане в лошадиных силах.

Тормозная система буровых лебедок предназначена для: удерживания в подвешенном состоянии бурильной колонны; поглощения мощности при спуске колонны на длину одной свечи с наибольшей допустимой скоростью и полного торможения в конце спуска; плавной подачи бурильной колонны по мере углубления скважины при бурении. Тормозные устройства, применяемые в буровых машинах и механизмах по назначению делятся на основные и вспомогательные Основные предназначены для остановки машин и механизмов и приводятся в действие в конце движения при длительных перерывах в работе, вспомогательные же для длительного торможения с целью снижения скорости движения.

29. Буровые насосы. Назначение, основные требования, конструктивные схемы. Идеальная и действительная подачи бурового насоса. Кинематика буровых насосов. Мгновенная подача бурового насоса. Неравномерность подачи. Способы снижения неравномерности подачи насосов.

Буровой насос — насос, применяемый на бурильных установках с целью обеспечения циркуляции бурового раствора в скважине. Основное предназначение бурового насоса - это обеспечить циркуляцию бурового шлама и предотвратить его оседание в процессе бурения, а также подъём разбуриваемой породы на поверхность. Исходя из назначения и условий эксплуатации, к буровым насосам ставят такие основные требования:

- подача насоса должна быть регулированной в пределах, которые обеспечивают эффективное промывание буровые скважины;

- мощность насоса должны быть достаточной для промывания буровые скважины и привода отбойных гидравлических двигателей;

- скорость промывной жидкости на выходе из насоса должна быть равномерной для устранения инерционных нагрузок и пульсаций давки, которые вызывают осложнение в бурении, дополнительные энергетические затраты и постипенное разрушение;

- узлы и детали, которые контактируют с промывным раствором, должны иметь достаточную долговечность и быть приспособленными к удобной и быстрой замене при выходе из порядка;

- надежность и долговечность насосов должны объединяться с их экономичностью и безопасностью эксплуатации.

Действительная подача насоса всегда меньше идеальной вследствие того, что происходят утечки через еще незакрытые клапаны, неплотности клапанов и поршней, в связи со сжимаемостью нагнетаемой жидкости, содержанием в ней газа, состоянием пар цилиндр -поршень, клапанов и т.

Действительной подачей насоса называется количество жидкости, проходящей через напорный патрубок в единицу времени. Подача может быть выражена в единицах объемного или массового расхода.

Каждый буровой насос внутри гидравлической коробки имеет свободное (мертвое) пространство, объем которого зависит от конструктивных особенностей насоса. В результате выделения из бурового раствора при всасывании растворенного в нем воздуха или газа, в этом пространстве образуется воздушно-газовая подушка, частично заполняющее это пространство. В результате объем всасываемой жидкости меньше геометрического объема описываемым поршнем при всасывании. При нагнетании эта воздушная подушка сжимается, растворяется в жидкости, но при этом нагнетательный клапан открывается позже чем момент начала хода поршня при нагнетании, при этом объем вытесняемой жидкости уменьшается по сравнению с геометрическим объемом описываемым поршнем. В результате гидравлическая подача насоса меньше геометрической подачи (идеальной) на величину ΔQН:

- коэф. наполнения. QИ – идеальная подача; QН – потери подачи.

Эти потери не влияют на КПД насоса - коэф. подачи.

Идеальная подача для насоса двухстороннего действия:

Для триплекса одностороннего действия:

Идеальной подачей объемного насоса называют подачу в единицу времени несжимаемой жидкости при отсутствии утечек через зазоры.

Основная задача кинематики буровых насосов — определение перемещения, скорости и ускорения поршня. Кинематическому анализу предшествует выбор геометрических параметров кривошипно-шатунного механизма согласно заданным техническим по­казателям и характеристике проектируемого насоса. Радиус кри­вошипа принимается равным половине длины хода поршня. Длина шатуна выбирается с учетом возможности проворачивания кри­вошипа, габаритов насоса и угла передачи, образуемого шатуном и перпендикуляром к направляющей ползуна. От угла передачи и, зависит усилие в шатуне R, возникающее в результате разложе­ния действующих на ползун сил сопротивлений.

При равномерном вращении кривошипа подача жидкости, как и скорость поршня, изменяется по синусоиде. Объемная подача одно поршневого насоса односто­роннего действия за ход нагнетания поршня.

Мгновенные значения подачи определяются текущей скоростью поршня.

Наибольшего значения мгновенная подача достигает при по­вороте кривошипа

Среднее значение определяется подачи за один оборот кривошипа

Отношение разности предельных значений мгновенной подачи к средней ее величине характеризует неравномерность подачи и называется коэффициентом неравномерности по­дачи, который для однопоршневого насоса одностороннего дей­ствия, согласно полученным данным, составляет двухпоршневых насосах двустороннего действия коэффици­ент неравномерности подачи.

Пульсации давления, вызываемые неравномерной скоростью поршней, снижаются до практически приемлемого уровня при помощи пневматических компенсаторов.

30. Привод буровых установок. Назначение и классификация. Характер работы и основные требования. Основные характеристики привода буровых установок. Приводом буровой установки называется совокупность двигателей и регулирующих их работу трансмиссий и устройств, преобразующих тепловую или электрическую энергию в механическую, управляющих механической энергией и передающих ее исполнительному оборудованию — насосам, ротору, лебедке и др. Мощность привода (на входе в трансмиссию) характеризует основные его потребительские и технические свойства и является классификационным (главным) параметром.

В зависимости от используемого первичного источника энергии приводы делятся на автономные, не зависящие от системы энергоснабжения, и неавтономные, зависящие от системы энергоснабжения, с питанием от промышленных электрических сетей. К автономным приводам относятся двигатели внутреннего сгорания (ДВС) с механической, гидравлической или электропередачей - pppa.ru. К неавтономным приводам относятся: электродвигатели постоянного тока, питаемые от промышленных сетей переменного тока через тиристорные выпрямительные станции управления; электродвигатели переменного тока с гидравлической либо электродинамической трансмиссией или регулируемые тиристорными системами.

По способу распределения энергии различают:

: индивидуальный, групповой и комбинированный или смешанный.

Индивидуальный привод — каждый исполнительный механизм (лебедка, насос или ротор) приводится от электродвигателей или ДВС независимо друг от друга. Более широко этот вид привода распространен с электродвигателями. При его использовании достигается высокая маневренность в компоновке и размещении бурового оборудования на основаниях при монтаже.

Групповой привод — несколько двигателей соединены суммирующей трансмиссией и приводят несколько исполнительных механизмов. Его применяют при двигателях внутреннего сгорания.

Комбинированный привод — использование индивидуального и группового приводов в одной установке. Потребителями энергии буровой установки являются: в процессе бурения — буровые насосы, ротор (при роторном бурении), устройства для приготовления и очистки бурового раствора от выбуренной породы; компрессор, водяной насос и др.; при спуске и подъеме колонны труб — лебедка, компрессор, водяной насос и механизированный ключ.

Гибкость характеристики — способность силового привода автоматически или при участии оператора в процессе работы быстро приспосабливаться к изменениям нагрузок и частот вращения исполнительных механизмов. Гибкость характеристики зависит от коэффициента приспособляемости, диапазона регулирования частоты вращения валов силового привода и приемистости двигателя.

Коэффициент гибкости характеристики определяется отношением изменения частоты вращения к вызванному им отклонению момента нагрузки. Он пропорционален передаточному отношению и обратно пропорционален коэффициенту перегрузки.

Приемистостью называется интенсивность осуществления переходных процессов, т.е. время, в течение которого двигатель и силовой привод реагируют на изменение нагрузки и изменяют частоту вращения.

Приспособляемость — свойство силового привода изменять крутящий момент и частоту вращения в зависимости от момента сопротивления. Собственная приспособляемость — свойство двигателя приспособляться к внешней нагрузке. Искусственная приспособляемость — свойство трансмиссий приспосабливать характеристику двигателя к изменению внешней нагрузки.

По назначению привод разделяют на основной и вспомогательный. Основным является привод основных органов (лебедка ротор насосы) Вспомогательный привод предназначен для привода вспомогательных механизмов, вып-х вспомогательные функции (СПО, Погрузочно-разгрузочные работы итд, циркуляционные системы) По конструкции привод классифицируется в зависимости от типа используемых двигателей, способа распределения энергии, числа двигателей, а также конструкции силовой передачи( трансмиссии). В зависимости от типа двигателей различают:

- дизельный, электрический газотурбинный,(для привода основных мех-в)

-электрический, пневматический, гидравлический( вспомогательные приводы) По числу двигателей различают однодвигательные и многодвигательные приводы. По конструкции силовых передач различают механические гидротехнические электрические и комбинированные передачи энергии исполнительным органам. Типы двигателей: 1) Дизельный (тип сил. передачи - Механическая, гидромеханическая) 2) Электрический переменного тока( Механическая, электромеханическая) 3) Электрический постоянного тока ( Электромеханическая) 4) Дизель-электрический постоянного тока (Электромеханическая) 5) бензиновый (Механическая)

По параметрам приводы различаются приводной мощностью( мощность двигателя): Структурнй мощности, потребляемой исполнительным органом и механической характеристикой привода.

Основные требования к приводу: 1) соответствие характеристик привода характеристикам исполнительных органов. 2) надежность и экономичность 3) Безопасность. удобство управления и обслуживания. 4) компактность и небольшая удельная масса 5) транспортабельность и приспособленность к условиям монтажа, эксплуатации и ремонта в отдельных районах.