34. Электропривод буровых лебедок.

Общая характеристика режима работы электропривода БЛ.

Кроме подъема и спуска КБТ с помощью буровой лебедки часто осуществляют свинчивание и развинчивание труб, их перенос и установку, подъем и опускание незагруженного элеватора, также подачу долота на забой.

В современных буровых установках применяют вспомогательные двигатели для выполнения вспомогательных работ. В этом случае буровая лебедка используется только для подъема и спуска КБТ. Причем для подъема КБТ служат приводные двигатели лебедки, а для спуска электромагнитные тормоза индукционного или электропорошкового типа или приводные двигатели в режиме динамического или рекуперативного торможения.

П одъем КБТ состоит их отдельных циклов, число которых равняется числу свечей. За время одного цикла происходит подъем на высоту одной свечи (25-37м.), затем ее отвинчивают, переносят и устанавливают, после чего цикл повторяется.

Процесс перемещения бурильных труб на одну свечу характеризуется наличием трех периодов.

1. Разгон колонны в течение времени t_р, т.е. увеличение скорости от нуля до некоторого установившегося значения.

2. Равномерное движение с установившейся скоростью V_уст в течение времени t_у.

3. Замедление колонны, т.е. уменьшение скорости от установившегося значения до нуля с посадкой на клинья в течение времени t_з (t_в – время вспомогательных операций или время холостого хода).

Рис. 5. Диаграммы скорости и момента.

По мере подъема КБТ ее вес (Q) дискретно уменьшается и соответственно изменяется момент статического сопротивления (М_с) на валу приводного электродвигателя. Причем в период разгона КБТ момент М_р на валу электродвигателя будет больше статического момента М_с за счет дополнительного усилия для преодоления инерции при разгоне. При замедлении колонны момент М_з будет меньше статического момента на величину динамического момента при торможении.

Диаграммы скорости и момента представлены на рис. 5.

Так как время работы привода лебедки при подъеме КБТ прерывается паузами для отвинчивания, переноса и установки труб, спуска крюка с незагруженным элеватором, режим работы привода лебедки повторно-кратковременный, с относительной продолжительностью включения 25-40%.

1. Электропривод бл на базе асинхронного двигателя с фазным ротором.

ЭП буровой лебедки ранее выпускавшихся буровых установок оснащен АД с фазным ротором и релейно-контактными системами переключений ступеней сопротивлений в цепи ротора. Для уменьшения числа ступеней, в последней ступени использован активно-индуктивный контур.

С

Рис. 7 Рис. 8. Структурная схема асинхронного электропривода с фазным ротором.

Рис. 8. Механические характеристики асинхронного двигателя с фазным ротором.

труктурная схема электропривода на базе асинхронного двигателя с фазным ротором показана на рис. 7. Электропривод содержит приводной асинхронный двигатель АД с пусковыми реостатами ПР, редуктор Р, буровую лебедку БЛ и электротормоз ЭТ.

Пуск и разгон АД после включения разъединителя QS и реверсивного контактора Q₁, Q₂ производится под нагрузкой. При этом для успешного разгона необходимо, чтобы в процессе всего разгона момент, развиваемый двигателем, был больше статического момента сопротивления, причем на такую величину, чтобы обеспечить разгон за заданное время. Для обеспечения высокого пускового момента в цепь ротора включаются пусковые реостаты ПР, а также дроссель (катушка индуктивности) L. Кроме трех пусковых реостатов в каждую фазу в цепь ротора введен невыключаемый реостат R₄.

П роцесс пуска двигателя начинается при всех включенных реостатах, т.е. по механической характеристике 1 (рис. 8). При этом двигатель имеет пусковой момент М_п1 (точка «а»). Пусковой момент М_п1 составляет обычно не более 60% от М_макс. Это необходимо для снижения механических ударов при выборе зазоров и люфтов в трансмиссиях. На участке аб двигатель разгоняется по 1-ой характеристике. К моменту достижения точки «б» выбираются все зазоры и люфты и должен начаться подъем колонны. Поэтому в момент достижения точки «б» автоматически включаются контакты К1 и реостаты R1 оказываются закороченными (выключенными). При этом рабочая точка с характеристики 1 переходит на 2 в точке «в». Точке «в» соответствует достаточно большой развиваемый двигателем момент, которого достаточно для трогания колонны с места и разгона по характеристике 2. В точке «г» автоматически включаются контакты К2, что приводит к выключению реостатов R2. Рабочая точка переходит на характеристику 3 в точку «д». В схеме остаются только реостаты R₃ и R₄.

Когда в цепи ротора останутся только дроссель и невыключаемые реостаты R4, процесс разгона по характеристике 4 продолжается до тех пор, пока момент М_i, развиваемый двигателем, не снизится до статического момента сопротивления М_с на валу, обусловленного весом колонны, то есть до точки «з», где процесс разгона заканчивается и начинается этап подъема колонны с установившейся скоростью.

Дроссель L в цепи ротора служит для снижения бросков момента, а также бросков тока ротора и статора при переходе с одной характеристики на другую.

Частота тока ротора f₂ изменяется в процессе разгона от f₁=50 Гц при пуске до 1…2 Гц при номинальных оборотах. При снижении частоты f₂ постепенно снижается индуктивное сопротивление и плавно растет ток ротора, что и приводит к снижению бросков тока и момента при переключении с одной характеристики на другую.

Р

Рис. 9. Функциональная схема (а) и механические характеристики (б) асинхронного электропривода буровой лебедки с тиристорным регулятором скольжения (ТРС):

СИФУ – система импульсно-фазового управления выпрямителем; СУШ – система управления шунтирующими тиристорами; ДСК – датчик скольжения.

1 – естественная характеристика; 2 – характеристика на третьей ступени пускового реостата (R_п=R₃) и при полностью открытом преобразователе UZ; 3 – характеристи-ка на второй ступени пускового реостата (R_п=R₂+R₃); 4 – характеристика на первой ступени пускового реостата (R_п=R₁+R₂+R₃); 5-11 – характеристики двигателя на первой ступени пускового реостата при различных значениях напряжения управления.

отор асинхронного двигателя связан с валом лебедки через четырехступенчатый редуктор Р, который служит для ступенчатого изменения скорости подъема колонны.