11.2 Кінематичні схеми, пристрій і технічна характеристика

Кінематичні схеми бурових лебідок з допомогою умовних позначень показують сукупність, зв’язки і з’єднання їх кінематичних елементів. На рис. 11.1 приведена кінематична схема одновальної бурової лебідки ІІІ з коробкою зміни передач ІІ, регулятором подачі долота І і трансмісією ІV ротора. Розглянута схема використовується в лебідці ЛБУ-1100М1 і є характерною для сучасних вітчизняних і закордонних бурових лебідок. Підйомний вал 25 лебідки приводиться ланцюговими передачами 3 і 26 від привідного вала 4 і проміжного вала 24 коробки зміни передач ІІ, трансмісійний вал 21 який з’єдну-ється приводом муфтою 22 і передає три прямі швидкості (ланцюгові передачі і 12, 16, 17) і одну зворотну (зубчаста передача 20, 23).

Рисунок 11.1 — Кінематична схема одновальної бурової лебідки ЛБУ-1100М1

Ланцюгова передача 3 (81/21) включається шинно-пнев-матичними муфтами 2 і 9 під тиском повітря, яке надходить через вертлюги на торцях валів, що з’єднуються. В наслідок цієї передачі підйомному валу лебідки передаються І, ІІ, ІІІ "тихі" швидкості залежно від частоти обертів вала 24 коробки зміни передачі, яка переключається кулачковими муфтами 18, 19, 13, 14, 15. Ланцюгова передача 26 (40/39) включається шинно-пневматичною муфтою 27 через вертлюг на правому торці підйомного вала. При цьому швидкості обертання ІV, V, VІ (“швидкі”) вала 24 передаються підйомному валу.

Лебідка має дві зворотні швидкості, що передаються під-йомному валу ланцюговими передачами 3 і 26 зубчастим щепленням 20, 23 коробки зміни передач. Гальмування лебідки здійснюється електромагнітним гальмом 29, який з’єднаний з підйомним валом кулачкової муфти 28. Ротор 32 має привід від підйомного вала лебідки ланцюговою передачею 30, яка включається шинно-пневматичною муфтою 31. Частота обертання підйомного вала контролюється тахогенератором 1.

В розглянутій лебідці подача долота здійснюється автоматично в наслідок регулятора подачі долота І, що під’єдню-ється в процесі буріння свердловини до підйомного вала лебідки шинно-пневматичною муфтою 5 і ланцюговою передачею 3. Регулятор подачі долота, який складається з електродвигуна 8, муфти 7 і редуктора 6, використовується також для підйому труб у випадку відмови основного приводу. Клинопасова передача 10 служить для обертання масляного насоса. Пневматичне гальмо 11 фіксує положення вала, необхідне для включення кулачкових муфт і зубчатої передачі.

Кінематична схема двохвальної бурової лебідки показана на рис. 11.2. Ця схема використовується в лебідках, що приводяться від коробки зміни передач, яка передає оберти трансмісійному валу 5 за допомогою однієї ланцюгової передачі 4 замість двох передач, прийнятих в попередньо розглянутій схемі одновальної лебідки. Від трансмісійного вала ланцюговими передачами 3 “тихої” швидкості (69/29) і 8 “швидкої” швидкості (36/37), які включаються шинно-пневматичними муфтами 2 і 7, оберти передаються підйомному валу 13 лебідки.

Число швидкостей трансмісійного вала 5 рівне числу швидкостей коробки зміни передач. На підйомному валі число швидкостей подвоюється завдяки передачам 3 і 8. Швидкість спуску обмежується гідродинамічним гальмом 10, який з’єд-наний з підйомним валом кулачкової муфти 9. На відміну від схеми на рис. 11.1 ротор приводиться не від підйомного, а від трансмісійного вала. Для цього використовуються передачі 12 і 15, які включаються шинно-пневматичною муфтою 11.

Рисунок 11.2 — Кінематична схема двохвальної бурової лебідки

Число швидкостей ротора в розглядуваній схемі рівне числу швидкостей коробки зміни передач. Ланцюгова передача 6 з’єднує регулятор подачі долота з трансмісійним валом 5, від якого обертання передається підйомному валу лебідки ланцюговою передачею 16, яка включається кулачковою муфтою 14. Таку схему мають шести швидкісні лебідки, які приводяться від дизелів і електродвигунів змінного струму через трьох швидкісну коробку зміни передач. Тахогенератор 1 при-водиться ланцюгом з кроком 12,7 мм

У випадку приводу від електродвигунів постійного струму кінематична схема бурової лебідки спрощується. На відміну від розглянутої лебідки не має коробки зміни передач і підйомний вал за допомогою еластичних і шинно-пневма-тичних муфт з’єднується з двома протилежно розташованими двигунами. Трансмісійний вал лебідки служить для передачі обертання підйомного вала у випадку виходу з ладу одного з двигунів. Завдяки майже трикратного зниження частоти обертання потужність одного двигуна являється достатньою для виконання спуско-підіймальних операцій. В процесі буріння трансмісійний вал використовується для передачі обертання від регулятора подачі долота барабану лебідки. Гальмування лебідки при спуску колони труб здійснюється електродвигуном, перехідними на роботу в режимі генераторів, і звичайним стрічковим гальмом.

Тривальна лебідка (рис. 11.3) складається з підйомного 15, трансмісійного 5, котушкового 3 валів і додаткового вала 9 для приводу ротора. Лебідка приводиться від зубчастої коробки зміни передач з вихідними ведучими і веденими валами. Ведучий вал коробки зміни передач з’єднується карданним валом 6 з трансмісійним валом 5 і за допомогою ланцюгової передачі (28/25), яка включається шинно-пневматичною муфтою 16, передає підйомному валу “швидку” швидкість.

Рисунок 11.3 — Кінематична схема тривальної бурової лебідки У2-5-5

Ведений вал коробки зміни передач має чотири швидкості. За допомогою карданного вала 8 ведений вал коробки передач з’єднується із зубчастим редуктором, у якого також два вихідних вала. Один з них з’єднується з підйомним валом лебідки шинно-пневматичної муфти 7, а другий — з валом 9 приводу ротора 11. Таким чином, лебідка має п’ять швидкостей, з яких чотири “тихі” і одна незалежна “швидка”, а ротор — чотири частоти обертання.

Котушковий вал 3 приводиться ланцюговою передачею 4, ведуче колесо = 19 яке на підйомному валі 15 зблоковано з вільно посадженим ланцюговим колесом = 28 “швидкої” швидкості. Таким чином, котушковий вал 3 знаходиться в постійному зачепленні з швидкохідним валом коробки передач. На консолі котушкового вала встановлена фрикційна котушка 1 з планетарною зубчатою передачею 2 яка використовується для допоміжних робіт на буровій. Вимушене холосте обертання котушкового вала із-за нероз’ємного його з’єднання з швидкохідним валом коробки передач — один з недостатків розглянутої кінематичної схеми лебідки.

Привід ротора здійснюється ланцюговою передачею (21/45), яка включається шинно-пневматичною муфтою 10. Гідродинамічне гальмо 12 і ланцюгове колесо 14 регулятора подачі долота приєднуються до підйомного вала лебідки двохсторонньою кулачковою муфтою 13.

На рис. 11.14 показана бурова лебідка ЛБУ-1100, основні конструктивні елементи якої повторюються в інших моделях сучасних вітчизняних і зарубіжних лебідок для експлуатаційного і глибокого розвідувального буріння. Лебідка монтується на зварній металічній рамі 4, яка пристосована для перевезення і переміщення підйомним краном при монтажнодемонтажних роботах. До рами приварені корпуса масляних ванн 3 і 10 ланцюгових передач, які з’єднують лебідку з коробкою зміни передач. У відцентрованих отворах корпусів масляних ванн встановлений підйомний вал з барабаном 7 бурової лебідки.

В корпусі 10 розташована друга ланцюгова передача, яка використовується для приводу вала 11 трансмісії ротора. Вал трансмісії ротора на сферичних роликопідшипниках встановлюється в додатковій розточці корпуса 10 і виносній опорі 12, яка закріплена на рамі лебідки. Масляні ванни, закриті кришками і проміжними кожухами 15 і 19, з’єднуються з коробкою зміни передач. Для усунення у тічок масла, яке використовується для змазки ланцюгових передач, в стикових роз’ємних масляних ванн встановлюються прокладки.

Рис. 11.4

Проміжні кожухи при транспортуванні лебідки вводяться у внутрішню порожнину масляних ванн, а зовнішні їх фланці закриваються кожухами 16 і 18. На рамі зі сторони пульта 2 бурильника змонтовані стійки 8 балансира, гальмівний вал 17 і вал 5 ручки управління стрічковим гальмом. Електромагнітне гальмо 14 кріпиться до рами співвісно з підйомним валом і з’єднується з ним кулачковою муфтою 13. На рамі встановлені два тахогенератора 9 і 20.

Тахогенератор 9 призначений для контролю частоти обертання стола ротора і з’єднується ланцюговою передачею з валом 11 трансмісії ротора. Тахогенератор 20 з’єднується з валом електромагнітного гальма і призначений для контролю швидкості спуску колони труб при автоматичному режимі роботи електрогальма. На стояку 1 встановлений командний апарат комплексу АСП для блокування переміщень механізму захвата свічки і талевого блока. Привід командного апарата здійснюється від ланцюгової зірочки на підйомному валі лебідки.

До рами кріпиться повітрепровід 6 системи пневматичного управління лебідкою. Для безпечної роботи і захисту від забруднення рухомі частини лебідки закриті металічними кожухами з дверцями для доступу до її окремих деталей і вузлів.

Підйомний вал (рис. 11.5) — основа бурової лебідки. Між корінними підшипниками 15 підйомного вала 19 запресовані ступиці дисків барабана 18. В правому більш доступному для роботи диску міститься внутрішній прилив (січення А-А і С-С) для кріплення талевого каната планкою 32 і болтами 33. В бурових лебідках канат кріпиться із зовнішньої або внутрішньої сторони диска. Вузол кріплення повинен бути надійним і зручним в роботі. Зовнішнє розміщення вузла кріплення більш доступно і зручно для швидкого кріплення і вивільнення каната. Недостаток зовнішнього — пошкодження витків каната в результаті тертя з верхньою кромкою поглиблення (ЗАДЕЛКИ) каната.

Найбільш розповсюджені прості у виготовленні барабани з гладкою зовнішньою поверхнею. Для покращання намотування барабан лебідки оснащується знімними накладками, які мають паралельні і перехідні спіральні канавки для укладання витків каната (рис. 11. 6). Симетричне розташування паралельних і спіральних ділянок канавки на довжині окремих витків сприяє зниженню інерційних на вантажень від дизбалансу, який здійснюється в результаті одностороннього збільшення радіуса навивки в місцях переходу суміжних витків каната.

Рис. 11.5

а — спіральна; б — паралельна із зміщеним витком на одному місці;

в — паралельна із зміщеним витком у двох місцях, — кут зміщення

Рисунок 11.6 — Способи намотування каната на барабан і розташування шарів каната на ньому

До дисків барабана кріпляться гальмівні шківи 16 (див. рис. 11.5). В розглядуваній конструкції гальмівні шківи оснащені кільцевою сорочкою для охолоджуючої води. Вода в гальмівних шківах циркулює по замкнутому циклу. Для цього через пристрій на торці валу і трубку, встановлену всередині вала, по трубам 20 вода потрапляє в правий, а потім в лівий шків, із якого по кільцевому просторі між отвором вала і підвідною трубкою відводиться в приймальний бак для послідуючого використання. Пробки 17 в гальмівних шківах служать для зливу води для запобігання її замерзання при тривалих зупинках лебідки.

Корінні роликові радіально-сферичні підшипники 15 під-йомного вала, встановлені в розточках корпуса масляної ванни, змащуються густою змазкою через тавотніци 34. Внутрішні обойми роликопідшипників фіксуються на валу розпірними втулками, а зовнішні — торцевими кришками корпуса підшипника. Для компенсації температурних витягувань вала між корпусом 35 і зовнішньою обоймою 36 одного із підшипників є необхідний зазор (вузол 1 на рис. 11.5). Радіальні і торцеві лабіринтні ущільнення у кришках служать для утримання змазки в підшипниках.

Ланцюгове колесо 1 тихохідної передачі і шків шинно-пневматичної муфти 12 мають загальну ступицю 2, посаджену на вал на роликових радіально-сферичних підшипниках, які вільно обертаються, подібних підшипнику 21. На валу внутрішні обойми підшипників фіксуються втулками. Зовнішня обойма правого підшипника в розточці ступиці кріпиться від осьових переміщень пружинним кільцем і кришкою. Лівий підшипник в ступиці встановлюється вільно. Обід 10 шинно-пневматичної муфти 12 планшайбою 5 кріпиться до ступиці 6, напресованої на вал.

Повітря для вмикання шинно-пневматичної муфти 12 потрапляє через вертлюг 7, повітрепровід 4 і клапан-розрядник 11. При виході з ладу муфти і у випадку недостатнього тиску повітря для з’єднання муфти використовуються аварійні болти 9, які вкручуються в припливі планшайби і входять в пази шківа. За правилами безпеки установка аварійних болтів 9 обов’язкова при використанні бурової лебідки для підйому вишки. Роз’ємне з’єднання ланцюгового колеса 1, шківів 14, 24 і планшайб 5, 26 із ступицями дозволяє ремонтувати муфти і міняти ланцюгове колесо без знімання напресованих на вал ступиць.

Кожух 13 захищає шків 14 від попадання масла. Підшипники ступиці 2 змазуються за допомогою масльонки 3 з трубкою, введеною в ступицю. Аналогічно на іншому кінці підйомного вала встановлені шинно-пневматична муфта 25 і ланцюгові колеса 22 “швидкої” швидкості лебідки і 23 трансмісії ротора. Повітря до шинно-пневматичної муфти 25 по-ступає через вал електромагнітного гальма, вертлюжок 28, отвір у валі 19, повітрепровід 30 і клапан-розрядник 31.

Кулачкові муфти 27 і 29 використовуються для з’єднан-ня підйомного вала з валом електромагнітного гальма. Для ліквідації биття при обертанні великі деталі підйомного вала і зібраний вал піддаються балансуванню. Всі болтові з’єднання підйомного вала лебідкою законтрені.

Вал 9 приводу ротора встановлюються на двох роликахрадіально-сферичних підшипниках 1 (рис. 11.7). Лівий підшипник встановлюється в корпусі масляної ванни. Корпус право

Рис. 11.7

го підшипника кріпиться до рами бурової лебідки. Підшипники закриті фланцевими кришками, забезпеченими лабіринтним ущільненням. Ведуче двохрядне ланцюгове колесо 3 обертається від підйомного вала і встановлене на ступиці 11, закріпленої на валу шпонкою. Ведене ланцюгове колесо = 27 виконане у вигляді шківа-зірочки 4, яке вільно обертається відносно вала на роликопідшипниках 10.

Планшайба 7 шинно-пневматичної муфти 6 за допомогою шпонки жорстко закріплена на валу 9. Повітря до муфт підводиться через вертлюжок 12 і отвори у валі. У аварійних випадках для з’єднання муфти можуть бути використані болти 8. На вертлюжку 12 є ланцюгова зірочка для приводу тахогенератора, що контролює частоту обертів стола ротора. Протилежна консоль вала 9 може бути використана для з’єднання з двигуном у випадку індивідуального приводу ротора. Підшипники змащуються через тавотниці 2 і 5.

Технічна характеристика бурових лебідок приведена в табл. 11.1.