6 Определение мощности привода ротора

Пример 7. Определить мощность ротора при бурении скважины долотом c диаметром D_Д = 393,7 мм и нагрузкой на долото Р_Д = 200 кН, в твердых породах если:

длина бурильной колонны L = 1800 м;

диаметр бурильных труб d_БТ = 140 мм = 0,14 м;

частота вращения колонны n = 120 об/мин;

плотность бурового раствора ρ_Р = 1,4·10⁴ Н/м³

Решение

Мощность ротора

Мощность на холостое вращение бурильной колонны

Мощность необходимая для разрушения породы

где r = 0,2…0,3 – для изношенного шарошечного долота;

r = 0,1…0,2 – для нового долота при бурении в твердых породах

7 Расчет оси кронблока

Пример 8

Максимальная нагрузка на крюке

Вес постоянно поднимаемого оборудования

Коэффициент сопротивления шкива

Количество рабочих струн (система 7х6)

Расстояние между шкивами

Длина оси кронблока

Наружный диаметр оси

Внутренний диаметр оси d = 0.150 м

Материал оси сталь 40ХН с пределом прочности

Натяжение ходового конца талевого каната при подъеме колонны

Натяжение неподвижного конца талевого каната

Натяжение рабочих струн

Усилия, действующие на ось кронблока

Вывод: Натяжения в рабочих струнах и усилия, действующие на ось кронблока, уменьшаются от ходового конца к струне закрепленной неподвижно.

Составляем уравнение суммы моментов относительно опор А и В

_{По результатам расчетов имеем}

Обязательным этапом расчета является выполнение проверки равновесия всех сил действующих на ось

_{Таким образом, условие равновесия сил выполняется.}

_{Далее строим эпюру изгибающего момента от действующих сил. Для этого используем метод сечений, разбив ось на участки по границам действующих нагрузок.}

_{Для сечения z1}

_{Mz1 = Ra ∙ z1 0 ≤ z1 ≤ 0,16}

_{Mz1=0 Mz1 = 0, Mz1=0,16 Mz1 = 22,62 т∙м}

_{Для сечения z2, с учетом действия сил на предыдущем участке}

_{Mz2 = Ra ∙ (l + z2) – Р1 ∙ z2 0 ≤ z2 ≤ 0,16}

_{Mz2=0 Mz2 = 22,62 т∙м Mz2=0,16 Mz2 = 37,49 т∙м}

_{Для сечения z3, с учетом действия сил на предыдущих участках}

_{Mz3 = Ra ∙ (2∙l + z3) – Р1 ∙ (l + z3) – Р2 ∙ z3 0 ≤ z3 ≤ 0,16}

_{Mz3=0 Mz3 = 37,49 т∙м Mz3=0,16 Mz3 = 45,33 т∙м}

_{Для сечения z4, с учетом действия сил на предыдущих участках}

_{Mz4 = Ra ∙ (3∙l + z4) – Р1 ∙ (2∙l + z4) – Р2 ∙ (l + z4) – Р3 ∙ z4 0 ≤ z4 ≤ 0,16}

_{Mz4=0 Mz4 = 45,33 т∙м Mz4=0,16 Mz4 = 46,799 т∙м}

Далее обход логично выполнить «справа-налево»

_{Для сечения z5}

_{Mz1 = Rв ∙ z5 0 ≤ z5 ≤ 0,16}

_{Mz5=0 Mz5 = 0, Mz5=0,16 Mz1 = 18,62 т∙м}

_{Для сечения z6, с учетом действия сил на предыдущем участке}

_{Mz6 = Rв ∙ (l + z6) – Р7 ∙ z6 0 ≤ z6 ≤ 0,16}

_{Mz6=0 Mz6 = 18,62 т∙м Mz6=0,16 Mz6 = 32,94 т∙м}

_{Для сечения z7, с учетом действия сил на предыдущих участках}

_{Mz7 = Rв ∙ (2∙l + z7) – Р7 ∙ (l + z7) – Р6 ∙ z7 0 ≤ z7 ≤ 0,16}

_{Mz7=0 Mz7 = 32,94 т∙м Mz7=0,16 Mz7 = 42,48 т∙м}

_{Для сечения z8, с учетом действия сил на предыдущих участках}

_{Mz8 = Rв ∙ (3∙l + z8) – Р7 ∙ (2∙l + z8) – Р6 ∙ (l + z8) – Р5 ∙ z8 0 ≤ z4 ≤ 0,16}

_{Mz8=0 Mz8 = 42,48 т∙м Mz8=0,16 Mz8 = 46,799 т∙м}

Значения моментов в экстремальной точке должны сходиться.

По найденным значениям моментов выполняем построение эпюры.

Ниже приводится запись подпрограммы построения эпюры изгибающего момента с использованием пакета «Mathcad».

Максимальный изгибающий момент возникает от действия силы Р₄ по центру оси и составляет

Отношение диаметров оси

Сечение оси представляет собой кольцо, осевой момент сопротивления которого составляет

Напряжения изгиба оси кронблока

Предел выносливости на изгиб при пульсирующем цикле нагружения

Коэффициент запаса прочности

Допустимый коэффициент запаса прочности на изгиб составляет 1,8...2,5. При невыполнении условия, следует изменить материал оси и пересчитать коэффициент запаса прочности оси.

Таблица – Исходные данные к расчету кронблока

Исходные данные	Номер варианта
	1		2		3		4		5		6		7		8		9	10
Максимальная нагрузка на крюке, т	320		330		320		325		305		340		350		330		315	312
Вес постоянно поднимаемого оборудования, т	9		9,1		9,2		9,3		9,4		9,5		9,6		9,7		9,8	9,9
Коэффициент сопротивления шкива	1		1.01		1.02		1.03		1.04		1.05		1.06		1.07		1.08	1.09
Кол-во раб. струн	10		12		10		12		10		12		10		12		10	12
Расстояние между шкивами, м	0.16		0.15		0.14		0.16		0.15		0.14		0.16		0.15		0.14	0.16
Наружный диаметр оси, м	0,36		0,37		0,38		0,39		0,4		0,36		0,37		0,38		0,39	0,4
C = d/D	0.375		0.38		0.385		0.39		0.395		0.375		0.38		0.385		0.39	0.395
Материал оси	40ХН
Исходные данные	Номер варианта
	11	12		13		14		15		16		17		18		19			20
Максимальная нагрузка на крюке, т	310	320		325		328		333		345		320		325		335			316
Вес постоянно поднимаемого оборудования, т	10	9,15		9,25		9,32		9,45		9,53		9,68		9,9		10			9,9
Коэффициент сопротивления шкива	1	1.01		1.02		1.03		1.04		1.05		1.06		1.07		1.08			1.09
Кол-во раб. струн	12	10		12		10		12		10		12		10		12			10
Расстояние между шкивами, м	0.16	0.15		0.14		0.16		0.15		0.14		0.16		0.15		0.14			0.16
Наружный диаметр оси, м	0,36	0,37		0,38		0,39		0,4		0,36		0,37		0,38		0,39			0,4
C = d/D	0.38	0.385		0.39		0.395		0.4		0.38		0.385		0.39		0.395			0.395
Материал оси	20ХН

	Номер варианта
Исходные данные	21	22	23	24	25
Максимальная нагрузка на крюке, т	316	325	323	324	300
Вес постоянно поднимаемого оборудования, т	11	9,3	9,25	9,3	9,45
Коэффициент сопротивления шкива	1	1.01	1.02	1.03	1.04
Кол-во раб. струн	12	10	12	10	12
Расстояние между шкивами, м	0.16	0.15	0.14	0.16	0.15
Наружный диаметр оси, м	0,36	0,37	0,38	0,39	0,4
C = d/D	0.38	0.385	0.39	0.395	0.4
Материал оси	45ХН