3.2 Частота вращения стола ротора
Выбирается
в соответствии с требованиями технологии
бурения
скважин. Наибольшая частота
вращения ограничивается критической
частотой
вращения шарошечных долот с подшипниками
скольжения при
роторном способе
бурения:
об/мин.
Бурение абразивных и твердых пород на
большой глубине, калибровка ствола
скважин проводится при частоте до 50
об/мин. Проворачивание бурильной
колонны с целью предупреждения прихватов
при бурении забойными двигателями, а
так же вращение бурильной колонны
при аварийных работах осуществляется
при 15 об/мин. Следовательно
об/мин.
Скоростная характеристика ротора зависит от типа привода. Предпочтительным является электропривод постоянного тока, который обеспечивает бесступенчатое изменение частоты вращения в необходимом диапазоне регулирования. При дизельном приводе и электроприводе переменного тока используется механические передачи, которые обеспечивают ступенчатое регулирование частоты вращения. При групповом приводе с лебедкой ротор имеет три - четыре скорости.
3.3 Мощность, передаваемая на ротор
При
роторном бурении мощность, передаваемая
на стол ротора Np,
расходуется на холостое вращение
бурильной колонны в скважине Nx.в.
и на вращение
долота при разрушении горной породы Nд
,
(24)
где
- К.П.Д. ротора можно принимать
=0,9-0,95.
Мощность на холостое вращение бурильной колонны вычисляется по эмпирическим зависимостям. Наиболее надежной является формула Е.С.Федорова
,
кВт (25)
где С - коэффициент, учитывающий искривление скважины;
dн - наружный диаметр бурильных труб, м;
L - длина колонны, м:
n - частота вращения, об/мин;
р - плотность бурового раствора, г/см³.
=18,810-51,250,1423500501,7=12,5
(кВт)
Мощность, затрачиваемая на вращение долота и разрушение породы, может быть определена по формуле
,
(26)
где Gд - нагрузка на долото, кН;
DД - диаметр долота, м;
К = 0,1-0,2 - для нового долота при бурении в твердых породах;
К = 0,2-0,3 - для изношенного шарошечного долота;
Так как наибольшая мощность будет при использовании изношенного долота, то принимаем К=0,2.
NД=3,50,22500,29535010-2=25,8 (кВт)
Np=
(кВт)
Максимальный
крутящий момент 
вычисляется
по наибольшей мощности и минимальной
частоте вращения ротора
(27)
Расчет основных узлов ротора
Наиболее тяжелые условия работы вращающихся деталей создаются при использовании в качестве привода цепной передачи.
4.1 Определение расчетных нагрузок
Крутящий момент на столе ротора Мст при известной мощности привода вычисляется
,
(28)
где
Мст-
момент на столе ротора,
;
Nn- мощность привода, кВт;
λ- коэффициент возможной перегрузки двигателей привода; для электродвигателей λ=1,5-2; для ДВС – λ=1,0-1,1;
η- общий КПД ротора;
n- частота вращения стола, об/ мин.
.
Крутящий момент на быстроходном валу ротора
(29)
где iк- передаточное отношение конического зацепления.
Определим Мст и Мв для аварийной ситуации, примем nав=15 об/мин. При аварийном режиме Мст и Мв увеличиваются в 3,33 раза, следовательно:
Мст(ав)=77,3 (кНм) Мв(ав)=24,6 (кНм)
В
зацеплении конической передачи действуют
окружное Рок
усилие и его составляющие – осевое Рос
и радиальное Ррад
усилия.
С – основная опора; D – вспомогательная опора.
Рисунок 2 – Расчетная схема ротора.
Предварительно назначаем упорно-радиальные шарикоподшипники 1687/770х. Эти подшипники устанавливает в качестве основной и вспомогательной опор (в целях унификации). Внутренний диаметр - 770 мм; наружный - 1000 мм.
Для роторов большой грузоподъемности модуль зубчатых конических колес находится в пределах 10÷26 мм.
Выбираем модуль m=17 мм.
Определим диаметр колеса
Dк=mZ, (30)
где Z=72 – количество зубьев;
Dk=1772=1224 мм
Окружное усилие на зубчатом колесе стола ротора
(кН)
(31)
Определяем осевое усилие
,
(32)
где α – угол зацепления, α=20;
β – угол наклона зубьев (20÷35). Принимаем β=30;
- угол наклона образующей делительного конуса шестерни или колеса.
ίр=ctg
=> ίp=
=>
=18
Poc=
(кН).
Определяем радиальное усилие
Ррад=
(кН).
При аварийном режиме величины Рок, Рос, Ррад увеличиваются в 3,33 раза, следовательно
Рок(ав)=126,3 кН; Рос(ав)=85,6 кН; Ррад(ав)=72,9 кН.