4.3 Расчет подшипников быстроходного вала

Быстроходный вал устанавливается на двух роликоподшипниках со сферическими, коническими и цилиндрическими телами качения.

Будем рассчитывать роликовые радиально-сферические двухрядные подшипники (ГОСТ 5721-75). Предварительно назначаем подшипники № 3622.

Подшипники рассчитываются на долговечность из условия

С_треб С_кат,

где С_треб – требуемая условиями работы динамическая грузоподъемность;

С_кат – динамическая грузоподъемность подшипника по каталогу

С_треб=К_эQK₀K_Т, (39)

где Q – приведенная нагрузка на подшипник;

К_э – коэффициент эквивалентности.

Для установившегося режима работы при соответствующем числе оборотов вала

К_э= , (30)

где Т – срок службы подшипника Т=5000 ч;

n_B=100 об/мин (1-я скорость)

К_э= ,

где - поправочный коэффициент; так как К_э=3,61, то =0,9

К₀ – коэффициент запаса при 45% вероятности разрушения подшипника (К₀=1,21,25), принимаем К₀=1,23;

К_Т – температурный коэффициент; для подшипников ротора рекомендуется температура 80С, при которой К_т=1.

Q=xF_rK_k+YF_a (31)

F_r – радиальная нагрузка;

F_rB= (кН)

где F_a – осевая нагрузка, F_a=P_oc=25,7 кН

К_к – кинематический коэффициент, при вращении внутреннего кольца К_к=1;

Х и Y – коэффициенты радиальной и осевой нагрузки, зависящие от типа подшипника

е=0,37

так как F_a/F_r >е, то х=0,67 Y=2,68

Q=0,6766,1+2,6825,7=113,16 (кН)

С_треб=0,93,61+1,23113,16=452 кН=45200 (кгс)

С_кат для роликоподшипника №3624 равна 56500 кгс

45200<56500

Условие С_треб<С_кат выполнено, значит, подшипник подобран правильно.

Долговечность L= (млн.об.)

L_n= (ч)

4.4 Расчет основной опоры ротора

Основная пара воспринимает нагрузки как при вращающемся столе (бурение), так и при неподвижном (СПО), а поэтому подвергается проверке на статическую грузоподъемность и долговечность.

Расчет проводки для упорно-радиального подшипника 1687/770Х С₀=9000 кН , С=1060 кН

,

где С₀ – статическая грузоподъемность подшипника;

n=1,6 - рекомендуемый запас прочности.

- условие выполнено

С_треб=К_эQK₀K_Т (42)

К_э= , n=50 (об/мин)

К_э=

К=1 – для шарикоподшипников

Q=XF_r+YF_a, так как условия работы подшипника очень тяжелые, высокая нагрузка, то введем в данную формулу коэффициент безопасности К_б=2, тогда

Q=(XF_r+YF_a)K_б (43)

F_a=F+G_р- Р_рад,

где F= - осевое усилие, создаваемое трением ведущей трубы о вкладыши стола ротора, здесь

 - коэффициент трения (=0,250,3), принимаем =0,28;

R=0,5l – радиус приложения нагрузки между ведущей трубой и вкладышами;

l – размер стороны ведущей трубы, l=152,4 мм.

F= (кН),

где G_р – вес стола ротора в сборе. Принимаем G_р=5т=50 кН

Р_рад=21,9 кН

F_a=85,2+50-21,9=113,3 кН

Результирующая радиальная нагрузка

F_rc=

Определим значения реакций С_у, С_х и С

С_у= (кН)

С_х= (кН)

С (кН)

F_rc= (кН)

е=1,25

так как F_a/F_r>e, то х=0,66 Y=1

Q=(0,6652,7+113,3)2=296,2 (кН)

С_треб=12,47296,21,231=900 (кН)

900 кН<1060 кН

Условие С_треб<С_кат выполнено, подшипник подобран правильно.

Долговечность

L= (млн. об.) (44)

L_n= ,

где n – максимальная частота вращения стола ротора, n=100 об/мин

L_n= (ч)

В качестве вспомогательной опоры ротора устанавливаем шарикоподшипник 1681/670Х. Размеры подшипника: 670х800х105 мм; d_ш=50 мм; Z=36.

С_кат=0,24Z d =0,2436^2/350^1,4=633 (кН)

Подшипник удовлетворяет условиям работ.

2. Правила эксплуатации, ремонта

Ротор устанавливается в специальных пазах блока вышечного основания. Глубина базы должна быть не менее 100 мм. Горизонтальность ствола проверяют уровнем. Центр проходного отверстия ротора должна строго совпадать с геометрическим центром вышки и скважины.

Необходимо, чтобы ведущее цепное колесо на валу лебедки и ведомое колесо, закреплённое на роторном валу, находились в одной плоскости (параллельное смещение допускается не более 0,5 мм на 1 м цепи). Расстояние от торца верхней трубы обсадной колонны, спущенной в скважину не менее 600÷700 мм.

У новых роторов или поступивших на буровую после капитального ремонта необходимо проверить наличие смазки и ее качество. Затем один рабочий должен провернуть стол на несколько оборотов: если стол вращается свободно (без рывков), то его следует проверить на вращение от силового привода в течение 15÷20 мин. Наблюдая за плавностью работы и температурой.

Впервые 2-3 дня работы надо тщательно следить за состоянием смазки и температурой корпуса ротора и не допускать ее повышения выше 80^оС. Если ротор поступил после бурения предыдущей скважины, его необходимо спустить старое масло, промыть внутреннюю полость ротора и залить свежее масло.

Уход за ротором в процессе эксплуатации:

1. промывка ротора водой снаружи и снятие посторонних предметов;

2. проверка состояния стопорного механизма;

3. осмотр вкладышей и зажимов ротора, которые должны быть закреплены зацепками;

4. проверка стола до закладки зажимов;

5. крепление болтов и гаек;

6. смазка цепи привода ротора и установление предохранительного щита;

7. проверка уровня и качества масла.

Смазка зубчатой передачи и основной опоры осуществляется из обще центральной ванны. Подшипники приводного вала имеют отдельную изолированную ванну.

2. Безопасность жизнедеятельности

Анализ несчастных случаев, происходящих в бурении, свидетельствует о том, что большая часть их происходит вследствие применения неправильных приемов труда. При введении работ нередко нарушается действующие правила и инструкции по технике безопасности. Это происходит или по причине неудовлетворительного инструктажа и обучения рабочих, или вследствие недостаточного технического надзора со стороны инженерно-технических работников.

Значительное число несчастных случаев связано с тем, что при ведении работ применяются неисправный инструмент и оборудование, не используются защитные средства ,недостаточно используют приспособления по технике безопасности малой механизации, облегчающие опасности, возникающие во время выполнения работ.

Для того что бы максимально снизить травматизм, необходимы высокая квалификация рабочих, знание ими технологических особенностей процесса бурения скважин, назначения, конструкции и правил эксплуатации оборудования механизмов, правильных и безопасных приемов выполнения работ, а также высокий уровень технического надзора со стороны руководителей работ.

Улучшение организации труда, механизации тяжелых и трудоемких работ, рационализация технологических процессов, внедрение новых, более совершенных видов оборудования, механизмов и инструмента – основные направления по повышению производительности труда и созданию здоровой и безопасной производственной обстановки на буровых предприятиях.

При бурении нефтяных и газовых скважин значительное количество несчастных случаев происходит в процессе эксплуатации оборудования. Правильный монтаж, своевременный осмотр оборудования и уход за ним создают условия для последующей безопасной работы. Поэтому при вводе в эксплуатацию вновь смонтированной буровой вышки и оборудования и оборудования необходимо проверить укомплектованность их приспособлениями и устройствами по технике безопасности, элементами малой механизации, контрольно-измерительными приборами и запасными емкостями.

Для создания безопасных условий эксплуатации ротора, прежде всего перед началом работ необходимо убедиться в правильности монтажа его, проверить надежность крепления его к основанию и работоспособность.

Габариты ротора вполне определенные, однако, в зависимости от превышения ротора над полом буровой изменяются условия труда членов буровой бригады, производящих работу у ротора. Рабочий среднего роста, передвигая элеваторы при спускоподъемных операциях, сгибает ноги, упираясь коленями в корпус ротора. Исследованиями ВНИИТБ установлено, что болезненное ощущение в коленях у рабочего наблюдается, если ему приходится передвигать элеватор, находящийся на расстоянии 65 см от края ротора, при превышении ротора над полом буровой на 50-55 см.

Наилучшие условия труда достигаются, когда ротор утоплен, и спускоподъемные операции производятся с помощью одного элеватора и пневмоклиньев, встроенных в ротор. При невозможности выполнения этих условий стол ротора должен возвышаться над полом буровой на 60 см.

Перед началом работ необходимо убедиться в горизонтальности установки ротора по уровню и совпадении вертикальной оси вышки с осью стола (центрирование ротора), а также в надежности крепления цепного колеса на выступающей части быстроходного вала, хорошем состоянии зубьев и наличии смазки приводной цепи. Все детали ротора тщательно осматривают. Недопустимо наличие грязи, опилок, стружек.

В практике бурения несчастные случаи происходят вследствие вылета вкладышей и зажимов ведущей трубы при вращении ротора на больших оборотах. Для предотвращения подобных случаев необходимо после установки роторных зажимов закрепить их между собой болтами.