§ 3. Статический и кинематический расчеты подъемного механизма

При навивке каната в несколько слоев эффективный диаметр барабана D _г определяется по формуле

D_s --- D_fi + d_K (2s — l)o, fVI-18)

где D₆ — конструктивный диаметр барабана; d_K — диаметр каната;

z— число слоев навивки, при котором определяется диаметр; а — коэффициент плотности навивки каната, обычно а 0,9 ч--0,93.

Подъемный механизм предназначен для осуществления подъема бурильных колонн с различной скоростью, обеспечения лучшего использования мощности и сокращения машинного времени подъема.

В процессе проектирования буровых установок величинами D_(i и z предварительно задаются, диаметр каната d_K рассчитывается в зависимости от величины действующей нагрузки на каждую ветвь.

Зависимость между скоростью крюка, мощностью и грузоподъем­ностью связана известной формулой:

где N — мощность силового привода;

г] —к. п. д. подъемного механизма от крюка до двигателей

' (л_кд = 0,5-0,7); ^fj\ — нагрузка на крюке;

G— сила веса подвижной части талевой системы; ЛГ_Д — коэффициент перегрузки двигателей.

В современных буровых .установках величину наименьшей ско­ рости v_Kmin выбирают в пределах 0,3—0,5 м/сек, так как при мень­ ших скоростях на подъем будет затрачиваться слишком много вре­ мени, а при более высоких скоростях потребуется чрезмерно большие мощности. •

Наибольшая скорость подъема v_KnilLlf зависит от времени, затра­чиваемого на разгон ненагруженного крюка; безопасности работы на буровой; удобства проведения операций верховым рабочим, зависящих от степени механизации его труда; длины и веса свечи и допустимой скорости навивки каната на барабан лебедки. Макси­мальная скорость навивки каната на барабан лебедки без канато-укладчика допускается не более 20 м!сек и определяется равно­мерностью укладки его на барабан.

По этим соображениям в подъемных механизмах при работе со свечами длиной I — 25 м скорость подъема ненагруженного крюка выбирается в пределах 1,5—2,5 м/сек.

11 Заказ 1015. 161

Диапазон регулирования скоростей подъемного механизма назы­вается отношение наибольшей скорости подъема к наименьшей:

Л_{п :} -^Ls^ _или д_д ,., 2±»т . (VI-20)

В мощных буровых установках величина общего диапазона регу­лирования подъемного механизма составляет 6—8.

В маломощных установках этот диапазон достигает 10—12. Скорость вращения барабана лебедки при подъеме

ItD

^{или v} ~⁼ ~~

где и_к — скорость движения крюка.

Во время подъема колонны скорость вращения барабана и дви­жения всех узлов подъемной установки не постоянны вследствие неравномерности вращения двигателя, изменения радиуса навивки каната на барабан, непостоянства к. п. д. подъемного механизма и сопротивления движения колонны в скважине.

В подъемных механизмах с силовым приводом, автоматически изменяющим скорость вращения барабана, средняя скорость подъ­ема крюка будет постоянной. При постоянной скорости вращения барабана лебедки скорость движения крюка изменяется с изменением диаметра навивки каната на барабан.

Скорость вращения вала двигателя

V-'e.»6. (VI-22)

Здесь i,-,, — общее передаточное число от вала двигателя до ба-

рабана лебедки, ^,=^^32 • • • *б„>

где 1б₂₁, г₃2> • • • i —передаточные числа промежуточных передач — от вала двигателя до барабана лебедки.

Скорость навивки каната на каждом из рядов барабана

г;,-н;_ж-яг>,п_б. (VI-23)

Окорость вращения шкивов кронблока

"*=££• <^VI-²⁴>

Скорость вращения шкивов талевого блока

"' ^{= i}4tir--' <^VI-²⁵>

Jli/щ

где D_m ~ расчетный диаметр шкива;

i_n — число ветвей в оснастке до рассматриваемого шкива крон-блока.

162

Если известны передаточные числа, можно определить движу­щие моменты на каждом валу привода подъемного механизма

Здесь %; i^_a; . . ., г\„ — к. п. д. отдельных передач (считая от ба­рабана к двигателю).

К. п. д. подъемного механизма равен произведению к. п. д. отдель­ных передач. Ориентировочное значение к. п. д. для некоторых узлов приведено в табл. VI-1.

Т а б л и ц a YI-1 Коэффициент полезного действия механизмов

Характеристика узла

Барабан лебедки с учетом потерь от навпики каната .

Одноступенчатая зубчатая передача

Двухступенчатая зубчатая передача

Цепная передача при обильной смазке

Ценная передача открытая при периодической смазке

Величины к. п. д. механизмов мало зависят от величин пере­даваемых нагрузок. При меньшей относительной загрузке меха­низма к, п. д. его уменьшается.

Статические и кинематические расчеты узлов подъемного меха­низма производят при определении нагрузок в частных случаях установившегося движения и при постоянных скоростях движения всех узлов механизмов.