§ 7. Количество скоростей подъема и их соотношение

При операциях подъема бурильных колонн сила тяжести на крюке уменьшается по мере извлечения каждой свечи. Буровая установка может бурить скважины, отличные по конструкции и глубине от принятой для расчета типовой. Поэтому для рационального исполь­зования установленной мощности главного подъема и уменьшения времени механического подъема привод лебедки должен иметь харак­теристику

2>_K = idem; (VI-68;

176

Для привода с ступенчатым изменением скоростей в этом случае число скоростей равно числу свечей в колонне, что практически невозможно осуществить.

Поэтому в подъемных механизмах только с меха­ническими передачами и двигателями с нерегули­руемой скоростью враще­ния вала большое значе­ние имеет выбор количества и соотношения скоростей подъема, обеспечивающее минимальное время меха­нического подъема.

Скорость крюка v_k

Рис. VI-11. Зависимость скорости подъема от нагрузки на крюке.

На рис. VI-11 показана зависимость между грузо­подъемностью на крюке Q и скоростью его подъема v_k для идеального подъемни­ка (кривая 7) и подъем­ника со ступенчатым из­менением скоростей подъ­ема (кривая 2).

Из этого графика видно, что при ступенчатом изменении ско­ростей полностью мощность на крюке может быть использована

т олько в одной точке на каждой скорости. Во всех остальных слу­чаях происходит недоиспользова­ние мощности (заштрихованные площади на графике).

Количество скоро­стей подъема. В подъемных механизмах с нерегулируемой ско­ростью вращения вала двигателя и ступенчатым изменением скоро­стей подъема увеличение количе­ства ступеней оправдано только до известного предела.

' 23456789

Число скоростей Z

Рис. VI-12. Зависимость относитель­ного времени механического подъема от числа скоростей.

На рис. VI-12 представлена зависимость времени механическо­го подъема от числа скоростей подъема при их рациональном со­отношении, за 100% приняты за­траты времени при идеальном подъемнике.

Влияние мощности привода и

зависимости коэффициентов ее использования от числа скоростей показано на рис. VI-13.

12 Заказ 1015.

177

Из рис. VI-12 и VI-13 видно, что с увеличением числа скоростей подъема относительные потери времени асимптотически прибли­жаются к нулю. С увеличением вспомогательного времени подъема влияние числа скоростей уменьшается, как видно из этих графиков, применение подъемных механизмов с числом ступеней более шести становится нецелесообразным вследствие того, что мощность привода используется уже достаточно полно при числе скоростей до шести, Выбор числа скоростей подъема буровой установки зависит от уравнения кривой проходки. Чем больше необходимо сделать рейсов для бурения типовой скважины, тем большим количеством скоростей

п одъема должен обладать подъемник.

Увеличение количества скоростей ведет к ус­ложнению конструкции. В подъемных механизмах с силовыми приводами, обеспечивающими автома­тическое изменение скоро-

Рис. VI-13. Влияние мощности подъема на среднее время подъема одной свечи при раз­личном вспомогательном времени.

j - * = 0; 2-* =60с«е; 3 - („„ = 120 _сек.

ЮОО

1200

400 600 800

Мощность N, кВт

сти подъема при измене­нии нагрузки на крюке, число ступеней передач трансмиссии определяется диапазоном рационального автоматического регулиро­вания .й_т, ограничиваемого

обычно к. п. д. этого устройства. В подъемных механизмах в ка­честве устройств для автоматического регулирования применяют гидро- и электромашинные передачи, обладающие тем свойством, что при расширении диапазона регулирования снижается их к. п. д. В результате изменяется вся характеристика подъемного механизма и требуется выбирать число его скоростей с учетом характеристик этих устройств.

Кроме того, при подъеме бурильных колонн оператор не всегда может уловить момент целесообразности перехода на более высокую передачу, и подъем груза может производиться в этих случаях не на рациональном режиме.

В подъемных механизмах с автоматическим регулированием ско­ростей подъема их число ступеней выбирается с учетом располага­емой мощности к. п. д., свойств и режима работы силового привода. Диапазоны регулирования выбираются из соотношения

Здесь Л —общий диапазон регулирования; ~?_д — то же двигателя;

-Д

-саморегулирующего устройства (турбоэлектроыашинная передача); Л_м —механический диапазон коробки скоростей.

178

Число рабочих скоростей подъема для подъемного механизма с автоматически регулирующимся силовым приводом определяется из формулы

к.

->„ *t^VK miii

S f\T I „ 1\D

(VI-70)

где С—коэффициент равномерности (при помощи ./V в кет С = 102);

а —число двигателей силового привода главного подъема; Л^ —мощность на крюке.

Д ля скважин, бурение которых производится с большим коли­ чеством рейсов, как показала практика, целесообразно применять подъемные механизмы

только с автоматически | регулирующимся приво- ^ дом и с числом рабочих ско- ** ростей, равным 2—3. Для « установок с нерегулиру- | ющимся приводом количе­ство рабочих скоростей выбирается 4—5.

2 з 4

Число скоростей 2

Рис. VI-14. Теоретическое я фактическое соотношение скоростей подъемного механиз­ма при Лд=1<1ет.

Кроме основных рабо­чих скоростей, в буровой подъемной установке це­лесообразно иметь одну передачу на барабан лебед­ки, имеющую наивысшую

О 12345В

скорость для подъема не­нагруженного элеватора. Аварийная скорость в бу-ро*ых подъемниках при­нимается как первая ра­бочая скорость. Общее число скоростей подъемного механизма тогда определится как

* = *„ + !. (VI-71)

Соотношение между скоростями подъема

Многими исследователями были предложены формулы для опре­деления соотношения промежуточных скоростей подъемных' меха­низмов, учитывающие различные факторы.

На рис. VI-14 приведен график скоростей для четырех- и шести-скоростного подъемника, построенный по различным теоретическим зависимостям (кривые 7, 2 и 4) и фактическим соотношениям выпол­ненных буровых установок (кривая 3 для подъемника установки с регулируемым приводом — дизеля с турботрансформатором и кри­вая 5 для нерегулируемого привода с электродвигателем перемен­ного тока).

12*

179

Как видно из этого графика, все известные методы расчета соот­ношения скоростей дают результаты, находящиеся между кривой 1 для геометрического ряда и кривой 2 при равенстве времени подъема на различных передачах.

При выполнении подъемного механизма обычно вследствие кон­структивных осложнений отступают от принятой теоретической закономерности. Как видно из кривых 3 и 5, в подъемных механиз­мах с нерегулируемым приводом соотношение скоростей играет важную роль и скорости их следует подбирать из соображений наи­меньшей затраты времени на подъем за все время бурения.

Метод этот заключается в следующем: сначала определяют за­траты времени на подъем при бесступенчатом и ступенчатом изме-

Число сбечей, поднимаемых 8 сутни., N_c

Рис. VI-15. Затраты времени на подъем колонны

при бесступенчатом и ступенчатом распределении

скоростей.

нении скоростей подъема. Как показано на рис. VI-15, заштрихован­ные площадки, ограниченные сплошной линией 1, характеризуют потерю времени на машинный подъем при рациональном ступенча­том распределении скоростей по сравнению с временем при бессту­пенчатом регулировании скорости подъема, определяемого пло­щадью ABCD. Площадки, ограниченные пунктирной линией 2, характеризуют потерю времени при неудачном распределении ско­ростей. Число площадок равно числу рабочих скоростей.

Потери времени будут тем меньше, чем меньше будет сумма этих площадок, что может быть достигнуто за счет увеличения количества треугольников и равенства их площадей.

Относительная потеря времени на подъем

•V 4

(VI-72)

ABCD

1'де 2/ — сумма площадок потерь времени;

^\bcd — ^пл°щадь затраты времени при бесступенчатом подъеме.

180

Так как

•** AECD ~ ~2 ' та* win) ^'

где Ф — среднесуточное число подъемов, то число рабочих скоро­стей подъема,

. -

_?, , ™ . » •

¹ max I •* mm ^J

При приводе с автоматическим регулированием соотношение скоростей проще подбирать по геометрическому ряду. Структурный ряд скоростей вращения, построенный по геометрической прогрес­сии, обеспечивает выгодное в эксплуатационном отношении рас­положение промежуточных скоростей между выбранными крайними пределами.

Геометрическая структура скоростей в коробках передач с числом валов более двух является единственно закономерной структурой расположения скоростей вращения, которую возможно осуществить конструктивно.

При геометрическом ряде промежуточные скорости выбираются из соотношения:

^ = ^1ф = ад*'¹ (VI-74)

или

^пя = ^п*-1ф =' "1Ф*"¹. (VI-75)

где v_l и п^^— скорость крюка и скорость вращения барабана ле-

бедки на первой передаче; Ф — знаменатель геометрической прогрессии; k — порядковый номер скорости.

„Из (VI-73) следует, что знаменатель прогрессии

= ^АТ^;, (VI-76)

где k — число рабочих скоростей; Л_ш — диапазон регулирования.

Величина знаменателя геометрических прогрессий для буровых установок не нормализована и выбирается в пределах 1,3 — 2,3.