§ 3, Характеристика приводов при работе на общую трансмиссию

Для обеспечения надежности, увеличения маневренности и повы­шения коэффициента использования установленной мощности в буро­вых установках часто применяют групповые или двухдвигательные одиночные приводы.

Электродвигатели блокируются для передачи мощности на один вал не более двух только в приводах лебедок. Двигатели внутрен­него сгорания блокируются от двух до четырех в общий привод всех агрегатов.

В групповом приводе необходимо, чтобы каждый двигатель отдавал свою полную мощность.

Это условие должно выполняться в процессе работ при различных скоростях вращения трансмиссии. Внешние характеристики двига­телей и устройств, регулирующих их работу, всегда отличаются одна от другой.

На рис. XVII-7 показаны два случая совмещения характеристики двух дизелей, работающих на общую трансмиссию: в случае а дви-

гатели отрегулированы до совпадения скоростей вращения на холо­стом ходу, а в случае б • — до совпадения характеристик в верхней части регуляторных ветвей при работе под нагрузкой.

Так как привод в процессе бурения работает с различными ско­ростями вращения, то всегда при жесткой блокировке суммарная мощность нескольких двигателей не равна сумме их номинальных мощностей

(XV1I-5)

где z — количество блокируемых двигателей; N — мощность каждого двигателя;

а — коэффициент суммирования мощности (зависит от точности регулирования системы управления и питания двигателей).

/,

7

/ V

Л

t

Скорость Вращения п а Я

Рис. XVII-7. Совмещенные внешние характеристики двух дизе­лей, работающих на общую трансмиссию.

а — характеристики совмещены по холостому ходу; б -- характеристики совмещены при работе под нагрузкой. / и II — внешние характеристи­ки первого и второго двигателей.

Для ДВС при z = 2 а = 0,8 -ъ 0,95; при z = 3 а =-. 0,7 - 0,9; при z = 4 а — 0,6 ч- 0,8.

В связи с понижением суммарной мощности более четырех дизе­лей в один привод не блокируют.

Если в трансмиссии применяют устройства, допускающие про­скальзывание (электрические муфты скольжения, турбопередач и др.), скорость вращения каждого /двигателя будет неодинакова.

Суммарная мощность привода в этом случае

(XVII-6)

где т] — к. п. д. устройства, допускающего скольжение.

79

В случае блокирования жесткой передачи нескольких асинхрон­ных двигателей на общий вал происходит их неравномерная нагрузка при одинаковой скорости вращения.

Блокирование жесткой передачи синхронных двигателей, име­ющих постоянную скорость вращения, в буровых установках не осуществляют, так как в результате неравномерности вращения один из двигателей будет всегда перегружаться.

Устойчивая работа двигателей обеспечивается в том случае, если на части кривой его характеристики момент двигателя М_х равен моменту сопротивления М_с.

Параметры устойчивого режима располагаются в точке пере­сечения характеристик М_я и М_е.

Рис. XVII-8. Характеристики работы двигателей. а — устойчивая; б — неустойчивая.

Для устойчивой работы двигателя необходимо, чтобы характе­ристика ускоряющего момента ф_)г уменьшалась с увеличением угло­вой скорости вращения.

Устойчивость работы двигателей характеризуется формулой

Л/_д — М_с = ср_и. (XVH-7)

Условия устойчивого режима определяются неравенством

(XVII-8)

dn

На рис. XVII-8 показаны характеристики устойчивости работы двигателей. Устойчивая работа (рис. XVI1-8, а) характеризуется тем, что при изменении момента сопротивления от М'_е до М"_с уско­ряющий момент Ж"_д — М₀ уменьшается, в результате увеличи­вается угловая скорость вращения. Из рис. XVII-8, б видно, что с изменением режима нагрузки от М'₀ до Ml происходит замедление вращения, поэтому установившийся режим в пределах рабочего диапазона скоростей вращения двигателя невозможен.

Для регулирования двигателей устойчивость их работы зависит от свойств регулятора и способности его изменять количество энергии (топлива, силы тока или пара), подводимой к двигателю.

Работа со средствами искусственной при­способляемости. Как указывалось выше, естественные характеристики двигателей не могут обеспечить диапазон регулиро­вания, требуемый исполнительными механизмами буровой установки. Поэтому используются искусственные средства сближения требуемых характеристик с фактически располагаемыми.

Крутящий момент и диапазон регулирования скоростей лебедки п ротора в буровой установке могут изменяться в пределах 1 : 4— 1 : 10. Ни один из рассмотренных двигателей не обладает такой характеристикой собственной приспособляемости, поэтому в буро­вых установках применяют различные устройства искусственной приспособляемости, позволяющие трансформировать крутящий момент и скорость:

а) механические трансмиссии с многоступенчатыми коробками передач, зубчатыми или цепными;

б) турботрансформаторы в комбинации с упрощенными короб­ ками передач;

в) электромашинные передачи постоянного тока также в сочета­ нии с упрощенными коробками передач и др.

Привод насосов не требует столь глубокого регулирования, поэтому средства искусственной приспособляемости здесь приме­няются ограниченно.

Для улучшения пусковых характеристик используют сцепные фрикционные муфты, турбо- и электромуфты, допускающие кратко­временное регулирование скорости вращения в некоторых пределах.

Общие зависимости для трансмиссий. Обо­значив индексами «1» вал двигателя, а «2» ведомый (вторичный) вал трансмиссии, для любой трансмиссии будем иметь.

Коэффициент полезного действия

где М — крутящие моменты;

п — скорости вращения валов.

Отношение

*»-•?• (XVII-10)

^П1

называется передаточным отношением трансмиссии, а

*=l£- (XVIT-H)

— коэффициентом трансформации (крутящего момента). Следовательно, всегда

i\ = Ki_zi. (XVII-12)

381

К любой трансмиссии приложены три крутящих момента: момент двигателя М_г, рабочий момент М₂, опорный момент М₃.

Из условия равновесия трансмиссии алгебраическая сумма трех крутящих моментов равпа нулю:

М±~ М₂ + М₃ = 0. (XVII-13)

Трансмиссии, не имеющие внешней опоры (М₃ = 0), называются муфтами. Независимо от принципа действия в муфтах

V

Рис. XVII-9. Характеристика трансмиссии. а — бесступенчатой; б — ступенчатой.

При К > 1, т. е. М_ъ >• M_lt опорный момент М₃ положителен (совпадает по направлению с М_г).

При К = 1, М₂ = М_г, трансмиссия — трансформатор превра­щается в муфту (t₂₄ = т]).

опорны момент отрица

1, г'

М

₂₁

В области К телен.

для

Для трансмиссии — трансформатора, предназначенного преобразования момента, внешняя опора обязательна.

Представим себе бесступенчатую идеальную (t| = ^; 1) трансмис­сию, обеспечивающую работу двигателя на строго постоянном режиме при всех вариантах нагрузки на вторичном валу. Из формулы (XVII-12) следует, что характеристика такой трансмиссии предста­вляется равносторонней гиперболой (кривая 1 на рис. XVI 1-9, а).

При заданном значении М_г этот график в другом масштабе (рис. XVII-9, б) изображает зависимость необходимого передаточ­ного отношения от величины рабочего момента на вторичном валу трансмиссии.

Для любой реальной бесступенчатой трансмис­сии с постоянным к. п. д. (ц <С1) характеристика проходит ниже (кривая 2), т. е, передаточное отношение трансмиссии для того же рабочего момента должно быть выбрано меньшим.