2. Вращатель бурового станка скб-5.

Вращатель буровой – один из главных конструктивных элементов буровой установки, который используется для передачи вращения бурильной колонне, во многом определяя эффективность и порядок выполнения всех технологических операций.

Шпиндельные вращатели применяются в буровых станках колонкового бурения, имеющих в основном моноблочную компоновку и оснащенных одним двигателем. Шпиндельный вращатель предназначен для передачи колонне бурильных труб крутящего момента и осевого усилия. Он состоит из конического редуктора со шпиндельной втулкой, установленного в корпусе вращателя на подшипниках и получающего вращение от коробки передач станка; полого шпинделя, проходящего через шпиндельную втулку и связанного с ней шпоночным, шлицевым или фигурным соединением. Шпиндель оснащается одним или двумя зажимными патронами, с помощью которых бурильной трубе, свободно проходящей через шпиндель, передаются крутящий момент и осевое усилие.

Рис.2 Схема вращателя бурового станка СКБ-5

(1-траверса, 2-цилиндр, 3-корпус).

Рабочая длина шпинделя определяет «ход шпинделя» — возможную максимальную величину непрерывного осевого перемещения колонны бурильных труб. Для продолжения процесса осевого перемещения колонны выполняется операция по перекреплению шпинделя, при которой зажимные патроны раскрепляются и шпиндель перемещается в верхнее исходное положение с последующим закреплением патронов. Наличие двух гидропатронов позволяет осуществлять бурение без остановки вращения. Осевое перемещение шпинделя осуществляется с помощью системы подачи.

Рис. 3 Схема работы узлов вращателя с гидропатронами при перехвате: а – бурение, б – нижнее положение шпинделя, в – подъем шпинделя, г – верхнее положение шпинделя.

Шпиндели могут иметь круглое или фигурное сечение. Круглые шпиндели с несколькими шпоночными канавками или шпиндели со шлицевой наружной поверхностью достаточно легко балансируются и обеспечивают устойчивую работу при высоких частотах вращения. Шлицевые шпиндели сложнее в изготовлении, но благодаря большому числу шлицев, передающих крутящий момент, имеют несколько меньшие толщину стенки и массу. Шпиндели фигурного сечения, например шестигранного, успешно применяются при передаче больших крутящих моментов.

Основными параметрами вращателя являются частота вращения и конструктивные размеры – длина хода и диаметр проходного отверстия шпинделя.

Диаметр проходного отверстия определяется максимальным диаметром применяемых бурильных труб с учетом зазора 2-5 мм для обеспечения свободного прохода их через шпиндель.

Длина хода шпинделя варьируется в пределах 400-600 мм, принимая большее значения в станках для бурения более глубоких скважин.

Для проверочного расчета примем такие условия, которые позволят рассчитать максимальные возникающие нагрузки на станок. При расчете вращателя проверим несколько параметров:

- частотную характеристику, которая оценивается диапазоном изменения частот вращения и диапазоном регулирования, числом частот в диапазоне;

- усилия, передаваемые зажимным патроном ведущей трубе при бурении.

При определении частотной характеристики выберем способ бурения, при котором применяется алмазная буровая коронка. При алмазном бурении, в соответствии с технологией, необходимо обеспечивать высокую частоту вращения бурильной колонны и относительно небольшой крутящий момент, поэтому при расчете частотного диапазона можно получить данные, которые более полно охарактеризуют технические возможности вращателя станка СКБ-5 и охватят большее число частот в диапазоне.

Расчет усилий передаваемых зажимным патроном ведущей трубе при бурении будем проводить для твердосплавного способа бурения, так как при этом способе для успешного разрушения породы на забое необходимо передавать существенные крутящие моменты. Проведем расчет для того, чтобы убедиться, что вращатель сможет обеспечить необходимое значение крутящего момента передаваемого бурильной колонне.