3. Расчет частот вращения шпиндельного вращателя скб-5.

Рассчитаем частоты вращения шпиндельного вращателя для станка колонкового бурения при следующих условиях: глубина скважины 800 м; глубина спуска обсадных труб (в м): диаметром 127/117-50 м; диаметром 89/79-90 м; диаметром 73/63-175 м; бурильные трубы - ССК-59; диаметр коронки (в мм) 59/35; осевая нагрузка (в кН) 16 кН; мощность двигателя станка 30 кВт; максимальная частота вращения бурового снаряда номинальной длины n_в=726 мин^-1.

Для заданной конструкции скважины, бурение на указанных интервалах предусматривается осуществлять, в интервале 0-50 м - лопастным долотом диаметром 132 мм; 50-90 м - лопастным долотом диаметром 93 мм; 90-175 м - шарошечным долотом диаметром 76 мм и в интервале 175-800 м алмазной коронкой диаметром 59 мм.

Для наиболее распространенных типов породоразрушающих инструментов ω_min (в м/с), используемых при бурении разрушенных, абразивных или весьма твердых пород, имеют следующие значения:

- твердосплавные коронки и лопастные долота - 0,5-0,6

- алмазные коронки и шарошечные долота - 0,4-0,5

- твердосплавные коронки со среднечастотными гидроударниками - 0,12

Примем для лопастных долот в интервалах: 0-50м и 50-90м, ω_min=0,6 м/с;

- для шарошечного долота в интервале 90-175м, ω_min=0,4 м/с;

- для алмазной коронки ω_min=0,5 м/с.,

где ω_min – минимальная угловая скорость.

Тогда по формуле:

, (3.1)

где D_max максимальный диаметр породоразрушающего инструмента, n_min - минимальное значение частоты вращения.

Для глубины 0-50м:

Для глубины 50-90м:

Для глубины 90-175м:

Для глубины 175-800м:

Выбираем n_min=87 мин^-1

Для определения максимальной частоты вращения по формуле:

(3.2)

где D_min минимальный диаметр породоразрушающего инструмента, n_max - максимальное значение частоты вращения.

Значения ω_max(в м/с):

- алмазные коронки при бурении монолитных малоабразивных пород - 3-5

- твердосплавные коронки - 1,5-2

- шарошечные долота - 1,2-1,4

Примем следующие значения ω_max:

- в интервалах 0-50м и 50-90м, ω_max=1,5 м/с;

- в интервале 90-175м, ω_max=1,6 м/с ;

- в интервале 175-800м (бурение алмазной коронкой), ω_max=4 м/с.

Тогда:

Для глубины 0-50м:

Для глубины 50-90м:

Для глубины 90-175м:

Для глубины 175-800м:

С учетом технических возможностей бурового станка СКБ-5 принимаем nmax=1500 мин^-1.

Максимальную частоту вращения n_max, определенную в соответствии с требованиями технологии алмазного бурения, целесообразно рекомендовать для реализации, если она не превосходит значения и найденного по формуле:

(3.3)

где n_в - максимальная частота вращения бурового снаряда номинальной длины (на конечной глубине скважины), мин^-1; N_хв - мощность на холостое вращение бурового снаряда номинальной длины при частоте вращения n_н, кВт; N - номинальная мощность двигателя бурового станка, кВт.

Так как n_max = 1294 > n_в = 1028, принимаем n_max = 1028 мин^-1.

Рекомендуемое число частот вращения 8≤ А ≤12.Примем число передач К=8.

Каждая из ступеней определяется зависимостью:

(3.4)

Тогда диапазон изменения частот вращения для данных условий:

Для вращателей буровых станков наиболее предпочительны системы бесступенчатого регулирования, обладающие способность работать в режиме полного использования мощности двигателя и обеспечивающие стабильность задаваемых частот вращения. Ступенчатое регулирование меньше удовлетворяет технологическим требованиям по сравнению с бесступенчатым. Вероятность бурения при оптимальной частоте весьма мала из-за ограничеснного числа скоростей. вместо требуемой частоты устанавливается большее или меньшее значение, что приводит к снижению технико-экономических показателей бурения в результате уменьшения механической скорости бурения.