4.3 Расчет канатов

Согласно правилам Госгортехнадзора, диаметр талевого каната выбирается в соответствии с расчетом на статическую прочность:

(III.19)

где R_p — разрывное усилие каната, H; s ≥ 3 — коэффициент запаса прочности при СПО (должен быть в пределах 3—5); Р_вп — максимальное натяжение струны каната, Н.

Для спуска обсадных колонн при статических нагрузках принимают двойной запас прочности. Разрывное усилие каната (агрегатная прочность) зависит от предела прочности проволок при растяжении и определяется в зависимости от диаметра каната по таблицам или ГОСТам.

Для упрощения расчета максимального натяжения ведущей струны каната формула (Ш.9) заменяется следующей:

(III.20)

где т — коэффициент, зависящий от оснастки.

Величины т для различной талевой оснастки приведены ниже.

Оснастка талевой системы	2х3	3х4	4х5	5х6	6х7
Число рабочих струн	4	6	8	10	12
т	0,262	0,177	0,137	0,112	0,094

Натяжение ведущей струны каната Р_вп определяют из формулы (III.18).

Пример. При бурении скважины глубиной 2200 м с применением 127 мм труб принята оснастка 4х5 с канатом диаметром 28 мм. Необходимо сделать проверочный расчет правильности принятой оснастки.

Определяем наибольшую статическую нагрузку на подвижные струны каната талевой системы

где L —длина бурильных труб, м; (q — вес 1 м бурильных труб, Н; l_убт — длина УБТ, м; q_убт —вес 1 м УБТ, Н; G_тс — вес талевого блока, каната и крюка, Н.

В нашем случае L =2200 м; q = 280 Н/м; l_убт =100 м; q_убт = 1 кН; G_тс = 80 кН.

Тогда

Отсюда статическая нагрузка на одну струну каната

Если полученная нагрузка на канат с учетом к.п.д. шкивов меньше допустимой и ниже допустимого натяжения набегающего на барабан конца каната, то такую оснастку можно принять для работы.

5 Выбор типа лебедки

Задача 129. Исходя из максимальной нагрузки на крюке, которая составляет Q_кр = 120 тс, выбрать тип лебедки, если предполагается оснастка талевой системы 5х6.

Решение. Тип лебедки выбирается по максимальному натяжению ходового конца каната при подъеме колонны.

Натяжение ходового конца каната определим по упрощенной формуле

где Q_кр — максимальная нагрузка на крюке, Q_кр = 120 тс; Р_об — вес подвижных частей талевой системы, включая штропы и элеватор, принимаем Р_об=5т; n — число рабочих струн талевой системы, при оснастке 5x6 n = 10; η_т.с — коэффициент полезного действия талевой системы, который в основном зависит от оснастки. При оснастке 5 х 6 η_т.с = 0,85.

Подставив имеющиеся значения в приведенную выше формулу, получим

тс.

Таким образом, исходя из максимального натяжения ходового конца каната, которое составляет Р_х.к = 14,7 тс, выбираем лебедку У2-2-11, у которой Р_{х к} при подъеме колонны равно 15,3 тс (табл. 41).

Наименование	Тип лебедки
	БУ-75	Л1-4М2	У2-2-5	У2-4-8	У2-2-11	У2-5-4	У2-5-5
Номинальная грузоподъемность на крюке, т	75	130	130	125	125	200	200
Допустимое (максимальное) натяжение, тс	10,7	15	14,5	15,3	15,3	24,5	24,5
Диаметр талевого каната, мм.	26	28	28	28	28	33	33
Мощность на подъемном валу, л.с.	630	-	500	500	910	900	900
Число скоростей подъема	4	4	4	4	6	5	5
Число скоростей передач ротору	2	1	3	3	3	4	4
Диаметр бочки барабана, мм	600	650	650	650	650	800	800
Диаметр тормозных шайб, мм	1180	1170	1180	1180	1180	1450	1450
Ширина тормозных шайб, мм	250	250	250	250	250	250	250
Скорость подъема крюка при оснастке 5х6, м/с:
наибольшая		0,978	1,55	1,97	1,86	1,97	1,97
наименьшая		0,17	0,13	0,354	0,32	0,19	0,235
Скорость вращения стола ротора, об/мин:
минимальная		63	15	68	62	44	44
максимальная		122	218	187	199	260	260
Вес лебедки, т	13,7	11	20	20,7	21,3	26,2	26,6

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЧИСЛА ОБОРОТОВ ПОДЪЕМНОГО ВАЛА ЛЕБЕДКИ

Задача 130. Определить число оборотов подъемного вала лебедки в 1 мин по схеме, приведенной на рис. 24, если число оборотов двигателя n_дв = 1500 об/мин. Передача от двигателя осуществляется через трансмиссию с двумя редукторами, которые имеют понижающие передаточные отношения i₁ = 1,53, i₂ = 3. Вращение от редуктора с передаточным отношением i₂ = 3 передается на трансмиссионный вал лебедки через звездочки z₃₆ и z₄₀.

Примечание. Звездочка z₃₆ закреплена на тихоходном валу редуктора, а звездочка z₄₀ — на трансмиссионном валу лебедки. Редуктор с i₁ = 1,53 на рис. 24 не показан.

Решение. На рис. 24 приведена схема лебедки У2-4-8, которая является результатом модернизации лебедки У2-4-5. Все механизмы лебедки смонтированы на станине сварной конструкции, состоящей из горизонтальной рамы салазок и четырех вертикальных стоек, связанных вверху горизонтальной трубой, являющейся одновременно масляным баком для смазки цепных передач. На стойках смонтированы трансмиссионный вал 1, промежуточный вал 2 и вал барабана 3. На этих валах установлены цепные колеса I, II, III и IV скоростей, а также цепные колеса привода ротора. На промежуточном валу лебедки У2-4-5 смонтированы две катушки: слева — шпилевая, справа — автоматическая для раскрепления бурильных замков. В лебедке У2-4-8 шпилевая катушка заменена фрикционной 7, а автоматическая — пневмораскрепителем (на схеме не показан).

Кроме того, у лебедки У2-4-5 цепные колеса (z₃₅, z₃₅ и z₄₇) с кулачками для включения I, II и III скоростей посажены на подшипники скольжения (бронзовые втулки). В лебедке У2-4-8 все цепные колеса, свободно вращающиеся на валу, посажены на подшипники качения. Ленточный тормоз лебедки У2-4-5 имеет колодки из асбокаучуковой композиции с болтовым креплением к ленте. Колодки тормоза лебедки У2-4-8 комплектуются из ретинакса, который более жаростоек и прочен, и крепятся к ленте при помощи стальных пластин.

В буровой лебедке У2-4-8 на подъемном валу посажено цепное колесо г₄₇ для присоединения механизма подачи долота. Переключение I, II, III скоростей осуществляется кулачковыми муфтами 5 и 4. Включение ротора — сдвоенной шинно-пневматической муфтой ШПМ-500; включение IV скорости на лебедке — ШПМ-700; включение I, II и III скоростей на лебедке — ШПМ-1070. Гидравлический тормоз 8 и звездочка z₄₇ для присоединения механизма подачи долота на вал барабана включается двусторонней кулачковой муфтой 6.

Используя приведенную схему, определяем число оборотов трансмиссионного вала лебедки

Рассчитываем число оборотов подъемного вала лебедки на первой скорости. Первая скорость передается от трансмиссионного вала на промежуточный через звездочки z₂₂ и z₄₇, а с промежуточного вала на подъемный — через звездочки z₃₆ и z₇₂. Для передачи первой скорости на промежуточном валу необходимо включить кулачковую муфту, а на подъемном — шинно-пневматическую ШПМ-1070. Таким образом,

Рассчитываем число оборотов подъемного вала лебедки на второй скорости. Вторая скорость передается от трансмиссионного вала на подъемный через промежуточный и звездочки z₃₅, z₄₇, z₃₆ и z₇₂ и включается при помощи двусторонней кулачковой муфты, которая смонтирована на трансмиссионном валу, и ШПМ-1070

Рассчитываем число оборотов подъемного вала лебедки на третьей скорости. Третья скорость передается аналогично второй, только кулачковую муфту на трансмиссионном валу необходимо переместить согласно схеме влево, т. е. через звездочки z₃₅, z₂₇, z₃₆, z₇₂.

Рассчитываем число оборотов подъемного вала лебедки на четвертой скорости. Четвертая скорость лебедки является прямой и передается с трансмиссионного вала на подъемный через звездочки z₄₃ и z₃₃. Включается четвертая скорость ШПМ-700, которая смонтирована на трансмиссионном валу,

Таким образом, число оборотов подъемного вала на каждой скорости составляет: n_I = 69, n_II = 109, n_III= 190 и n_IV = 394 об/мин