12.9 Узгодження роботи гідродинамічного та стрічкового гальм

Для прискорення спуску та безпечної зупинки колони бурильних та обсадних труб необхідно забезпечити узгоджену роботу гідродинамічного та стрічкового гальм бурової лебідки. Кутової прискорення та швидкість підйомного вала лебідки при спуску з використанням гідродинамічного гальма визначаються з рівняння обертового руху

(12.31)

де — момент інерції обертових мас лебідки та гідродинамічного гальма;

— кутове прискорення барабана лебідки та ротора гальма;

— обертовий момент, створюваний під дією спущених мас;

— гальмівний момент, створюваний гідродинамічним гальмом.

З розглядуваної формули

(12.32)

Як видно, кутове прискорення пропорційне різниці обертового моменту, створюваного власною вагою опущених мас, і гальмівного моменту гідродинамічного гальма. При цьому слідує відмітити, що зменшення моменту інерції обертових мас сприяє збільшенню прискорення і скороченню часу розгону гідродинамічного гальма.

Обертовий момент, що діє на барабан лебідки, змінюється залежно від ваги опущеної колони труб:

(12.33)

Гальмівний момент гідродинамічного гальма в процесі розгону зростає пропорційно квадрату частоти обертання ротора, як видно з виразу (12.28). Якщо в процесі спуску гальмівний момент, створюваний гідродинамічним гальмом, досягає величини діючого обертового моменту, то прискорення стає рівним нулю [див. формулу (12.32)] та подальший спуск проходить при рівномірному обертанні барабана лебідки.

Частота обертання барабана лебідки на ділянці рівномірного спуску визначається з рівності обертового та гальмівного моментів. Користуючись формулами (12.33) та (12.28), з вказаної рівності маємо

(12.34)

В розглядуваному випадку тахограма складається з трьох ділянок, що відповідають розгону, встановленому рівномірному руху та зупинці опущеної колони труб з допомогою стрічкового гальма лебідки. На ділянці рівномірного руху швидкість опущеної колони труб змінюється залежно від рівня наповнення гідродинамічного гальма: з підвищенням рівня наповнення внутрішній діаметр водяного кільця зменшується та, як слідує з формули (12.34), зменшується частота обертання ротора гідродинамічного гальма та відповідно швидкість опущеної колони труб.

Для узгодження роботи гідродинамічного та стрічкового гальм лебідки необхідно забезпечити умову: , де – гранична частота обертання барабану лебідки, що допускається по запасу гальмування стрічкового гальма.

На рис. 12.11 крива 5 виражає граничну частоту обертання барабану лебідки залежно від ваги опущеної колони труб при однаковій тривалості та постійному запасі гальмування стрічкового гальма. Крива 5 побудована по раніше приведеній формулі (12.15), яка після перетворення має вигляд

(12.35)

де — гальмівний момент стрічкового гальма, Нм;

— обертовий момент, Нм;

— коефіцієнт запасу гальмування;

– момент інерції обертових мас бурової лебідки та гідродинамічного гальма, кгм²;

— час гальмування, с.

Рисунок 12.11 — Графік сумісної роботи стрічкового і гідродинамічного гальм бурової лебідки

Криві 1-4, побудовані по формулі (12.28), виражають залежність частоти обертання гідродинамічного гальма при різних рівнях наповнення від обертового моменту, що діє на барабан лебідки при спуску. На практиці гідродинамічним гальмом починають користуватися після спуску перших 20-25 свічок бурильних труб. Першочергово відкривається нижній клапан холодильника та встановлюється найменший рівень , якому відповідає внутрішній діаметр кільця рідини, що утворюється в гідрогальмі. Коефіцієнт моменту при цьому становить , а частота обертання вала гідрогальма та відповідно швидкість спуску залежно від ваги колони труб будуть зростати відповідно кривій 1.

При вазі колони труб досягається максимально допустима швидкість спуску , що відповідає ординаті точки перетину кривих 1 і 5. Подальший ріст швидкості в результаті збільшення ваги спущеної колони труб стає небезпечним для стрічкового гальма бурової лебідки з-за надмірних інерційних навантажень, що виникають при гальмуванні. Тому при нарощуванні наступної свічки швидкість спуску колони труб необхідно знизити. Для цього з допомогою переливних клапанів рівень рідини в холодильнику підвищується до наступної відмітки . Згідно кривій 2 зміна частоти обертання валу гідрогальма, отриманій по новим розрахунковим параметрам та , при навантаженні швидкість спуску знижується до значення .

При подальшому нарощуванні колони швидкість спуску буде зростати по кривій 2. Аналогічно попередньому при досягненні навантаження та допустимої швидкості спуску , що визначається абсцисою точки перетину кривих 2 та 5, слід в черговий раз підняти рівень в холодильнику до відмітки . В результаті цього гідрогальмо перейде на інший режим роботи, що характеризується кривою 3 зі зміненими параметрами та . При навантаженні швидкість спуску знизиться з до . Подальші режими спуску визначаються кривими 3 та 4 розглядуваного рисунка.

Як видно, при використанні гідродинамічного гальма із ступеневим регулятором рівня швидкість спуску в мірі збільшення ваги колони труб знижується по безперервно-ступене-вій кривій. По аналогії з ступінчастим приводом заштриховані ділянки на рис. 12.11 пропорційні недовикористаній потужності стрічкового гальма бурової лебідки. Для більш повного використання стрічкових гальм необхідно збільшити число переливних клапанів на холодильнику. Безступінчасті холодильники забезпечують плавну зміну швидкості спуску, і завдяки цьому при заданому запасі гальмування тривалість спуску колони труб скорочується до мінімуму.