Т

Частота вращения 5ара5ана лебедки; од/мин

Рис. IV.11. Зависимость мощности торможения от частоты вращения барабана лебедки и диаметра ро­тора тормоза:

Диаметры ротора тормоза: /—1,52 м; 2 — 1,17, м; 3—1,02 м; 4 — 0,92 м

ормозной момент М, соз­даваемый гидродинамическим тормозом, зависит от частоты вращения ротора тормоза и степени заполнения его поло­сти жидкостью. Чем выше ча­стота вращения ротора, тем больше развиваемый им тор­мозной момент. Тормозной мо­мент увеличивается также пропорционально диаметру ро­тора в пятой степени.

На рис. IV. 11 приведен гра­фик зависимости мощности торможения от скорости спус­ка бурильных колонн для од­норядных гидродинамических тормозов. Из этого графика следует, что при увеличении диаметра ротора с 1,02 до 1,17 м тормозная мощность при од­ной и той же частоте вращения (390 об/мин) возрастает с 750 до 2500 кВт, или в 3,33 раза. Таким образом, чем больше диаметр ротора тормоза и выше скорость спуска труб в сква­жину, тем больше тормозной момент и тем надежнее работает тормоз.

Гидродинамический тормоз (рис. IV.12, а) состоит из ро­тора 1, статора 2, закрытого с боков крышками 3 и 4. Муфтой 7 он присоединяется к торцу подъемного вала лебедки 8. Ста­тор, по существу, является основанием и крепится болтами к раме лебедки. Наклонные ребра 5 при наличии воды в тор­мозе во время вращения ротора в процессе спуска колонны способствуют созданию значительного сопротивления вращению вала 6. Во время вращения этого вала в обратную сторону (при подъеме колонны) сопротивление воды значительно уменьша­ется.

Гидродинамический тормоз / сообщается с холодильником 2 с помощью двух резиновых шлангов 3 и 4 (рис. IV. 12, б). Че­рез шланг 3 вода из холодильника поступает в корпус тормоза, где благодаря высоким скоростям циркуляции и встречному наклону лопаток создается значительный тормозной момент. При правильном выборе объема воды, залитой в тормозную систему, можно установить оптимальную для каждого конкрет­ного случая скорость спуска колонны. Следует всегда помнить, что чем меньше скорость спуска, тем меньший тормозной

Рис IV12 Гидродина­мический тормоз:

а — разрез, б — схема ус тановки

/

момент развивает гидродинамический тормоз и тем большую нагрузку испытывает ленточный тормоз. Чтобы при подъеме колонны и ненагруженного элеватора на преодоление трения лопастей ротора о жидкость, находящуюся в тормозе, не затра­чивалась излишняя мощность, необходимо последней отклю­чать от подъемного вала. Это легко выполняется в том случае, если тормоз отключается один раз в начале подъема труб. Но при отключении его перед каждым подъемом элеватора в про­цессе спуска труб значительно увеличивается время спуско­подъемных работ. В двух- и трехроторных тормозах с большим диаметром ротора (1,45 м) потери на трения, возникающие при подъеме крюка, достигают больших величин.

Для облегчения и сокращения затрат времени на отключе­ние тормоза от подъемного вала лебедки гидродинамические тормоза укомплектовываются обгонными муфтами, которые при обратном направлении вращения вала автоматически отклю­чают тормоз от лебедки и включают его при прямом вращении. Таким образом, применение мощных обгонных муфт во избе­жание значительных потерь энергии при вращении подъемного барабана во время подъема ненагруженного элеватора явля­ется большим недостатком этих тормозов.

Электрические регулирующие тормоза отличаются от меха­нических и гидравлических удобством управления, устойчивым режимом работы, легкостью и плавностью перехода родного ре­жима на другой или полного отключения.

В качестве регулирующих тормозов применяют электриче­ские тормозные устройства трех типов: трехфазные синхронные генераторы, работающие в системе торможения; электродина­мические, в которых тормозной момент создается в результате взаимодействия наведенных в роторе и статоре вихревых токов, и порошковые.

Электродинамический тормоз представляет собой электри­ческую машину, работающую в режиме динамического тормо­жения. При помощи муфты он соединяется непосредственно с подъемным валом барабана лебедки. В комплект электротор- мозной установки входят генератор, станция управления, тор­мозные сопротивления, возбудительный агрегат, командокон- троллер и кнопки управления.

Возбуждение этих тормозов осуществляется от независимых "генераторов постоянного тока. Тормозной момент регулируется путем изменения возбуждения генератора или величины сопро­тивления в цепи статора возбудителя. Схемы управления поз­воляют получать различные тормозные режимы, например мак­симальный момент при больших или малых частотах вращения. Электротормоза включаются и выключаются без затраты до­полнительного времени, так как не требуется отсоединения вра­щающегося ротора тормоза от вала лебедки, а за счет включе­ния и выключения тока возбуждения.

*

и \в

Рис. IV. 13. Электродинамический регулирующий тормоз:

1 — магнитный статор; 2 — корпус; 3 — ротор; 4 — обмотка возбуждения; 5 — подшия- ник; 6 — вал

Попытки применения синхронных генераторов в качестве ре­гулирующих электротормозов успеха не имели, так как ротор генератора обладает большой массой и моментом инерции и без отключения тормоза от вала лебедки на разгон при подъеме незагруженного элеватора затрачивалось много времени.

В качестве электротормозов используют либо динамические тормоза, либо электропорошковые. Эти тормоза имеют ротор с небольшим моментом инерции, не требующий его отключе­ния от вала лебедки при подъеме незагруженного элеватора. Поэтому для соединения ротора электротормоза с валом ле­бедки применяют жесткие соединительные кулачковые или зуб­чатые муфты с местным управлением, включаемые только при спуске колонны.

Электродинамический тормоз с перекрещивающимися полю­сами показан на рис. IV. 13. Он состоит из легкого Т-образного ротора* вращающегося в двух статорах с полюсами оригиналь­ной конструкции и обмотками возбуждений. Управляя плот­ностью магнитного потока, можно изменять момент торможе­ния в широких пределах. Возникающее тепло хорошо отводится водой, заполняющей всю полость статора и хорошо омывающей ротор. Вода в полость поступает по трубопроводу А и Б, воз­вращается в систему охлаждения через сливной патрубок В.

Рис. IV. 14. Регулирующий электромагнитный порошковый тормоз:

/•—вал; 2 — боковая крышка; 3— магнитные уплотнения; 4 — каналы Охлаждения; 5 — электромагнит; б — пробка; 7 — обмотки возбуждения; 8 — ротор

Электромагнитные тормоза с ферропорошковым наполне­нием применяются в качестве вспомогательных тормозов буро­вых лебедок. Такой тормоз отличается от электродинамического тем, что в нем межжелезный зазор заполнен ферромагнитным порошком, который способствует повышению проводимости за­зора между ротором и статором, в результате чего создается большая сила торможения, почти не зависящая от частоты вра­щения. Это является преимуществом порошковых тормозов. Ими можно тормозить барабан лебедки до полной его оста-

Новки. В динамических же тормозах должно быть обязательно некоторое скольжение.

На рис. IV. 14 показан электромагнитный порошковый тор­моз ТЭП-4500. Он состоит из двух неподвижных кольцевых мас­сивных электромагнитов постоянного тока и стального свар­ного ротора, имеющего форму шкива, закрепленного шпонками на валу, который смонтирован на подшипниках качения. Недо­статками этих тормозов являются износ и пригорание порошка и необходимость его уплотнения специальными магнитными сальниками. Отвод тепла в этих тормозах осуществляется ох­лаждающей водой, циркулирующей по специальным каналам, что ухудшает теплоотвод и приводит к перегреву.

Между цилиндрическими поверхностями (активная зона) электромагнита и ротора имеется зазор, равный 2,5—3,5 мм. Во внутреннюю полость тормоза через специальное отверстие засыпается металлический порошок с частицами диаметром 40—200 мкм, получаемый специальным методом распыления железа «Армко». Количество порошка должно быть значи­тельно больше объема зазоров и определяется эксперименталь­ным путем по наибольшему тормозному моменту.

Для электромагнитного порошкового тормоза типа ТЭПко- * эффициент избытка порошка А-1,5 (по отношению к объему ра­бочих зазоров). При возбуждении электромагнитов находя­щийся в полости тормоза ферромагнитный порошок втягивается в зазоры активной зоны, образует между цилиндрическими по­верхностями статора и ротора цепочку связи и располагается вдоль направления силовых линий магнитного поля. Суммар­ная величина связей от всех цепочек возрастает с увеличением тока возбуждения. Максимальный тормозной момент в Н • м

M_rm,_x = i_m„2nR4, (IV.1)

где Тшах — напряжение сдвига при данной величине индукции в зазоре, Па; R — средний расчетный радиус ротора, м; / — ра­бочая длина всезГ активных зазоров, м.

В зависимости от величины зазора, размеров частиц и па­раметров порошка Тшах=0,08-^0,12 МПа. Электромагнитный тормоз с ферропорощковым наполнением (ТЭП) отличается от гидродинамических и электродинамических тем, что его тор­мозной момент зависит не от частоты вращения вала, а от тока возбуждения электрической системы и может плавно изме­няться от нуля до максимума.

Частота вращения тормоза ТЭП-4500 достигает 500 об/мин и может развивать постоянный номинальный тормозной момент 45 кН • м.

Безопасные катушки устанавливают на промежуточный вал лебедки. Они предназначены для выполнения следующих работ:

1. перемещения груза с приемных мостков в буровую и внутри буровой на ту или иную высоту;

2. раскрепления и завинчивания бурильных и обсадных труб.

.Для работы с помощью катушки, расположенной у поста бурильщика, имеется специальный канат (легость), который состоит из двух частей: стального каната с крюком для захвата груза и пенькового, набегающего на катушку. Легость прохо­дит через вспомогательный блок кронблока и находится внутри буровой. После того как рабочий зацепит крюком груз, буриль­щик включает катушку, и груз перемещается.

Бурильные и обсадные трубы при спуске их в скважину свинчивают с помощью этой же катушки специальными клю­чами и канатами. Замковые соединения в процессе подъема бу­рильных труб раскрепляют безопасными катушками или пнев­матическими раскрепителями.

Фрикционные катушки в процессе свинчивания бурильных труб и перемещения груза развивают на канате усилие доЗОкН и обеспечивают подъем деталей весом до 10 кН.

Катушка (рис. IV.15) состоит из барабана 1, разделенного на две части: левая предназначена для навивки ходовой части легости при перемещении или подъеме груза; правая служит для навивки каната во время свинчивания труб. Барабан ка­тушки установлен на двух роликоподшипниках; к нему с по­мощью болтов прикрепляется тормозная шайба 3, имеющая внутри зубчатый венец, находящийся в зацеплении с тремя ше- стернями-сателлитами 4 водила 2. Водило со второй тормозной шайбой 5 опирается на два роликовых подшипника, закреплен­ных на ступице приводной шестерни 6, которая, в свою оче­редь, при помощи шпонки закреплена на катушечном валу ле­бедки.

На тормозные шайбы барабана и водила надеты стальные ленты 11 и 12, снабженные фрикционными накладками. Один конец ленты 12 грузового тормоза прикрепляется к кронш­тейну 9, а второй—к коленчатому рычагу 8, на конце которого крепится г^уз 7, заставляющий ленту быть в натянутом (за­торможенном) состоянии. Рабочая лента 11 прикреплена од­ним концом к тому же кронштейну 9, что и лента 12, а дру­гим— к рукоятке управления 10, выведенной к посту буриль­щика. На противоположном ее конце закреплен противовес.

Принцип действия катушки следующий.

1. При положении а (рис. IV. 15, а), когда рукоятка под­нята вверх до отказа, обе тормозные ленты расторможены. Ра­бочий легко может сматывать канат с барабана.

2. При положении б фрикционная катушка заторможена, а поднятый груз неподвижен. Рабочая лента в этом положении расторможена, а водило вместе с шестернями-сателлитами вра­щается свободно.

3. В положении в рукоятка опущена вниз до отказа, рабо­чая лента заторможена, лента грузового тормоза свободна.

Т огда приводная шестерня 6, находящаяся в зацеплении с ше­стернями-сателлитами заторможенного водила, заставит их вращаться вокруг своих осей; одновременно начнут вращаться тормозная шайба 3 и соединенный с ней барабан 1, обеспечи­вая подъем груза или свинчивание труб. Для удобства работы концы легости и рабочего каната для свинчивания труб

должны иметь петли, которые легко надеваются на специаль­ные крючья барабана катушки.

Усилие Р (в Н) на рычаге катушки, необходимое для подъ­ема груза Q, определяется по следующей зависимости:

P = 0,0lQ+20. (IV. 2)

Если^НЮкН, to Р= 120 Н.

В процессе свинчивания замков с моментом М рабочему не­обходимо приложить усилие Р=0,045М+20 кН. При М = = 5000 Н • м требуется усилие Р=245 Н.

Пневмораскрепители предназначены для раскрепления зам­ковых соединений при подъеме бурильных труб. Они представ­ляют собой цилиндр с двумя крышками, внутри которого пере­мещается поршень со штоком. К противоположному от поршня концу штока прикрепляется стальной канат, который другим концом присоединяется к машинному буровому ключу. В ци­линдр раскрепителя подводится сжатый воздух, перемещающий поршень по цилиндру из одного крайнего положения в другое.

Во время движения поршень увлекает за собой шток и при­соединенный к нему канат, перемещая при этом ручку машин­ного ключа и раскрепляя замковое соединение. В лебедках по­следних конструкций такие пневмораскрепители встраиваются с задней ее стороны и при помощи ряда блоков выводят канат в желаемом направлении.