3.2.3. Көтеру механизмінің динамикасы

Бұрғылау қондырғыларының көтеру механизміндегі динамикалық күштер түсіру– көтеру операцияларындағы үдеу және баяулату әсерлерінен, және де оның процесіндегі серпімді тербелуден пайда болады. Динамикалық күштердің көзі құбырлар бағанасын ұстағанда және көтеру арқанындағы өтулерде және де көтеру механизмінің жалғауларындағы құрастыру саңылаулар мен қозғауларында пайда болатын түрпкілер мен соққылар.

Түсіру – көтеру операцияларының динамикасына ұңғыма оқпанының жағдайы айтарлықтай әсер етеді. Әртүрлі камерлер мен қуыстар ұңғыма құбыр бағанасының бір қалыпты қозғалысына кедергі жасайды, сондықтан көтеру механизмінде кездейсоқ сипатты динамикалық күштер пайда болады. Жүйелі динамикалық күштер шығыр екпіндегінде және динамикалық күштердің деңгейі қозғалтқыштардың іске қосылу қасиеттеріне және ұзақ берілістері, шығыр, көтеру арқаны, мұнара мен көтерілетін құбырлар, бағаналар кіретін жүйенің серпімділігіне тәуелді. Түсіргенде динамикалық күштер шығырдың тежегіштерімен реттелетін төмендеу жылдамдығына, және де көтеру арқанының, мұнараның және түсіретін құбырлар бағанасының серпімділігіне тәуелді.

Динамикалық тәжірибелік коэффициенті бұрғылау қондырғысының көтеру механизміндегі динамикалық күштерді ескереді

K_Д=(Р_ст+Р_д)/Р_ст

мұндағы Р_ст – құбырлар бағанасы мен көтеру механизмінің жүретін бөлігінің ауырлық күшін пайда тиетін статикалық күші; Р_д – динамикалық күш.

Эксперименттік зерттеулер тәжірибесі көрсеткендей, бұрғылау қондырғысының көтеру механизмінің әртүрлі буындары мен бөлшектерінің динамикалық коэффициенттері 1,02 – ден 2 – ге дейін бұрғылау шығырдың жетек қуаты мен көтерілетін бағана массасы арқылы анықталатын көтеру жылдамдығына байланысты өзгерді. Құбырлар бағанасының массасы көбейген сайын көтеру жылдамдығы азаяды және осыған байланысты динамикалық коэффициент төмендейді.

Көтеру механизмінің буындарындағы динамикалық күштерді ең көп мәндері құбыр бағанасын ротордан іліп көтергенде және шығырды тежеу басында түсіргенде жетеді.

Төмендегі 7-і кестеде Уралмаш бұрғылау қондырғысында 2000 кН құбырлар бағанасын 5000 м ұңғыма тереңдігімен көтергенде өлшенген көтеру арқанының өозғалмайтын саласындағы (ішегіндегі) динамикалық коэффициенттері келтірілген.

7-і кесте

Динамикалық коэффициенті

Қармақтағы күш, кН	Қармақты көтеру жылдамдығы, м/с	Динамикалық коэффициент, KД
150…250	1,32	2,00…1,88
250…700	1,12…0,09	1,88…1,43
700…1200	0,58…0,56	1,43…1,22
1200…1800	0,40…0,38	1,22…1,05
1800…2000	0,17…0,16	1,05…1,03

Көтеру механизмінің динамикасын теориялық талқылқанда әдетте Даламбер принципін пайдаланады, ол бойынша кез келген уақытта күштері, сыртқы әрекеттік күштержәне байланыс әсерлері тепе – теңдікте болады.

Кез келген машинаның динамикалық қасиеттері, оның бұрғылау қондырғыларының да жетектері, инерциялық параметрлерінен сипатталады, оларға кіретіндер m – тараптар мен элементтер массалары, кг; I – қозғалатын бөліктердің инерция моменті, кгм²; – бұрғылау (маховый) моменті; G – жетектелінетін машина немесе жетектің бөлек элементтерінің қаттылығы немесе серпімділігі, Н/м (сызықтық қаттылық) немесе Нм/рад (бұрыштық қаттылық).

Қарастырылатын бұрыш екпіндегенде әсер ететін момент

(1)

тежегендегі момент

(2)

мұндағы М_СТ – қозғалтқыштың білігіне (екпіндегенде) немесе тежегіштегі білігіне (тежегенде) келтірілген статикалық момент; ε – қозғалтқыш немесе тежегіш білігінің бұрыштық үдеу; I_i – қозғалтқыш немесе тежегіш білігіне келтірілген барлық қозғалатын массалардың қарастырылатын бұрышынан ең қашығына дейінгі инерция моменті; i_i; η_i – қозғалтқыштан қарастырылатын буынға дейінгі беріліс саны және берілістің ПӘК.

Қозғалтқыштың сипаттамасын ескеріп (1) моментті өзгертеміз

мұндағы М_И – қозғалтқыштың білігіндегі артылған момент; I – барлық қозғалатын массалардың қозғалтқыштың білігіне келтірілген инерция моменті.

Қозғалтқыштың білігіне келтірілген механизмінің барлық қозғалатын массаларының инерция моменті

мұндағы I_i – i–лік айналатын бөлшектің инерция моменті; i_i – қозғалтқыштан i–лік бөлшекке дейінгі беріліс саны; m – ілгерілемелі қозғалтқыш бөлшектер мен құбырлар бағанасының массасы; υ – ілгерілемелі қозғалатын массалардың жылдамдығы; n_д – қозғалтқыштар айналу жиілігі.

Беріктіктің практикалық есептерінде динамикалық артық жүктелу есептеу күштерінде мына жағдайлардың біреуімен ескеріледі

М=М_maxК_Д, M=M_mК_П

мұндағы М – есептеу күші (момент, күш, қысым); М_max – ұзақ әрекеттелген ең көп күш; M_m – паспорттық күш; К_Д – динамикалық коэффициент; К_П – артық жүктелу коэффициенті.

Есептеу күшін паспорттық күш пен артық жүктеу коэффициентімен есептеу ыңғайлы.

Көтеру механизмінің бөлшектері әр көтеру жылдамдықтарының шектік ең көп күштеріне есептеледі. Динамикалық және артық жүктеу коэффициенттері бірге тең деп алынады. Бұдан көтеру механизмі жетегінің паспорттық және ұзақ әрекетті ең көп күштері тең екені белгілі болады.

Сорғыш жетегінің бөлшектері сорғыш қуаты мен айналу жиілігі арқылы табылатын паспорттық күшінен беріктікке есептелінеді. Осындай паспорттық күш арқылы ротор жетегінің бөлшектері де есептеледі. Есептер күші бұл жағдайына сынға түсетін айналу моменті арқылы жүргізулері берілген қуат пен ротор столының айналу жиілігінің ең аз мәні арқылы.