Дәріс 6 бұрғылау шығырлары (бш)

6.1 Жалпы мәліметтер

Бұрғылау шығырлары бұрғылау процессінің тиімділігін анықтайтын басты агрегаттарға жатады.

Шығырдың негізгі технологиялық функцияларына мыналар жатады:

-қашауға берілген жүктемені қмтамасыз ету;

-құралды ұзарту;

-КТО;

-шегендеу тізбектерін түсіру;

-қосымша жұмыстар.

Шығырлар бұрғылау технологиясы мен оларды пайдалану шарттары мен талаптарына жауап беруі керек, яғни:

• Қуат пен тарту күші ауыр операцияларды жүргізуге жеткілікті болу керек;

• КТО кезінде көтеру және түсіру жылдамдығы үлкен өнімділікті және жұмыстың апатсыздығы мен эргономикалығын қамтамасыз ету керек;

• Шығырдың өлшемдері мен массасы темір жолмен тасымалдау ережелерінде орнатылған өлшемдерден аспауы керек, сонымен қатар өлшемдер бұрғылау қондырғысымен де шектеледі.

Шығырлар ұзақтұрақтылық, сенімділік, жөндеуге жарамдылық бойынша талаптарға сәйкес келуі тиіс. Жөндеуге түскенше жұмыс коры 3000-5000 сағат машина уақытына сәйкес келуі тиіс.

Бұрғылау шығырлары келесі көрсеткіштер бойынша жіктеледі:

- шығыр барабанына берілетін қуат;

- жетекші тармақтағы тарту күші;

- тежегіштердің қуаты;

- көтерудің жылдамдық саны;

- білік саны.

Бұрғылау шығырларының қуаты МЕСТ 16293-82 регламенттеледі, тереңдікке байланысты 200-2950 кВт арасында болады.

Бұрғы шығыры: тербелмелі подшипниктерге отырғызылатын көтеру және трансмиссиялық біліктер, таспалы және электр тежегіштер орналасатын рамадан және басқару пультінен тұрады.

Бұрғы шығырлары білік санына қарай бір, екі, үш білікті болып бөлінеді. Біліктер арасындағы кинематикалық байланыс шынжыр берілістер арқылы іске асырылады. Көтеру білігі – бұрғы шығырының негізгі білігі, кейбіршығырлар үшін ол тек біреу ғана. Көтеру бөлігіне шынжыр беріліс жұлдызшаларынан басқа, тәл арқанын орау үшін барабан, таспа тежегіш және гидравликалық немесе электр тежегіштер білігін қосушы муфта орналастырылады. Трансмиссиялық және аралық, біліктер көтеру білігі мен шығыр жетегі арасындағы кинематикалық байланысты іске асырады. Кейбір жағдайларда трансмиссиялық білікті роторға айналым беру үшін және қашауды өздігінен жіберетін тесікті шығырға қосу үшін қолданылады. Аралық білікке, көтеру білігіне айналым беруші шынжыр беріліс жұлдызшаларынан басқа кейбір жағдайларда жүк сүйретіп тарту, көтеріп-түсіру кезінде құбырларды ашу, бекіту үшін арнайы катушка қойылады. Кейінгі кезде бұл жұмыстарды атқару үшін қосалқы шығыр және пневматикалық атқыштар қолданылады.

Бұрғы шығырлары екі түрлі тежегіштермен жабдықталады: таспалы, гидравликалық немесе электр тежегіштер. Таспалы тежегіштер құбыр тізбектреін көтеріп ұстау, түсіру жылдамдығын реттеу, толық тоқтату, бұрғылау кезінде қашауды жіберіп отыру қызметтерін атқарады. Бұрғы шығырлары екі таспалы қолмен жыне пневматикалық басқарылатын тежегіштер мен жабдықталады.

Бұрғылау аспабын төмен тереңдіктерге түсіру барысындағы тежеу кезінде, тежеуіш қалыптарының шкивке үйкелу салдарынан өте көп жылу бөлінеді де, қалыптар мен шкив қызып, олардың тежеу сапасы төмендейді. Сондықтан бұрғы шығыры қосымша гидравликалық немесе электр тежнуіштермен қамтамасыз етіледі.

Гидравликалық тежеуіш бұрғылау және шегендеу тізбектерін түсіру жылдамдығын бәсеңдету үшін қолданылады. Шығыр барабанын толық тоқтату, таспалы тежеуішпен іске асырылады.

1-орам;

2-тісті беріліс;

3-орамды білік;

4-шынжырлы беріліс;

5-трансмиссионды білік;

6,8-карданды біліктер;

7-ШПМ;

9-ротор жетегінің білігі;

10-ротор жетегінің ШПМ;

11-ротор жетегі;

12-гидродиенамикалық тежегіш;

13-жұдырықшалы муфта;

14-РПД шынжырлы дөңгелегі;

15-көтеру білігі;

16-ШПМ көтеру білігі.

У2-5-5 үш білікті шығырдың кинематикалық сұлбасы

Бұрғылау шығырларының кинематикалық сұлбалары шартты белгілер арқылы оның кинематикалық элементтері арасындағы байланыс пен жалғасуларды көрсетеді.

БШ бір, екі және үшбілікті болып сериялы шығарылады. Мысал ретінде үшбілікті шығырды қарастырайық, ол көтеру 15, трансмиссионды 5, орамды 3 және ротор жетегінің қосымша білігінен 9 тұрады. Шығыр тісті беріліс қорабындағы жетекші білі пен жетектегі біліктің ауысуы арқылы іске келтіріледі. Беріліс қорабының жетекші білігі карданды білікпен 6 трансмиссионды білікке 5 жалғанады және шина-пневматикалық муфта 16 арқылы қосылатын тісті беріліс (28/25) арқылы көтеру білігіне «жылдам» жылдамдықты береді.

Беріліс қорабының жетекші білігі төрт жылдамдыққа ие. Карданды біліктің 8 көмегімен беріліс қорабы тісті редуктормен жалғанады, редукторда да екі шығу білігі бар. олардың бірі шығырдың көтеру білігімен ШПМ 7 арқылы, ал екіншісі ротор жетегінің білігімен 9 жалғанады. Осылайша шығырдың бес жылдамдығы бар, соның төртеуі «тыныш» ал біреуі тәуелсіз «жылдам», ал ротордың төрт айналым жиілігі бар.

Орамды білік 3 шынжырлы беріліспен 4 іске қосылады, көтеру білігіндегі жетекші дөңгелек Z = 9еркін отырғызылған «жылдам» жылдамдықтың шынжырлы дөңгелегімен Z = 28 блокқа түсірілген. Осылайша, орамды білік 3 тез жүргіші білікпен үнемі іліністе болады. Орамды біліктің консолінде планетарлы тісті берілісі бар 2 фрикционды орам 1 орналасқан. Ол бұрғылауды қосымша жұмыстар үшін қолданылады. Орамды біліктің міндеттелген бос жүрісі – шығырдың қарастырылып отырылған кинематикалық сұлбасының кемшілігі болып табылады.

Ротордың жетегі шынжырлы беріліспен (21/40) жүзеге асады. Ол ШПМ 10 арқылы қосылады. Қашауды беруді реттеушінің гидродинамикалық тежегіші 12 мен шынжырлы дөңгелек 14 шығырдың көтеру білігіне екі жақты жұдырықшалы муфтамен жалғанады.

Бұрғылау шығырларының негізгі техникалық сипаттамалары

Параметрлер	ЛБ-750	У2-2-11	У2-5-5	ЛБУ-1100М1 ЛБУ-1100М2	ЛБУ-1700Д ЛБУ-1700Э	ЛБУ-3000 У2-300
Шығыр барабанының қуаты, кВт	560	660	810	810	1250	2650
Арқанның жүріс тармағының максимал тартылуы, кН	200	210	270	250	340	420
Тәлді арқанның диаметрі, мм	28	28	32	32	35	38
Шығыр барабанының диаметрі, мм	700	650	800	750	835	935
Шығыр барабанының ұзындығы, мм	1200	840	1030	1350	1445	1540
Шығыр барабанына арқанды орау саны	3	4	5	3	4	4
Масса, тн	17,1	21,3	27,1	27,3		45

Шығырдың негізгі параметрлерін таңдау және есептеу

Шығырдың қуаты оның барабанындағы пайдалы қуатымен анықталады. Ол КТО атқаруға және бұрғылау барысында апатты жұмыстарды және бұрғылау құрылымымен берілген ұңғыманы есептік жылдамдықпен 0,4-0,5 м/с бекітуді қамтамасыз ету керек [6].

мұнда шығыр барабанының қуаты, кВт;

бұрғылау тізбегінің салмағы, кН;

тәл механизмінің қозғалмалы бөлігінің салмағы, кН;

ілмектің есептік жылдамдығы, м/с;

тәл механизмінің ПӘК-і.

Шығырдың қуаты қозғалтқыш пен күштік берілістерді таңдағаннан кейін ғана нақтыланады:

,

мұнда қозғалтқыштың білігінен алынатын қуат, кВт;

трансмиссия ПӘК-і (қозғалтқыш білігінен шығырдың барабанына дейін).

Көтерудің максимал жылдамдығы көтеру процесін басқару қауіпсіздігімен және шығыр барабанына арқанның қалыпты оралуын қамтамасыз ететін жүріс тармағының шекті жылдамдығымен шектеледі. Тежеу жолы үшін ілмекті көтеру жылдамдығы қауіпсіздік талаптарына сәйкес 2 м/с аспауы тиіс. Тәжірибе көрсеткендей, арқанның барабанға қалыпты оралуы 20 м/с жылдамдықтан аспаған кезде болады.

Жабдықталу еселігі i_т.с≤10 тәлді механизмдер үшін (υ_кр)_max = 2 м/с;

Жабдықталу еселігі i_т.с>10 тәлді механизмдер үшін (υ_кр)_max = 20/ i_т.с м/с;

Көтерілудің минимал жылдамдығы –

Шекті жылдамдықтардың қатынасы шығырдың көтеру жылдамдығын реттеу аралығын анықтайды:

Берілістің саты саны (жылдамдық) шығырдың жетегінің түріне байланысты. Тұрақты ток электроқозғалтқышын қолданғанда берілген аралықта көтерудің жылдамдығының сатысыз өзгеруін байқаймыз. G салмағына байланысты, N_ДВ қозғалтқыштың шығу қуатын толық қолдану шартына байланысты көтерудің аралық жылдамдықтары

мұнда η — қаозғалтқыштан ілмекке дейінгі көтеру механизмінің ПӘК-і;

G_Т — тәлді механизмнің салмағы.

Көтерілетін құбырлар салмағының сатылай өзгеруіне байланысты қуатты қолдану дәрежесі шығырдың беріліс санына байланысты, және мына теңдік арқылы нақты табылады:

мұнда k — бұрғылау шығырының беріліс сатылар саны.

Сондықтан 3000 м дейінгі тереңдіктегі ұңғыма бұрғылауға арналған шығырларға беріліс санын k=4, ал 3000 м жоғары k=6 шектеген дұрыс.

Дизель-гидравликалық жетекте беріліс сатылар саны

мұнда R_Г — гидротрансформатордың айналу жиілігін реттеу аралығы.

Аралық көтеру жылдамдығы геометриялық сандардың қатарынан анықталады

Геометриялық прогрессияның бөлімі

мұнда k — беріліс саны.

мұнда і-ші берілістегі ілмекті көтеру жүктеме мен жылдамдығы;

( 1)-болғанда.

Шығыр барабанының диаметрі тәлді арқанның диаметріне байланысты алынады

Кинематикалық және күштік есептеулерде барабанның орамының бірнеше рет қайта ораудың салдарынан ұзаруын ескеру керек. Орамның қабат саны 1 көтерілетін тізбектің ұзындығынағ тәлді механизмнің жабдықталуының еселігіне, арқан диаметріне, барабанның диаметрі мен ұзындығына байланысты. Барабанның соңғы орамының диаметрі

мұнда α=0,93 — арқанның төменгі қабаттағы тармақтардың арасына түсуіне байланысты орамның диаметрінің азаю коэффициенті.

Орамның орташа диаметрі

мұнда барабанға оралған бірінші орам диаметрі. Барабанның ұзындығы оның берілген диаметрінде арқанның орамы үш-төрт қабатқа оралуын қамтамасыз ететіндей етіп алады. Тәжірибелік мәндерге сәйкес, арқанның жүріс тармағыныың минимал ауытқу бұрышы α=0^о45'. Максимал ауытқу арқанның тартылуы мен барабанның айналу жиілігіне байланысты.

Шығырлар әр түрлі тартылу күштеріне ұшырайды. Көтерудің «жылдам» жылдамдығында барабанның айналу жиілігі 300-400 айн/мин жетеді. Ал арқанның тартылуы мардымсыз. Сондықтан оның беріктік қоры анағұрлым жоғары. «тыныш» жылдамдықтарда арқанның тартылуы артады, ал айналу жиілігі 50 айн/мин дейін азаяды. Осылайша, тәлді арқанның жүріс тармағының бағыттаушы шкивтің айналу бетінен рұқсат етілген ауытқу бұрышы 0^о45'≤α≤1^о15' аралығында болуы қажет.

Тәлді арқанның жүріс тармағының рұқсат етілген ауытқуы бойынша барабанның ұзындығын мына аралықта таңдауға болады

мұнда барабанның ұзындығы;

Н — бұрғылау шығырының көтеру білігінің осі мен кронблоктың бағыттаушы шкивнің осі арасындағы ара қашықтық.

λ коэффициентін пайдалан отырып, берілген биіктікке көтеру ұзақтығын мына формуламен анықтауға болады:

Тахограмманы толтыру коэффициенті көтеру механизмінің жетек типіне, жылдамдығына және ілмектің көтерілу биіктігіне байланысты. Уралмашзаводтың тәжірибелі мәндеріне сәйкес аталған тәуелділік мына теңдеумен беріледі:

Қолданылатын жетектің типіне байланысты электрліге, дизель-электрліге, газтурбиналыэлектрліге с=2,4, дизельді-гидравликалық және газтурбиналыға с = 3,6, дизельді-механикалыққа с=4,8.

Үшпериодты тахограмма қосымша тежегішті қолданып түсіргенге сай. Нәтижесінде түсірілетін жүк қозғалыс және тежеу моменттерінің теңесетін моментіне дейін жылдамдық жинай алады. Осыдан кейін бірқалыпты қозғалыс орнайды, түсірудің жылдамдығы шығырды тежегенше дейін бірқалыпты болады.

Түсірудің орташа жылдамдығы

мұнда түсіру кезіндегі максималы жылдамдық;

түсіру кезінде тахограмманы толтыру коэффициенті.

Уралмашзаводтың ұсыныстарына сәйкес, тәжірибелік есептеулерде түсірудің максимал жылдамдығы тізбектің ұзындығына байланысты алынады.

Көтеру механизмінің динамикасы

КТО динамикасына ұңғыманың оқпаны айтарлықтай түрде әсер етеді. Мүмкін болатын ауытқулар мен каверналар құбырлар тізбегінің ұңғымада бірқалыпты қозғалысына кедергі болады. Сондықтан көтеру механизмінде кездейсоқ сипаттағы динамикалық жүктемелер пайда болады. Шығырды үдеу және тежеу кезінде пайда болатын динамикалық жүктемелер системалық болып табылады. Көтеру кезінде бірдей шарттарда пайда болатын динамикалық жүктемелер қозғалтқыштың жіберу қасиетіне және күшті берілістерді, шығырды, тәл арқаныны, мұнара мен көтерілетін құбырлары тізбегін қосатын жүйенің серпімділігіне байланысты.

Динамикалылықтың тәжірибелік коэффициенті бұрғылау қондырғыларындағы көтеру механизміндегі динамикалық жүктемелерді есептейді:

мұнда Р_СТ - құбырлар тізбегі мен тәл механизмінің қозғалмалы бөлігінің өз салмағының статикалық жүктемесі;

Р_Д – динамикалық жүктеме.

Көтеру сипаттамасы

Шығырдың көтеру сипаттамасы дегеніміз графикалық немесе кестелік формада көрсетілетін көтеру жылдамдығының ілмектегі жүктемеге тәуелділігін айтады. Жетегі дизельден және электроқозғалтқыштан болатын бұрғылау шығырлары сатылы көтеру сипаттамасына ие, оның есебі қолданылатын қозғалтқыштардың номиналды қуаты мен айналу жиілігіне байланысты есептеледі:

і-ші берілістегі ілмекті көтеру жылдамдығы:

і-ші берілістегі ілмектегі шекті жүктеме (кН):

мұнда N_ДВ – қозғалтқыштың номинал қуаты, кВт;

і-ші берілістегі қозғалтқыштан көтеру білігіне дейінгі трансмиссияның ПӘК-і;

тәлді механизмнің ПӘК-і;

G_Т - тәлді механизмнің қозғалмайтын бөлігінің салмағы.

Д изель-гидравликалық жетекті шығырлар үзілмейтін сатылы тарту сипаттамасына ие. Бұл жағдайда көтеру жылдамдығы мен ілмектегі шекті жүктеме гидротрансформатордың шығу білігінің қуаты мен сәйкес айналу жиілігі бойынша есептеледі. Олардың мәндері дизель мен гидротрансфортаордың ортақ сипаттамаларынан алынады.

Тұрақты токты қозғалтқыштан жетегіне алатын шығырлар сатысыз көтеру сипаттамасына ие. Көтеру жылдамдығы мен ілмектегі жүктеме бұл жағдайда қолданылатын қозғалтқыштың қуатының тұрақтылық шартынан алынып есептеледі:

Ұсынылатын әдебиет: нег.1.[167-195], қос.8.[290-300]

Бақылау сұрақтары:

1. Бұрғыла шығырлары қандай параметрлері бойынша жіктеледі?

2. Тахогенератор дегеніміз не?

3. Жылдамдықты реттеу аралығы?

4. Көтеру тахограммасы.

5. Динамикалылық коэффициенті.