Дәріс 7 бұрғылау шығырларының тежеу құрылғылары

7.1 Таспалы тежегіш

Тежегіш құрылғылар арналуы бойынша негізгі және қосымша болып бөлінеді. Негізілер БШ барабанын тоқтатуға арналса, қосымшалар – қозғалыс жылдамдығын азайту мақсатында ұзақ тежеуге арналған.

БШ негізгі тежегіш ретінде 2 таспалы, ал қосымша ретінде – гидродинамикалық және электрлі тежегішшетірді қолданады.

2 таспалы тежегішті негізгі етіп таңдау себептері:

• Жұмыстағы сенімділігі (бір таспасының істен шыққан кезінде де жұмыс қабілеттілігін сақтайды)

• Тежегіш момент екі шкивке таралады, яғни контактті қысым екі есеге азаяды, сәйкесінше тежегіш шкивтері мен колодкалардың ұзақ тұрақтылығы артады.

Таспалы тежегіш бұрғылау тізбегін жжәне басқа да құралдарды ілулі және қозғалмайтын күйде ұстап тұру үшін арналған.

БШ таспалы тежегішіне келесі талаптар қойылады:

• Шығырдың жүккөтергішітігі рұқсат етеін ең үлкен салмақтағы құбырлар тізбегін сенімді ұстауға жеткілікті тежегіш моментіне ие болу;

• Тежегіштің жетегі тежегіш моменті мен тізбекті ротор үстеліне біркелкі отырғызылуын қамтамасыз ету керек.

• Тежегіш шығырдың қосылу кезінде бірдей тежеуді қамтамасыз етіп, өздігінен тежеу және тежемеу жағдайларын болдырмау керек;

• Фрикционды жұптың бетіндегі қызу температурасы рұқсат етілген температурадан аспауы керек;

• Тежегіштің құрылымы өздігінен тежеуді болдырмай, басқарудың, реттеудің және тозған бөлшектер мен түйіндердің оңай алмастырылуының ыңғайлылығын қамтамасыз ету керек.

Тежегіш шкивтерін орнату тежегіш моментінің ұлғаюын талап етеді. Алайда, аралық звенолардың болмауы кезінде тежеудің сенімділігі мен қауіпсіздігі қамтамасыз етіледі.

Таспалы тежегіштің жұмысшы элементі – фрикционды төсемелері бар иілгіш металл таспа болып табылады.

Жұмыс істеу принципі келесідей: болат таспалар фрикционды төсемелермен бірге тежегіштің цилиндрлі шкивтерін, шығырдың барабанын айналады. Таспаның ұштары иінді біліктің балансирі мен шатунды мойындарымен бірігеді. Балансирмен жалғанған ұшы – қуушы, шатун мойынымен жалғанған ұшы – қашушы деп аталады.

Қашушы ұштар тежегіш шкивтерін 270˚ бұрышпен орайды. Тежеу тежегіш сапты қозғау арқылы иінді білікті бұру арқылы іске асады. БШ тежегіш сабы бұрғылаудың еденінің астына жасалған, иінді білікпен тартулар мен рычаг арқылы жалғанады.

Бірден тежеу үшін пневматикалық жетек қолданылады, ол штогы иінді білікпен жалғанған тежегіш цилиндрден 7 және реттегіштен 6 тұрады. Үлкен қуаттағы БШ пневможүедегі қысымның құлауы кезінде автоматты түрде тежеу үшін қосымше пневмоцилиндрмен жабдықталады.

Иінді білікті тежеуді қосу және ажырату үшін бұру тежегіш сабы арқылы іске асады. Бұрғылау алаңының еденінде орналасқан шығырларда тежегіш сабы тежегіш білігінің консолінде орналасады. Бұрғылау алаңының еденінің астында орналасқан шығырларда тежеу сабы мойынтіректермен бұрғылау алаңының еденінде орналасып, иінді білікпен рычагтар мен тарту жүйесі арқылы жалғанады.

1- сап; 2 - иінді білік; 3 - балансирдің тұғыры; 4 - шығырдың рамасы; 5 - балансир; 6 - шпилькалар; 7 - серіппе; 8 - бұрандамалы стакандар; 9 - иінді біліктің мойынтіректер тұрқысы; 10 - бұрандалар; 11 - тежегіш шкивтер; 12 - тежегіш таспалар; 13 - шығыр барабаны; 14 - тежегіш төсемелер; 15 - ара қашықтықтық планкалар.

Бұрғылау шығырының таспалы тежегіші

Бұрғылау шығырының таспалы тежегішінің кинематикалық сұлбасы

Шығырды бірден тоқтату үшін қол тежегіштерімен қатар пневматикалық жетек те қолданылады. Ол штогы иінді білкітің мойынымен жалғанатын тежеу цилиндрінен және басқаруды реттегіштен тұрады. Пневматикалық жетек КТО кезінде бұрғылаушының жұмысын жеңілдетеді. Үлкен қуатты шығырларда тежегіш жетек қосымша пневматикалық цилиндрмен жабдықталады. Бұл пневмоцилиндрде қысым түсікенде автоматты тежеуді қамтамасыз етеді.

Ауаның қысымы астында цилиндрдің штогы қайтып, тежегіш біліктің мойынын босатады, сонымен тежегіш саппен басқаруды қамтамасыз етеді. Авариялық жағдайларда пневмоцилиндрдегі ауаның қысымы түсіп, кері серіппенің әсерінен шток кері бағытта қозғалады. Штоктың құлақшалары тежегіш білікті қозғалтық, осынынң себебінен шығыр атоматты түрде тоқтайды. Бұл жағдайда тежегіш қалыпты-тұйықталған жағдайда жұмыс жасайды.

Тежегіш таспалар 6-10мм болат жапырақшалардан жасалады. Ол шығыр барабанының 3 шкивінің 2 диаметрі бойынша иіледі. Таспаның ені қолданылатын колодкаларға байланысты алынады. Ал олардың ені стандарт бойынша 220-260 мм. Таспаның ұзындығы тежегіш шкивтің диаметрі мен айналу бұрышы бойынша есептелінеді. Таспаның ұзындығы бойынша төсемелерді бектітетін тесіктер болады және ол білік 8 және тежегіштің балансирімен 10 жалғанатын құлақшалармен жабдықталған.

Қаупсіздік талаптарына (МЕСТ 12.2.041-79) сәйкес, тұйықталған тежеу кезінде тежегіш сабы бұрғылаушының алаңының еденінен кем дегенде 80-90 см ара қашықтықта болу керек. Ал оған түсірілетін күш 250 Н аспауы керек.

Бірқалыпты тежелу тежегіш цилиндріндегі қысымды Казанцевтің краны арқылы арттыру арқылы қамтамасыз етіледі. Тежеуді алу кезінде цилиндрдегі ауа қысымы азайып, поршень серіппенің әсерінен бастапқы орнына барады. Поршень штогының ішіндегі итергіштің орны тежеуді механикалық және пневматикалық жетектер арқылы басқаруды қамтамасыз етеді.

Таспалы тежегіштердің материалы

Шығырдың таспалы тежегіштерінде ретинакс ФК-24А (Б маркасы) қолданылады. Есептеу кезінде үйкеліс коэффициенті болат бойынша 0,3, ал рұқсат етілген контактты қысым 1,2 МПа. Ретинакстың есептік үйкеліс кожффициенті өзінікінен шамалы аз. Тежегіш таспаның иілгіштігін және оның тежегіш шкивіне бірқалыпты орналасуын қамтамасыз ету үшін колодкаларды 120 мм ұзындықтағы сақиналы сектор ретінде жасайды.

Салыстырмалы тәжірибелердің нәтижесінде Уралмашзавод шкивтерді ретиакнспен жұпта жұмыс істей алатын төмен көміртекті болат маркаларын 14ХГ2НМЛ қолдануды ұсынады. Олар шыныққаннан кейін тозуғақарсы, термиялық шаршауға ақрсылығы бойынша ең үлкен қанағаттанарлық көрсеткіштер көрсеткен.

Таспалы тежегішті есептеу

Тежегіш шкивутер мен фрикционды колодкалар арасында болатын үйкелістен пайда болатын тежегіш моменті мына шартты қанағаттандыру қажет:

мұнда айналдырушы момент, Н∙м;

тежеу қорының коэффициенті.

Айналдырушы моменттің есептік мәні құбырлары тізбегінің ең үлкен салмағы бойынша алынады:

мұнда тәлді механизмдегі ілмекке түсірілетін рұқсат етілген жүктеме, Н;

тәлді механизмнің ілмелі бөлігінің салмағы, Н;

барабан орамының орташа диаметрі, м;

шығырдың көтеру білігінің ПӘК-і;

тәлді механизмнің жабдықталуының еселігі.

Тежеу қоры шығырдың дұмыс істеу режиміне байланысты алынады. Шығырдың ілмекке рұқсат етілген жүктемеге тең түсірілетін жүктеме кезінде қолданылудың сиректігін ескере отырып, тежеу таспаның есебінде тежеу қоры коэффициенті жеткілікті.

Таспалы тежегішпен жасалатын тежеу моменті

мұнда Т – таспаның қуушы ұшының тартылуы, Н;

таспаның қашушы ұшының тартылуы, Н;

тежеу шкивінің диаметрі, м;

тежеу шкивтерінің саны.

Таспаның қашушы ұшының тартылуы t тежеу сабындағы күшке, рычагтардың иіндерінің қатынасына және тежегіш жетегінің ПӘК-не байланысты. Таспаның қуушы ұшының тартылуы Т тәжірибелік есептерге жеткілікті дәлдікпен Эйлердің формуласы бойынша есептеледі, ол иілгіш жіптің ұштарындағы күштердің қатынасын оранатады.

мұнда шкив пен тежегіш колодка арасындағы үйкеліс коэффициенті;

тежегіш шкивін таспаның орау бұрышы, рад.

Т мен t мәндерін қойғаннан кейін мына формуланы аламыз

Кейбір авторлар тежеу моментін есептеу үшін таспалы тежегіште орналасқан жеке тежегіш колодкаларының тепе-теңдік шартына сәйкестеніп алынған формулаларды қолдануды ұсынады.

Контактты қысым (Па) шкив пен тежегіш колодкалардың арасындағы таспаының тартылуы нәтижесінде пайда болады.

мұнда таспаның ағымдағы тартылуы, Н;

В – тежегіш колодканың ені, м.

Максимал контактты қысым таспаның қуушы ұшының тартылуынан пайда болады ( ):

Тежегіш шкивті орау доғасы бойынша контактты қысым өзгеріп, таспаның қашушы ұшында минимал мәнге ие болады:

Рұқсат етілген контактты қысым бойынша таспаның қуушы ұшының шекті тартылуы:

Таспаның шекті тартылуының мәндерін формулаға қоя отырып, рұқсат етілген контактты қысым бойынша таспалы тежегіштің тежеу моментін анықтауға болады:

Формулаға сәйкес, қажетті тежеу моментін және контактты қысымды ескере отырып, тежеу шкивінің диаметрі

Тежегіш сабындағы салмақ тежеу білігінің осіне қатысты моменттердің теңдігінен есептеледі:

осыдан

мұнда тежеуді басқару сабының ұзындығы, мм;

иінді біліктің кривошипінің радиусы, мм;

β – рычагтың верикальдан бұрылуы бұрышы;

кривошип пен тасапның арасындағы бұрыш;

рычагты жүйенің ПӘК-і (шарнирлердің сапалы жайындалған кезінде ).

Тежеу таспасының еркін жүрісі (мм-мен) орау бұрышы мен колодкалар мен тежеу шкивтері арасындағы радиалды қуысқа байланысты: ( радиалды қуыс, мм)

Кривошиптің радиусы 40 мм кем емес және ол тежеу кезінде тежеу шкиві мен колодкалардың арасында радиалды қуыс жасау үшін жеткілікті болу қажет.

Төмен түсіру кезіндегі тежеу үшін

Жоғары көтеру кезіндегі тежеу

мұнда шығыр барабанының білігіне келтірілген айналмалы және ілгері қозғалатын массалардың инерция моменті;

шығыр барабанының білігінің бұрыштық баяулауы;

статикалық момент;

және сәйкесінше түсіру және көтеру кезіндегі тежеу моменттері.

Келтірілген инерция моменті келтірілген массаның кинетикалық энергиясы мен үйкеліске кеткен шығындарды ескере фактті түрде таралған массалардың теңдігінен анықталады. Есептеулерді оңайлату үшін қатты әсер етпейтін шкивтердің кинетикалық энергиясын ескермеге болады. Бұл жағдайда теңдік мынадай болады:

мұнда барабан білігінің бұрыштық жылдамдығы;

тәлді механизмнің қозғалмалы бөлігінің және ілінге құбырлары тізбегінің массасы;

ілгері қозғалатын массалардың жылдамдығы;

тәлді механизмнің ПӘК-і

Қарастырылатын теңдіктен барабан білігіне келтірілген айналмалы және ілгері қозғалатын массалардың инерция моменті

Шығыр барабаны мен ілмектің жылдамдықтарының байланысы

, болғандықтан

алынған формуланы келесі түрде көруге болады:

мұнда арқанның барабанға оралуының орташа диаметрі;

тәлді механизмнің жабдықталу еселігі.

Күрделі құрылымдар үшін инерция моменті тәжірибелің жолмен және бұлғақты момент бойынша анықталады.

мұнда айналу осіне қатысты бұлғақты момент, ол көтеру білігінің айналмалы бөлшектердің келтірілген салмағының келтірудің квадратының көбейтіндісіне тең, Н∙м² (мысалы, ЛБУ-1200 К шығырының барабанының көтеру білігімен және басқа да айналмалы бөлшектермен бірге бұлғақты моменті ).

Бірқалыпты тежелу кезінде шығыр барабанының білігінің баяулау бұрышы

мұнда және барабан білігінің бастапқы және соңғы бұрыштық жалдамдығы, с^-1;

тежелу уақыты, с.

Тежелу нәтижесінде соңғы жылдамдық нольге тең болады, сонда

мұнда барабан білігінің бастапқы айналу жиілігі, айн/мин.

Түсіру кезінде тәлді механизмнің ПӘК-і ескерілген статикалық момент

;

көтеру кезінде

.

Түсіру кезіндегі тежеу моменті

I, және мәндерін қойғаннан кейін мынаны аламыз

ескере отырып, алынған формуланы тәжірибелік есептеулерге ыңғайлырақ түрге келтіруге болады

Сол тәсілмен (ХІІ.10) формуласынан көтеру кезндегі тежеу моменті табылады

Қауіпсіз тежеу үшін түсірілетін жүкті тоқтатуға керекті тежеу моментінің мөлшерін азайту керек.

мұнда бұрғылау шығырының таспалы тежегішінің тежеу моменті;

тежеу қоры

Тежегіштің қызуы және жылулық есептеу

Бір тежеу кезінде пайда болатын жылу мөлшері (Дж-мен) ілгері қозғалатын және айналатын массалардың кинетикалық энергиясымен және құбырлар тізбегінің потенциалды энергиясының өзгерісінен анықталады:

мұнда тежеу жолы, м;

ілгері қозғалатын массалар жылдамдығы, м/с;

шығыр барабанының бұрыштық жылдамдығы, с^-1;

тәлді механизмдегі, көтеру білігінің тіреулері мен берілістеріндегі кедергіні өтуге кеткен шығынды ескеретін көтеру механизмнің ПӘК-і.

Тәжірибелік есептеулерді бір ретті тежелудің жұмысын мына формула арқылы анықтаған ыңғайлы:

мұнда көтеру білігінің бұрыштық дылдамдығы, с^-1;

тежелу уақыты, с.

Айналмалы қозғалыстың теңдігінен

содан

Бұрыштық жылдамдықтың мәнін (ХІІ.17) теңдеуіне қойып, интегралдағаннан кейін мынаны аламыз

Тежелу уақыты теңдеуінен

теңдеуге қойғаннан кейін

ескере отырып

аламыз

Шығырды тоқтату үшін тежеу моменті ілмектегі жүктемемен негізделген статикалық моменттен артық болуы тиіс. қатынасы тежеу қорын анықтайды, сонда

мұнда қозғалмалы массалардың кинетикалық энергиясы мен тежеу жұмысның қатынасын анықтайды.

Тежелу кезінде қоршаған ортаға кететін жылуды ескермесе, онда тежелу кезіндегі шкивтің қызу температурасын мына формула арқылы анықтауға болады:

мұнда тежеу шкивтерінің массасы, кг;

С – шкив материалының меншікті жылусыйымдылығы (болат үшін С=500 Дж/(кг∙К);

және шкивтің абсолютті бастапқы және соңғы температуралары, К.

Қарастырылатын формулаға сәйкес шкивтердің тежеу соңындағы температурасы

Тежеу уақытында жиналған жылу тежегіштен сәуле шығару және қоршаған ортамен конвективті жылу алмасу арқылы шығарылады:

мұнда және сәйкесінше сәуле шығару және қоршаған ортамен конвективті жылу алмасу арқылы шығарылатын жылу мөлшері, Дж.

Сәулелі жылуалмасудың теңдеуі негізінде

мұнда Вт/ жылтыратылған беттен сәуле шашу тұрақтысы

Вт/ матты бет үшін;

шкивтердің тежеу колодкаларымен жабылмаған цилиндрлі беттің ауданы, м²;

тежеу шкивтерінің жақтаулы беттерінің ауданы, м²;

суыту уақыты, с;

таңдалған фрикционды жұп үшін рұқсат етілген максималды абсолютті қызу температурасы, К;

қоршаған ортаның абсолютті температурасы, К.

Конвекциямен шығатын жылу мөлшері:

мұнда Вт/ бет пен қоршаған орта арасындағы жылу алмасу шартын сипаттайтын жылу беру коэффициенті;

таңдалған фрикционды жұп үшін рұқсат етілген қызу температурасы допускаемая, К;

қоршаған ортаның температурасы, К.

Шкивтің айналуы кезінде жылуберу жоғарылайды:

мұнда шкивтің суытылатын бетінің жылдамдығы, м/с.

болғандықтан, шкивтің жақтаулы беттерінен шығатын жылу мөлшері оның элементарлы сақиналы бөліктерінің диаметріне пропорционал өседі.

Бұрғылау шығырларының таспалы тежегіштерінің жылулық есептеуінің негізіне жылулық баланс теңдеуі алынады

Нақтырақ нәтижелер модельді және натурды сынаулар кезінде алынуы мүмкін.