Электрооборудование нефтяной и газовой промышленности

нута наибольшая производительность лебедки (без учета вре­ мен переходных процессов), если по мере подъема труб ско­ рость подъема будет увеличиваться, т. е. если будет выпол­ нено условие

Л

где Мс — момент на валу барабана лебедки; (Об — частота вра­ щения барабана лебедки; т] — КПД передач от двигателя к баабану лебедки.

Для выполнения условия (7.2) частоту вращения барабана лебедки (скорости подъема груза) можно изменять ступенчато

вают, что чем больше глубина бурения, тем эффективнее применение регулируемого электропривода.

~ Характеристика привода с четырехскоростной лебедкой (рис. 7.11) имеет вид ломаной линии, ступени которой соответ­ ствуют скоростям лебедки. Если механическая характеристика двигателя жесткая, то ступени практически параллельны оси абсцисс; при мягкой механической характеристике скорость подъема повышается, приближаясь к скорости, соответствую­ щей теоретической характеристике (Р = const).

В выпускавшихся до 1967 г. буровых установках электро­ привод лебедки осуществлялся асинхронными двигателями

сфазным ротором. Применение асинхронных короткозамкнутых

исинхронных двигателей для привода лебедок было ограни­ чено тем, что эти двигатели не допускали большой частоты включений, необходимой для выполнения не только главных, но

ивспомогательных операций при спуске и подъеме труб, а си­ стемы их управления не позволяли получать простыми и на­ дежными средствами плавный разгон, реверсирование и сни­

263

264

считав его действительную нагрузочную диаграмму с учетом выполнения вспомогательных операций, выполняют провероч­ ный расчет мощности методом эквивалентного тока или мо­ мента.

Наиболее простой для предварительного определения по­ требной мощности двигателя является формула

р ___ Q H^KP . о _

дп_ W. ’

А, = 1,3—1,45 — коэффициент возможной перегрузки двигателей. Можно также, не пользуясь формулой (7.3), предварительно выбрать двигатель лебедки, руководствуясь данными табл. 7.1. При двухдвигательном приводе лебедки каждый двигатель берется половинной мощности с обязательной проверкой воз­ можности подъема одним двигателем инструмента максималь­

ного веса на первой передаче лебедки.

Выбрав предварительно двигатель по известной мощности [см. формулу (7.3)] и частоте вращения, определяемой по задан­ ной скорости подъема и передаточному числу трансмиссии, можно построить действительную нагрузочную диаграмму дви­ гателя и вычислить его эквивалентный момент при работе на всех передачах лебедки по формуле (4.14). Эквивалентный мо­ мент должен быть меньше номинального момента двигателя, выбранного предварительно. В противоположном случае нужно выбрать двигатель следующего габарита или увеличить пере­ даточное число трансмиссии, вновь построить нагрузочную диаграмму и повторить расчет эквивалентного момента.

Если для привода лебедки применен двигатель постоянного тока с регулированием частоты вращения изменением магнит­ ного потока, а продолжительность периодов пуска двигателя переменного тока составляет существенную часть времени цикла, двигатель следует проверять по методу эквивалентного тока [см. формулу (4.13)], который хотя и более сложен, однако дает более точные результаты, чем метод эквивалентного мо­ мента.

Критерием для определения целесообразной мощности дви­ гателей лебедки могут служить также затраты на подъемные операции за цикл бурения скважины. При увеличении мощно­ сти привода лебедки сокращается машинное время подъема ин­ струмента, вследствие чего уменьшается условная годовая по­ требность в буровых установках для выполнения заданного объ­ ема буровых работ. Одновременно возрастают отчисления за амортизацию электрооборудования и стоимость израсходован­

265

ной электроэнергии. Поэтому суммарные расходы на подъем инструмента имеют минимум при некоторой мощности двига­ теля, которая и является рациональной.

Для торможения барабана лебедки при спуске инструмента в современных буровых установках применяют электромагнит­ ные тормоза, которые характеризуются развиваемым тормоз­ ным моментом и способностью рассеивать энергию торможения.

Максимальные установившиеся скорости спуска инстру­ мента отечественных буровых установок обычно соответствуют частоте вращения барабана лебедки 500 об/мин. Что касается частот вращения, соответствующих плавной безударной посадке инструмента на ротор, то они составляют 50 об/мин. В процессе спуска инструмента нередко возникает необходимость экстрен­ ного торможения в любой момент спуска. Путь экстренного торможения обычно задается, и электромагнитные тормоза должны обеспечить надежное торможение на этом участке. Вы­ сокая кратность максимального момента электромагнитных тор­ мозов при форсировке возбуждения позволяет осуществлять экстренное торможение до полной остановки при порошковых тормозах и до «ползучих» скоростей при индукционных.

Для буровых установок можно принять следующий порядок расчета и выбора электромагнитных тормозов:

на основании известного веса инструмента определяют не­ обходимый номинальный тормозной момент (для индукцион­ ных тормозов при частоте вращения 50 мин-1);

определяют максимальный тормозной момент, обеспечиваю­ щий экстренное торможение инструмента на заданном пути;

определяют среднюю мощность тепловых потерь при спуске всей колонны бурильных труб;

по полученным данным выбирают электромагнитный тормоз.

Двигатели и станции управления

В буровых установках БУ-75БрЭ, «Уралмаш-4Э» и «Урал- маш-4000БЭ» для привода буровой лебедки и ротора применяют асинхронные двигатели с фазным ротором. Эти двигатели яв­ ляются модификацией двигателей единой серии А, они рассчи­ таны на эксплуатацию в неотапливаемых помещениях с нор­ мальной средой при температуре окружающего воздуха ±40° С и с относительной влажностью 90% при 20° С (исполнение У2).

Исполнение двигателей брызгозащищенное с влагостойкой изоляцией, горизонтальное с самовентиляцией; вал на щитовых подшипниках качения с одним свободным концом под полумуфту. Двигатели приспособлены для монтажа и транспорти­ ровки в полевых условиях. Обмотки статора и ротора соеди­ нены в звезду.

Технические данные двигателей привода лебедки приведены в табл. 7.4.

266

Буровые магнитные станции типа СБ, применяемые для уп­ равления приводными двигателями лебедки и ротора, конструк­ тивно выполнены в виде металлического шкафа с дверцами

Т а б л и ц а з а м ы к а н и й к о н т а к т о в

у н и в е р с а л ь н о г о п е р е к л ю ч а т е л я К К

Рис. 7.12. Схема управления электроприводом буровой лебедки со стан­ цией СБ-64-500 (ШГШ-6704-58Б1)

с четырех сторон и имеют исполнение У2. Каркас станций мон­ тируется на салазках, что позволяет транспортировать станции волоком в пределах буровой установки.

Во всех станциях типа СБ для уменьшения числа контактор­ ных ступеней применена схема дроссельного пуска (см. § 18).

267

Принципиальные схемы управления двигателями при помощи станций типа СБ мало различаются. Рассмотрим схему управ­ ления двигателем буровой лебедки установки со станцией СБ-64-500 (ШГШ-6704-58Б1) (рис. 7.12).

Управление электроприводом лебедки осуществляется командоконтроллером КК с пульта бурильщика.

Для включения двигателя АД лебедки (второй двигатель находится в резерве) предварительно включают двигатель на­ соса, подающего смазку в редуктор (контакт ПМ закрывается). При всех остальных защитах и блокировках, находящихся во включенном положении, втягивается якорь контактора КН (при нулевом положении командоконтроллера КК).

" Контактор КН включается и шунтирует своим замыкающим вспомогательным контактом контакт 1 командоконтроллера КК.

При включении КН выпрямленное напряжение, равное

!170 В, поступает на зажимы цепей управления. Одновременно

Таблица 7.4 Технические данные асинхронных двигателей привода лебедки

268

КН подготовляет цепь питания катушек контакторов В и И.\ В цепи этих контакторов введены размыкающие контакты реле времени РВ1 и РВ2, которые осуществляют дуговую блокировку

иисключают одновременность включения контакторов В и И. Двигатель разгоняется в четыре ступени в функции времени.

При повороте ручки КК вправо в третье положение включается контактор В, запуская двигатель АД и размыкающий вспомо­ гательный контакт В разрывает цепь катушки РУ1. Отключаясь, РУ1 с выдержкой времени замыкает цепь катушки контактора У1. Контактор ускорения У1 замыкает первую ступень резисто­ ров в цепи ротора асинхронного двигателя и своими размыкаю­ щими вспомогательными контактами разрывает цепь катушки реле РУ2, которое с выдержкой времени замыкает размыкаю- | щий вспомогательный контакт в цепи катушки У2. Контактор , У2 выводит вторую ступень резисторов и размыкает цепь ка­ тушки РУЗ; с выдержкой времени включается контактор УЗ и \

269

талевый блок остановится, не доходя до его уровня); блокировка от одновременного подключения двигателя ле- j

270

шить вопросы автоматизации управления приводом лебедки с возможностью форсирования переходных процессов, что обес­ печивает повышение производительности подъемных операций.

В электроприводе лебедки электромагнитные муфты уста­ навливаются между приводными двигателями и трансмиссией. При производстве спуско-подъемных операций приводной дви­ гатель работает в режиме постоянного вращения на естествен­ ной характеристике.

Привод лебедки пускают включением электромагнитной муфты путем подачи тока в обмотку возбуждения. Система уп­ равления может быть выполнена автоматической или полуавто­ матической с возможностью оперативного вмешательства бу­ рильщика. Формирование необходимых динамических характе­ ристик может быть получено регулированием тока возбуждения.

Привод с электромагнитными муфтами обеспечивает непре­ рывный переход от натяжки талевой системы к подъему ин­ струмента, остановку колонны бурильных труб на заданной высоте, полную загрузку приводных двигателей и равномерное распределение нагрузки между ними.

В качестве вспомогательных тормозов буровых лебедок нашли применение гидравлические и электрические тормоза. Иногда для торможения могут быть использованы приводные двигатели лебедки. Для буровой лебедки наиболее рационально в качестве вспомогательного применять электромагнитный тормоз.

В электромагнитных индукционных и порошковых тормозах вся энергия торможения превращается в тепло, для отвода ко­ торого предусматривается водяное или, реже, воздушное ох­ лаждение. Относительно простая конструкция, отсутствие фаз­ ной обмотки, плавность, удобство и легкость управления тор­ мозным моментом позволяют считать электромагнитные тор­ моза наиболее перспективными тормозными устройствами для буровых лебедок.

Электромагнитные тормоза обычно сочленяются с валом ба­ рабана лебедки с помощью шинно-пневматических муфт. Си­ стема водяного охлаждения устанавливается рядом или выно­ сится за пределы буровой площадки. Станция управления элек­ тромагнитным тормозом может быть расположена в любом удобном месте на буровой или за ее пределами. Управление тормозом осуществляется с пульта бурильщика и при необхо­ димости может быть связано с рукояткой механического тор­ моза.

При спуске инструмента процессом торможения управляют изменением силы тока возбуждения электромагнитного тор­ моза. Система управления так же, как и в электромагнитных муфтах, может быть выполнена автоматической или полуавто­ матической с возможностью оперативного вмешательства бу­ рильщика.

271

Основное преимущество электромагнитных тормозов заклю­ чается в возможности плавного регулирования в широких пре­ делах тормозного момента, а также в относительной простоте и легкости автоматизации процесса торможения.

Технические данные отечественных электромагнитных муфт

показана на рис. 7.13. Автоматический регулятор возбуждения (АРВ) синхронного двигателя СД обеспечивает двукратную форсировку возбуждения при посадках напряжения ниже 0,8 и п0м, номинальный ток возбуждения в интервале изменения

Таблица 7.5

Технические данные отечественных электромагн итных'муфт и тормозов для буровых установок

272