Решение. Внутренняя труба рассчитывается на прочность при растяжении от давления глинистого раствора, который проходит через нее.
’'(-Sr)'
|
|
|
|
|
Jh. |
|
■i |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
d 2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где р — максимальное |
давление, |
развиваемое |
буровым |
насосом; |
— внутренний |
диаметр |
трубы, |
D 2 — 101 |
мм; |
D x — внешний |
|
|
диаметр трубы |
|
в |
наиболее |
опасном |
сечении, |
|
|
т. е. наименьший диаметр, |
D x = |
119 |
мм. |
|
|
|
Подставив |
значения |
в |
вышеприведенную |
|
|
формулу, |
получим |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
/ |
11,9 |
\ 2 |
|
|
1290 |
кгс/см2. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
\ |
10,1 |
) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Определяем предел усталости на растяжение |
|
|
при пульсирующем цикле нагрузки. |
|
|
|
|
а0р = 0,5сгв = |
0,5 • 75 = |
37,5 кгс/мм2. |
|
|
|
Действительный коэффициент запаса проч |
Рис. 22. Внутренняя |
ности |
равен |
|
0 ор |
37,5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
К- |
|
=2,92. |
|
труба вертлюга. |
|
|
|
|
|
|
12,9 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Задача 128. Рассчитать упорный подшипник с коническими |
роликами вертлюга на |
прочность, |
если |
максимальная |
нагрузка |
(осевая), которая воспринимается |
им, |
составляет |
QKp = |
150 тс. |
Решение. |
Согласно |
рис. 23 имеем: |
D = 460 |
мм; |
d = 210 мм; |
1Р = 75 мм; |
dp = |
47,5 мм; |
р = |
15°. |
на один |
ролик, |
по |
формуле |
Определяем усилие, |
действующее |
|
|
|
|
г . |
С к р |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 COS Р ’ |
|
|
|
|
|
|
|
|
где QKP — осевая |
нагрузка |
на |
подшипник, |
QKp = |
150 тс; |
z — ко |
личество роликов, |
z = |
12; |
Р — угол |
конусности, |
р = |
15°. |
150 000
=13 000 кгс.
12 • cos 15°
Максимальные контактные напряжения в местах касания кольца с роликами можно определить по формуле
0 ш а х 860 у
PUP
где lp — рабочая длина ролика, 1р = 75 мм; dp — средний диаметр ролика,
|
|
|
|
|
j |
+ + ^2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ар— |
|
2 |
|
|
|
|
|
Здесь d 1 — наибольший диаметр |
ролика, |
dx — 57,5 |
мм; d2 — наи |
меньший |
диаметр |
ролика, d2 = |
37,5 |
мм. |
|
|
|
|
|
57+ 2 37'5 -4 7 .5 |
„м. |
|
|
|
|
|
Оmax = 860l l / |
13 000 |
=16 500 |
кгс/см2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
тт |
|
контактное напряжение |
|
г |
1 |
Рис. 23. Основной упор- |
Допустимое |
|
[<г]„ |
Ныйподшипник вертлюга. |
равно 35 000 |
кгс/см2. |
|
16 500 < |
|
35 000 |
|
(кгс/см2), |
т. е. макси |
Таким |
образом, |
|
|
|
мальные контактные |
|
напряжения меньше допустимых. |
|
|
|
|
|
ВЫБОР ТИПА ЛЕБЕДКИ |
|
Задача 129. Исходя из максимальной нагрузки на крюке, которая |
составляет QKp = |
120 |
тс, выбрать тиц лебедки, |
если |
предполагается |
оснастка |
талевой системы 5 X 6 . |
|
|
|
|
|
|
Решение. Тип лебедки выбирается по максимальному натяжению |
ходового конца каната при подъеме колонны. |
|
Натяжение ходового конца каната определим по упрощенной |
формуле |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
D |
(?кр + Роб |
> |
|
|
|
|
|
|
|
*х. к — |
ZTZ, |
|
|
|
где QKp — максимальная нагрузка на |
крюке, QKp = |
120 тс; Роб — |
вес подвижных частей талевой системы, включая штропы и элеватор,
принимаем Роб — 5 т; |
п — число |
рабочих струн талевой системы, |
при оснастке 5 X 6 |
п = 10; г)т. |
с — коэффициент полезного дей |
ствия талевой системы, который в основном зависит от оснастки. При оснастке 5 X 6 т)ти. = 0,85.
Подставив имеющиеся значения в приведенную выше формулу,
получим |
|
|
120 + 5 |
= 14,7 |
тс. |
10 ■0,85 |
|
|
Таким образом, исходя из максимального натяжения ходового конца каната, которое составляет Рх к = 14,7 тс, выбираем ле бедку У2-2-11, у которой Рх к при подъеме колонны равно 15,3 тс
(табл. 41).
Т а б л и ц а 41
Техническая характеристика буровых лебедок
|
|
|
Тип лебедки |
|
|
|
ВУ-75 |
Л1-4М2 |
У2-2-5 |
У2-4-8 |
У2-2-11 |
У2-5-4 |
У2-5-5 |
Номинальная грузоподъемность |
75 |
130 |
130 |
125 |
125 |
200 |
200 |
на крюке, т ........................... |
|
Допустимое (максимальное) на- |
10,7 |
15 |
14,5 |
15,3 |
15,3 |
24,5 |
24,5 |
тяженпе, тс............................... |
|
Диаметр талевого каната, мм . |
26 |
28 |
28 |
28 |
28 |
33 |
33 |
Мощность на подъемном валу, |
630 |
|
500 |
500 |
910 |
900 |
900 |
л. с............................................... |
|
4 |
Число скоростей подъема . . |
4 |
4 |
4 |
6 |
5 |
5 |
Число скоростей передач ротору |
2 |
1 |
3 |
3 |
3 |
4 |
4 |
Диаметр бочки барабана, мм . . |
600 |
650 |
650 |
650 |
650 |
800 |
800 |
Диаметр тормозных шайб, мм |
1180 |
1170 |
1180 |
1180 |
1180 |
1450 |
1450 |
Ширина тормозных шайб, мм |
250 |
250 |
250 |
250 |
250 |
250 |
250 |
Скорость подъема |
крюка при |
|
|
|
|
|
|
|
оснастке 5 X 6 , |
м/с: |
|
0,978 |
1,55 |
1,97 |
1,86 |
1,97 |
1,97 |
наибольшая....................... |
|
|
наименьшая....................... |
|
— |
0,17 |
0,13 |
0,354 |
0,32 |
0,19 |
0,235 |
Скорость вращения стола ро |
|
|
|
|
|
|
|
тора, об/мнн: |
|
|
63 |
15 |
68 |
62 |
44 |
44 |
минимальная |
................... |
|
максимальная.................... |
13,7 |
122 |
218 |
187 |
199 |
260 |
260 |
Вес лебедки, т ....................... |
|
И |
20 |
20,7 |
21,3 |
26,2 |
26,6 |
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЧИСЛА ОБОРОТОВ ПОДЪЕМНОГО ВАЛА ЛЕБЕДКИ
Задача 130. Определить число оборотов подъемного вала лебедки в 1 мин по схеме, приведенной на рис. 24, если число оборотов двигателя гадв — 1500 об/мин. Передача от двигателя осуществля ется через трансмиссию с двумя редукторами, которые имеют пони жающие передаточные отношения i x = 1,53, i2 — 3. Вращение от редуктора с передаточным отношением i2 = 3 передается на транс
миссионный вал лебедки через звездочки z3e и z40.
П р и м е ч а н и е . Звездочка z36 закреплена на тихоходном валу редуктора, а звездочка z40 — на трансмиссионном валу лебедки. Редуктор с гД = 1,53 на рис. 24 не показан.
Решение. На рис. 24 приведена схема лебедки У2-4-8, которая является результатом модернизации лебедки У2-4-5. Все механизмы лебедки смонтированы на станине сварной конструкции, состоящей из горизонтальной рамы-салазок и четырех вертикальных стоек, связанных вверху горизонтальной трубой, являющейся одновременно масляным баком для смазки цепных передач. На стойках смонтиро ваны трансмиссионный вал 1, промежуточный вал 2 и вал барабана 3. На этих валах установлены цепные колеса I, II, III и IV скоростей,
|
|
|
|
|
|
а также цепные |
колеса привода ротора. На промежуточном валу |
лебедки У2-4-5 |
смонтированы две катушки: |
слева — шпилевая, |
справа — автоматическая для |
раскрепления |
бурильных |
замков. |
В |
лебедке У2-4-8 шпилевая |
катушка заменена фрикционной 7, |
а |
автоматическая — пневмораскрепителем (на |
схеме не |
показан). |
Кроме того, у лебедки У2-4-5 цепные колеса (z35, z35 и z47) с кулачками
для включения I, II и III скоростей посажены на подшипники сколь жения (бронзовые втулки). В лебедке У2-4-8 все цепные колеса, свободно вращающиеся на валу, посажены на подшипники качения.
Ленточный тормоз лебедки У2-4-5 имеет колодки из асбокаучуковой композиции с болтовым креплением к ленте. Колодки тормоза лебедки У2-4-8 комплектуются из ретинакса, который более жаро стоек и прочен, и крепятся к ленте при помощи стальных пластин.
В буровой лебедке У2-4-8 на подъемном валу посажено цепное колесо z47 для присоединения механизма подачи долота. Переключе
ние 1, II, III скоростей осуществляется кулачковыми муфтами 5 и 4. Включение ротора — сдвоенной шинно-пневматической муфтой ШПМ-500; включение IV скорости на лебедке — ШПМ-700; включе ние I, II и III скоростей на лебедке — ШПМ-1070. Гидравлический тормоз 8 и звездочка z47 для присоединения механизма подачи долота
на вал барабана включается двусторонней кулачковой муфтой 6. Используя приведенную схему, определяем число оборотов
трансмиссионного вала лебедки
1500 36 = 294 об/мин.
1,53 • 3 40
Рассчитываем число оборотов подъемного вала лебедки на первой скорости. Первая скорость передается от трансмиссионного вала на промежуточный через звездочки z22 и z47, а с промежуточного вала на подъемный — через звездочки z36 и z72. Для передачи первой
скорости на промежуточном валу необходимо включить кулачковую муфту, а на подъемном -г шинно-пневматическую ШПМ-1070. Та ким образом,
«ю "тр — --- — = 294 4ч— 1тг= 69 об/мин. |
z47 z72 |
47 72 |
' |
Рассчитываем число оборотов подъемного вала лебедки на второй скорости. Вторая скорость передается от трансмиссионного вала на подъемный через промежуточный и звездочки z35, z47, z36 и z72
и включается при помощи двусторонней кулачковой муфты, которая смонтирована на трансмиссионном валу, и ШПМ-1070
«и = «тр |
= 294 -Ц- • -Щ- = 109 об/мин. |
z 47 z 72 |
4 / IL |
Рассчитываем число оборотов подъемного вала лебедки на третьей скорости. Третья скорость передается аналогично второй, только кулачковую муфту на трансмиссионном валу необходимо пере местить согласно схеме влево, т. е. через звездочки z35 z27, z3e, z72,
«ш = «тр |
z27 |
z72 |
= 294 -Щ- • -Ц- = 190 об/мин. |
|
27 |
72 |
Рассчитываем число оборотов подъемного вала лебедки на четвертой скорости. Четвертая скорость лебедки является прямой и пере дается с трансмиссионного вала на подъемный через звездочки г43*и z33. Включается четвертая скорость ШПМ-700, которая смон тирована на трансмиссионном валу,
«iv = «тр— |
= 294 4 т = 394 об/мин. |
гзз |
зз |
Таким образом, число оборотов подъемного вала на каждой ско рости составляет: пг = 69, пп = 109, пш — 190 и п1Ч = 394 об/мин.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЛИЧЕСТВА РЯДОВ ТАЛЕВОГО КАНАТА НА БАРАБАНЕ ЛЕБЕДКИ
Задача 131. Определить количество рядов талевого каната, наматываемых на барабан лебедки, если диаметр барабана D6 — = 650 мм; длина бочки барабана В = 840 мм; диаметр талевого
каната |
dK — 28 мм; количество нерабочих |
витков |
в первом ряду |
пп |
— 10; |
оснастка талевой системы 5 X 6 ; |
высота |
подъема крюка |
hKp |
= |
25 |
м. |
|
|
Решение. Определяем средние диаметры рядов навивки каната на барабан лебедки.
Средний диаметр первого ряда
Di = D6-\-dK = 650 + 28 = 678 мм.
Средний диаметр любого другого ряда можно определить по формуле
D2 = Df, + dK+ a (2z — 2) dK,
где a — коэффициент, учитывающий расстояние между рядами на
вивки каната. При гладком барабане a |
= 0,9 -г- 0,93. |
Принимаем |
а = 0,93; z — число рядов, т. е. вместо |
z необходимо |
подставлять |
1, 2, 3, 4, 5 и т. д., |
|
|
|
D\\ — Dq+ dK-f- a2dK D m — D(5+ dK-J-a4dK; |
|
D i\ = D6+ dK+ a6<2K; Z)v = |
D 6 + dK+ aSdK и т. д. |
Имея все необходимые данные, |
определяем средние диаметры |
навивки каната |
|
|
|
Яп = 650+ 2 8 + 1,86-28 = 730 мм;
£ щ = 650+ 2 8 + 3,72-28 = 782 мм;
Dix = 650 + 28 + 5,58 -28 = 834 мм;
Dv = 650 + 28 + 7,4428 = 886 мм.
Для определения количества рядов каната находим число витков в ряду, канатоемкость барабана и длину каната, которая нави вается на каждый ряд.
Число витков в ряду
где В — длина |
бочки |
барабана, |
В = 840 мм; |
р — коэффициент |
неравномерности навивки каната на барабан, |
|3 = 0,92 ■+ 0,95. |
Принимаем р = |
0,95; |
dK — диаметр каната, dK = |
28 мм. |
Тогда |
|
п = 840 • 0,95 |
|
|
|
|
= 28,4. |
|
|
|
28 |
|
|
15 Заказ 484 |
|
|
|
225 |
Принимаем а = 28.
Канатоемкость барабана определим по |
формуле |
|
L ~ ^крп + ^о’ |
|
|
где hKp — высота подъема крюка, |
hKp = |
25 м; п — количество |
ра |
бочих струн талевой системы, п = |
10; 1о — длина нерабочих витков |
каната первого ряда (не менее |
трех). |
В нашем случае по = |
10. |
l0 = n0nDi = 10 -3,14 -0,678 — 21,4 м.
£ = 25-10 + 21,4 = 271,4 м.
Длина каната, наматываемого на каждый ряд,
L\ = anD\ —28 -3,14 -0,678 = 60 м;
Ьц = anDu = 28 • 3,14 • 0,73 = 64 м;
Liu = anDm = 28 • 3,14-0,782 = 69 м;
Ziv = anDlv = 28-3,14- 0,834 = 73 м;
Zv = 28-3,14-0,886 = 78 м.
Длина каната четырех рядов составит
Li + L\i + Lin + Liv =■ 60 + 64 + 69 + 73 = 266 м.
Канатоемкость барабана, согласно приведенному расчету, L = = 271,4 м. Находим действительную длину каната пятого ряда
Ly = L — (L\ + Lii + Lin +.Zxv) = 271,4— (60 + 64 + 69 + TS) = 5,4 m .
Число витков в пятом ряду
|
5,4 |
2 витка. |
|
3,14 • 0,886 |
|
|
Таким образом, на барабан лебедки при подъеме колонны на высоту hKp = 25 м наматывается четыре полных ряда каната и два витка на пятый ряд.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ СРЕДНЕГО ДИАМЕТРА НАВИВКИ КАНАТА НА БАРАБАН ЛЕБЕДКИ
Задача 132. Определить средний диаметр навивки каната на ба рабан лебедки, если диаметр барабана D6 = 800 мм; диаметр ка
ната dK = 33 |
мм; |
число рядов 2 = 5. |
1 |
Решение. |
Средний диаметр навивки каната на барабан |
лебедки |
определяется |
по |
формуле |
|
Dz = Dy = D6+ dK+ a8dK.
Di = D6Jr dK= 800 + 33 = 833 m .
При а = 0,93
Db = 800 +33-0,93 -8 -33 ==1078,6 мм.
Тогда
833 + |
1078,6 |
956 мм. |
Аср ■ |
|
ОПРЕДЕЛЕНИЕ СРЕДНЕЙ СКОРОСТИ НАВИВКИ КАНАТА НА БАРАБАН ЛЕБЕДКИ
Задача 133. Определить среднюю скорость навивки каната на ба рабан лебедки на каждой скорости при среднем диаметре навивки каната Dcp = 785 мм. Число оборотов барабана лебедки следует брать из задачи 130.
Решение. Число оборотов барабана лебедки на каждой скорости из задачи 130: тгх = 69; пи = 109; пги — 190 и п1у = 394 об/мин.
Средняя скорость навивки каната на барабан лебедки на каждой скорости составит
|
|
яРсрП] |
3,14 • 785 • 69 = 2,83 м/с; |
|
= |
60 • 1000 |
|
60 •1000 |
|
|
|
|
6н |
п Р срПи |
3,14 • 785 • 109 |
= |
4,48 |
м/с; |
|
60 ■Ю00 |
60 •1000 |
|
|
|
|
У(5ш = |
60 ■1000 |
3,14 -785 -190 _ |
7 о |
м/с; |
|
60 • 1000 |
|
,б |
|
|
|
TiDcpttiv |
3,14 ■785 • 394 |
= |
15,75 |
м/с. |
|
|
60-1000 |
|
|
60•1000 |
|
|
|
ОПРЕДЕЛЕНИЕ СРЕДНЕЙ СКОРОСТИ ПОДЪЕМА КРЮКА
Задача 134. Определить среднюю скорость подъема крюка на каж дой скорости вращения барабана лебедки при оснастке талевой
системы 4 X 5 и 5 X 6. . |
|
|
|
|
Решение. Оснастка 4 |
X 5. Число рабочих струн талевой системы |
п = 8. При п — 8 средняя скорость подъема крюка составит |
^Kpj= |
v 6 i |
= |
2,83 |
л o r / |
, |
|
g s== 0,3о4 |
м/с; |
|
V6n |
|
4,48 |
|
|
укр„ = |
п |
|
8 |
|
|
;кр,ц = |
V6m |
|
. 7,8 |
=0,975 м/с; |
|
8 |
|
и |
|
|
|
KPjv |
п |
|
15,75 |
= 1,97 |
м/с. |
|
8 |
|
|
Определив грузоподъемную силу лебедки на каждой скорости, рассчитаем грузоподъемную силу крюка соответственно на I, II, III и IV скорости, использовав формулу
(?л = |
(?кр + |
Роб- |
|
Отсюда |
|
|
|
Q a p = |
<?л |
-Роб' |
|
т. е. |
|
|
|
(?кр, = Qjij —Роь = 130— 5 =.125 |
тс; |
<?крп = <?лп — Р об = 82,5 —5 = 77,5 |
тс; |
<?кР J n = <?лш —Роб = 47,5 — 5 = 42,5 тс;
<?кр1У = <?л1У — Р0б = 23,5 —5 = 18,5 тс.
РАСЧЕТ КОЛИЧЕСТВА СВЕЧЕЙ, ПОДНИМАЕМЫХ НА КАЖДОЙ СКОРОСТИ
Задача 136. Рассчитать количество свечей, которое можно подни мать лебедкой на каждой скорости. Данные для расчета: глубина
скважины Н = 3000 м; |
длина утяжеленных труб 1у = |
150 м; вес |
1 м утяжеленных труб |
qy — 98 кг; вес 1 м бурильных |
труб |
qо = |
= 35 кг; вес турбобура |
qT = |
2000 кг; грузоподъемная |
сила |
крюка |
на каждой скорости QKpi = |
125, <?КРп = 80, & Рш = 43 и <?Кр1У = |
=20 тс; длина свечи /св = 25 м; длина турбобура 1Т = 10 м. Решение. Определяем вес бурильной колонны в воздухе
где Iо — длина бурильных труб.
l0 = H —(ly + lT) = 3 0 0 0 - (150 +10) = 2840 м.
Подставляя значения компонентов в приведенную выше формулу, получаем
<?б. к = 2840 •35 +150•98 + 2000 = 116 200 кг.
Подъем бурильной колонны необходимо начинать с первой скорости. Определим количество свечей, которое можно поднимать на каж
дой скорости, по формуле
|
|
(?KPJ— <?крп |
|
|
-- |
I |
t |
|
|
|
IcbQo |
где вместо @кр1 подставляем Q6 к, |
т. е. |
|
<?б. К— <?кри |
116 200— 80 000 |
1 _ |
1св?о |
■“ |
|
25 -3 5 |
