книги из ГПНТБ / Антонов А.А. Пневматические фрикционные муфты в нефтяной промышленности

Величины нагрузок для расчета сечения Аг при монтажном экс­ центриситете е = 0,15 см и перекосе у = 1°

Суммарный изгибающий момент при расчете по монтажным нор­ мам

M S A = 34 230 + 5570 = 39 800 кгс • см. Суммарный момент в сечении ^ п р и е = 0,15 см и у = 1°

MSA = 49 610 + 50 810 = 100 420 кгс • см.

Дальнейший расчет сведен в табл. 19.

Приведенный расчет вала цепного редуктора для привода насос­ ной трансмиссии буровой установки БУ-75Бр без учета и с учетом

(1,5—1.8). Этим можно объяснить случаи усталостного разрушении указанного вала в сечении At на опытных образцах буровых уста­ новок БУ-75Бр при их испытании.

Приведенный расчет валов по предложенному методу показал, что действительный запас прочности вала на выносливость при неточном монтаже агрегатов в этом случае ниже на 25% .

В л и я н ие т о ч н о с т и и з г о т о в л е н и я и м о н т а ж а ш и н н о п н е в м а т и ч е с к и х муфт на вибрации машин

Работа по определению вибраций в буровых установках БУ-75Бр, проведенная ВНИИнефтемашем в 1959 г., позволила установить, чтої

— наибольшие по величине вибрации имеются на участках у цеп* ного редуктора, оснащенного четырьмя шиннопневматическими муф­ тами для кинематической связи с другими агрегатами;

— частота колебаний на отдельных участках буровой установки определяется в основном скоростью вращения вала агрегата, располо­ женного вблизи объекта исследования.

Ниже определены источники сил, возбуждающие вибрации буро­ вых установок.

В результате отклонения фактических размеров деталей от номи­ нальных при изготовлении и сборке шиннопневматических муфт ось окружности, касательной к поверхности трения фрикционных коло­ док, обычно бывает смещена относительно оси баллона на величину ем . При включении муфты диаметр этой окружности уменьшается до размера диаметра шкива, а их оси совмещаются. Смещение оси коло­ док на величину еы приводит к появлению переменной радиальной

Однако оси валов, соединенные муфтой, практически всегда экс­ центричны, поэтому радиальные силы Qe, действующие на шкив

вплоскости эксцентриситета е, имеют большее значение по сравнению

ссилой Qa. Величина этой силы может быть определена из выражения

(со — угловая частота колебаний, равная угловой скорости вращения вала).

Максимальная сила, действующая при вибрации на валы, с учетом монтажного эксцентриситета е составит

По замерам, сделанным на муфтах ШПМ-500 и ШПМ-700, эксцен­ триситет ем относительно невелик и находится в пределах 0,2—0,8 мм. Несмотря на это, амплитуда силы, возбуждающей вибрации, дости­ гает большой величины. Например, при эксцентриситете еы — 0,8 мм и давлении воздуха в баллоне р = 8 кгс/см2 амплитуда возбуждающей силы муфты ШПМ-700, подсчитанная по формуле (IV. 15), равна 1560 кгс. Этим можно объяснить большое значение амплитуды коле­ баний цепного редуктора установки БУ-75Бр на участке муфты ШПМ-700, достигающее 0,63 мм, при допустимой амплитуде 0,2 мм.

Г л а в а V

П Н Е В М А Т И Ч Е С К О Е У П Р А В Л Е Н И Е М У Ф Т А М И Б У Р О В Ы Х У С Т А Н О В О К

Системы пневматического управления обеспечивают выполнение необходимых функций буровых установок и других машин в соответ­ ствии с возможностями их кинематики и конструкции. Цепи управле­ ния могут быть независимыми для включения и выключения отдель­ ных агрегатов или взаимосвязанными с необходимой блокировкой, например для управления группой агрегатов, состоящей из буровой лебедки, автомата подачи долота на забой и противозатаскивателя.

В комплект оборудования системы пневматического управления машиной входят:

компрессоры для подачи сжатого воздуха и аппаратура автомати­ ческого регулирования производительности и давления в системе; воздухосборники (ресиверы) для хранения необходимого запаса

сжатого воздуха; устройства для очистки воздуха от воды, масел и твердых вклю­

чений; устройства для предотвращения замерзания конденсата в элемен­

тах управления; стальные, шланговые и вращающиеся воздухопроводы для подачи

воздуха от компрессоров к исполнительным устройствам; аппаратура управления, в том числе распределители, обратные

клапаны, предохранительные клапаны, переключательные клапаны, клапаны-разрядники, дроссели и др.;

приборы контроля и вспомогательная аппаратура — манометры, звуковые сигналы и др.;

исполнительные устройства, в том числе пневматические фрик­ ционные муфты, пневмоцилиндры и др.

Существуют три разновидности системы пневматического упра­ вления:

1) однопроводная с прямой подачей воздуха исполнительному устройству из магистрального воздухопровода через распределитель

сручным управлением с пульта;

2)двухпроводная с подачей воздуха исполнительному устройству из магистрального воздухопровода через распределитель, располо­ женный рядом с этим механизмом; управление осуществляется ди­ станционно другим распределителем вручную с пульта через второй воздухопровод;

3) электропневматическая с подачей воздуха исполнительному устройству из магистрального воздухопровода через электропневма­ тический клапан, расположенный рядом с муфтой или пневмоцилиндром; управление этим клапаном осуществляется дистанционно элек­ трическим путем с помощью переключателя на пульте.

Оборудование системы пневматического управления состоит из четырех основных групп: оборудования для подачи и очистки сжа­ того воздуха; аппаратов и оборудования управления; воздухопрово­ дов; пневматических исполнительных устройств.

С и с т е м ы п н е в м а т и ч е с к о г о управления

Из существующих в настоящее время разновидностей систем пнев­ матического управления машинами наиболее распространенной яв­ ляется однопроводная система. Почти все агрегаты буровых устано­ вок и ряда других нефтяных машин отечественного и зарубежного производства оснащаются такой системой управления. Исключение составляет управление оперативными пневматическими фрикцион­ ными муфтами некоторых буровых установок грузоподъемностью 125 тс и выше, комплектуемых двухпроводной системой.

При оперативном включении муфт число циклов работы системы пневматического управления составляет более 40 в 1 ч, при неопера­ тивном включении оно не превышает 5.

Наиболее характерная однопроводная схема управления приме­ няется на буровых установках Уралмаш 5Д. Управление муфтами буровой лебедки этой установки осуществляется распределителем — четырехклапанным краном, установленным на пульте бурильщика. Рукоятка крана имеет три положения, соответствующие включению муфт ШПМ-1070 или ШПМ-700 либо их отключению. Воздух посту­ пает к этому крану из магистрального воздухопровода через сблоки­ рованный с ним двухклапанный кран противозатаскивателя.

При повороте рукоятки четырехклапанного крана на пульте в по­ ложение «тихий» воздух из магистрали поступает через кран противо­ затаскивателя, если он не отключен, и через четырехклапанный кран на пульте в муфту ШПМ-1070. Включение этой муфты позволяет поднимать груз на трех скоростях лебедки. При переводе рукоятки крана в положение «выключено» магистральный воздухопровод от­ ключается, а воздух из муфты выходит сначала через кран, а затем через клапан-разрядник в атмосферу.

Таким же способом включается муфта ШПМ-700 (четвертая ско­ рость).

На рис. 67 показана схема однопроводной системы управления муфтами привода барабанного вала буровой лебедки. В табл. 20 приведены условные обозначения элементов пневматического упра­ вления машин.

Управление большинством агрегатов и механизмов современных буровых установок, в том числе силовыми агрегатами, буровыми насо­ сами, коробками перемены передач, автоматами подачи долота, при-

водом роторов и т. д. производится по однопроводной системе. При этом управление агрегатами и механизмами блокируется в соответ­ ствии с требованиями их функционирования.

Оборудование двухпроводных пневматических систем управления, применяемых для включения оперативных муфт буровых лебедок, изготовляется с нерегулируемыми распределителями дискретного

Ограничи­ тель подъе­ ма /па/ге8вго\

блока

Рис. 67. Схема однопроводной системы управления.

Система управления включением муфт привода барабанного вала буровой лебедки по двухпроводной схеме с нерегулируемыми распределителями применяется на ряде отечественных и зарубежных буровых установок, например на установке Уралмаш 125БД. На этой установке управление муфтами ШПМ-700 и ШПМ-1070 буровой ле­ бедки так же, как и на установке Уралмаш 5Д, осуществляется с по­ мощью четырехклапанного крана, установленного на пульте буриль­ щика.

Воздух поступает к этому крану из магистрального воздухопро­ вода через сблокированные с ним двухклапанный кран противозатаскивателя и четырехклапанный кран управления муфтой автомата подачи долота. При этом рукоятка крана автомата должна быть по­ ставлена в положение «лебедка». Между обоими кранами установлен электропневматический распределитель, выполняющий роль допол­ нительного блокировочного устройства, исключающего возможность включения барабана при включенной муфте автомата подачи.

Четырехклапанный кран на пульте не подает воздух непосред­ ственно в муфту. Он только управляет включением пневматиче­ ских распределителей, установленных непосредственно около

При повороте рукоятки крана из положения «тихий» в положение «выключено», а затем, как это часто практикуется, в положение «быс­ трый» воздух из муфты ШПМ-1070 через клапан-разрядник выходит в атмосферу, а в это время через свой распределитель включается муфта ШПМ-700.

Двухпроводная система управления включением привода барабан­ ного вала позволяет ускорить наполнение баллонов воздухом и тем самым сократить время сцепления пневматических фрикционных муфт. Такую систему управления целесообразно иметь на буровой установке, оснащенной шиннопневматическими муфтами привода барабанного вала, которые имеют большие емкости баллонов.

Когда привод барабанного вала оснащен пневматическими фрик­ ционными муфтами дискового типа с небольшим объемом воздушных камер, быстрое заполнение их воздухом в процессе сцепления может привести к недопустимым динамическим перегрузкам подъемного механизма. Следует отметить, что увеличенное число распределите­ лей по этой схеме повышает возможность замерзания элементов пневматического управления в холодное время года. При этом также повышается вероятность отказов системы управления. Увеличенная длина воздухопроводов усложняет монтаж и эксплуатацию установки.

Система управления включением муфт привода барабанного вала буровой лебедки по двухпроводной схеме с регулируемыми во времени распределителями применяется на ряде зарубежных буровых уста­ новок, например на установке 4DH-315 (Румыния). Эта схема в основ­ ном аналогична двухпроводной схеме управления установкой Уралмага 125БД. Отличие заключается в применении регулируемых распределителей со следящей характеристикой вместо дискретных. На пульте используется регулируемый распределитель с ручным или ножным управлением, а распределитель, установленный вблизи пневматической фрикционной муфты и имеющий на выходе сигнал, пропорциональный сигналу распределителя на пульте, управляется дистанционно.

Следящая система управления позволяет регулировать скорость наполнения камеры воздухом, чтобы сократить или удлинить время, необходимое для сцепления муфты, и избежать появления динамиче­ ских перегругок в подъемном механизме. Такая система допускает возможность применения пневматических фрикционных муфт любого типа. К недостаткам двухпроводной регулируемой системы управле­ ния следует отнести повышенную вероятность замерзания элементов пневмоуправления в холодное время года.

На рис. 68 показана двухпроводная система управления, оборудо­ ванная пневматическими распределителями со следящей характери­ стикой.

Электропневматическая система управления исполнительными устройствами также подразделяется на управление с электропневма­ тическими распределителями, оснащенными пневматическими сервоклапанами, и управление без сервоклапанов.

Электропневматическая система управления осуществляется по

однопроводной схеме. При этом электрические сигналы распредели­ телям подаются с пульта управления.

На рис. 69 показана электропневматическая система управления буровой установкой с распределителями без сервоклапанов. Эта система работает следующим образом. Для включения необходимого исполнительного устройства на пульте имеется соответствующий пере­ ключатель. Электромагнитный клапан открывает доступ воздуха из магистрального воздухопровода в это устройство, и оно включает

Рис. 68. Схема двухпроводной системы управления.

, необходимый механизм. Для отключения механизма подача электри­ ческого тока прекращается, клапан перекрывает доступ воздуха из магистрали и из исполнительного устройства воздух выпускается в атмосферу. Вся необходимая блокировка пневматических исполни­ тельных устройств в этой системе осуществляется электрическим путем.

Электропневматический распределитель с сервоклапаном кон­ структивно аналогичен распределителю, применяемому в двухпро­ водной системе управления. Он отличается наличием сервоклапана с электромагнитом, имеющим небольшое тяговое усилие для переклю­ чения вспомогательных клапанов. Электропневматический распреде­ литель без сервоклапана имеет мощный электромагнит, с помощью которого перемещается основной распределительный орган.

Электропневматическая система управления имеет следующие преимущества перед другими системами:

значительно более короткие и конструктивно менее сложные линии воздухопроводов;

более простая возможность утепления всех элементов пневмосистемы (для предотвращения замерзания в них конденсата);

более простая система блокировки исполнительных устройств элек­ трическим путем;

возможность исключения из комплекта оборудования дорогостоя­ щей и сложной в эксплуатации установки для осушки воздуха.

Сравнивая обе системы электропневматического управления, сле­ дует отметить большую вероятность замерзания конденсата в сервоклапане электропневматического распределителя. Конструкция

Рис. 69. Схема электропневматической системы управления, разработанная во ВНИИнефтемаше:

1 — пневмораспределитель; 2 — лебедка; 3 — коробка скоростей; 4 — редуктор; 5 — насос

электропневматического распределителя без сервоклапана предусма­ тривает применение более мощных электромагнита и электрических ли­ ний управления. В связи с. отсутствием каналов с небольшими сече­ ниями для прохода воздуха в этих распределителях значительно сни­ жается вероятность замерзания конденсата. При наличии обогрева распределителя эта вероятность практически исключается.

А п п а р а т у р а и о б о р у д о в а н и е управления

В современных системах пневматического управления буровыми установками и другими машинами применяют аппаратуру и оборудо­ вание, которые можно разделить на следующие группы:

1) распределители с дискретным сигналом на выходе, направля­ ющие поток сжатого воздуха к исполнительному устройству и обеспе­ чивающие его функционирование без регулирования;