Автоматтандырылған тұрақты бұрғы кілті (№ 2143051 рф патенті)
Өнертабыс ұңғымаларды бұрғылауға жатады және негізінен, бұрғы және шегендеу құбырларының бұрандалық қосылстарын бұрап бекітуге-ажыратуға қолдануға болатын автоматтандырылған тұрақты бұрғы кілті болып табылады.
Кілт құрамында корпус, оған орнатылған жоғарғы және төменгі құбырқысқыш құрылғылар, редуктор, жетекті қозғалтқыш пен моментомер бар. Кілт жеке корпуста орнатылған, жылдам жүрісті және баяу жүрісті валдары бар беріліс қорабымен жабдықталған. Беріліс қорабы редуктор үстінде орнатылған және оның жылдамжүрісті валында орнатылған сермермен[12] жабдықталған.
Беріліс қорабының корпусы беріліс қорабын редуктормен біріктіретін баяужүрісті валға осіне қарай бірқалыпты жасалған. Кілт моментомеріне айналдыру моментін басқаратын серіппелі түйін, реверсивті гидравликалық хабаршы және гидроитергіштен тұрады. Гидравликалық хабаршы гидравликалық қуыспен жабдықталған және редуктор корпусындағы екі тірекпен өзара ықпалдасуға бейімделген. Гидроитергіш гидравликалық қуыспен ортақтасқан және жетекті қозғалтқыш өшіргішімен байланысқан. Кілт, айналдыру моментінің мәні туралы дәл ақпаратты қамтамасыз еткен жағдайда және оны дәл басқару мүмкіндігі болғанда, бұрғы және шегендеу құбырларының бұрандалық қосылыстарын сапалы түрде бұрап бекітілуін-ажыратылуын қамтамасыз етеді [15].
Патентке өнертабысты сипаттау.Бұл ұсынылатын өнертабыс ұңғымаларды бұрғылау саласына жатады және негізінен, бұрғы және шегендеу құбырларының бұрандалық қосылыстарын бұрап бекітуге-ажыратуға арналған автоматтандырылған тұрақты бұрғы кілті болып табылады.
Бір блокта орналасқан екі құбырқысқыш құрылғы, редуктор, қозғалтқыш пен редуктордың жетекші валындағы сермерден тұратын автоматтандырылған тұрақты бұрғы кілті белгілі. Кілт жылдамдық алған кезде және тіреуіш құрылғының арқасында «жүріс кезінде» бұрғы құлпы қысылған кезде, жоғарғы қармағыш бөлігінің құбыр айналасымен сырғуын қамтамасыз ететін құрылғымен жабдықталған. Осының арқасында сермердің және кілттің барлық айналмалы бөліктерінің жинаған кинетикалық энергияны қолдану арқылы қозғалтқыш моментінен асатын айналдыру моменті қысқа уақытқа айқындалады. Тәжірибе көрсеткендей, моменттің өсу қысқалығы 20-дан 30-ға дейін болады.
Аталған құрылымның бірқатар кемшіліктері бар, олардың негізгілері:
1) кілт пен бұрандалық қосылыс элементтері берілетін едәуір динамикалық салмақ;
2) айналдыру моментін мөлшерлеу және өзгертуге мүмкіндік жоқ.
Берілген көлемге ең сәйкес келетіні шегендеу құбырларын бұрап бекітуге арналған а.а. СССР 203590, МКИ E 21 B 19/16, 1967 ж. бойынша автоматтандырылған кілт болып табылады. Кілт құрамында корпус, жетек қозғалтқышы, жоғарғы және төменгі құбырқысқыш құрылғылар, редуктор, басқару пульты және моментомер болады. Жетек қозғалтқышы кілт корпусында берік бекітілген құрсауға салынған жүзбелі шайбада орнатылған және рычаг арқылы моментомермен жанасқан. Моментомер серіппеленген өлшеуіш стақан түрінде жасалған және кілт корпусында мықты бекітілген цилиндрге салынған. Аталған кілт жарияланған техникалық шешімнің прототипі ретінде қабылдануы мүмкін. Бұл техникалық шешімнің де бірқатар кемшіліктері бар, олардың бастылары келесілер болып табылады:
1) берілген техникалық шешімдегі моментомер қозғалтқыш тудыратын, тұрақты коэффициентке көбейтілген (ауыстыру қатынасы) моментті ғана өлшейді және редуктор құрамында беріліс қорабы болған жағдайда, оның өзгеруін көрсетпейд;
2) моментомер көрсеткіштері, сонымен қатар, сермерге немесе басқа да қуат аккумуляторларындағы өзгерістерді көрсетпейді. Сермерді берілген қуатты азайтуға және соған сәйкес, жетекті жабдықтың, мысалы, электроқозғалтқыш немесе копрессордың салмағы мен қуатын айтарлықтай азайту үшін айналдырғыштың электро- немесе пневможетекті болған жағдайда, беріліс қорабымен бірге қолданған жөн екендігін айта кеткен жөн. Бұл жағдайда сермер моментінің қозғалтқыш тудыратын моменттен артуы 40... 60% құрайды және автоматтандырылған СССР N 115325 бойынша техникалық шешімдегідей, құбырқысқыш құрылғының «жүріс кезінде» қосуды талап етпейді;
3) кілттің берілген момент мәніне жеткен кезде, айналдырғыш жетегінің өшірілуін қамтамасыз ететін автоматтандырылған құрылғысы жоқ.
Осылайша, белгілі құрылым кілті айналдыру моментінің мәні туралы дұрыс ақпараттың болмауынан және оны дәл ретке келтіру мүмкін болмағандықтан, бұрандалық қосылыстардың сапалы бұрап бекітілуін-ажыратылуын қамтамасыз ете алмайды. Айтылғандарға байланысты осы ұсынылатын өнертабыс шешуге бағытталған негізгі техникалық шешім айналдыру моменті туралы дұрыс ақпарат пен оны дәл ретке келтіру мүмкіндігін қамтамасыз етіп, ұңғыма құбырларының (мысалы бұрғы немесе шегендеу құбырлары) бұрандалық қосылыстарының сапалы бұрап бекітілуін-ажыратылуын қамтамасыз ете алатын автоматтандырылған тұрақты бұрғы кілтін жасау болып табылады[8].
Қойылған міндетті шешу үшін автоматтандырылған тұрақты бұрғы кілтінің құрамында корпус оған орнатылған жоғарғы және төменгі құбырқысқыш құрылғылар, редуктор, жетекті қозғалтқыш пен моментомер бар. Кілттің айрықша ерекшелігі оның жеке корпуста орнатылған, жылдамжүрісті және баяужүрісті валдары бар, редуктор үстінде орнатылған және оның жылдамжүрісті валында орнатылған сермермен жабдықталған беріліс қорабымен қамтылған, сонымен қатар, беріліс қорабының корпусы беріліс қорабын редуктормен біріктіретін баяужүрісті валға осіне қарай жүзбелі түрде жасалған. Кілт моментомеріне айналдыру моментін басқаратын серіппелі түйін, гидравликалық қуыспен қамтылған реверсивті гидравликалық хабаршы және аталған қуыспен байланысқан гидроитергіштен тұрады. Гидравликалық хабаршы гидравликалық қуыспен жабдықталған және редуктор корпусындағы екі тірекпен өзара ықпалдасуға бейімделген. Гидроитергіш аталған гидравликалық хабаршының гидравликалық қуысымен ортақтасқан және жетекті қозғалтқыш өшіргішімен байланысқан. Аталған өшіргіш айналдыру моментін басқаратын серіппелі түйін мен гидроитергіш арасында орнатылған жылжымалы элемент ретінде жасалған.
Ұсынылатын өнертабысты қолдану мүмкіндігінің дәлелі терең ұңғымаларды бұрғылау бойынша отандық және шетелдік тәжірибесінде біркорпусты автоматтандырылған тұрақты бұрғы кілтін қолдану болып табылады. Берілген кілттің ерекшеліктері болып табылатын техникалық көрсеткіштер белгілі құралдар арқылы жүзеге асырылуы мүмкін. Өнертабыс формуласында сипатталған айрықша сипаттар оны жүзеге асыруға қажетті және жеткілікті болып табылады себебі олар қойылған міндетті – айналдыру моменті туралы дұрыс ақпарат пен оны дәл ретке келтіру мүмкіндігін қамтамасыз етіп, құбырлық бұрандалық қосылыстарының сапалы бұрап бекітілуін-ажыратылуын қамтамасыз ете алатын автоматтандырылған тұрақты бұрғы кілтін жасау міндетін атқаруға мүмкіндік береді.
Әрі қарай осы ұсынылатын өнертабыс тіркелген сызбаларда сызбанұсқа түрінде көрсетілген оны жасау үлгісімен түсіндіріледі оларда келесілер көрсетілген:
1-сурет – автоматтандырылған тұрақты бұрғы кілтінің осы ұсынылатын өнертабысқа сәйкес жалпы түрі;
2-сурет – 1-сурет көрсетілген бұрғы кілтінің бойлық қимасы;
3-сурет–1-сурет көрсетілген бұрғы кілтінің моментомері (қима түрінде), ұлғайтылған көлемде;
3-сурет – 1-сурет көрсетілген бұрғы кілтінің жетекті қозғалтқышының өшіргішін жасаудың гидравликалық нұсқасы (жетекті қозғалтқыш ретінде қозғалтқыш кілтін пайдаланған жағдайда).
2.16-сурет - Автоматтандырылған тұрақты бұрғы кілті
Автоматтандырылған тұрақты бұрғы кілті, осы ұсынылатын өнертабысқа сәйкес, корпус 1, беріліс қорабы 4, жетекті қозғалтқыш 5, планетарлы редуктор 6, моментомер 7 және қашықтықтан басқару пульты 8 тасымалданатын бағыттауыштары 3 бар тіректі тізбекда 2 орнатылған корпустан 1 (2.15-сурет) тұрады. Корпуста 1 (2.16-сурет) иекұстағышы 10 бар жоғарғы құбырқысқыш құрылғы 8 орнатылған, ол аралық диск 10 арқылы редуктордың 12 тілінген тістегершігінде 11 бекітілген тік тістермен 9 айналдырылады. Тілінген тістегершік 11 екі сателлит 13, редуктордың 12 жылдамжүрісті валынан 14, 15 және 16 тістегершіктері арқылы айнала алады. Корпустың 1 төменгі бөлігінде төменгі құбырқысқыш құрылғы 18 орнатылған, ол жылжымайтын құбырды пневмоцилиндрмен қысып, босата алады. Құбырқысқыш құрылғылардың құрылымы белгілі. Әр құбырқысқыш құрылғыда ұнтақтармен 20 жабдықталған және жоғарғы 21 және төменгі 22 иекұстағыштардың қалталарында орнатылған екі иек 19 бар. Иектер 19 роликтермен жабдықталған, олар кілт корпусында 1 және жоғарғы құбырқысқыш құрылғы 8 корпусында 23 орнатылған астарлармен өзара әрекеттеседі. Жоғарғы құбырқысқыш құрылғыда фрикциялы тежегіш құрылғы 24 орнатылған. Редуктордың 12 жылдамжүрісті валы 17 беріліс қорабының 4 (2.15,2.16-сурет) баяужүрісті валымен 26 оймакілтек төлке 25 арқылы біріктірілген. Беріліс қорабының 4 корпусы 27 редуктор 12 корпусында екі мойынтірек 28 арқылы орнатылған, осының арқасында беріліс қорабы 4 беріліс қорабының 4 баяужүрісті валы 26 мен редуктордың 12 жылдамжүрісті валының 17 ортақ осі бойымен «жүзе» алады.
2.17-сурет - Автоматты бұрғы кілтінің бойлық қимасы
Беріліс қорабының 4 жылдамжүрісті валында 29 сермер 30 орнатылған. Сонымен қатар, сермердің 30 ауыр дисктері 31 жылдамжүрісті валда 29 фрикциялы түрде бекітілген сермер табанымен 32 байланысқан. Соңғысы баяужүрісті валмен 26 тістегершік 33 және осьтік бағытта жылжымайтын жартымуфтамен 35 мықты біріктірілген тістегершіктер блогы 34 арқылы, ал аралық валмен 36 тістегершікпен 37 тістегершік арқылы байланысқан. Аралық вал 36 тістегершік екінші жылжымайтын жартымуфта 39 салынған тістегершікпен 38 байланысқан. Жылжитын жартымуфта 40 жылдамжүрісті валды 29 баяужүрісті валмен 26 жартымуфта 35 арқылы тікелей немесе аралық вал 36 тістегершік арқылы біріктіре алады. Беріліс қорабының 4 корпусында 27 моментомер 41 (2.17, 2.18-сурет) орнатылған. Моментомер 41 құрамына реверсивті гидравликалық хабаршы (2.17, 2.18-сурет) жатады. Хабаршының 42 гидравликалық қуысы 43 (2.18-сурет) компенсациялық цилиндрмен 47 кері клапан 48 арқылы инелі вентиль ашық болған жағдайда ортақтаса алады. Гидроитергіш 46 жетекті қозғалтқыштың 5 өшіргішімен 50 байланысады. егер жетекші қозғалтқыш пневматикалық қозғалтқыш болса, өшіргіш 50 пневматикалық тарелке тәрізді клапан 51 түрінде, немесе, егер жетекші қозғалтқыш гидроқозғалтқыш болса, реттығын 52 (2.19-сурет) түрінде жасалуы мүмкін. Қарсы жағында өшіргіш 50 (2.18-сызба) корпуста 57 серіппемен 55, бұрандалық лимбпен 56 және шкаламен жабдықталған серіппелі басқару түйінінің 54 итергішімен 53 байланысады. Реверсивті гидравликалық хабаршы 42 поршень 59 мен штокты 60 қосатын гидроцилиндр түрінде жасалған. Гидроцилиндр корпусы 58 мен шток 60 редуктор 12 корпусында бекітілген екі 63 және 64 тірекпен байланысатын 61 және 62 аралық итергіштер арасында орнатылған.
2.18-сурет - Бұрғы кілтінің моментомері
Жетекті қозғалтқыш өшіргішінің қуысы бұрайтын жаққа айналу бағытына сәйкес келетін жетекті қозғалтқыштың жұмыс қуысымен ортақтасады.
Автоматтандырылған тұрақты бұрғы кілтінің жұмысы келесі түрде жүзеге асырылады[13].
Бұрандалық құбыр қосылысын бұрап бекіту үшін алдымен серіппелі түйінді 54 (2.18-сурет) берілген айналдыру моментіне корпустағы 57 лимб 56 пен шкаланы қолдану арқылы келтіреді. Содан кейін кілт корпусы 1 бұралатын құбырлардың бұрандалық түйісіне 8 және 18 (2-бет) құбырқысқыш құрылғылардағы қималары арқылы жылжиды. Төменгі иекұстағышты 22 бұру арқылы жылжымайтын (төменгі) құбыр қысылады. Содан кейін беріліс қорабының жарты муфтасы 40 жоғары қарай қосылады, осылайша беріліс қорабының 4 жылдамжүрісті 29 және баяужүрісті 26 валдары тікелей қосылады. Осыдан соң, жетекті қозғалтқыш 5 қосылып, жоғарғы иекұстағыштың 21 тежелуінің арқасында жылжымалы (жоғарғы) құбыр үлкен жылдамдықта қармалып, әрі қарай айналады.
2.19-сурет - бұрғы кілтінің жетекті қозғалтқышының өшіргішін жасаудың гидравликалық нұсқасы
Бұл кезде «жүзбелі» беріліс қорабының корпусында пайда болатын реактивті моментті хабаршы 42, гидроцилиндр 58, корпусы аралық итергіш 61, арқылы редуктор 12,корпусындағы тірекпен 63,байланысқан кезде,немесе шток 60, аралық итергіш 62, арқылы редуктор 12, корпусындағы тірекпен 64, байланысқан кезде қабылдайды.
Бұрандада кедергі моментінің өсуінен айналу тоқтап қалған кезде, оператор жылжымалы муфтаны 40 жарты муфтамен 39 біріктіру үшін төмен қарай ауыстырады. Бұл кезде қуыстағы 43 қысым артады. Момент мәнін оператор момент мәндерінде біріктірілген, шкаласы бар манометр болып табылатын құрал 45 көрсеткіштері арқылы бақылай алады.
Қуыстағы 43 ұлғаятын қысым ықпалымен гидроитергіш 46 дамытатын күш серіппелі басқару түйінінде 54 берілген күштен асса, өшіргіш 50 клапандары 51 немесе реттығын 52 серіппені қысып, оңға жылжытады, бұрау бағытына қарай айналу кернеуіне сәйкес келетін жетекті қозғалтқыштың жұмыс қуысын атмосферамен немесе гидроқозғалтқыштың бұрау қуысын ағыс желісімен біріктіреді.
Содан кейін жетекті қозғалтқыш тоқтайды да, бұрап бекіту үрдісі берілген моментке жеткен соң, тоқтатылады.
Бұрап ажырату үрдісі кері тәртіппен орындалады. Алдымен баяу жылдамдықпен айналу қосылады. Бұл кезде гидравликалық хабаршының 42 қарсы жағы бұрап бекіту үрдісімен салыстырғанда жұмыс істейді. Құрал 45 алдымен моменттің артуын көрсетеді. Бұранда тартылысын алған кезде момент азаяды, бұл операторға сигнал болып табылады. Ол беріліс қорабын 4 үлкен жылдамдыққа ауыстырады, жарты муфта 40 жоғары қосылады және бұранданы босатады. Бұрап ажырату үрдісіне серіппелі басқару түйіні қатыспайды, себебі мұндай жағдайда жетекті қозғалтқышты 5 бұрап бекіту қуысы не атмосферамен, не ағыс желісімен, жетек ретінде сәйкес пневматикалық немесе гидравликалық қозғалтқыштарды қолданған кезде байланысқан. Осылайша, кілт ажыратылатын құбырлардың бұрандалық түйісіннің кедергі моментіне сәйкес келетін моментті дамытады[7].
1. Корпус, онда орнатылған жоғарғы және төменгі құбырқысқыш құрылғылар, редуктор, жетекті қозғалтқыш, беріліс қорабы мен моментомерден тұратын автоматтандырылған тұрақты бұрғы кілті, ол беріліс қорабы жеке корпуста жылдам жүрісті және баяу жүрісті валдармен орналасқандығымен ерекшеленеді, ол редуктор үстінде орнатылып, сермермен қамтылған, сермер оның жылдам жүрісті валында орнатылған, сонымен қатар, беріліс қорабының корпусы беріліс қорабын редуктормен біріктіретін баяу жүрісті валға осіне қарай бірқалыпты жасалған.
2. 1 тармақ бойынша автоматтандырылған тұрақты бұрғы кілті, ол кілт моментомеріне айналдыру моментін басқаратын серіппелі түйін, гидравликалық қуыспен жабдықталған және редуктор корпусындағы екі тірекпен өзара ықпалдасуға бейімделген реверсивті гидравликалық хабаршы және аталған қуыспен ортақтасқан. Жетекті қозғалтқыш өшіргішімен байланысқан гидроитергіштен тұратындығымен ерекшеленеді.
3. Жетекті қозғалтқыштың өшіргіші айналдыру кезінің шамасын орнататын серіппелі түйін мен гидроитергіш арасында орналасқан жылжымалы элемент түрінде жасалғаны бойынша автоматтандырылған тұрақты бұрғы кілті ерекшеленеді.
Есептеу және арнайы бөлімге қорытынды
Есептеу бөлімінде автоматты бұрғылау кілтінің радиалды ролигінің мықтылығын және ось материалын тексеру үшін мықтылыққа есептелді. Кілт беріктігін анықтап, жыл ішіндегі тоқтаулар қарқындылығын анықталды.
Берілген ресурсқа тербелу мойынтіректері есептелді және мойынтірекке түсетін есептік осьтік салмақ, есептік көрсеткіштері анықталды.
Дипломдық жобамыздағы мақсат айналдыру моментін дәл көрсетуге мүмкіндік беретін кілтті жасау болып табылады. Осы мақсатқа жету үшін жобаның арнайы бөлімінде патенттік талдау жүргізілді. Сонымен қатар автоматтандырылған бұрғылау кілтінің пневмоцилиндріне есептеулер келтірілді.