Лекция №4.7 Тормозная система буровой лебедки. Главный тормоз. Назначение. Схемы. Типы. Параметры. Монтаж. Эксплуатация

Назначение

Ленточный тормоз – основной тормоз буровой лебедки. Предназначен для остановки и удержания в неподвижном состоянии бурильной колонны и другого инструмента спускаемого или поднимаемого из скважины. При отсутствии регулятора подачи долота ленточный тормоз служит для поддержания осевой нагрузки на долото и подачи бурильной колонны по мере углубления забоя скважины.

Параметры

тормозной момент

диаметр тормозного шкива:

D_тш = (1,8…2,8)D_б,

ширина рабочей поверхности тормозного шкива:

B_тш = (0,17…0,20)D_тш,

число колодок в одной ленте:

,

где α – угол обхвата лентой тормозного шкива;

φ – угол обхвата шкива одной колодкой;

γ – угол зазора между колодками.

Схемы

• тормоз с дистанционным расположением тормозного рычага и непосредственным присоединением концов ленты к балансиру и коленчатому валу;

• тормоз также с дистанционным расположением рычага и креплением концов лент к коленчатому валу и балансиру через башмаки;

• тормоз с пневматической фиксацией положения тормозного рычага.

Конструктивное исполнение

В буровых установках используют двухленточный тормоз, обладающий важными преимуществами по сравнению с одноленточным:

• надежность двухленточного тормоза, сохраняющего работоспособность при отказе одной из лент;

• распределение тормозного момента на два шкива позволяет вдвое уменьшить контактное давление и повысить долговечность тормозных шкивов и колодок.

Концы лент соединяются с балансиром и шатунными шейками коленчатого вала. Конец ленты, соединенный с балансиром называется набегающим, а противоположный – сбегающим. При торможении коленчатый вал поворачивается и сбегающие концы лент перемещаются по дуге описываемой радиусом шатунных шеек.

Поворот коленчатого вала для замыкания и размыкания тормоза осуществляется тормозной рукояткой. В лебедках, расположенных на полу буровой площадки, тормозная рукоятка устанавливается на консоли тормозного вала. В лебедках, находящихся под полом буровой площадки тормозная рукоятка соединяется с коленчатым валом по средствам рычагов и тяги.

Для оперативного торможения лебедки наряду с ручным используется пневматический привод, состоящий из тормозного цилиндра, шток которого соединяется с мотылевой шейкой коленчатого вал, и регулятора упраления.

Между колодками с зазором 1,7…4,2 мм установлены дистанционные планки, способствующие плотному прилеганию колодок к поверхности тормозных шкивов. Равномерность радиального зазора между тормозными накладками и шкивом по дуге обхвата регулируется пружинными оттяжками и опорными роликами. Одновременно пружинные оттяжки служат для отвода ленты от шкива при растормаживании лебедки.

1, 2 – коленчатый вал тормоза; 3 – стойка; 4 – рама лебедки; 5 – балансир; 6 – шпильки;

7 – пружина сжатия; 8 – резьбовой стакан; 9 – подшипники; 10 – болт; 11 – тормозной шкив; 12 – тормозные ленты; 13 – барабан лебедки; 14 – тормозные колодки; 15 – дистанционные планки; 16 – пружинные оттяжки; 17 – опорный ролик.

Рисунок 4.18 – Ленточный тормоз

Принцип действия

Стальные фрикционные ленты с фрикционными накладками огибают цилиндрические тормозные шкивы, которые установлены на барабане лебедки. В результате трения между неподвижными накладками и тормозным шкивом возникает тормозной момент, противодействующий вращению барабана и удерживающий его в неподвижном состоянии.

Устройство отдельных узлов

1. Тормозные ленты

Изготавливаются из стальной полосы толщиной 6…10 мм изогнутой по диаметру тормозных шкивов. Ширина ленты выбирается в зависимости от используемых колодок (по стандарту ширина 220…260 мм). Длина ленты рассчитывается по диаметру и углу обхвата (270…340º) тормозного шкива с учетом толщины накладок.

Лента по длине имеет отверстия для крепления накладок и снабжена концевыми проушинами для соединения с валом и балансиром тормоза. Концы лент закреплены заклепками Ø20мм.

2. Колодки

Колодки прессованные, материал Ретинакс ФК-24А (асбо-смоляная композиция, μ=0,35…0,41) или материал 432С (μ=0,46…0,48), габариты 230х120х32, радиус кривизны 590 мм, число колодок 25…27 шт.

Материал для изготовления колодок должен обладать высоким коэффициентом трения, большой прочностью, теплостойкостью обеспечивать небольшой износ колодок и тормозного шкива и хороший отвод тепла.

Вследствие больших контактных давлений колодки расположенные со стороны набегающего конца ленты изнашиваются более интенсивно.

3. Балансир

Балансир служит для выравнивания натяжения тормозных лент и представляет собой равноплечий рычаг. Балансир поворачивается на оси, установленной в стойке, которая крепится болтами к раме лебедки. К балансиру по средствам болтов и резьбовых стаканов присоединяются набегающие концы лент. Болт имеет ушко для соединения с тормозной лентой и резьбу для навинчивания стакана.

Методика расчета тормозного момента

Расчетный тормозной момент ленточного тормоза:

М_т.л. = к (М_ст + М_дв + М_дп),

где к – коэффициент запаса торможения, к=1,2;

М_ст – статический момент на барабане лебедки от максимального усилия в канате при установившемся движении спускаемой в скважину колонны, кН∙м;

М_дв – динамический момент на барабане лебедки от дополнительного усилия в канате при торможении вращающихся масс подъемного вала и талевой системы, кН∙м;

М_дп – динамический момент на барабане лебедки от дополнительного усилия в канате при торможении поступательно движущихся масс, , кН∙м.

,

где Р_хксmax – максимальное усилие в канате при спуске колонны:

.

, ,

где J₀ – приведенный к расчетному диаметру барабана момент инерции вращающихся масс подъемного вала и элементов талевой системы при спуске колонны, кН∙м∙с²;

a – замедление колонны при спуске:

где V_cmax – максимальная скорость спуска наиболее тяжелой бурильной колонны, м/с;

t_Т – время торможения спускаемой колонны.