3. Збирання навантажень на бурову вежу

3.1. Класифікація навантажень

Згідно з нормами проектування[2] навантаження класифікують за тривалістю їх дії. На бурову вежу діють постійні та тимчасові навантаження (Рис. 3.1).

До постійних відносяться такі навантаження, що діють на конструкцію безперервно з часу її виготовлення:

• Власна вага несучих та огороджуючих конструкцій споруди F4. В курсовому проекті власну вагу вежі можна приймати в межах 16...100 т.

Тимчасовими називаються навантаження, які дють лише певний час. За тривалістю дій тимчасові навантаження поділяються на довготривалі, короткочасні, особливі.

До довготривалих навантажень належать:

• вага стаціонарного обладнання (кронблок) F5;

• навантаження від складування свічок.

Короткочасні навантаження на бурову вежу складають:

• вага талевої системи F1;

• навантаження на гак F2;

• натяг ведучої та нерухомої струни канату F3;

• тиск вітру W,W_св.

В свою чергу всі навантаження на бурову вежу поділяють на горизонтальні та вертикальні.

3.2. Вертикальні навантаження

Вертикальне навантаження F, яке діє на підкронблочну раму вежі вираховують для двох випадків (Рис.3.2):

1) гак нерухомий

2) при русі гака

де F1-навантаження від ваги талевої системи (гак, талевий блок, канат тощо); F2-максимальне навантаження на гак; F3-зусилля в нерухомій та ведучій струні канату; F5-навантаження від ваги кронблоку; _f-коефіцієнт надійності по навантаженню (приймається згідно [2]); u_тс-число струн в оснастці(кратність поліспасту); _тс-к.к.д. талевої системи.

Навантаження F1 від ваги талевої системи (вагою штропів та елеватора можна знехтувати)

де G_г,G_в- відповідно вага гака(гакоблока) та вага вертлюга по табл.2.3-2.5; G_тк-вага талевого канату.

G_тк=l_ткg_тк.

l_тк=l_бu_тс.

Тут l_тк-довжина талевого канату в оснастці nxn між талевим блоком та кронблоком; l_б-відстань між кронблоко і талевим блоком в нижньому положенні гака.

3.3. Горизонтальні навантаження

На вежу діють слідуючі горизонтальні навантаження:

1. Т1 горизонтальна складова сили, діючої на кронблок від натягу ведучої та веденої струни талевого канату;

2. Т2 горизонтальна сила від ваги свічок, встановлених за палець;

3. W вітрові навантаження на вежу;

4. W_cв вітрові навантаження на повний комплект свічок .

Горизонтальна складова Т1 сили, діючої на кронблок вираховується для двох випадків (рис.3.3):

гак нерухомий

при русі гака

де  і  кути відповідно між ведучою і нерухомою струнами канату та вертикальною вісю вежі.

Якщо струни закріплені по різні боки вісі вежі,то береться знак «мінус», якщо з одного боку у лебідки,то «плюс».

Горизонтальна сила Т2 від ваги свічок (рис.3.4)

де G_св-загальна вага свічок на підсвічнику; l_cв-довжина свічки; h_п-висота пальців відносно підсвічника; -кут нахилу свічки до вертикалі (=2...4).

Вітрове навантаження на вежу залежить від природно-кліматичних умов, в яких експлуатується бурова установка і визначається як сума середньої(статичної) та динамічної складових.

Нормативне значення статичної складової вітрового навантаження w_m залежить від висоти над поверхнею землі та визначається за виразом

де W_o-нормативне значення вітрового тиску; к-коефіцієнт, що враховує зміну вітрового тиску по висоті 2,п.6.5;

с-аеродинамічний коефіцієнт (для кутових профілів С=1.4, для труб С=1).

Нормативне значення вітрового тиску W_o згідно норм РТМ 26-02-6-68(Руководящий технический материал на проектировние буровых вышек) для розрахунків бурових веж значення вітрового тиску приймають незалежно від місця експлуатації:

w₀=0.700 кПа -для неробочого стану;

w₀=0.250 кПа -для робочого стану;

w₀=0.150 кПа -для монтажно-транспортного стану.

Нормативний напор вітру w₀ до висоти 10 м над поверхнею землі буде постійним; вище вітрове навантаження змінюється по лінійному закону (табл.3.1).

Таблиця 3.1 Значення коефіцієнта К

Висота надповерхнею землі, м	< 10	20	40	60
Коефіцієнт К	1	1.25	1.5	1.7

Значення вітрового тиску на вежу W знаходять по формулам

W = (W_i’ + W_i’’)

W_i’’= 0.7W’.

Тут W_i’,W_i’’-навантаження на вітрову та завітрову частину i-ої секції вежі відповідно; W_бал - навантаження на балкон

верхового робітника; к_і - середнє значення коефіцієнта к по висоті i-ої секції вежі; А_і - загальна площа грані i-ої секції;  = 0.15...0.2 - коефіцієнт заповнення панелі (для обшитої частини вежі =1).

Методика обчислення к_i для різних випадків епюри к надано в [3,c.15-17].

При швидкостях вітру до 110 км/год також враховують вітрове навантаження, діюче на поверхню повного комплекту свічок, що стоять за пальцем. Для цього необхідно визначити площу бурильних труб, сприймаючих вітрове навантаження

де n = (10...15) - кількість рядів свічок; d_cв - діаметр свічки; l^_cв = l_cв-(h+h1) - частина довжини свічки, на яку діє вітрове навантаження; l_cв - повна довжина свічки; h - висота обшивки; h1 - частина довжини свічки, що знаходиться всередині балкону верхового робітника.

Тоді навантаження на повний комплект свічок

де к_екв - середнє значення коефіцієнта к на ділянці l^_cв.

В загальному вигляді розрахункова схема вітрового навантаження на вежу показана на рис.3.5.