Курсовая работа. Модернизация Ротора ремонтно-бурового агрегата АРБ-100

Мобильные буровые агрегаты
Агрегаты для капитального ремонта и бурения нефтяных и газовых скважин, включают два передвижных блока: блок - подъемник с транспортной базой, приводным двигателем, лебедкой, трансмиссией и телескопической буровой вышкой и блок бурового основания, платформа которо выше блока-подъемника. Блок бурового основания оборудован ротором, подсвешниками и приемными мостками со стеллажами.
Роторы таких агрегатов имеют двухступенчатую цилиндрическую передачу от гидродвигателя к столу ротора, смонтированного на сдвоенном радиально-упорном роликовом подшипнике, расположенном между столом и главной шестерней. В проходном отверстии стола смонтирован клиновой захват.
3. Общие сведения
Все механизмы агрегата, за исключением бурового насоса, монтируются на шасси автомобиля БАЗ-69096. В качестве привода используется ходовой двигатель автомашины.
Для устойчивости насосной установки во время работы прицеп снабжен домкратами, которые опираются на землю. На воздушном колпаке насоса установлен разделитель для подключения манометра. Перед пуском насоса в работу необходимо убедиться в наличии незамерзающей жидкости 65 в верхней полости разделителя и при необходимости залить ее.
Обозначения к рис. 1:
1 - блок-подъемник; 2 - мобильное основание; 3 - ротор; 4 - подсвешник; 5 - автошасси; 6 - палубный двигатель; 7 - буровая вышка; 8 - буровая лебедка с буровым барабаном; 9 - буровая лебедка с тартальным барабаном; 10 - трансмиссия; 11 - секция горизонтальных карданных валов; 12 - угловой реверсивный редуктор; 13 - вертикальный карданный вал; 14 - прицеп; 15 - центральная рама; 16 - буровой ключ; 17 - буровая площадка; 18 - гидростанция.

Рис.1 Агрегат АРБ-100
3.1. Техническая характеристика
Грузоподъёмность, кН (т).....................................981(100)
Монтажно-транспортная база................................автомобиль БАЗ-69096
Привод механизмов...............................................ходовой двигатель автомобиля ТМЗ-8431.10
Примечание. Работа агрегата должна производится на четвёртой (прямой) передаче коробки передач автомашины за исключением отдельных случаев, указанных ниже.
Грузоподъемность талевой системы при оснастке 4 5, скорости каната и талевого блока,

Мачта:
тип ...................................................... телескопическая
высота до оси кронблока, мм ....................30000
максимальная грузоподъемность кН (т) .......981(100)
рекомендуемая длина свечи, м ................ 16-18
масса, кг............................................. 3787
Лебёдка:
тип .....................................................................однобарабанная с пневматическим управлением
максимальное натяжение каната, кгс...........10 000
масса, кг................................................4445
Ротор ....................................................буровой двухскоростной с гидроприводом от гидромотора МН 250/100
(возможна установка насосов и роторов другой марки, с аналогичной характеристикой)
I скорость:
частота вращения, об/мин.........................40 мощность, л.с. .......................................32


II скорость
частота вращения, об/мин..........................70 мощность, л.с. ........................................60

Максимально допустимое давление масла кг×с/см2 (МПа) ..............................12 (120)
Проходное отверстие стола, мм ..................142
Клиновой захват рассчитан на
применение труб диаметром, мм................51, 63, 76
Масса, кг..................................................485
Промывочный насос: НБ-125(9МГр-73) ТУ 26-02-265-73
Подача л/сек.............................................................. 6,1
при вращении трансмиссионного вала, об/мин .................... 388
диаметре втулок,мм.................................... 80
напоре..................................................... 160кгс/см
подача л/сек .......................................................9,95
при скорости вращения вала, об/мин ..................552
диаметре втулок, мм.........................................127
напоре, кг×с/см2................................................60 кг×с/см2
Габаритные размеры
агрегата в транспортном
положении, мм.......................... 12 460x4160x2650
Вал привода ротора:
предельная мощность, снимаемая на
роторе кВт (л.с.) ............................................... 95,5(130)
Частота вращения вала, об/мин
I скорость .................................................................173
II скорость ............................................................... 300
Транспортная масса, кг...................................... 23 504
Масса всей установки, кг................................... 32 104

. Роторы. Назначение, основные параметры, устройство.
При роторном бурении долото приводится во вращение вращательным механизмом - ротором - через бурильную колонну, выполняющую роль промежуточной трансмиссии между долотом и ротором.
Ротор служит также для поддерживания бурильной или обсадной колонны на весу при помощи элеватора или пневматических клиньев. Для выполнения перечисленных работ ротор должен обеспечивать необходимую частоту вращения бурильной колонны и легко менять направление вращения, грузоподъемность его должна несколько превышать вес наиболее тяжелой колонны.
Ротор (рис. 1) состоит из литого стального корпуса 2, во внутренней полости которого на упорном шариковом подшипнике 4 размещен стол 3 с укрепленным с помощью горячей посадки зубчатым коническим венцом. Последний входит в закрепление с конической звездочкой, посаженной на валу 8, вращающемся на двух подшипниках. В нижней части устанавливается вспомогательная опора 1, закрепленная гайкой 10. верхняя часть стола ротора закрывается кольцевым кожухом 7, ограждающим периферическую часть вращающего стола. На консольной части роторного вала смонтировано цепное колесо 9, через которое подводится мощность к ротору.
Диаметр отверстия в столе ротора определяет максимальный размер долота, которое может быть пропущено через него. В связи с этим выпускают роторы с различными диаметрами проходного отверстия (400-760 мм). В центральное отверстие вставляют вкладыши 6, в которые вводят зажимы 5 для ведущей трубы. Перемещение вкладышей ротора и зажимов в осевом направлении предупреждается запорами, а закрепление стола осуществляется защелкой.
Для смазки трущихся деталей и отвода тепла, образующегося при работе зубчатых передач и подшипников, в станину ротора заливается масло.
В некоторых районах при бурении глубоких скважин роторным способом, особенно в осложненных условиях, иногда применяют индивидуальный привод ротора ПИРШ4-2А, укомплектованный двумя электродвигателями мощностью 320 кВт, трехвальной коробкой перемены передач и ротором. Мощность от коробки передач к ротору отбирается при помощи специальных полужестких муфт. Ротор может работать при четырех скоростях вращения: 70, 140, 220 и 320 об/мин.
В других случаях отечественные буровые установки предусматривают отбор мощности от двигателей лебедки с помощью цепной или карданной передачи. При первом варианте мощность ротора отбирается с одного из валов лебедки, выполняющего при этом функции трансмиссии, при втором варианте - непосредственно от двигателя лебедки с помощью карданной передачи.
В процессе роторного бурения часть мощности расходуется на привод поверхностного оборудования, вращение бурильной колонны и разрушение горной породы долотом. Рассчитать требуемую мощность на осуществление перечисленных работ очень трудно, так как затрата мощности зависит от очень многих факторов: диаметра бурильной колонны и скважины, длины бурильной колонны, свойств промывочной жидкости и т.д. поэтому можно сделать только ориентировочные расчеты, показывающие, что с ростом глубины скважины бесполезная затрата мощности возрастает и, следовательно, проводимая к долоту мощность уменьшается.
На условия работы ротора влияют и изменения нагрузки на долото. При увеличении нагрузки, возможно, такое сочетание, когда величина вращающего момента, передаваемого бурильной колонной, окажется недостаточной для преодоления сопротивления, встречаемого долотом со стороны горной породы. В результате долото начинает вращаться с меньшей частотой и даже может на некоторое время оказаться в заторможенном состоянии. В бурильной колонне при этом кинетическая энергия вращения переходит в потенциальную энергию кручения, которая после достижения определенного значения преодолевает сопротивление породы, и происходит обратный процесс - превращение потенциальной энергии кручения в кинетическую энергию вращения.
Такой переход видов энергии из одного состояния в другое приводит к возникновению упругих колебаний, и, если их частота совпадает с частотой вынужденных колебаний колонны, возникающих вследствие неравномерной подачи долота, то наступает резонанс, передающийся через ведущую трубу ротору. Последний при создании таких условий его эксплуатации испытывает большие динамические нагрузки, приводящие к интенсивным вибрациям ротора, его фундамента, вышки; все это сопровождается нарастанием шума в буровой, а иногда даже авариями.
Как видно, вращение бурильной колонны, необходимое при роторном бурении, приводит к значительному осложнению процесса проходки скважины. Этим и объясняется вытеснение роторного бурения в ряде районов бурением с забойными двигателями.

Рис 1.
6. Технические характеристики
Ротор буровой предназначен для вращения бурильного инструмента и поддержания на весу колонны труб при ведении буровых работ.
Ротор предназначен для работы в составе агрегата АРБ-100 и других агрегатов, имеющих гидростанцию достаточной мощности, устанавливается на колонный фланец.
Ротор является одним из важнейших узлов установок для бурения скважин на нефть и газ. В настоящее время ООО "ВЗБТ" предлагает потребителям модификации роторов: Р360БС, Р560, Р700В.
Роторы предназначены для вращения бурильного инструмента, проведения ловильных и вспомогательных работ, а также поддержания колонны бурильных или обсадных труб при спуско-подъемных операциях в процессе бурения нефтяных и газовых скважин.




7. Расчет бурового ротора
За прототип возьмем буровой ротор Р-560 производства «Уралмашзавод». Данный ротор соответствует условию заданию, диаметр отверстия в столе - 560мм.
Определение частоты вращения стола ротора
Число зубьев ведущего цепного колеса лебедки трансмиссии ротора z=27
Частота вращения ведущего цепного колеса (в об/мин):
на 1-й скорости n=211 2-й скорости n=324
3-й скорости n=513
Частота вращения стола ротора (в об/мин) соответственно будет
n= (3.1)
г
де z=21 число зубьев звездочки на роторном валу; Uпередаточное отношение конической передачи ротора.
n==98 об/мин
n==151 об/мин
n==238 об/мин
Если при ловильных работах необходимо уменьшить частоту вращения роторного стола до 50 об/мин, то, чтобы не изменять кинематическую схему лебедки, надо увеличить число зубьев на цепном колесе приводного вала ротора (в нашем случае на колесо с большим числом зубьев). Определяем, с каким числом зубьев следует поставить новое цепное колесо:
n==50; (3.2) z=;
Z= 40.
Расчет главной опоры ротора:
Подшипник стола ротора так же, как и зубчатая передача, является основным элементом, определяющим долговечность и надежность ротора.
В опорах ведущего вала применяются стандартные ролико-подшипники качения. Для выбора подшипников и определения их срока службы сначала рассчитывают действующие на опоры усилия. Для этого надо найти усилия, действующие в зацеплении: окружное усилие P, радиальные Q и осевые N.
При расчете роторов обычно условно принимают, что привод ведущего вала всегда осуществляется цепной передачей при минимальном диаметре ведущей звездочки, к. п. д. ротора n=0,9 , коэффициент запаса k=2-4. За расчетный режим принимается частота вращения стола n=100 об/мин, срок службы L=3000ч, расчетный крутящий момент на столе ротора M, Н•м .
Например, для бурения скважины глубиной 3200 м с использованием ротора Р-560 необходима мощность N = 300 кВт.
Крутящий момент на столе ротора при частоте вращения
M==30; (3.3)
где = угловая скорость вращения стола ротора.
M=30=47,7 Кн•м
Усилия, действующие в зубчатом зацеплении, Н:
окружное
P==; (3.4)
осевое
N=(tg •cos ±sin •sin ); (3.5)
радиальное
Q=(tg •sin ±sin •cos ); (3.6)

где M и M - крутящий момент на ведущем и ведомам валах Н•м; d и d - диаметр шестерни колеса м; - угол профиля зуба; в нормальном сечении обычно =20 .
Окружное усилие для ротора Р-560
P== 100 кН.