Модернизация Буровой лебедки ЛБУ-900-ЭТ буровой установки БУ 4500/270-Курсовая работа-Оборудование для бурения нефтяных и газовых скважин

Лебедка ЛБУ-900 ЭТ-3 используется для работы в буровых установках с талевым канатом диаметром 0, 32 мм, грузоподъемностью 270 т при оснастке талевой системы 5x6. Лебедка предназначена для:
-подъема и спуска бурильного инструмента;
-спуска обсадных труб;
-автоматической подачи долота на забой;
-ликвидации аварий, возникающих при проводке скважин;
-подъема и опускания вышки.

характеристика лебедки.

Расчетная мощность на входном валу, кВт (л.с.) 900 (1224)

Допустимое натяжение быстроходной ветви талевого
каната при нагрузке на крюке 270 т 285,11 (28,51)
Общее передаточное число трансмиссии
- на "тихой" передаче 11,41
- на "быстрой" передаче  3,135
Тип передач в трансмиссии   зубчатые  косозубые
Тип муфты включения передач в трансмиссии   зубчатая
Главный электропривод
-обозначение электродвигателя     4ПС450-1 ООО
- род тока электропривода      постоянный
- номинальная мощность, кВт    1000
- мощность в режиме работы на лебедку, кВт   900
- частота вращения, об/мин  
номинальная        1000
максимальная в режиме работы на лебедку   1500
-диапазон регулирования частоты вращения   0...1500
Размеры барабана, мм
-диаметр         640
-длина         1243
Нарезка на барабане для укладки каната    имеется
Основной способ торможения при спуске
обсадных, бурильных колонн,     с помощью
порожней талевой системы и кратковременного  электродвигателя
удержания их в неподвижном состоянии
Способ удержания в неподвижном      механическим
состоянии и аварийное торможение    тормозом 
Тип механического тормоза  дисково-колодочный
пневмомеханический
Управление тормозом       дистанционное
- Место установки тормоза      консольные концы
промежуточного вала трансмиссии
Число тормозных дисков      2
Число тормозных механизмов
- рабочих        2
- аварийных        2  
Привод тормозных механизмов:
- рабочих        пневматический
- аварийных пневмо-механический
Размеры тормозных дисков, мм
-диаметр дисков       730
-толщина дисков        40
Размеры фрикционной накладки тормозной колодки
- длина        200
- ширина         200
-толщина         10
Материал фрикционной накладки     ЛАТ-2
ГОСТ 1198-93
Расчетное давление воздуха в
пневмоцилнндpax тормоза, кг/см2
- рабочих зажимов (регулируемое)     0...6.3
- аварийных зажимов       9.0



Способ фиксации барабана подъемного вала
- при ремонтных работах и простоях с помощью механического стопорного  устройства
Система подачи долота  от электродвигателя
привода лебедки

Диапазон скоростей подачи долота, м/ч    0 200
Диапазон задания нагрузки на долото, т     30
Точность поддержания нагрузки на долото, %   ± 5
Габаритные размеры лебедки, мм
-длина        4365
-ширина         3024
-высота         2182
Масса лебедки с электрооборудованием, кг  23060


3.1 Устройство и работа лебедки.

Кинематическая схема буровой лебедки ЛБУ 900 ЭТ-3 показана на рисунке 3.1.
Привод подъёмного вала 2 с барабаном 1 обеспечивается.
Электродвигателем 13 (МЛ) через двухскоростную трансмиссию 9. Вал ведущей 8 трансмиссии соединен с электродвигателем муфтой зубчатой 12.
Электродвигатель 13 привода лебедки позволяет производить подъем и
спуск грузов с регулируемой скоростью вплоть до полной остановки. Он также выполняет функции регулятора подачи долота на забой.
При отказах основного привода лебедка в аварийном режиме может также работать от дополнительного привода, который подсоединяется к нему валу 8 через шкив 7 муфты МШ 500 (на схеме не показана).
С вала ведущего 8 вращение передается через "быструю" 58/58 или
тихую 91/25 передачи на вал промежуточный 4 и далее через передачу
116/37 на вал подъемный 2. Переключение передач трансмиссии
производится обоймой зубчатой 11 посредством цилиндра пневматического
механизма переключения.
Фиксация барабана лебедки в неподвижном положении после его
остановки электродвигателем производится дисково-колодочным тормозом,
который установлен на промежуточном валу 4. На его консольных концах
установлены тормозные диски 5, на которые действуют тормозные
механизмы: рабочие 6 и аварийные 3.
Каждый рабочий тормозной механизм обеспечивает торможение путем повышения давления воздуха в пневмоцилиндре 14, при этом колодки 16
сжимают диск 5. Растормаживание происходит при сбросе давления и при помощи разжимных пружин 15. Рабочих тормозных механизмов установлено два (по одному на каждом диске). Они используются как фиксирующий тормоз при технологических паузах. Управляются с пульта бурильщика.
Аварийные тормозные механизмы 3 обеспечивают торможение силовой пружиной 18. При штатном режиме работы они находятся в расторможенном состоянии под действием пневмоцилиндров 19. Таких механизмов два (также по одному на каждом диске). Используются при автоматическом срабатывании блокировок и при отказах в пневмосистеме рабочего тормоза. Имеют двойное управление: ручное - с пульта бурильщика и автоматическое при срабатывании блокировок.
Стопорное устройство 23 удерживает барабан в неподвижном положении независимо от включения дисковых тормозов. Оно используется при ремонтных работах и длительных остановках лебедки.
Жидкая циркуляционная смазка трансмиссии осуществляется от установки насосной, включающей в себя масляный насос 25 и электродвигатель 24.
На правом консольном конце вала подъемного 2 установлена звездочка Z=23, через которую посредством цепи 20 и звездочки Z=23 вращение передается датчику 17 оборотов лебедки (глубины), который входит в "Систему контроля параметров бурения". Другой датчик 21 (POG 10) вращается от вала через упругую пальцевую муфту 22. Этот датчик входит в автоматизированную систему управления электроприводом лебедки..
В управлении лебедкой предусмотрены следующие основные блокировки, предохраняющие механизмы, двигатель привода и персонал от
все возможных ошибочных действий при эксплуатации:
-включение двигателя 13 возможно только после включения двигателя маслонасосной установки системы смазки;
-при включении светового сигнала на пульте бурильщика "нет смазки" двигатель 13 должен отключаться с включением дисково-колодочного тормоза, посредствам цилиндров 14;
-при заторможенном положении дисково-колодочного тормоза двигатель 13 должен быть отключен;
-при установленном на подъемном барабане 1 стопорном устройстве 23 двигатель 13 не должен включаться;
-пневмоцилиндр 10 переключения передач трансмиссии должен включатся только при заторможенном дисково-колодочном тормозе, т.е. г подвижных валах;
-при снятых ограждениях с правой стороны барабана 1 лебедки и над муфтои зубчатой 12 электродвигатель 13 включаться не должен.
4 Пневмосистема управления буровой установки БУ 4500/270
ЭК-БМ.

Схема пневмосистемы буровой установки БУ 4500/270 ЭК-БМ показана на чертеже 4.

Назначение:
Система пневмоуправления БУ 4500/270 ЭК-БМ (в дальнейшем пневмосистема) обеспечивает управление буровой установки в процессе проводки эксплуатационных и разведочных скважин на нефть и газ и предназначена для:
-дистанционного оперативного управления из кабины бурильщика механизмами и агрегатами буровой установки;
- управления механизмом открывания ворот, механизмом подачи бурильных труб;
- созданием блокировок, исключающих возможность возникновения аварийного режима работы буровой установки;
- создание и автоматического поддержания компрессорными станциями запаса сжатого воздуха в пневмосистеме под определенным давлением.
Технические характеристики:
Давление сжатого воздуха на выходе
из компрессорного блока, МПа     0,95
. Производительность компрессорного
блока, м3/мин        5,75
. Компрессор воздушный:
-модель         ДЭН-45ШМ
- производительность, м3/мин     6,5
-давление, МПа        1,0
- количество, шт        2
Воздухосборник:
- тип          горизонтальный
- вместимость, м3       2,7
- рабочее давление, МПа      1,0
- количество, шт        2
Осушитель адсорбционный:
- точка росы осушенного воздуха.0 С    минус 40
-количество, шт        1
Давление сжатого воздуха на выходе
из компрессорного модуля, МПа     0,9...0.95



Устройство и работа пневмосистемы управления.
Управляющая аппаратура на схеме изображена в исходной позиции, к которой подведены линии связи, а все потребители сообщены с атмосферой. Для того чтобы представить действие аппаратуры управления (электропневматические вентили, распределители) в рабочей позиции, следует мысленно передвинуть соответствующий квадрат на место исходной позиции, оставляя линии связи в прежнем положении.
Обеспечение системы пневмоуправления сжатым воздухом производится компрессорами.
Первичная очистка и осушка воздуха происходит в фильтрах и осушителях компрессорной станции.
Защита электровентилей от загрязнений осуществпяется фильтрами с тонкостью фильтрации 25 мкм. установленными в плате, соединяющей электровентиль с распределителем и фильтрах, установленных в блоках аппаратуры.
Контроль параметров воздуха в пневмосистеме осуществляется с помощью манометров МН.
Кабина бурильщика - это комплекс оборудования с приборами управления, наблюдения и контроля процессов бурения, предназначен для управления основными агрегатами буровой установки.
В состав кабины входят:
- пульт бурильщика электрический, предназначенный для управ-ления и контроля за электрическим оборудованием;
- пульт бурильщика пневматический ПБ. предназначенный для дистанционного управления муфтами, цилиндрами согласно схеме;
- система кондиционирования, освещения, оповещения;
- стеклоочистители с пультом управления и емкостью со специальной жидкостью для омывания стекол.
Включение муфты МШ тормоза ротора осуществляется распределителем РПЗ в ПБ. При его включении воздух из пневмосети поступает в муфту МШ и происходит торможение ротора одновременно но воздух поступает в датчик давления ВРТ, который подает сигнал на лампу на посте бурильщика, указывающий, что ротор заторможен. Датчик давления ВРТ также исключает возможность одновременного включения двигателя ротора и его тормоза
Управление цилиндром пневмораскрепителя Ц7. смонтированном на стойке УПВ. закрепленной на правом лонжероне, производится с пульта бурильщика ПБ распределителем РП2. Управление вторым цилиндром пневмораскрепителя Ц6, закрепленном на левом лонжероне, производится с пульта бурильщика ПБ распределителем РП1. которые получают питание от коллектора КЛ1, объемом 6.5 литров.
При установке рукоятки распределителя в положение "ОСВОБО-ЖДЕНИЕ" воздух поступает в поршневую полость цилиндра и переме-щает поршень со штоком вверх до полного выдвижения штока, что при-водит к ослаблению натяжения каната. В положении рукоятки распре-делителя "РАСКРЕПЛЕНИЕ" воздух из распределителя поступает в штоковую полость цилиндра и перемещает шток с канатом вниз, создавая натяжение каната. На линии питания распределителя РП1 и РП2 установлен регулятор давления РД1, который должен быть настроен на давление воздуха 0,6 МПа. что обеспечивает нормальную работу ци-линдров с тяговым усилием 5,2 тн. Контроль настройки регулятора по манометру МН2.
При необходимости, в зависимости от типа машинного ключа или диаметра труб, давление воздуха может быть скорректировано в соот-ветствии с таблицей на поворотном блоке пневмораскрепителя.
Для регулирования давления установочная ручка регулятора дав-ления РД1 (РД2) втягивается до щелчка и появления оранжевой марки-ровки под ней. Вращением ручки против часовой стрелке уменьшают давление на выходе. Для фиксирования уровня выходного давления и положения ручки нажимают на нее в осевом направлении до щелчка.
Для более оперативной работы пневмораскрепителей на цилиндрах Ц6 и Ц7 установлены клапаны быстрого оттормаживания КОЗ. К04, а длясмазывания трущихся поверхностей цилиндров на линиях подвода воздуха в штоковые полости установлены маслораспылители МРЗ и МР4. Пневмоглушители ГЗ и Г4 необходимы для уменьшения уровня шума при выпуске воздуха в атмосферу.
Управление рабочими цилиндрами Ц1и Ц2 (в ЛБ) тормоза барабана лебедки осуществляется в автоматическом и ручном режимах через клапан переключательный КО.
В автоматическом режиме управления осуществляется с электри-ческого пульта бурильщика через блок аппаратуры БА1. Вентили YA1 и YA2 в рабочем положении находятся под напряжением и не пропускают воздух в распределители Р1 и Р2 При падении напряжения или сраба-тывании ограничителя подъема талевого блока электрический сигнал подается на электропневматический вентиль YA1- он отключается и начинает пропускать воздух с частичным давлением в цилиндры Ц1, Ц2 пневматического тормоза. Лебедка тормозится до останова.
Регулятор давления настраивается бурильщиком экспериментально на давление, обеспечивающее плавное торможение. Контроль давление визуально по встроенному в регулятор манометру. После получения сигнала от датчика давления ВРР в систему автоматического управления (АСУ) о наложении тормозных колодок рабочего тормоза отключается вентиль YA2 Через этот вентиль поступает воздух от сети, тем самым обеспечивается нарастание усилия в тормозных колодках рабочего тормоза. Для растормаживайия с электрического пульта управления снова включается вентиль YA1 и воздух через клапан обратный дросселя ДР1. клапан К01 выходит через каналы распределителя Р1 в атмосферу Переключение линий управления обеспечивает клапан переключательный К02. Для обеспечения возможности работы буровой лебедки в аварийном режиме при отказе АСУ дополнительно введено реле давления SPP.
В ручном режиме управления тормозным краном КТ. установлен-ном в пульте ПБ.
На вход крана подается стабилизированное давление 0.7 МПа от регулятора давления РД2 через коллектор КЛ2. объемом 4 литра Воздух от крана КТ поступает в цилиндры Ц1 и Ц2. Давление на выходе из КТ устанавливается бурильщиком, чем обеспечивается необходимый тормозной момент.
Крайнее положение рукоятки тормозного крана « на себя» должно соответствует полному открытию крана и максимальному давлению воздуха в цилиндрах.
Перемещение рукоятки крана тормозного КТ в положении « на себя» плавно увеличивает давление в цилиндрах Ц1 и Ц2 и тем самым обеспечивать плавность торможения барабана лебедки и спускаемого или поднимаемого груза. При этом рукоятка тормозного крана может быть зафиксирована в любом промежуточном положении, достаточном для затормаживания.
Перемещение рукоятки «от себя» уменьшает давление в рабочих пневмоцилиндрах и обеспечивает плавное растормаживание барабана лебедки. При этом рукоятка тормозного крана может быть четко зафик-сирована в любом промежуточном положении. Диапазон настройки тормозного крана 0,1...0,7 МПа.
РД - реле давления 404 предназначено для изменения давления воздуха, соответственно изменению подаваемого давления, и служит для усиления пневматического сигнала и сохранения скорости управления цилиндрами.
Контроль давления осуществляется по манометру МНЗ. имеющего две стрелки. Красная стрелка показывает давление в цилиндрах Ц1и Ц2, а черная- давление на входе в кран тормозной КТ.
При работе электрический сигнал, пропорциональный давлению в рабочих цилиндрах Ц1 и Ц2, поступает отдатчика давления ВРР. рас-положенного в блоке БА1. в систему автоматического управления.
Управление пружинными механизмами торможения ЦЗ и Ц4 (в ЛБ) осуществляется с электрического пульта бурильщика подачей электрических сигналов на электровентиль УАЗ, расположенный в блоке БА1 В рабочем режиме работы буровой установки этот вентиль находится под напряжением, пропускает воздух в тормоз, растормаживая его. При падении давления воздуха в пневмосистеме ниже 0,9 МПа пружина в цилиндре преодолевает сопротивление воздуха -происходит торможение барабана лебедки. Дросселирование потока обеспечивает плавное торможение.
Для растормаживания барабана лебедки следует поднять давление в системе выше 0.9 МПа, или использовать баллон PC. Для этого, согласно схемы на кран трехходовой, переключить кран КН таким образом, чтобы перекрылась линия от блока БА1. Вентиль баллона PC плавно открыть и воздух из баллона через редуктор РВ поступает в поршневые полости цилиндров ЦЗ,Ц4 и сжимает пружины. Редуктор РВ должен быть настроен на выходе на давление, равное 0,9 МПа.
При работе электрический сигнал, пропорциональный давлению в аварийных цилиндрах ЦЗ, Ц4, поступает отдатчика давления ВРА, рас-положенного в блоке БА1, в систему автоматического управления (АСУ). Для обеспечения возможности работы буровой лебедки в аварийном режиме при отказе АСУ дополнительно введено реле давления SPA (БА1).
Управление цилиндром Ц5 (в ЛБ) переключения передач осуществляется из кабины бурильщика с электрического пульта. При включении переключателя подается электрический сигнал на электро-вентили YA1 или YA2, расположенные в блоке аппаратуры БА2, через оторые воздух поступает в поршневую или штоковую полость цилиндра Ц5.
Управление муфтой МШ (в Л Б) включения привода допол-нительного осуществляется автоматически с электрического пульта бу-рильщика. При включении переключателя воздух подается на электро-вентиль YA в блоке БА, который включает распределитель Р. Воздух из пневмосети через распределитель Р, вертлюжок ВФ поступает в муфту МШ и происходит включение дополнительного привода. Сигнал поступает от реле и датчика давления на электрический пульт в кабине бурильщика
Ограничитель подъема талевого блока предназначен для автоматического отключения механизма подъема от привода и затор-маживания барабана лебедки в случае подъема талевого блока выше его крайнего верхнего положения.
Ограничитель подъема состоит из конечного выключателя типа ПП-743, имеющего грузовой привод, и обводных роликов
При подхвате талевым блоком блокировочного тросика происходит натяжение тросика и выдергивание шплинта из рычага конечного выключателя ПП-743, который под действием груза опускается вниз, разрывая электрическую цепь электровентиля YA1 (БА1).
После срабатывания ограничителя подъема растормаживание барабана лебедки производится с электрического пульта бурильщика
Цилиндр Ц5 клинового захвата, предназначен для механи-зированного закрепления колонны бурильных труб на роторе (при спус-ко-подъемных операциях) и управляется РЭПом РП4. установленном э пульте бурильщика РЭП переключается пневматически от распреде-лителя с педальным управлением РМ. расположенным в кабине бурильщика. Распределитель РМ имеет педаль с механическим фиксатором. Фиксатор срабатывает при первом переключении распределителя а при повторном нажатии педали возвращается в исходное положение. РЭП РП4 нормально-открытый, воздух от коллектора КЛ1 в пульте бурильщика проходит через РП4 по линии 19 в штоковую полость цилиндра Ц5-клинья подняты, а поршневая полость цилиндра Ц5 по линии 20 сообщена с атмосферой.
Одновременно воздух поступает в датчик давления ВРК. который подает сигнал на лампочку на посте бурильщика, указывающий, что клинья подняты.
Датчик давления ВРК также исключает возможность включения электродвигателя привода ротора при поднятых клиньях и отключает двигатель при подъеме клиньев.
В поднятом положении клинья находятся до тех пор, пока не будет произведено нажатие на педаль, в результате чего клинья опустятся.
Управление цилиндрами ЦЗ, Ц4 механизма открывания ворот осуществляется распределителями РП, установленным на пультах управления ПУЗ и ПУ4.
Для более плавного открывания и закрывания ворот на подводах к поршневым и штоковым полостям установлены пневмодроссели ДР1...ДР4.
Управление механизмом подачи бурильных труб со стороны цилиндра Ц1 осуществляется с пульта управления ПУ1 пневморас-пределителем РП, который расположен рядом с приемным мостом. Для насыщения воздуха распыленным маслом на поршневой полости ци-линдра установлен маслораспылитель МР1.При переключении распре-делителя в нейтральное положение воздух выходит в атмосферу и происходит поворот подавателей, подъем трубы и скатывание ее в желоб моста. Работа механизма подачи бурильных труб со стороны цилиндра Ц2 аналогична.
Дроссельно- запорное устройство установлено а модуле М8 и управляется распределителем Р, расположенным в пульте управления ПУ5. Это необходимо для облегчения запуска насосов и для снятия нагрузки с нагнетательной линии в период запуска. Распределитель РП открывает дроссельно-запорное устройство Ц8 и сообщает нагнета-тельную линию с емкостью для бурового раствора. При достижении номинального режима работы буровых насосов дроссельно-запорное устройство закрывают.
Введена продувка воздухом модулей и технологических трубопроводов на модуле управления, модуле ротора с приводом, модуле вспомогательной лебедки, ферме задней и модуле правого лонжерона Для этого установлены краны шаровые КШ на DN25 с рукавами тг
Для электрического пульта управления предусмотрена подготовка воздуха. Она включает в себя шкаф подготовки воздуха ШПВ и установку напоромера БРП. Установка напоромера служит для контроля избыточного давления в пульте. При замыкании контакта напоромера электронный блок в шкафу включает питание на пульте.
Устройство продувки манифольда УПМ подключается к линии продувки 35 модуля управления через переходник
Для работоспособности датчиков уровня и плотности в модулях ЦС и БДЕ введены дополнительные линии с кранами шаровыми КШ4...КШ15на DN15.

На основании эксплуатации буровой лебедки ЛБУ 900 ЭТ-3, буровыми предприятиями, можно сделать вывод, что одним из основных дефектов является быстрый выход из строя каната, в следствии излома проволочек каната. Средний срок службы каната уменьшен в 1,5-2 раза, в сравнении с предыдущими моделям буровых лебедок. Причина такой короткой службы каната является не соблюдение соотношения между диаметром троса лебедки и барабана. Рассматривая буровую лебедку, можно сделать вывод, что повышенный износ троса лебедки обуславливается малым значением радиуса барабана лебедки, в результате сильного изгиба троса на барабане наблюдается перелом и обрыв проволочек каната. Для уменьшения износа каната предлагаем отказаться от стандартного барабана лебедки ЛБУ 900 ЭТ-3, и заменить его на барабан с большим радиусом обечайки, с соблюдение отношения 24, диаметра троса к диаметру барабана лебедки, рекомендуемого для установок глубокого бурения (см. чертеж № 6). В предлагаемом барабане уменьшена, метала емкость вследствие замены стандартных ступиц подъемного вала на модернизированные облегченной конструкций.
В данном дипломном проекте представлен модифицированный барабан буровой лебедки. Данная модификация заключается в изменении конструкций обечайки лебедки, защитных секций обечайки и несущих ступиц подъемного вала лебедки.
При проектировании обечайки был использован коэффициент (K=23) соотношения между диаметром троса и диаметром барабана лебедки, вместо стандартного соотношения ( К=20 ) между диаметром барабана лебедки и диаметром троса предложенным заводом изготовителем.
Произведенная модернизация позволяет, не увеличивая металлоемкость конструкций барабана лебедки, повысить ее эффективность, путем увеличения срока эксплуатаций талевого каната. Это приводит к увеличению межремонтного периода на замену талевого каната, его обрезку и перепускание, что ведет к экономии денежных средств. Произведен прочностной расчет обечайки и ступиц подъемного вала лебедки, . Выполнена экологическая и экономическая часть проекта.