Лебедка ЛБУ-1200К буровая с усовершенствованным тормозом-Курсовая работа-Оборудование для бурения нефтяных и газовых скважин

Тема данного дипломного проекта «Лебедка буровая с усовершенствованным тормозом».
Пояснительная записка включает в себя 3 раздела: техническую часть, экономическую часть и раздел безопасности и экологичности проекта. В техническую часть входят: назначение, описание конструкции буровой лебедки, патентная проработка существующих конструкций тормозной системы буровой лебедки, а также все необходимые расчеты для обеспечения работоспособности тормозной системы. Экономическая часть рассматривает вопросы обеспечения экономической эффективности при внедрении новой разработки тормозной системы буровой лебедки ЛБУ-1200К. Раздел безопасности и экологичности проекта рассматривает вопросы охраны труда и окружающей среды при спускоподъемных операциях.
Дипломный проект состоит из: графического материала объемом в количестве 10 листов формата А1, и пояснительной записки объемом 128 машинописных листов, включающую 22 рисунков, 11 таблицы и 54 формул, а также список литературы, включающий 16 пунктов.
Буровые лебёдки выполняют следующие функции: натяжение и наматывание на барабан ведущей струны каната талевой системы при подъеме, сматывание каната при спуске бурильных и обсадных колон и ненагруженного крюка с элеватором, как во время СПО, так и бурения, при наращивании, подаче и других операциях.
Лебёдка должна осуществлять регулирования скорости спуска и полную остановку крюка на всей длине его хода; натяжение вспомогательного каната при свинчивании и развенчивании колонн (при отсутствии специальных ключей), при подъеме и спуске грунтоносок и подъем различных грузов, оборудования и вышек в процессе монтажа и демонтажа установок. В некоторых конструкциях лебедка служит для передачи вращения ротору.
Спуск и подъем бурильных колон производят много раз, все операции повторяются систематически в строго определенной последовательности, а нагрузки на лебедку при этом носят циклический характер. При подъеме крюка мощность подводится к лебедке от двигателей, а при спуске, наоборот, тормозные устройства должны преобразовать освободившуюся энергию в теплоту. Для лучшего использования мощности во время подъема крюка с переменной по величине нагрузкой приводы лебедки должны быть многоскоростными.
Управление лебедкой сосредоточено на посту бурильщика, который расположен на буровой площадке. Лебедка, вспомогательный привод лебедки, привод лебедки уста-навливаются на рамы-секции основания. Все рамы-секции конструктивно выполнены таким образом, что с установленным на них оборудованием
Привод лебедки осуществляется от одного электродвигатели. Мощность от электродвигателя через эластичную втулочно-пальцевую муфту передается на ведущий вал коробки передач. Включение первой скорости и третьей осуществляется кулачковой муфтой, а второй скорости и пятой шиннопневматической муфтой МШ-700 «ведомый вал», а четвертая и шестая скорости шиннопневматической муфтой МШ-700 «ведущий вал».
Цепи в коробке передач четырехрядные с шагом 44,45 мм.
Передача мощности с коробки передач на лебедку осуществляется цепной передачей Z =24/41 цепь трехрядная с шагом 50,8 мм. Таким образок подъемный вал лебедки имеет шесть скоростей вращения. В качестве вспомогательного тормоза на лебедке применен электромагнитный порошковый тормоз ТЭП-45, выполняющий функции регулятора подачи долота.
Ленточный тормоз — основной тормоз буровой лебедки. Он предназначен для остановки и удержания в неподвижном состоянии бурильной колонны и другого инструмента, спускаемых и поднимаемых из скважины. Ленточный тормоз при необходимости может быть использован в качестве вспомогательного. Например, в случаях отказа или недостаточного тормозного момента вспомогательного тормоза лебедки для снижения скорости спуска колонны труб в скважину используется ленточный тормоз. При отсутствии регулятора подачи долота ленточный тормоз служит для поддержания осевой нагрузки на долото и подачи бурильной колонны по мере углубления забоя скважины.


Согласно ГОСТ 12.2.041-79, к ленточным тормозам предъявляются следующие требования:
тормозной момент должен быть достаточным для надежного удержания в неподвижном состоянии колонны труб наибольшей
конструкция тормоза должна исключать самопроизвольное торможение и растормаживание и обеспечить легкость управления, удобство и доступность осмотра, регулирования и замены износившихся деталей и узлов.
В буровых лебедках в качестве основного используется двухленточный тормоз, обладающий важными преимуществами по сравнению с одноленточным. В первую очередь следует отметить надежность двухленточного тормоза, сохраняющего работоспособность при отказе одной из лент. Распределение тормозного момента на два шкива позволяет вдвое уменьшить контактные давления и, следовательно, повысить долговечность тормозных шкивов и колодок.
Кинематические схемы ленточного тормоза буровых лебедок показаны на рисунке 1.3 Стальные ленты 4 с фрикционными накладками огибают цилиндрические тормозные шкивы 2, которые установлены на барабане 3 лебедки. В результате трения между неподвижными накладками и тормозными шкивами возникает тормозной момент, противодействующий вращению барабана и удерживающий его в неподвижном состоянии. Установка тормозных шкивов непосредственно на барабане лебедки требует увеличения необходимого тормозного момента, так как барабан лебедки — наиболее тихоходный орган в кинематической цепи подъемного механизма. Однако при отсутствии промежуточных звеньев между тормозом и талевым канатом обеспечиваются надежность и безопасность торможения лебедки.
Концы лент соединяются с балансиром 10 и шатунными шейками 9 коленчатого вала 8. Конец ленты, соединяемый с балансиром, принято называть набегающим, а противоположный, соединяемый с коленчатым валом,— сбегающим. Сбегающие концы лент, обхватывающие тормозные шкивы под углом более 270° (рисунке 1.3, в, г), соединяются с коленчатым валом посредством обоймы О и кронштейнов К. При торможении коленчатый вал поворачивается и сбегающие концы лент перемещаются по дуге, описываемой радиусом шатунных шеек.
После выбора свободного хода фрикционные накладки прижимаются к тормозным шкивам. Величина свободного хода зависит от радиальных зазоров между фрикционными накладками и тормозными шкивами, образующихся при растормаживании. Направление вращения барабана при спуске должно совпадать с направлением углового смещения тормозных лент при торможении лебедки. В этом случае вращающиеся шкивы будут затягивать тормозные ленты и благодаря этому уменьшатся усилия, необходимые для торможения. При подъеме тормозные шкивы, вращаясь в обратном направлении, будут отбрасывать тормозные ленты и тем самым способствовать растормаживанию лебедки одновременно с включением ее привода.
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 (рисунке 1.3, а). В лебедках, которые находятся под полом буровой площадки (рисунке 1.3, б, в, г), тормозная рукоятка с валом 13 на подшипниках 11 монтируются на полу буровой площадки и соединяются с коленчатым валом 8 посредством рычагов 12, 15 и тяги 14.
Для оперативного торможения лебедки наряду с ручным используется пневматический привод, состоящий из тормозного цилиндра 7, шток которого соединяется с мотылевой шейкой 5 коленчатого вала, и регулятора управления 6. Пневматический привод облегчает труд бурильщика при спуско-подъемных операциях. В лебедках большой мощности тормозной привод снабжается пневмоцилиндром 19 (рисунке 3,в,г) для автоматического торможения лебедки при падении давления в пневмосистеме, при обесточивании буровой и при подъёме талевого блока.
Под давлением воздуха, поступающего через клапан 20 от сети или баллона 18, шток цилиндра 19 выдвигается и проушина 16 освобождает шейку 17 тормозного вала, обеспечивая управление тормозом рукояткой или пневмоцилиндром 7, как в нормально разомкнутых тормозах. В аварийных ситуациях давление воздуха в пневмоцилиндре 19 падает и под действием возвратной пружины шток перемещается в обратном направлении. Проушины 16 штока поворачивают тормозной вал и в результате этого лебедка автоматически затормаживается. В этом состоянии тормоз действует как нормально замкнутый.
Тормозные ленты 12 изготовляются из стального листа толщиной 6—10 мм, изогнутой по диаметру тормозных шкивов 11 барабана 13 лебедки (рисунок 1.4). Ширина ленты выбирается в зависимости от используемых колодок, ширина которых по стандарту составляет 220—260 мм. Длина ленты рассчитывается по диаметру и углу обхвата (270—340°) тормозного шкива с учетом толщины накладок. Лента по длине имеет отверстия для крепления накладок 14 и снабжена концевыми проушинами для соединения с валом 2 и балансиром 5 тормоза.
Вследствие больших контактных давлений тормозные колодки, расположенные со стороны набегающего конца ленты, изнашиваются более интенсивно. Тормозные колодки крепятся к ленте стальными планками, запрессованными в тело колодки. Для этого концы планок выводят через отверстия в ленте и загибают с наружной стороны.

Крепление тормозных колодок при помощи болтов и заклепок с потайными головками более трудоемко. Между колодками с зазором 1,7 — 4,2 мм установлены дистанционные планки 15, способствующие плотному и равномерному поверхности тормозных шкивов. Равномерность радиального зазора между тормозными накладками и шкивом по дуге обхвата регулируется пружинными оттяжками 16 и опорными роликами 17. Одновременно пружинные оттяжки служат для отвода ленты от шкива при растормаживании лебедки. Тормозные шкивы и диски барабана 13 между собой соединяются на скользящих посадках.

3 УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТОРМОЗНОЙ СИСТЕМЫ
3.1 Патентная проработка
 Изобретение относится к оборудованию для бурения нефтяных и газовых скважин. Тормоз буровой лебедки содержит обод, резинокордный баллон и тормозные колодки, облицованные фрикционными накладками, охватывающими весь периметр соответствующего тормозного шкива лебедки. Тормоз выполнен из отдельных частей, каждая из которых имеет независимое пневмоуправление. Для этого упомянутый обод выполнен из автономных разъемных частей с соответствующим резинокордным баллоном и колодками. Изобретение обеспечивает ремонт тормоза без демонтажа лебедки.
Изобретение относится к оборудованию для бурения нефтяных и газовых скважин. Оно может быть также использовано и в других отраслях, где применяются канатные подъемники с тормозными устройствами.
Известен ленточный тормоз буровой лебедки [1]. Он состоит из двух стальных лент, оснащенных фрикционными колодками. Торможение осуществляется путем прижатия рычажной системой или пневмоцилиндром лент с колодками к тормозным шкивам барабана лебедки.
Недостатком этого тормоза является неполное использование поверхности трения тормозных шкивов (угол обхвата 300°), неравномерный износ тормозных колодок и затраты значительных физических усилий бурильщика при торможении.
Известен также тормоз для быстрой остановки вращающихся валов [1, рис.108, стр.160]. Этот тормоз выполнен на базе шинно-пневматической муфты и имеет обод, на котором закреплены резинокордный баллон и металлические колодки, облицованные фрикционными накладками, и тормозной шкив. Торможение осуществляется путем подачи в баллон сжатого воздуха из пневмосистемы буровой установки с последующим прижатием фрикционных накладок к тормозному шкиву.
Описанный тормоз по своему конструктивному исполнению наиболее близок к заявляемому и принят за прототип.
Недостатком этого тормоза при использовании его в качестве тормоза буровой лебедки является отсутствие возможности проведения ремонтно-профилактических работ на буровой без демонтажа лебедки.
Техническим результатом предлагаемого тормоза является устранение отмеченных недостатков и повышение на этой основе технико-экономических показателей подъемного бурового комплекса.
Технический результат предлагаемого тормоза буровой лебедки достигается тем, что тормоз выполнен из отдельных частей, каждая из которых имеет независимое пневмоуправление, образованных упомянутым ободом, выполненным из автономных разъемных частей с соответствующим резинокордным баллоном с упомянутыми колодками. На рисунке 3.1 приведена конструкция предлагаемого тормоза буровой лебедки. Он состоит из верхней 1 и нижней 2 частей, состоящих из обода 3, резинокордного баллона 4 с колодками 5, облицованными фрикционными накладками. Баллон 4 прикреплен к ободу 3. Всего в предлагаемом тормозе четыре автономных части с независимым пневмоуправлением. Части устанавливаются на раме лебедки. Сжатый воздух из пневмосистемы буровой установки подводится в баллон 4 через штуцер 6 путем дистанционного открытия клапанного крана (не показан) [например, 1, рис.198, стр.325]. Каждая часть тормоза имеет независимое пневмоуправление. Фрикционные накладки 5 обхватывают всю поверхность трения соответствующего тормозного шкива 7 лебедки, обеспечивая равномерный износ. Для фиксации барабана лебедки в заторможенном состоянии в обратном порядке тормозные колодки всегда находиться в заторможенном состоянии при подаче воздуха в баллоны они растормаживаются.
Тормоз буровой лебедки функционирует следующим образом. Для обеспечения работ по спуску бурильного инструмента необходимо дефиксировать барабан лебедки в резинокордных баллоны 4 с помощью клапанных кранов впустить сжатый воздух.
Буровая лебедка растормаживается, происходит спуск инструмента на длину свечи (25 или 37 м). Перед завершением этой операции сжатый воздух подается через штуцеры 6 в резинокордные баллоны 4, фрикционные накладки приходят в соприкосновение с тормозными шкивами 7, происходит торможение буровой лебедки.

Применение предлагаемого тормоза буровой лебедки обеспечивает удобство и облегчение управления тормозом при спуско-подъемных операциях, за счет секционного исполнения дает возможность выполнять непосредственно на буровой основные ремонтно-профилактические работы без демонтажа буровой лебедки и позволяет создать резерв торможения на случай выхода из строя одной или даже двух частей. В этом случае барабан буровой лебедки будет заторможен моментом, достаточным для исключения аварийной ситуации, например, поднять бурильный инструмент из зоны прихвата, затем отремонтировать тормоз и продолжить нормальный процесс. Все это позволит получить более высокие технико-экономические показатели работы тормозной системы и подъемного комплекса в целом.
Тормоз буровой лебедки, содержащий обод, резинокордный баллон и тормозные колодки, облицованные фрикционными накладками, охватывающими весь периметр соответствующего тормозного шкива лебедки, отличающийся тем, что тормоз выполнен из отдельных частей, каждая из которых имеет независимое пневмоуправление, образованных упомянутым ободом, выполненным из автономных разъемных частей с соответствующим резинокордным баллоном с упомянутыми колодками.

3.2 Аналоги тормоза буровой лебедки
Тормозное устройство скреперной лебедки: используется в скреперных лебедках большой мощности, применяемых в шахтах. Тормозное устройство для скреперной лебедки содержит ме¬таллическую ленту с колодками, выполненную, по меньшей мере из двух участков, Участки ленты со¬единены между собой шарниром и установлены на наружной поверхности зубчатого венца. Свобод¬ные концы частей ленты соединены тягой с упора¬ми. Участки ленты выполнены разной длины, причем участок ленты с большей длиной установлен на ба¬рабане со стороны сбегающей ветви.
Изобретение относится к грузоподъем¬ным механизмам, в частности к тормозным устройствам для скреперных лебедок с пла¬нетарными редукторами.
Известны тормозные устройства для скреперных лебедок, содержащее металли¬ческую тормозную ленту с вырезом, на ко¬торой жестко закреплены равномерно по всей длине тормозные колодки, и на концах установлены башмаки с упорами, и отвер¬стиями под тормозной рычаг или привод.
Недостатком этих тормозных устройств является плохая ремонтная способность из-за невозможности смены изношенных коло¬док непосредственно на рабочем месте. Это происходит потому, что тормозная лента вы¬полнена сплошной и невозможно снять и установить ее на зубчатом венцом бараба¬на. Для того чтобы снять ленту и заменить на ней колодки или установить новую, необ¬ходимо разобрать всю лебедку на ее основ¬ные узлы, на что уходит очень много времени, а саму лебедку требуется снять с рабочего места и оттранспортировать из за¬боя на поверхность, кок правило, поэлемен¬тно.
Наиболее близким по своей техниче¬ской сущности с предлагаемым является тормозное устройство для скреперных ле¬бедок, включающее металлическую ленту, на которой жестко закреплены по своей длине тормозные колодки, взаимодейству¬ющие с наружной поверхностью зубчатого сенца планетарного редуктора, а на концах ленты жестко закреплены устройства для зажимной тяги с упорами, при этом лента выполнена, по меньшей мере, из двух участ¬ков.
Изобретение характеризуется тем, что участки ленты выполнены разной длины, причем участок ленты с большей длиной расположен на упомянутом зубчатом венце со стороне ее набегающей волны.
На рисунке 3.2 изображено тормозное уст¬ройство, тормозное устройство скреперных ле¬бедок состоит из тормозной ленты, выпол-ненной из двух участков разной длины 1 и 2, на которой жестко закреплены башмак 3, тормозные колодки 4 и фланец 5 ленты с башмаком б и фланцем 7, которые шарнирно соединены между собой осью 8, шайбой 9 и шплинтом 10. На внутренней поверхно¬сти ленты 2, так же как и на ленте 1, закреп¬лены заклепками 11 и расположены на 5 наружной поверхности зубчатого венца 12 планетарного редуктора. Участок ленты с большей длиной расположен на зубчатом венце со стороны ее набегающей ветви.
Работа тормозного устройства для скреперных лебедок. Для пуска тягового барабана необходи¬мо остановить венец 13. Для этого башмаки 3 и 6 за счет тяги сближают друг к другу и колодки 4 и 12 лент 1 и 2 давят на наружную
15 поверхность зубчатого венца 13 и за счет трения скольжения останавливают его. В момент торможения ленты 1 и 2 поворачи¬ваются на оси 8 и охватывают зубчатый ве¬нец 13 всей своей развернутой длиной. Для 20 остановки барабана башмаки 3 и 6 разжи¬мают, и они своими упорами упираются в корпус лебедки. При этом ленты 1 и 2 с колодками отходят от зубчатого венца 13 и он начинает вращаться, а тяговый барабан 25 останавливается. Для замены изношенных лебедок необ-ходимо вынуть шплинт 10 и ось 8 с шайбой 9, затем снять тягу с осями из башмаков 3 и 6, затем, потянув за башмак 3, снять ленту
30 1. Таким же образом снимают и ленту 2. Затем берут такие же ленты с новыми колод¬ками и устанавливают их. Сборка тормоза осуществляется следующим образом.
Сначала ленту 1 (с большей длиной) устанавливают фланцем 5 на зубчатый венец 13 и, передвигая за башмак 3, доводят до тех пор, пока он не упрется в корпус лебедки. Таким же образом заводят ленту 2. Затем их соединяют осью 8, подсоединяют тягу, и тормоз готов.
Выполнение тормозной ленты сборной из двух частей позволяет свободно снимать и устанавливать на ленту на зубчатый венец при замене изношенных колодок; выполне¬ние частей ленты равной длины позволяет место разъема расположить сборку, т.е. в удобном и доступном при обслуживании месте.
В данном дипломном проекте была рассмотрена буровая лебедка ЛБУ-1200К предназначенная поддержание заданной нагрузки на долото и подача бурильной колонны при разбуривании забоя скважины; наращивание колонны по мере углубления скважины; подъем на поверхность и спуск в скважину бурильной колонны для смены долот, забойных двигателей и извлечения керна; спуск колонны обсадных труб при креплении скважины; спуск и подъем на трубах контрольно-измерительных приборов и ловильного инструмента при испытаниях и освоении скважин, ликвидации прихватов и других аварий в скважине.
С целью продления межремонтного периода, удобства работы бурильщика, автоматизации спускоподъемных операций в дипломном проекте было предложено усовершенствование тормозной системы. В дипломном проекте были выполнены необходимые прочностные расчёты.
 Современное нефтепромысловое оборудование является составной частью большой промышленно-производственной системы, где непрерывно и сложно взаимодействуют прямые и обратные функционально-информационные связи. В этих условиях всестороннее решение проблемы поддержания и восстановления работоспособности является актуальной задачей. Её решение должно предусматривать комплексный анализ и оценку рациональности и рентабельности возможных технологических маршрутов восстановления деталей буровой лебедки. Критериями такой оценки в каждом конкретном случаи являются эксплуатационные, технологические и технико-экономические показатели.
На основании всего выше изложенного материала, можно сделать вывод, что усовершенствование тормозной системы является перспективным и эффективным в эксплуатации, высоко конкурентным лентонточному тормозу.