Модернизация системы смазки и успокоителя цепной передачи бурового ротора Р-700. Курсовая работа.Оборудование для бурения нефтяных и газовых скважин

Модернизация системы смазки и успокоителя цепной передачи бурового ротора Р-700-Курсовая работа-Оборудование для бурения нефтяных и газовых скважин
РОТОР БУРОВОЙ УСТАНОВКИ, СИСТЕМА СМАЗКИ ГЛАВНОЙ И ВСПОМОГАТЕЛЬНОЙ ОПОР СТОЛА РОТОРА, ЦЕПНАЯ ПЕРЕДАЧА ОТ ТРАНСМИССИОННОГО ВАЛА К ВЕДУЩЕМУ ВАЛУ РОТОРА, УСПОКОИТЕЛЬНЫЙ МЕХАНИЗМ, НАДЁЖНОСТЬ, ДОЛГОВЕЧНОСТЬ.
Объектом исследования являются роторы буровых установок, в частности ротор Р700, который передаёт бурильной колонне вращательное движение, удерживает на весу бурильную и обсадную колонну, а также удерживает от вращения бурильную колонну, при использовании в процессе бурения каких-либо забойных двигателей.
Цель работы: повышение надёжности ротора Р700.
В процессе работы были проведены исследования конструкции объекта модернизации, а также условий его эксплуатации.
В результате исследования была модернизирована система смазки опор стола ротора, был спроектирован и установлен успокоитель для цепной передачи, также был спроектирован и установлен защитный кожух для цепной передачи.
Основные конструктивные и технико-эксплуатационные показатели: циркуляционная система смазки опор стола ротора, провисание и биение цепной передачи.
Степень внедрения: реализация на исследуемой установке БУ 3Д – 76, на скважине «Берямбинская 1 БИС».
Поскольку система смазки играет очень важную роль, особенно в роторах большого диаметра при высоких частотах вращения, рассмотрим пример неудачного (рис. 3 а) и удачного (рис. 3 б) конструктивных решений системы смазки [5].
На рис. (3 а) масло из картера А конической шестерней забрасывается в полость Б и смазывает коническое колесо. Отработанное масло, стекая с этого колеса, попадает в камеру В главной опоры. Излишек масла стекает по каналу а, расположенному выше уровня центров шаров, в картер А, в результате чего в камере В могут скапливаться продукты износа и масло не может свободно циркулировать. Нижняя опора отделена от картера А и смазывается универсальной среднеплавкой смазкой, малопригодной для высоких частот вращения при больших диаметрах подшипников.
На рис. (3 б) показана более удачно решенная система смазки жидким маслом обеих опор стола ротора. Масло, находящееся в картере А, захватывается конической шестерней и попадает на коническое колесо. Грязное масло, стекая с колеса, сразу не может попасть в главную опору, так как она закрыта высоким буртом d. Оно попадает в камеру Б, откуда по каналу С расположенному немного выше дна камеры Б (чтобы препятствовать попаданию частиц грязи), поступает во внутреннюю часть главной и вспомогательной опор. Затем при вращении стола ротора оно выбрасывается центробежными силами через бурт d и канал b в картер А, создавая непрерывную циркуляцию. Наличие буртов в каждой камере позволяет поддерживать определенный уровень масла, достаточный для обеспечения смазки при запуске и небольших частотах вращения стола ротора.
Ротор (рис. 2.1) состоит из следующих основных узлов и деталей. Станина 7 является основным элементом ротора. Она представляет собой стальную отливку, внутри которой смонтированы почти все остальные узлы и детали, за исключением крышки 1 и цепного колеса 9. Внутренняя полая часть станины является также масляной ванной для конической пары и опор стола ротора [7].
Стол ротора 2 – это основная вращающаяся его часть, приводящая во вращение при помощи разъемных вкладышей 4 и зажимов 5 ведущую трубу и соединенную с ней спущенную в скважину бурильную колонну. Стол ротора монтируется на двух шаровых опорах – главной 3 и вспомогательной 8. Главная опора 3 воспринимает осевые статические нагрузки от веса колонны, спущенной в скважину, и действующие динамические нагрузки – радиальную от передаваемого крутящего момента и осевые от трения ведущей трубы о вкладыши при подаче колонны труб и от веса стола ротора.
Вспомогательная опора 8 стола служит для восприятия радиальных нагрузок от зубчатой передачи и от осевых ударов при бурении или подъеме колонны. В верхней части стол имеет лабиринтные уплотнения между корпусом и столом ротора 2, предупреждающие возможность проникновения бурового раствора смазки из ротора при вращении стола.
Приводной вал 6 установлен в станине на двух роликовых подшипниках, один из которых, находящийся рядом с конической шестерней, сдвоенный радиально-упорный. На один конец вала насажена коническая шестерня, на другой – цепное колесо 9, установленное на консольной части вала, вне станины. Это колесо соединено цепью со звездочкой лебедки. Привод во вращение осуществляется включением пневматической муфты.
В некоторых конструкциях буровых установок роторный вал соединен с источником вращения карданным валом, тогда вместо цепного колеса на валу ротора монтируется муфта кардана.
Верхняя крышка 1 образует площадку, удобную для работы при спуско-подъемных операциях, а также предохраняет внутреннюю часть станины от загрязнения.
Кронштейн 11 предназначен для присоединения механизма подъема и опускания в отверстие ротора клиньев при спуско-подъемных операциях.
Разъёмные вкладыши 4, состоящие из двух половин, закрывают проходное отверстие ротора. Во вкладыши вставляют клинья для спуско-подъемных операций, а при бурении - квадратные зажимы ведущей трубы. Зажимы 5 обычно закрепляются болтами на ведущей трубе и вместе с ней опускаются в отверстие разъемных вкладышей.
Стопорное устройство 10 предназначено для фиксирования роторного стола. Рукоятка управления стопорным устройством находится на поверхности крышки стола в специальном углублении, предохраняющем ее от повреждения. Кроме того, находясь в углублении, она не мешает работе. При переводе руко-ятки в рабочее положение выдвигается упор, входящий в одну из специальных лунок на наружной поверхности стола и препятствующий вращению последнего.
Для механизации процессов и облегчения труда рабочих при спуско-подъемных операциях современные роторы укомплектовываются пневматическими клиновыми захватами с набором клиньев для бурильных труб различных размеров.
Диаметр отверстия в столе ротора определяет проходной размер долота и характеризует основные размеры ротора.
При конструировании роторов, как и других агрегатов буровой установки, выполняющих строго определённые технические функции, конструктор, прежде всего должен позаботиться о том, чтобы ротор соответствовал предъявляемым к нему технологическим требованиям. Поэтому необходимо проанализировать преимущества и недостатки существующих конструкций, а затем выбрать схему ротора и прототип конструкции.
Задача конструирования и изготовления роторов с большим проходным отверстием для бурения глубоких скважин очень усложняется, так как требуемая частота вращения 300 об/мин и более остается постоянной и не зависит от глубины скважины. При большом диаметре проходного отверстия соответственно увеличиваются диаметры конического колеса и главной опоры, следовательно, и окружные скорости в зубчатом зацеплении и опорах, что требует более высокой точности изготовления. Так, окружная скорость в зубчатом зацеплении при частоте вращения колеса 250 об/мин в роторе с диаметром проходного отверстия 440 мм составляет 7 – 8 м/с, а при отверстии диаметром 950 мм – 15 м/с, т. е. точность изготовления должна быть на класс выше. Для примера рассмотрим выбор прототипа конструкции ротора на основе анализа двух конструкций роторов (рис. 2.2).
На рис. (2.2 а) показана конструкция ротора с проходным отверстием диаметром 560 мм, консольно расположенным коническим колесом, верхним расположением главной опоры и ведущим валом, смонтированным на роликоподшипниках. В опоре, находящейся около конической шестерни, установлен сдвоенный конический роликоподшипник, воспринимающий ра-диальные и осевые нагрузки; у звездочки установлен роликоподшипник с цилиндрическими роликами, воспринимающий только радиальные нагрузки.
Ротор, приведенный на рис. (2.2 б) казалось бы, выполнен по более удачной схеме: коническое колесо расположено между опорами стола ротора, главная опора в масляной ванне, осевые нагрузки на ведущем валу воспринимаются сферическим роликоподшипником, установленным около звездочки и менее нагруженным радиальными нагрузками.
Однако практика эксплуатации этих роторов показала, что ротор, выполненный по этой схеме, работает значительно хуже, чем ротор, выполненный по схеме рис. (2.2 а) с консольно – расположенным колесом. Это объясняется тем, что в этом роторе лучше организована циркуляция смазки в главной опоре. Стекающее с конического колеса масло не может прямо попасть в главную опору; попадая сначала в картер, оно имеет возможность отстояться, прежде чем попасть во внутреннюю часть подшипника. Так как уровень смазки достигает центров шаров опоры, масло оттуда центробежной силой выбрасывается в картер, создавая циркуляцию, обеспечивающую хорошую смазку и охлаждение.
В роторе (рис. 2.2 б) несмотря на лучшую схему расположения колеса между опорами, верхний вспомогательный подшипник быстро выходит из строя, так как в опоре большого диаметра неправильно решена принудительная система смазки. Нижняя главная опора, находясь в масляной ванне, не защи-щена от попадания в нее продуктов износа зубчатой передачи.
Для верхней опоры предусмотрена принудительная смазка, усложнившая конструкцию. Эта конструкция не обеспечивает требуемой точности расположения осей опоры, так как верхний подшипник монтируется в промежуточной крышке, а не в корпусе, что снижает точность монтажа и надежность конструкции. И если не обеспечены условия точности, качества изготовления и хорошей смазки, осуществляющей надежный отвод тепла, то при столь высоких скоростях трудно ожидать надежной работы ротора. Схема конической передачи и крепления вращающегося стола и ведущего вала в неподвижном корпусе определяется не только схемой расположения опор и передачи, но и обеспечением их надежной смазкой, предохранением под-шипников от попадания в них продуктов износа и хорошим отводом тепла.
Анализ конструкции ведущего вала ротора (рис. 2.2 а) показывает, что, несмотря на нагружение опоры у шестерни радиальными и осевыми нагрузками, сдвоенный конический подшипник с хорошо подобранными размерами обеспечивает требуемую долговечность, термические удлинения вала не влияют на зазор в зацеплении и не создают дополнительных нагрузок на подшипники, как в роторах других конструкций (рис. 2.2 б). Из рассмотренного примера видно, что не только конструктивная схема, но и ее реализация определяют выбор прототипа.
На рис. 2.3 показан ротор диаметром 450 мм, выполненный по схеме рис. (1 в). Привод стола осуществлен цилиндрической зубчатой передачей, а в главной и вспомогательной опорах применены два одинаковых упорно – радиальных шарикоподшипника. Смазка главной опоры барботажная.
Вспомогательная опора размещена в масляной ванне, образованной корпусом и стаканом. Верхняя главная опора открыта, хотя продукты износа и могут туда попасть, но не могут там скапливаться, так как имеется свободный сток масла в картер. Такая смазочная система работает удовлетворительно, по-скольку окружные скорости в этом роторе при небольшом диаметре подшипника не превышают 8 м/с.
В роторах должна быть предусмотрена высокая точность регулировки конического зубчатого зацепления. Регулировка колеса выполняется обычно с помощью прокладок, устанавливаемых между корпусом и главной опорой, а регулировка шестерни – прокладками, устанавливаемыми между корпусом ротора и фланцем стакана, в котором смонтирован на подшипниках быстроходный вал ротора. Зазор в подшипниках главной и вспомогательной опор стола ротора регулируется тонкими металлическими прокладками. Зубчатая коническая передача и опоры стола ротора должны быть сконструированы так, чтобы масло, стекающее с зубчатого колеса, прежде чем попасть в опоры, проходило через отстойник. В некоторых конструкциях роторов в нижних частях картера предусматриваются магнитные маслоочистители. Вместимость масляной ванны должна обеспечивать достаточный запас жидкого масла для отвода тепла и охлаждения масла; допускается его нагрев не выше 80 °С [5].

Для привода ротора на буровой установке «Уралмаш 3Д-76» на скважине «Берямбинская 1 БИС» и «Уралмаш 3Д-86» на скважине «Сользаводская 1» используется цепная передача с цепью 2ПРТ – 50,8.
Расстояние от ведущей до ведомой звездочки составляет 3250 мм, соответственно имеют место провисания цепной передачи, а вследствие износа цепи, оно увеличивается. Во время работы ротора рывки и удары негативным образом влияют на цепь и коническое зацепление, сокращая срок их службы. Такие условия эксплуатации оборудования имеют место на установке «Уралмаш 3Д 76», что показано на листе 5 приложения 4 в иллюстрациях.
На листе 5 приложения 4 также показано, что на установке «Уралмаш 3Д-86» цепная передача непосредственно к ротору оснащена успокоителем, что благоприятно влияет на эксплуатацию цепи.
Чтобы устранить недостаток на установке «Уралмаш 3Д 76», предлагаю оснастить цепную передачу успокоительным механизмом, который устранит провисание цепной передачи и предотвратит удары и рывки во время работы ротора.
Проведя анализ научно-технической информации по системам смазки опор буровых роторов, я пришел к выводу, что система смазки в роторе Р700 реализована не полностью. Вспомогательная опора смазывается стекающим маслом с основной опоры по системе каналов, и, не имея оттока масла, застаивается там. Значит, вспомогательная опора смазывается маслом, застаивающимся в этих каналах.
Данный недостаток предлагаю устранить с минимальными изменениями конструкции ротора. Для этого необходимо в станине ротора выполнить отверстие для оттока масла в картер конического зацепления (лист 6 приложения 4). Поэтому система смазки станет циркуляционной и вспомогательная опора будет смазываться всегда свежим маслом.

В дипломном проекте была проведена работа по исследованию и модернизации бурового ротора Р700.
После изучения и анализа научно-технической литературы и документации было предложено два направления по модернизации ротора: система смазки подшипниковых опор стола ротора и его привод.
Система смазки опор стола ротора в его базовой конструкции реализована не полностью. Было предложено её модернизировать путём минимальных изменений в конструкции ротора: в станине ротора на уровне вспомогательной опоры просверлить отверстие, позволяющее циркулировать смазочному материалу (вспомогательная опора – картер – коническая шестерня – главная опора). Благодаря этому система смазки опор становится циркуляционной, и вспомогательная опора стола ротора всегда смазывается не застоявшимся маслом.
Данное нововведение позволит снизить интенсивность отказов опор стола ротора ориентировочно в два раза.
Было также предложено оснастить цепную передачу привода ротора успокоительным механизмом. Это позволит компенсировать рывки и удары цепи при эксплуатации ротора и его запуске, а также устранить провисание цепи. Эти изменения, в свою очередь, положительно повлияют на коническое зацепление в роторе, на опоры приводного вала, а также на ведущую и ведомую звёздочку привода.
Это нововведение позволит снизить интенсивность отказов цепной передачи (разрывов цепи) ориентировочно в три раза.
Проведение предложенной модернизации позволит сэкономить предприятию ежегодно по одной буровой установке (БУ 3Д – 86) до 200000 рублей.
Что касается безопасности и охраны труда, то модернизация ротора позволит снизить уровень шума и вибрации при его эксплуатации.