Модернизация цепной передачи бурового ротора У-Натяжитель цепи-700. Курсовая работа. Оборудование для бурения нефтяных и газовых скважин

В буровых установках для эксплуатационного и глубокого разве-дочного бурения используются роторы, неподвижно устанавливаемые напоминают конический редуктор, ведомый вал которого выполнен в виде, вертикального полого цилиндра. Конструкция ротора (рис.1) состоит из станины 9 и стола 2, приводимого во вращение от быстроходного вала 7 при помощи кони-ческих шестерни 10 и колеса 6. Межосевой угол передачи составляет 90°. Станина ротора в большинстве случаев выполняется литой из кон-струк-
ционных нелегированных сталей. В станине имеются горизонтальная и вертикальная расточки для размещения быстроходного вала и стола ротора. Толщина ее стенок 15 - 30 мм. Необходимую прочность и жест-кость придают ребра на внутренних стенках станины. В основании её имеются отверстия для стропов, используемых для перемещения ротора в подвешенном состоянии.
Стол 2 ротора представляет собой полую стальную отливку с наруж-ным диском, прикрывающим вертикальную расточку станины. В верх-ней части он имеет квадратное углубление для разъемного вкладыша (втулки) 4. В свою очередь, вкладыши имеют квадратное углубление для зажима 5, переходящее в конус. При бурении во вкладыши встав-ляются квадратные либо роликовые зажимы ведущей трубы, а при спуско-подъемных операциях - клинья, удерживающие колонну труб над ротором. Разъемная конструкция вкладышей и зажимов обеспечи-вает установку их в ротор в тех случаях, когда его отверстие занято трубой.
Стол ротора с напрессованным коническим колесом устанавливается в вертикальной расточке станины на основной 3 и вспомогательной 12 опорах. В качестве опор используются упорно-радиальные шариковые подшипники, которые вследствие зеркального расположения и осевой затяжки способны воспринимать двусторонние осевые нагрузки.
На основную опору действуют собственный вес стола ротора и ко-лонны труб, удерживаемой им при спуско-подъемных операциях. В процессе бурения скважины бурильная колонна подвешивается к верт-люгу и на основную опору действуют собственный вес стола и силы трении, возникающие в результате скольжения ведущей трубы относи-тельно зажимов 5 ротора. Подшипники и стол ротора вращаются при роторном бурении и остаются неподвижными при спуско-подъемных операциях и бурении забойными двигателями, если не учитывать их вращения при периодическом проворачивании бурильной колонны с целью предупреждения прихватов.
На вспомогательную опору действуют усилие от предварительного осевого натяга подшипника и случайные нагрузки от трения и ударов, возникающие при подъеме труб, долота и другого инструмента в ре-зультате их раскачивания и смещения относительно оси стола ротора. Важное значение для нормальной работы ротора имеет осевой предва-рительный натяг вспомогательного подшипника. Правильно выбранный натяг обеспечивает плотное прилегание шариков к беговым дорожкам, уменьшает износ поверхностей качения, повышает долговечность и нагружаемости подшипников, предупреждает вращение шариков под действием гироскопических моментов и благодаря этому снижает коэф-фициент трения.
Чрезмерный натяг столь же опасен, как и недостаточный, так как вы-зывает защемление шариков, перегрузку поверхностей качения и по-вышенное тепловыделение. Натяг подшипника основной опоры созда-ется собственным весом стола ротора, а осевое его положение регули-руется стальными прокладками 13, установленными под нижним коль-цом основной опоры. Осевой натяг вспомогательного подшипника ре-гулируется прокладками, которые устанавливаются между нижним торцом стола ротора и фланцем 11, соединяемыми болтами.
Вследствие неизбежной несоосности центрирующих поверхностей стола и станины ротора шарики могут сместиться от оси симметрии бе-говых дорожек, и в результате этого нарушится правильная работа подшипников. Для устранения несоосности центрируется одно кольцо подшипника, а другое свободно перемещается по радиусу. Под дей-ствием нагрузки свободное кольцо самоцентрируется относительно ша-риков и благодаря этому обеспечивается равномерное нагружение ша-риков, способствующее увеличению долговечности подшипника. Обыч-но свободное кольцо подшипника устанавливается в станине ротора.
Упорно-радиальные шариковые подшипники выбираются по диамет-ру проходного отверстия стола ротора. Нагрузочная способность под-шипников заданного диаметра и типа зависит от их серии. В основной опоре стола ротора используются подшипники с шариками диаметром 63,5—101,6 мм, а во вспомогательной опоре - подшипники более лег-ких серий с шариками диаметром 38,1- 47,6 мм. Конические ролико-подшипники, обладающие по сравнению с шариковыми более высокой несущей способностью, в опорах стола ротора используются в редких случаях. Это обусловлено сравнительно высокой их стоимостью и по-вышенной чувствительностью к перекосам, вызывающим резкое сниже-ние срока их службы. Относительное положение основной и вспомога-тельной опор ротора может быть иным. Например, в роторе УР-760 вспомогательная опора устанавливается над основной.
Быстроходный вал с конической шестерней, закрепленной шпонкой, монтируется в стакане 8 и в собранном виде устанавливается в гори-зонтальную расточку станины. Стакан предохраняет станину от вмя-тин, образующихся при установке подшипников и их проворачивании под нагрузкой. Консольное расположение шестерни на быстроходном валу удобно для компоновки и сборки ротора. Однако при этом воз-растают требования к жесткости вала, так как вследствие его деформа-ции нарушается равномерное распределение контактных давлений в за-цеплении шестерни и колеса, что приводит к снижению их долговечно-сти.
В этом отношении благоприятнее располагать шестерню между дву-мя опорами. Однако, учитывая удобство монтажа и ремонта, быстро-ходные валы во всех конструкциях роторов изготовляются с консоль-ным расположением шестерни. При этом для снижения изгибающего момента шестерня максимально приближена к опоре вала. На наруж-ном конце быстроходного вала установлена цепная звездочка 15 либо карданная муфта. Для безопасности и удобства обслуживания ротор закрывается крышкой 1. При бурении забойными двигателями стол ро-тора стопорится и благодаря этому предотвращается вращение бу-рильной колонны под действием реактивного крутящего момента. Сто-порение осуществляется фиксатором, который входит в радиальные па-зы 14 диска стола ротора.
В роторе, изображенном на рис.2, на быстроходном валу установле-но колесо 14 с пазами для зацепления со стопором 13, передвигающим-ся в направляющих втулках станины посредством рукоятки 11. По-следняя соединяется с валиком 12, имеющим шестеренку, которая вхо-дит в зацепление с зубьями стопора. Шестеренка удерживает стопор от вращения, а рукоятка 11 фиксирует крайние его положения. Благодаря установке стопорного устройства на быстроходном валу крутящий мо-мент, действующий на стопорное устройство, уменьшается. Однако ко-ническая передача и подшипники ротора воспринимают действие реак-тивного момента, что приводит к снижению срока их службы.
В роторах сравнительно небольшой мощности трущиеся детали сма-зывают разбрызгиванием. При больших мощностях, вызывающих ин-тенсивное тепловыделение, а также вследствие конструктивной компо-новки ротора, затрудняющей смазку подшипников и зубчатой переда-чи разбрызгиванием, применяют циркуляционную систему смазки.
Подшипники быстроходного вала смазывают жидким маслом, за-правляемым в стакан через заливные отверстия. Уровень масла при за-правке и эксплуатации контролируется с помощью жезлового масло-указателя 7. Для предотвращения вытекания масла наружная торцовая крышка стакана снабжена гребенчатым лабиринтным уплотнением. Внутренний торец стакана имеет крышку с отражательным диском, предохраняющим масло от загрязнения промывочным раствором и продуктами износа, попадающими в смежную масляную ванну, которая используется для смазывания конической передачи и подшипников сто-ла ротора.
Следует иметь в виду, что в конических подшипниках ролики, дей-ствуя подобно лопастям центробежного насоса, нагнетают масло в по-лость между подшипником и крышкой, что приводит к дополнительной его утечке через уплотнение вала. Особенно ощутимо это проявляется в том случае, когда ролики расходятся в сторону уплотнения и оси их качения скрещиваются между подшипниками (Х-образная схема уста-новки конических подшипников). Поэтому показанная на рис.3 схема установки подшипников 5, когда ролики сходятся в сторону уплотне-ния и оси 7 качения скрещиваются вне подшипников (О-образная схе-ма), более предпочтительна.
Для предохранения подшипников от перегрева вследствие за-труднительной циркуляции масла, находящегося в карманах, образо-ванных подшипниками и уплотнениями крышек, в нижней части стака-на имеются продольные каналы 19 для выхода масла в масляную ванну стакана.
Центральная масляная ванна, образованная между станиной и столом ротора, заправляется жидким маслом через заливное отверстие, кото-рое закрывается пробкой с жезловым указателем уровня масла. Для предохранения центральной масляной ванны от попадания промывоч-ного раствора, разливаемого при спуско-подъемных операциях, между станиной и столом ротора имеются кольцевые лабиринтные уплотне-ния. Коническая зубчатая пара и подшипники стола смазываются раз-брызгиванием масла, захватываемого шестерней при вращении. В связи с этим уровень масла в центральной ванне должен быть выше нижнего контура шестерни.
Смена масла производится после бурения каждой скважины и не ре-же чем через 2 - 3 мес. Для слива отработанного масла в основании корпуса имеются сливные пробки. Перед заливкой свежего масла ванну необходимо промыть керосином. В тех случаях, когда вспомогатель-ный подшипник располагается над зубчатым колесом, смазывать его разбрызгиванием затруднительно. В роторах такой конструкции для смазывания вспомогательного подшипника используют пластичное масло, заправляемое ручным насосом через пружинную масленку.
В роторе, представленном на рис.2, применяется циркуляционная си-стема смазки подшипников и зубчатой пары с помощью плунжерного насоса 16, приводимого от эксцентричной втулки 15 на быстроходном валу 9. Насос забирает масло из маслоотстойника А в станине ротора и по трубкам 5 через кран 17 подает его на верхний подшипник 4. Часть масла стекает на зубчатый венец и смазывает зубчатую пару, а другая часть проходит по каналам и поступает на нижний подшипник 10, с ко-торого стекает в масляную ванну.
В роторе УР-760 используется стол сборной конструкции, состоящий из полой втулки 1, соединяемой с диском 3 болтами 2 с потайной го-ловкой. Взамен стакана используются переходные гильзы 6 и 8.
Быстроходный вал 6 (см. рис.3) монтируется в стакане 7 на спарен-ных радиально-упорных конических роликоподшипниках 5, располо-женных со стороны шестерни 1, и на радиальном роликовом подшип-нике 9, установленном на противоположном конце вала. Конические подшипники обладают высокой жесткостью в радиальном и осевом направлениях. Зеркальное расположение конических подшипников обеспечивает точную двустороннюю фиксацию вала, необходимую для надежной и бесшумной работы передачи. Роликовый подшипник - пла-вающий и обеспечивает осевое перемещение вала при тепловой дефор-мации.
В фиксирующей опоре внутренние кольца подшипников закреплены между заплечиком вала и маслоразбрызгивающим кольцом 4, ко-торое упирается в торец шестерни Наружные кольца подшипников 5 и 9 закреплены между внутренним 3 и наружным 11 фланцами стакана при помощи металлических прокладок и дистанционной втулки 8.
Внутреннее кольцо роликового подшипника крепится между заплечи-ком вала и кольцом 10, затянутым торцовым фланцем 16 через промежуточ-ные детали 13, 14, 15 и дистанционное кольцо 17.
Осевые зазоры подшипников регулируются дистанционными втул-ками 8, 14 и с помощью набора металлических прокладок 18, установ-ленных между стаканом и его фланцами осевой зазор подшипников, контролируемый по осевому смещению вала относительно стакана, должен быть в пределах устраняющих защемление и обеспечивающих равномерное распределение нагрузки между роликами.
Надежная и бесшумная работа конической пары обеспечивается при правильном контакте зубьев, достигаемом совмещением вершин начальных конусов колеса 2 и шестерни 1. Зацепление регулируется путем изменения осевого положения шестерни с помощью металличе-ских прокладок 18, выполненных в виде полуколец с прорезями для болтов. Благодаря этому прокладки устанавливаются без разборки уплотняемых деталей путем незначительного отвинчивания болтов 12, достаточного для прохода прокладок Правильность регулировки за-цепления обычно контролируется по пятну контакта зубьев. При сбор-ке роторов пользуются менее точным, но более простым способом кон-троля - по плавности вращения стола ротора при проворачивании быстроходного вала усилием рук рабочего.
Роторы имеют групповой либо индивидуальный привод. При груп-повом приводе ротор соединяется с двигателями буровой лебедки по-средством цепных передач, карданных валов и зубчатых редукторов Индии
видуальный привод применяется в электрических буровых установках, предназначенных для бурения скважин глубиной 6000м и более Вели-чина крутящего момента, передаваемого ротором, контролируется дат-чиками, установленными на приводном валу либо в силовых передачах ротора.

Для привода ротора на буровой установке «Уралмаш 3Д-76» исполь-зуется цепная передача.
Расстояние от ведущей до ведомой звездочки составляет 3250мм, это вызывает провисание цепной передачи, а вследствие износа цепи, оно еще более увеличивается. Вследствие этого во время работы ротора рывки и удары, которые негативным образом влияют на коническое зацепление, сокращая срок его службы.
Чтобы устранить данный недостаток, предлагаю оснастить цепную передачу натяжителем (Лист 6), который устранит провисание цепной передачи, и предотвратит удары во время работы ротора.
Проведя анализ научно-технической информации, я пришел к выводу, что система смазки в роторе реализована не полностью. Вспомогатель-ная опора смазывается стекающим маслом с основной опоры, по систе-ме каналов, и не имея оттока масла застаивается там (Лист 5). Получа-ется, что вспомогательная опора смазывается маслом, застаивающимся в этих каналах.
Данный недостаток предлагается устранить с минимальными измене-ниями конструкции ротора. Для этого необходимо в станине ротора сделать отверстие для оттока масла в картер конического зацепления (Лист 7).
Благодаря этому система смазки становиться циркуляционной, и вспомогательная опора смазывается всегда свежим маслом.