Расчетная часть-Расчет лебедки для бурения скважины глубиной 2500 со съёмным керноприемником ССК-95-Курсовая работа-Дипломная работа-Оборудование для бурения нефтяных и газовых скважин

Расчетная часть-Расчет лебедки для бурения скважины глубиной 2500 со съёмным керноприемником ССК-95-Курсовая работа-Дипломная работа-Оборудование для бурения нефтяных и газовых скважин
4 Расчеты по выбору основных параметров проектируемой лебедки

Проектируемая лебедка разрабатывается для бурения скважины «Асанская No262» с максимальной глубиной бурения 2500 м., Диаметром 95 мм., бурение будет производится ССК-95.

4.1 Параметры талевого каната

,

где mкн=230 – масса колонкового набора, кг;
 mк – масса извлекаемого керна, кг ;
 mкан – масса каната,кг.

,

где ρ=2700 – наибольшая плотность извлекаемого керна (суглинки), кг/м3;
 V – объем извлекаемого керна, м3.

,

где S – площадь поперечного сечения керна, м2;
 l=7,45 – длина извлекаемого керна, м;

,

где d=0,056 – диаметр извлекаемого керна, м;

,

,

.

Считаем нагрузку при использовании каната Ø6,2мм;

mк=141,6 на 1000 метров, кг;

.

С учетом коэффициента запаса статической прочности каната kз.п.=3,5 определяем допускаемую нагрузку Qдоп, Н;

Qдоп = Σm∙g∙kз.п.;

.

Разрывное усилие для каната Ø6,2мм равно 25500Н ≥ 23991,5Н, условие прочности каната выполняется.

4.2 Параметры барабана лебедки

Диаметр барабана, мм

;

где dк – диаметр талевого каната, мм;

.

Принимаем из конструктивных соображений Dбар=255 мм.

Длина барабана, мм

;

.

Канатоемкость лебедки

Так как у нас известна длина каната L = 2600 м, то можем вычислить диаметр последнего слоя его навивки на барабан из выражения

;

где DH – диаметр последнего слоя навивки, м


;


.

Диаметр реборд и тормозных шкивов, м принимаем

Dp= Dн+2∙dк;

Dp=0,511+2∙0,0062=0,524.

Ширину тормозных шкивов находим из условия

;

где Р – усилие на тросу при торможении, Н;
 р=1,2×106 МПа – допускаемое контактное давление фрикционной пары [ 3];
Fk – площадь пятна контакта.

;

где  В – ширина тормозного шкива, м;

;

;

.

где mк – масса колонкового набора с керном, кг;
 k=1,5 - коэффициент торможения.

;

;

.

Толщина стенки, мм

;

.


4.3 Расчеты на прочность

Расчеты на прочность деталей и узлов лебедки выполняются по тяговому усилию, возникающему при допускаемой нагрузке на крюке, с учетом веса подвижных частей талевого механизма, кратности оснастки и потерь на трение при подъеме.
Исходные данные принимаем, исходя из опыта проектирования и использования отечественных лебедок для подъема ССК:
Скорость подъема среднюю примем v = 2,1м/с
Нагрузка от массы поднимаемого груза, Н

Q = Σm∙g;

Определяем потребную мощность, вт

N = Q∙v = Σm∙g∙v = .


Выбираем двигатель АИР 160М6 мощностью 15 кВт и частотой вращения 1000 об/мин.

Принимаем N = 15кВт.

Определяем частоту вращения барабана, об/с





Определяем передаточное отношение





Исходя из передаточного отношения выбираем редуктор 1 ЦУ-200

Определяем наибольший крутящий момент Мкр на подъемном валу лебедки,



где  N – номинальная приводная мощность лебедки, Вт;
 ωб – угловая скорость вращения вала при максимальном диаметре навивки каната на барабан, с-1.
.
Угловая скорость вращения вала определится по формуле, с-1





Зная максимальный диаметр навивки каната на барабане Dк и наибольший крутящий момент Мкр на подъемном валу лебедки можно вычислить натяжение ведущей ветви каната, Н



4.3.1  Расчет на прочность барабана лебедки

После выбора конструкции и определения основных размеров, барабана необходим его расчет на прочность. При навивке каната в стенках бочки барабана возникают напряжения сжатия, изгиба и кручения. В связи с тем, что осевой и полярный моменты сопротивления сечения барабана большие, напряжения изгиба и кручения, возникающие в стенке барабана, несущественны. Поэтому расчет проводят только по напряжениям сжатия



где  РВ – натяжение ведущей ветви каната, Н;
 s — толщина стенки бочки барабана, м;
 А — коэффициент, зависящий от числа навиваемых слоев и других факторов;
 [σсж] – допустимые напряжения сжатия, Па.

Принимаем по аналогии с прототипом s = 8 мм = 0,008 м.
Допустимые напряжения сжатия материала бочки барабана [σсж]=500МПа ([1], табл. 6), считая, что бочка барабана изготовлена из углеродистой стали 30.
При числе слоев навивки К=3 коэффициент А равен:



где  λ — коэффициент, зависящий от диаметра каната, модуля его упругости Ек и толщины стенки барабана



где  Е = 2,1*105 МПа —модуль упругости стали;
 Ек- модуль упругости каната, МПа.

где  а=0,33...0,35 ([1], с.157).

Условие прочности выполняется.

4.3.2  Расчет вала лебедки

Определяем диаметр вала

где  Т – номинальный момент, Н×м

Принимаем d=0,05 м

Момент сопротивления при кручении


Определяем касательные напряжения, МПа

Определяем запас статической прочности , выбрав материал вала ст45 с пределом текучести по касательным напряжениям τт=390 МПа [4], допускаемый запас статической прочности [S]=4 [3]

Определяем напряжения изгиба, МПа

ГДЕ РАСЧЕТНАЯ СХЕМА , ГДЕ ЭПЮРЫ ?

Определяем сумму моментов относительно точки А

Определяем реакцию опоры в точке B, Н

Определяем сумму моментов относительно точки В

Определяем реакцию опоры в точке А, Н

Определяем момент изгибающий на первом участке, Н×м

при   z1=0    MI=0

  z1=0,027   MI=-179,5

Определяем момент изгибающий на втором участке, Н×м

при   z2=0    MII=-179,5

  z2=0,51   MII=0 ??

Строим эпюры изгибающий моментов, так как угол натяжения каната равен 450, следовательно Мх=Му=М

Максимальный изгибающий момент, Н×м

Момент сопротивления при изгибе, МПа

Напряжение изгиба, МПа

Расчет на сопротивление усталости

где  nσ – коэффициент запаса по нормальным напряжениям
nτ – коэффициент запаса по касательным напряжениям


Условие прочности выполняется