Расчетная часть-Расчет бурового кронблока УКБ-6-200-Курсовая работа-Дипломная работа-Оборудование для бурения нефтяных и газовых скважин

Расчетная часть-Расчет бурового кронблока УКБ-6-200: Определение натяжений в струнах талевой системы, Расчет рамы кронблока, Расчет подшипников канатных шкивов кронблока на прочность-Курсовая работа-Дипломная работа-Оборудование для бурения нефтяных и газовых скважин

2 ТЕХНИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ

2.1 Назначение и характеристика кронблока
Кронблок устанавливают на верхней площадке вышки, называемой наголовником. Это – неподвижный элемент талевой системы. Конструкция кронблока зависит от типа вышки, действующей нагрузки и объема спуско-подъемных операций. В зависимости от грузоподъёмности кронблоки впускаются с различным числом канатных шкивов, устанавливаемых на подшипниках качения. Конструктивно кронблоки всех грузоподъёмностей не отличаются друг от друга. Шкивы у всех кронблоков расположены на одной неподвижной оси, покоящейся на опорах и закреплённой стопорными болтами. Канатные шкивы, посаженные на ось на двух роликоподшипниках, отделяются друг от друга стопорными кольцами.
  Во избежание перемещения шкивов вдоль оси кронблока последняя имеет с одной стороны бурт, а с другой – навинченную на резьбу оси круглую гайку со стопорной шайбой.
  Смазка к роликоподшипникам поступает через продольное сверление внутри оси, которое связано радиальными сверлениями с полостью подшипников. Выходы продольного канала на концах оси закрываются шестигранными резьбовыми пробками. Шкивы снабжены крышками, предохраняющими подшипники от вытекания смазки и попадания грязи.
  Шкивы кронблоков закрыты быстросъёмным ограждением или кожухом. Ограждение кронблока предотвращает соскальзывание талевого каната со шкивов.
Технологические данные

Грузоподъемность,тс.................................................200
Профиль желоба шкивов под канат диаметром, мм
полиспаста............................................................... 28
вспомогательных....................................................... 17





Число шкивов
полиспаста................................................................ 6
вспомогательных........................................................ 2
Масса, кг........................................................................3320
2.2 Конструкция кронблока УКБ-6-200

Кронблок УКБ-6-200 состоит из рамы
У- конструкция Уралмаш завода
КБ- кронблок
6- количество шкивов
200- грузоподъемность

Кронблок состоит из рамы, секций шкивов, блока шкивов и вспомогательных шкивов.
Кожухи секций, шкива выносного и шкивов вспомогательных посажены отверстиями полок на свободные концы шпилек разъемных опор рамы и закреплены гайками.
Секции шкивов состоят из осей, установленных на подшипниках, зажатых на оси, законтренных винтом, с последующей установкой шплинтов в паз гайки.
Шкивы на подшипниках зафиксированы пружинными кольцами. Для каждого шкива на торцах оси имеются масленки, для подвода смазки к подшипникам, закрытым по бокам крышками.
Ось секций шкивов в разъемных опорах рамы фиксируется от поворота дюбелем.
Шкивы вспомогательные имеют сложную опору вращения, состоящую из двух радиальных подшипников. Пружинное кольцо фиксирует наружные кольца подшипников в ступице шкива.
Внутренние кольца подшипников через распорное кольцо, имеющие смазочные канавки, зажаты на оси гайкой, которая застопорена лапчатой шайбой.
На торце оси расположена масленка для подвода смазки к подшипниковой опоре, закрытой по бокам крышкой.



3 РАСЧЕТ КОНСТРУКЦИИ КРОНБЛОКА

3.1. Определение натяжений в струнах талевой системы.
 При подъеме колонны наибольшее натяжение несет ходовой конец каната, наименьшее – неподвижный. Пусть, согласно рисунку 2.1., Рх.к – натяжение ходового конца каната, Рн.к – натяжение неподвижного конца каната, S1, S2,..., S10 - Натяжение рабочих струн.
При подъеме колонны натяжение ходового конца каната определяется по формуле (3.1)


(3.1)

где, Qкр- максимальная нагрузка на крюке; Qкр=230 т
  Роб- вес постоянно поднимаемого оборудования включает в себя вес талевого блока; Роб=3,2 т
β – коэффициент сопротивления шкива; β=1,03
n – количество рабочих струн талевой системы; n=10


Определяем натяжение неподвижного конца талевого каната по формуле:
(3.2)



Определяем натяжение рабочих струн по формуле:
(3.3)












Определение коэффициента запаса прочности оси кронблока.
 Ось кронблока является ответственной деталью, поэтому она изготовляется из высококачественной легированной стали 40ХН ГОСТ 4543-71.Определяем усилия, действующие на ось кронблока по формуле:
(3.4)






Ось кронблока рассматриваем как балку лежащую на двух опорах, прочность оси на изгиб определяется по формуле:
(3.5)

где Mmax - максимальный изгибающий момент, кгс∙см;
d – диаметр оси кронблока (170 мм)

Для определения максимального изгибающего момента:
Берем сумму моментов всех сил относительно опоры А

RB ∙1162-Р6 ∙996-Р5 ∙830- Р4 ∙664- Р3 ∙498- Р2 ∙332- Р1 ∙166=0


Берем сумму моментов всех сил относительно опоры В

-RА ∙1162-Р1 ∙996-Р2 ∙830-Р3 ∙664- Р4 ∙498- Р5 ∙332- Р6 ∙166=0


Определяем изгибающие моменты, в сечении опоры А, МА=0
Мр1=RA ∙166=147843∙166=245420 кгс∙см
Мр2=RA ∙332-Р1 ∙166=147843∙332-54317 ∙166= 400670 кгс∙см
Мр3=RA ∙498-Р1 ∙332 -Р2 ∙166=147843∙498-54317 ∙332-51108∙166=471780кгс∙см
Мр4=RA ∙664-Р1 ∙498 -Р2 ∙332 –Р3 ∙166=147843∙664-54317 ∙498-51108∙332-48087∙166=461675кгс∙см
Таким образом максимальный изгибающий момент возникает в сечении действия силы Р3
Отсюда по формуле (2.5)

=471780/0,1*173=960 кгс∙см 3

Находим коэффициент запаса прочности по формуле:
(3.6)
где σои – предел выносливости на изгиб при пульсирующем цикле нагрузок определяется соотношением:
σои =0,6∙ σв =0,6∙90=54 кгс/мм2
где σв – предел прочности. Для стали 40ХН σв=90 кгс/мм2 .
[К0]- допустимый коэффициент запаса прочности по выносливости
[К0]=1,8...2,5

К > [К0], так как 5,6 > 1,8...2,5


3.2 Расчет рамы кронблока
Рама кронблока изготовляется из двутавровых балок. Для обеспечения жесткости, она делается сварной, схема нагружения балки показана на рисунке 3.1




Рис. 3.1 Схема двутавровой балки кронблока

Максимальным изгибающим моментом нагружена балка на которую действует сила RB , он определяется по формуле:
(3.7)
Определяем напряжение изгиба:

(3.8)
где Wx – момент сопротивления относительно оси х-х.
Для определения Wx находим момент инерции относительно оси х-х, учитывая усиливающие пластины, он определяется по формуле:
Jx =J1+ 2J2+2Fa2 (3.9)
где J1 – момент инерции двутавра. Для двутавра No 60 I = 76803 см
J2 – момент инерции усиливающей пластины.
Определяется по формуле:
(3.10)

a – расстояние от центра тяжести прямоугольника до оси х-х.

F – площадь поперечного сечения прямоугольника.
F=b х h=3 х 19=57 см2
Jx =76803+2 х 12,8+2 x 57 x 31,52 = 189945 см4
Wx=Jx /29= 189945/29=6550 см3
Таким образом,
σиз=6685950/6550=1021 кгс/см2

(3.11)
σиз =0,6 σв =0,6 х 55=33 кгс/см2

Для стали Ст5, из которой изготовлена двутавровая балка
σв=50...64 кгс/мм2

К > [К0], так как 3,24 > 1,8...2,5.
3.3 Расчет подшипников канатных шкивов кронблока на прочность
 Наиболее высокую нагрузку несут подшипники первого от барабана лебедки канатного шкива. Произведем их расчет на прочность
  Коэффициент работоспособности определяется по формуле:
С=P1 ∙ Кк ∙ Кσ ∙ Кт ∙ Кэ (3.12)
где Кк – коэффициент, который учитывает, какое кольцо подшипника вращается, в данном случае вращается наружное кольцо Кк =1,35
Кσ - динамический коэффициент. Для шкивов талевой системы Кσ =1,5
Кт – температурный коэффициент. При t≤80 °C, Кт =1
Кэ – коэффициент эквивалентности, учитывающий изменение нагрузки на крюке в процессе бурения. Кэ определяется по формуле:
(3.13)

где Nc – среднесуточное число подъемов. Принимаем Nc =100
Т- число лет работы подшипника. Принимаем Т=1
Z- число оборотов подшипника за один подъем свечи. Определяется по формуле:
(3.14)
где lсв – длина свечи в м. lсв =24 м
n – количество рабочих струн талевой системы n=11
D – диаметр каната шкива. D – 900 мм.


α – отношение минимальной нагрузки на крюке к максимальной нагрузке. α=0,2

β – отношение нагрузки при операциях спуска к нагрузкам при операциях подъема. β = 0,7

C=54317∙1,35∙1∙1∙19,89=1458492
Фактический коэффициент работоспособности, для подшипника
No42234 Сф =2000000,
3.4 Вывод
В результате расчета определено что нагруженные детали кронблока: ось, рама, подшипники удовлетворяют расчету на прочность. Коэффициенты запаса прочности для оси составляет К=5,6 ; для рамы К= 3,24; работоспособность подшипника составляет один год. Предлагаемая конструкция удовлетворяет расчету на прочность и следовательно является работоспособной.