Буровая лебедка ЛБУ-750-Курсовая работа-Оборудование для бурения нефтяных и газовых скважин-текст на украинском языке

Буровая лебедка ЛБУ-750-Курсовая работа-Оборудование для бурения нефтяных и газовых скважин-текст на украинском языке
3 ОПИС ПРИЗНАЧЕННЯ, БУДОВИ, КОНСТРУКЦІЇ, ПРИНЦИПУ ДІЇ БУРОВОЇ ЛЕБІДКИ

Бурова лебідка призначена для опускання, піднімання і підтримування в підвішеному стані бурильної колони, обсадних труб та іншого інструменту при бурінні і кріпленні свердловин. При підйомі обертовий рух передається лебідці від приводу, за допомогою талевого каната перетворюється в поступовий рух талевого блока. При спуску гальмівні пристрої лебідки обмежують швидкість талевого блоку, що опускається під дією власної ваги і ваги підвішеного до нього інструменту. Бурова лебідка використовується також для передачі обертання ротора, згвинчування і розгвинчування бурильних і обсадних труб, для підйому і підтягування різних вантажів при бурінні свердловини, монтажу і ремонту установки.
До основних технологічних функцій бурової лебідки відносять:
 підтримання заданого навантаження на долото і подача бурильної колони при розбурюванні вибою свердловини, нарощування колони по мірі поглиблення свердловини;
 підйом на поверхню і спуск в свердловину бурильної колони для заміни доліт, вибійних двигунів і виносу керна;
 спуск колони обсадних труб при кріпленні свердловини;
 спуск і підйом на трубах контрольно-вимірювальних приладів і ловильного інструменту при випробуваннях і освоєнні свердловин, ліквідації прихоплень і інших аварій в свердловині.
Бурова лебідка ЛБ-750 (креслення КП.НО-12.01.00.000 СК) складається з підйомного вала 11, який встановлений на опорах на жорсткій стальній рамі 7. Обертові деталі підйомного вала (шино-пневматична муфта 9, зірочка ланцюгової передачі, гальмівні шківи та кулачкова муфта 13) закриті кожухами 1, 2, 3 та 5. Для доступу до опор стрічкового гальма служать люки 4. В якості основного гальма бурової лебідки використовується стрічково-колодкове гальмо 10. В якості допоміжного гальма використовують електромагнітне гальмо ЭМТ-10000 6, яке змонтоване на окремій рамі 14. Допоміжне гальмо з’єднується з підйомним валом через кулачкову муфту 13, а його ввімкнення здійснюється через гідросистему 15. Головне гальмо призначене для зупинки машин і механізмів і приводяться в дію в кінці руху або при тривалих перервах в роботі, допоміжне — для тривалого гальмування з метою зниження швидкості руху.
 На підйомному валу (креслення КП.НО-12.01.11.000 СК) зліва на підшипниках кочення 40 змонтована зірочка 9 (z=72) з шино-пневматичною муфтою ШПМ-1070, а справа посаджена півмуфта кулачкової муфти 25. Змащування підшипників зірочки здійснюється за допомогою мастильниці 29 через канал в валу 21, який має радіальний вивід до простору між двома підшипниками 40. Опорними вузлами підйомного вала служать спарені радіально-упорні роликопідшипники 37, які розташовані в корпусах опор 26 і з обох сторін закриті кришками 16. Ущільнення в кришках щілинного типу. Змащування підшипників здійснюється через тавотниці 42.
 На валу 21 посаджені маточини 20 і 22 гальмівних шківів 17. Між маточинами приварюється барабан 27 із нарізкою (профільованими жолобами) під талевий канат.
 З лівого торця вала закріплений вертлюжок 4 для підводу стиснутого повітря до ШПМ.
У буровій лебідці в якості головного використовується двострічкове гальмо. Розподілення гальмівного моменту на два шківа дозволяє вдвічі зменшити контактні тиски і, значить, збільшити довговічність гальмівних шківів і колодок. Стальні стрічки огинають циліндричні гальмівні шківи, які встановлені на барабані лебідки. В результаті тертя між накладками і гальмівними шківами виникає гальмівний момент, протидіючий обертанню барабана і утримуючий його в нерухомому стані. Установка гальмівних шківів безпосередньо на барабані лебідки потребує збільшення необхідного гальмівного моменту, так як барабан лебідки найбільш тихохідний орган в кінематичному ланцюгу підйомного механізму. Але при відсутності проміжних ланок між гальмом і талевим канатом забезпечуються надійність і безпека гальмування лебідки.
Кінці стрічок з'єднуються з балансиром і шатунними шийками колінчатого валу. Кінець стрічки, що з'єднується з балансиром, називається набігаючим, а протилежний, який з'єднуються з колінчатим валом, - збігаючим. Збігаючі кінці стрічок з'єднуються з колінчатим валом за допомогою обойми і кронштейнів. При гальмуванні колінчатий вал повертається і збігаючі кінці стрічок переміщаються по дузі, яка описується радіусом шатунних шийок.
Поворот колінчатого вала для замикання і розмикання гальма здійснюється гальмівною ручкою. В лебідці гальмівна ручка з валом на підшипниках монтується на підлозі бурової площадки і з'єднується з колінчатим валом за допомогою важелів і тяги.
Для оперативного гальмування лебідки разом з ручним використовується пневматичний привід, який складається з гальмівного циліндра, шток якого з'єднуються з мотильовою шийкою колінчатого вала, і регулятора керування. Пневматичний привід полегшує працю при спуско-підіймальних операціях.
Під тиском повітря, яке поступає через клапан від мережі або балона, шток циліндра висувається і провушина звільняє шийку гальмівного вала, забезпечуючи керування гальмом ручкою або пневматичним циліндром, як в нормально розімкнутих гальмах. В аварійних ситуаціях тиск повітря в пневматичному циліндрі падає і під дією зворотної пружини шток переміщається в зворотному напрямі. Провушини штока повертають гальмівний вал і в результаті цього лебідка гальмується. В цьому стані гальмо діє як нормально замкнуте.
Гальмівні стрічки виготовляються із сталевого листа товщиною 6-10 мм, зігнутою по діаметру гальмівних шківів барабана лебідки. Ширина стрічки вибирається залежно від колодок.

4 ОХОЛОДЖЕННЯ ГОЛОВНОГО ГАЛЬМА БУРОВОЇ ЛЕБІДКИ

Гальмівні пристрої, які застосовуються в бурових лебідках, за призначенням поділяються на головні і допоміжні. Головні призначені для зупинки і приводяться в дію в кінці руху або при тривалих перервах в роботі, допоміжні — для тривалого гальмування з метою зниження швидкості руху. В якості основних гальм в бурових лебідках використовуються фрикційні гальмівні пристрої, які поділяються на дискові та барабанні.
Замикання і розмикання гальмівних пристроїв здійснюється за допомогою механічного, пневматичного і електричного приводів, оснащених ручним або автоматичним управлінням. Автоматичне управління забезпечує зупинку в аварійних ситуаціях.
Стрічкове або стрічково-колодкове гальмо — головне гальмо бурової лебідки. Воно призначене для зупинки і утримання в нерухомому стані бурильної колони та іншого інструменту, який опускається у свердловину або піднімається з неї. Стрічкове гальмо при необхідності може бути використане в якості допоміжного. Наприклад, у випадку відмови або недостатнього гальмівного моменту допоміжного гальма лебідки для зниження швидкості опускання колони труб в свердловину використовується стрічкове гальмо. При відсутності регулятора подачі долота стрічкове гальмо використовують для підтримки осьового навантаження на долото і подачі бурильної колони по мірі заглиблення вибою свердловини.
Згідно ГОСТ 12.2.041-79 стрічкові гальма повинні відповідати таким вимогам [5]:
 гальмівний момент повинен бути достатнім для надійного утримання в нерухомому стані колони труб найбільшої ваги, відповідної допустимій вантажопідйомності лебідки;
 привід гальма повинен забезпечити плавне регулювання гальмівного моменту і м’яку посадку на стіл ротора колони труб, яку опускають у свердловину;
 температура на поверхнях тертя фрикційної пари не повинна перевищувати допустимої температури нагрівання матеріалів, які використовуються в ній;
 конструкція гальма повинна виключати самовільне гальмування і розгальмовування і забезпечувати легкість керування, зручність і доступність огляду, регулювання і заміни деталей і вузлів, які зносились.
Роботоздатність стрічкового гальма, як і інших вузлів тертя, визначається фрикційною сумісністю контактуючих матеріалів. Найбільш ефективні матеріали, які в парі забезпечують найкращі показники розглянутого комплексу фрикційних властивостей. Коефіцієнт тертя і допустимий контактний тиск вибраних матеріалів визначають діаметр і ширину гальмівних шківів. Теплостійкість гальмівних колодок, опірність гальмівних шківів спрацюванню і термічній втомі суттєво впливають на безпеку роботи і довговічність стрічкових гальм. Збільшення потужності лебідок і швидкостей спуско-підіймальних операцій в бурінні нерозривно зв’язане із збільшенням моментів гальмування стрічкових гальм.
В стрічкових гальмах лебідок використовується ретинакс ФК-24А (марка Б). В розрахунках коефіцієнт тертя його по сталі приймається рівним 0,3, допустимий контактний тиск 1,2 МПа. Розрахунковий коефіцієнт тертя ретинакса трохи менше ніж дійсний. Для забезпечення гнучкості гальмівної стрічки і рівномірного прилягання її до гальмівного шківа колодки виготовляють у вигляді кільцевих секторів довжиною 120 мм [5].
Гальмівні шківи переважно виготовляють з зносостійких сталей марок 60Г, 35ХНЛ і 35ХМЛ. Досвід показує про задовільну їх функціональну сумісність з гальмівними колодками із азбокаучука 6КХ-15. Але колодки із 6КХ-15 працюють задовільно про порівняно невеликому тиску (до 0,8 МПа) і температурі нагрівання (до 400 С) і не задовольняють фрикційним властивостям, які висуваються до стрічкових гальм сучасних потужних лебідок [5].
Ретинакс володіє порівняно високими фрикційними властивостями, які дозволяють значно підвищити гальмівний момент, і тому забезпечує гальмування при швидкостях ковзання до 30-40 м/с і температурі на поверхні тертя шківів 700-1200 С. У цих умовах гальмівні шківи із сталі марки 35ХНЛ та інших традиційних марок руйнуються від термічної втоми. В зимовий період при зниженні температури навколишнього повітря до мінус 30-50 С руйнування гальмівних шківів від термічної втоми помітно зростає. Недостатній опір термічній втомі свідчить про те, що гальмівні шківи із розглядуваних марок сталей і колодки з ретінакса не відповідають вимогам фрикційної сумісності. Опір термічній втомі зростає у шківів, виготовлених із матеріалів, які володіють високими показниками пластичності, теплопровідності і низьким коефіцієнтом температурного розширення. Разом з фізико-механічними властивостями великий вплив на термічну втому створюють площа поверхні охолодження, геометрична форма гальмівних шківів і інші конструктивні фактори, які впливають на інтенсивність відводу тепла, яке поглинається гальмом. В результаті порівняльних випробовувань сталей різних марок Уралмашзаводом рекомендується виготовляти шківи, які працюють в парі з ретинаксом, із низько-вуглецевих сталей марок 14ХГ2НМЛ, 12Х2НГМ, які після гартування і високого відпуску мають найбільш задовільні показники по зносостійкості і опору термічній втомі.
Встановлено, що основною причиною втрати працездатності бурових лебідок є відмова гальмівних шківів [11].
При спуску бурильного інструменту і обсадних колон виділяється значна кількість енергії, яка повинна поглинатися гальмівними пристроями бурової лебідки. При гальмуванні ця енергія перетворюється на тепло, яке викликає значний нагрів робочої поверхні гальмівних шківів і колодок. Теоретичні і експериментальні дослідження, проведені під керівництвом Г.М.Шахмалієва [11], показали, що при спуско-підйомних операціях циклічне нагрівання робочої поверхні гальмівних шківів до температури понад 900° С і охолодження, супровджувані зміною розмірів та дією змінних напружень, призводить до утворення тріщин на їх робочій поверхні внаслідок термічної втоми.
Вживані в даний час гальмівні колодки з матеріалу ретинакс ФК-24А в порівнянні з колодками, що застосовувалися раніше, з матеріалу 6КХ-1 при підвищенні температури контактуючих поверхонь стабільніше зберігають фрикційні властивості, одночасно значно менше зношуються самі колодки. Коефіцієнт тертя по сталі матеріалу 6КХ-1 при температурі контактуючих поверхонь 490— 500° С знижується до 0,14, а коефіцієнт тертя матеріалу ФК-24А в діапазоні температур 500—700° С стабільний і рівний 0,25—0,27.
Спостереженнями встановлено, що за короткий проміжок часу, навіть при установці нових шківів, спостерігалося значне зростання кількості тріщин. В більшості випадків шківи неодноразово замінювалися. Разом з цим наголошується значна відмінність в тривалості роботи шківів.
На рисунку 4.1, а, б представлені фотографії робочої поверхні гальмівних шківів у момент їх заміни. Характерною є наявність великого числа розвинених тріщин, що досягають по довжині 120—130 мм.

а)       б)
Рисунок 4.1 - Стан робочої поверхні гальмівних шківів бурової лебідки
Механізм розвитку тріщин на робочій поверхні гальмівних шківів і причини їх аварійних розривів полягають в наступному.
Висока навантаженість гальма бурової лебідки в процесі спуску інструменту і обсадних колон, як наголошувалося вище, приводить до виділення па поверхні тертя великої кількості тепла. Циклічний нагрів робочої поверхні шківів до високих температур і подальше охолоджування приводять до виникнення внутрішніх напружень.
Виникнення внутрішніх напружень пояснюється великою швидкістю теплових змін, що приводить до появи температурного градієнта. Наявність градієнта обумовлює різну величину об'ємних змін металу відповідно до розподілу температури. Зв'язок між собою окремих зон тіла, перешкоджаючий повній реалізації її термічного розширення, приводить до виникнення термічних напружень.
Під час роботи гальмівних шківів значний нагрів металу завжди відбувається в поверхневих (робочих) шарах при значно меншому нагріві основної маси. Тому поверхневий шар завжди охолоджується в останню чергу, і під дією температурних і структурних напружень виникають розтягуючі і стискуючі напруження (причому переважають розтягуючі напруження). В цьому випадку необхідно враховувати, що при швидкому охолоджуванні на різних ділянках по колу виникають місцеві спотворення полів температурних напружень, пов'язані з хімічною неоднорідністю металу, фазовими перетвореннями, що протікають у різний час, дефектами ливарного виробництва і іншими чинниками, які впливають на неоднорідність пластичної деформації, що викликається температурними напруженнями [11].
Запропоноване вдосконалення стосується стрічково-колодкового гальма бурової лебідки.
Пропонується гальмівний шків оснастити секторами з фрикційного матеріалу, які будуть взаємодіяти з металевими колодками, закріпленими на внутрішній поверхні гальмівної стрічки.
На рисунку 4.2 представлене вдосконалене стрічкове гальмо.
Стрічкове гальмо, що містить гальмівний шків 1, бандажами якого є сектора 2 з фрикційного матеріалу, прикріплені до шківів, наприклад за допомогою металевих скоб 3. На сталеву гальмівну стрічку 4 набираються чавунні колодки 5, кріплення яких аналогічно кріпленню фрикційних накладок.
При роботі стрічкового гальма тепло внаслідок високої теплопровідної здатності металевих накладок розсіюється в навколишнє середовище. Цим самим знижується тепловий стан фрикційних накладок і гальмівного шківа. Металеві колодки при повному їх відпрацюванні переплавляють, що приведе до значної економії матеріалів. При повному спрацюванні фрикційних накладок на шків встановлюються нові сектора.

Курсовой проект на тему: “Спуско-подъемный комплекс буровой установки. Буровая лебедка”.
В общей части проведен анализ условий эксплуатации и рассчитаны нагрузки на подъемный комплекс буровой установки для бурения скважин глубиной 2515 м, что необходимо для определения ее класса. Определены основные конструктивные и эксплуатационные параметры буровой лебедки. Рассчитаны параметры главного и вспомогательного тормозных устройств лебедки.
На основе проведенных расчетов определено, что:
проектируется буровая лебедка, которая комплектует буровую установку 4-го класса;
проектируемая лебедка характеризуется следующими параметрами:
- расчетная мощность, развиваемая приводом на входном валу лебедки N=550 кВт;
- максимальное натяжение талевого каната на барабане лебедки Рк макс=241,4 кН;
- диаметр барабана лебедки d б=700 мм;
- длина барабана лебедки Lб=1200 мм;
- диаметр талевого каната dк=28 мм;
- минимальная скорость подъема крюка Vmin=0,2 м/с;
- максимальная скорость подъема крюка Vmax=1,95 м/с.
в качестве главного тормоза используется ленточно-колодочный тормоз (диаметр тормозных шкивов Dш=1,15 м, ширина тормозных колодок Вк=0,21 м);
в качестве вспомогательного тормоза используется электромагнитный индукционный тормоз ЭМТ-1000.
На основе критического сравнительного анализа серийных моделей проектируемого оборудования с близкими с определенными параметрами в качестве прототипа выбран буровую лебедку ЛБ-750 производства Волглградського завода буровой техники (Россия). Выбор аргументировано следующим: прототип должен иметь простую конструкцию, минимальные габариты и массу; лебедки малой мощности целесообразно выполнять одновальними и однобарабанними; одновальные лебедки оснащаются отдельной коробкой перемены передач.
Буровая лебедка ЛБ-750 (чертеж КП.НО-12.01.00.000 СК) состоит из подъемного вала 11, который установлен на опорах на жесткой стальной раме 7. Вращающиеся детали подъемного вала (шино-пневматическая муфта 9, звездочка цепной передачи, тормозные шкивы и кулачковая муфта 13) закрыты кожухами 1, 2, 3 и 5. Для доступа к опорам ленточного тормоза служат люки 4. В качестве основного тормоза буровой лебедки используется ленточно-колодочный тормоз 10. В качестве вспомогательного тормоза используют электромагнитный тормоз ЭМТ-10000 6, которое смонтировано на отдельной раме 14. Вспомогательный тормоз соединяется с подъемным валом через кулачковую муфту 13, а его включение осуществляется через гидросистему 15. Главный тормоз предназначен для остановки машин и механизмов и приводятся в действие в конце движения или при длительных перерывах в работе, вспомогательное — для длительного торможения с целью снижения скорости движения.
В специальной части проведен анализ конструкций и условий работы тормозных устройств буровых лебедок и предложено усовершенствование ленточно-колодочного тормоза. Предложенное усовершенствование касается ленточно-колодочного тормоза буровой лебедки.
Предлагается тормозной шкив оснастить секторами из фрикционного материала, которые будут взаимодействовать с металлическими колодками, закрепленными на внутренней поверхности тормозной ленты.
На рисунке 4.2 представлено усовершенствованное ленточный тормоз.
Ленточный тормоз, содержащий тормозной шкив 1, бандажами которого есть сектора 2 из фрикционного материала, прикрепленные к шкивов, например с помощью металлических скоб 3. На стальную тормозную ленту 4 набираются чугунные колодки 5, крепление которых аналогично креплению фрикционных накладок.
При работе ленточного тормоза тепло вследствие высокой теплопроводной способности металлических накладок рассеивается в окружающую среду. Этим самым снижается тепловое состояние фрикционных накладок и тормозного шкива. Металлические колодки при полном их отработке переплавляют, что приведет к значительной экономии материалов. При полном износе фрикционных накладок на шкив устанавливаются новые сектора.

Рисунок 4.2 – Усовершенствованное ленточный тормоз
Предложенное усовершенствование поможет повысить надежность ленточно-колодочного тормоза и улучшит теплоотвод от поверхности трения торможения.
В расчетной части проведены расчеты на прочность и долговечность узлов и деталей проектируемого оборудования, а именно:
расчет подъемного вала на статическую прочность и на выносливость (определение коэффициентов запаса прочности для опасных сечений и сравнения их с допустимыми значениями);
расчет цепной передачи, которая передает суммарный крутящий момент от силовых агрегатов на выходной вал підсумовуючої трансмиссии буровой установки;
определен коэффициент запаса по крутящему моменту шинопневматичної муфты ШПМ1070, которая передает вращение на подъемный вал лебедки.
Приведены требования к монтажу, эксплуатации, обслуживанию и ремонту лебедки.
Сформулированы мероприятия по обеспечению нормальных условий труда, безопасности технологических процессов, монтажа и эксплуатации оборудования.