Модернизация автоматического бурового ключа АКБ – 3М2-Расчет и автоматическое конструирование машин для бурения нефтяных и газовых скважин-Оборудование для бурения нефтяных и газовых скважин-Курсовая работа-Дипломная работа

Модернизация автоматического бурового ключа АКБ – 3М2-Расчет и автоматическое конструирование машин для бурения нефтяных и газовых скважин-Оборудование для бурения нефтяных и газовых скважин-Курсовая работа-Дипломная работа
Стационарные буровые автоматические ключи - устройства, предназначенные для механизации и автоматизации сопутствующих процессов (свинчивание-развинчивание, наращивание колонны и др) в ходе спуско-подъемных операций при бурении нефтяных и газовых скважин. Применяются в нефтегазовой отрасли.
Выделяют автоматический буровой ключ (АКБ) и автоматический буровой ключ с гидроприводом (КБГ).
Среди АКБ наиболее распространены АКБ с пневмоприводами 3М2 и 3М2.Э2 (модификация 3М2)
Среди стационарных буровых автоматических ключей с гидроприводом чаще всего эксплуатируются КБГ и КБГ-2.
Они применяются для механизации и автоматизации свинчивания и развинчивания бурильных труб и обсадных труб.
Задачи курсового проекта:
• изучить буровой ключ АКБ – 3М2, его устройство и принцип работы;
• провести патентно-информационный обзор буровых ключей, особое внимание обратить на трубозажимные устройства;
• на основе одного из четырех выбранных патентов провести модернизацию бурового ключа АКБ – 3М2;
• провести расчет проведенной модернизации;
• выполнить необходимые чертежи.
Состав графической части:
• Патентно – информационный обзор;
• Общий вид рассматриваемого оборудования;
• Сборочный чертеж модернизируемого узла оборудования;
• Детализация.

1. Автоматический буровой ключ АКБ – 3М2.
1.1. Общие сведения.
АКБ-3М2 - буровой автоматический стационарный ключ предназначен для механизации процессов свинчивания и развинчивания бурильных и обсадных труб при спуско-подъемных операциях. Буровой ключ АКБ-3М2 применяется при бурении нефтяных и газовых скважин.
Буровой ключ АКБ-3М2 устанавливают на буровой между лебедкой и ротором со стороны приводного вала на вышечно – лебедочном блоке, к которому он прикрепляется болтами.
Ключ состоит из блока ключа, колонны с кареткой и пульта управле-ния. Механизмы ключа работают при помощи пневмодвигателя и пневмоцилиндров от сети сжатого воздуха.
Блок ключа - основной механизм, выполняющий операции свинчивания и развинчивания труб. По направляющим полозьям блок ключа перемещается вдоль каретки под воздействием двух пневматических цилиндров двойного действия и может подводиться к бурильной трубе или отводиться от нее.
Вращение трубозажимного устройства блока ключа - от пневмодвигателя через редуктор. Каретка свободно вращается в верхней части колонны, ее положение при работе фиксируется. Каретка с блоком ключа может перемещаться вдоль колонны по высоте.
Дистанционное управление работой ключа обеспечивает пульт.
1.2. Конструкция и принцип действия.
Автоматический стационарный буровой ключ АКБ –3М2 (рис.1.1, 1.2, 1.3) состоит из трех основных узлов: блока ключа 1, колонны с кареткой 11 и
пульта управления 111 (рис 1.1, 1.2, 1.3).
Блок ключа (рис. 1.1) является основным механизмом, выполняющим
операции завинчивания или развинчивания бурильных труб.

Модернизация АКБ – 3М2.

 Техническое предложение.
Проводится модернизация ролика радильной опоры ключа АКБ – 3М2.

Рис 3.1. Ролик радиальной опоры: 1-ролик; 2-ось; 3-антифрикционная втулка; 4-упорное кольцо; 5-втулка; 6-шайба; 7-стопорное кольцо; 8- манжета; 9-гайка.
В процессе работы ролик радиальной опоры испытывает значительные нагрузки, загрязнение, перепады температур. При сочетании этих факторов разрушается манжета 8, нарушается герметичность ролика и грязь, буровой раствор и пр. проникают в полость ролика, и при вращении абразивные частицы разрушают мягкую бронзовую втулку 3, что ведет к перекосу и заеданию ролика. Со временем грязь и буровой раствор ведут к закоксовыванию ролика, потере его подвижности и выходу из строя. При ремонте ключа возникают трудности при разборке и ремонте роликов. Модернизация ролика заключается в следующем: ось 2 на токарном станке точится до диаметра 25 мм, а затем бронзовая втулка 3 заменяется парой роликовых подшипников: 6-205 и 60205.

 Технология модернизации радиального ролика АКБ – 3М2.
 Производится извлечение роликов с помощью проворачивания разрезной шестерни и последующего отворачивания гайки 9 и снятия шайбы 6. Затем с помощью бородка ролик аккуратно выколачивается из паза станины. Бородок следует упирать в торец оси во избежания повреждения резьбы. 
 Производится проверка и отбраковка роликов. В рабочем состоянии ролик должен проворачиваться от руки, перекос оси относительно ролика недопустим. Поверхность ролика не должна содержать вмятин и раковин более 10% от толщины стенки ролика. При несоблюдении этих условий производится разборка и ремонт ролика.
 
 Извлечение манжеты 8.
Извлекается длинногубцами. 
 Извлечение стопорного кольца.
Длинногубцами цепляются уши кольца, сжимаются и извлекается кольцо 7. В случае нарушения условий эксплуатации или хранения, кольцо может сильно закоксоваться в пазу или разрушиться вследствие коррозии. В этом случае паз кольца расчищается и кольцо извлекается по частям.
 
 Извлечение оси и втулки.
Извлечение втулки 3 и оси 2 из ролика достаточно трудоемкая задача вследствии закоксовывания ролика, сработки внутренней поверхности втулки и как следствие, заклинивания. При невозможности извлечь втулку с помощью ручного инструмента, применяется следующий метод:
 
 Ролик устанавливается в вертикальном сверлильном станке. Просверливается сквозное отверстие в торце диаметром 7 мм на глубину толщины стенки( 5 мм.), чтобы не допустить повреждения оси.
 
 Ролик устанавливается в тисках, бородок вставляется в просверленное отверстие и выбивается ось 2. 
 В случае сильного срабатывания втулки 3, она при извлечении оси остается в корпусе. В таком случае, корпус ролика устанавливается в вертикально – сверлильный станок, и с двух сторон просверливаются отверстия с целью прослабления втулки.
 
 После просверливания, втулка ударами плашмя по ровной твердой поверхности легко выбивается из ролика. В случае застревания втулки допускается легкое простукивание молотком по поверхности ролика с целью дальнейшего прослабления. 
 В сварочном цеху запаиваются отверстия, полученные в результате рассверливания.  
 Ось зажимается в тисках и с нее молотком сбивается упорное кольцо 4 и втулка 5. Не допускается зажатие поверхности оси в тиски без прокладки во избежание появления вмятин и задиров, что повлечет за собой затруднение снятия кольца и втулки. 
 Ось устанавливается в токарный станок. Посадочное место под втулку точится до диаметра 25 мм и поля допуска m6(+0,008 – +0,021 мм). 
 На ось надеваются подшипники: 6-205 с внутренним диаметром 25, внешним диаметром 52, шириной 15 мм.; 60205 с аналогичными размерами и защитным кольцом. 
 На ось напрессовывается упорное кольцо 4 и втулка 5. 
 Ролик заполняется смазкой марки «Циатим – 201» и в него вставляется ось в сборе с подшипниками. Ролик проворачивается несколько раз в обе стороны для равномерного распределения смазки. 
 В ролик вставляется стопорное кольцо и устанавливается манжета, шайба и наворачивается гайка.  
Данная модернизация позволяет значительно сократить трудоемкость и время на повторную разборку опоры при последующих ремонтах, особенно при ремонте ключа в полевых условиях, за счет исключения этапов 2.3.1 – 2.3.5. Также увеличивается КПД ролика: η_пк>η_пс, где η_пк=0,99- КПД подшипника качения, η_пк=0,95- КПД подшипника скольжения. Подшипник качения имеет коэффициент трения f_(тр.к)=0,0020, в то время как коэффициент трения подшипника скольжения варьируется в пределах f_(тр.с)=0,0080-0,1, за счет чего улучшается динамика ролика. Снижается расход дорогостоящего цветного металла: стоимость пары подшипников марки 205 и 60205 равна 65 рублей, стоимость втулки 3, рис. 3.1. (втулка бронзовая АКБ-3М2.12-261) – 220 рублей. Экономия времени сборки – разборки одного ролика в условиях ремонтной базы составляет 1-1,5 часа (основано на практических наблюдениях).

Заключение.
В курсовом проекте был рассмотрен буровой ключ АКБ – 3М2, его составные части, их краткое описание и принцип действия. Был проведен патентно – информационный обзор, в ходе которого были рассмотрены 4 варианта исполнения буровых ключей. особый акцент был сделан на трубозажимных устройствах, узла, подлежащего модернизации; на основе патентного обзора и изучении руководства по эксплуатации АКБ – 3М было сделано техническое предложение по модернизации одного из узлов ключа: ролика радиальной опоры, приведена технология ремонта и модернизации ролика. Расчеты показывают, что приведенная модернизация имеет достаточный запас статической, усталостной прочности, ресурс и долговечность.
Данная технология ремонта осевой опоры ключа АКБ - 3М2 с последующей модернизацией позволяет:
 улучшить динамические характеристики ключа;
 улучшить сохраняемость ключа.
 снизить стоимость, время и трудоемкость ремонта