Расчетная часть-Расчёт конструкции ленточного тормоза лебедки У 2-5-5 буровой установки 3Д-76-Курсовая работа-Дипломная работа-Оборудование для бурения нефтяных и газовых скважин

Расчетная часть-Расчёт конструкции ленточного тормоза лебедки У 2-5-5 буровой установки 3Д-76-Курсовая работа-Дипломная работа-Оборудование для бурения нефтяных и газовых скважин
5 РАСЧЕТЫ РАБОТОСПОСОБНОСТИ
5.1 Анализ конструкции скважины
5.2 Выбор категории, класса, вида и основных параметров буровой установки
5.3 Выбор талевого каната и максимальной кратности талевой системы
5.4 Определение оптимальных скоростей спуска и подъема
5.5 Кинематика подъемной системы
5.6 определение мощности спускоподъемного комплекса
5.7 Расчет барабана лебедки
5.8 Расчет бочки барабана

5 РОЗРАХУНКИ ПРАЦЕЗДАТНОСТІ
5.1 Аналіз конструкції свердловини

Розмір доліт для буріння в різних інтервалах вибирають залежно від діаметра труб , якими обсаджена бурова свердловина згідно з ГТН.
Відношення діаметрів доліт і обсадних труб подані в таблиці 5.1.

Рисунок 5.1 Схема конструкції свердловини


Таблиця 5.1 - Відношення діаметрів доліт і обсадних труб
Діаметр долота мм 490 393,7 295,3 215,9
Діаметр обсадної колони мм 426 324 245 168

Визначення максимальних навантажень на підйомний гак бурової лебідки. Методика в цьому випадку передбачає спочатку розрахунок труб на статичну міцність, а потім перевірку на витривалість.
Вихідні дані згідно ГТН зведемо у таблицю 5.2

Таблиця 5.2 – Вихідні дані

No 
Показники Умовне позначення Од. виміру Значення по інтервалах
    I II III ІV

1 Глибина початку інтервалу 
Lni 
м 0 0 0 0
2 Глибина кінця інтервалу Lкі м 557 2510 4760 5765
3 Довжина інтервалу L М 557 2510 4760 5765
4 Осьове навантаження Pод кН. 80 16-18 18-24 10-12
5 Кути відхилення від вертикалі α град 0 0 0 0
6 Густина розчину ρ кг/м3 1160 1160 1160 1320
7 Діаметр долота Di М 490 393,7 295,3 215,9
8 Частота об.долота ni об/хв 60 60 60 60

Визначаємо глибину буріння по інтервалах, м:
. (5.1)
Тоді маємо
м;
м;
м;
м;
Визначаємо діаметр бурильних труб залежно від діаметра долота по інтервалах:
ІV інтервал долота 215,9мм БТ=127*140мм
III інтервал долота 295,3мм БТ=127*140мм
II інтервал долота 393,7мм БТ=140мм
I інтервал долота 490мм БТ=140мм
Вибираємо діаметри замків бурильних труб і діаметри ОБТ, котрі повинні бути не менше від замків бурильних труб, але не більше від долота. Дані зводимо в таблиці 5.3.
Таблиця 5.3 – Діаметр труб та їх замків
Dдолота, мм DБТ, мм Dзамки БТ,мм DОБТ, мм Dлегкосплавні, мм
490 140 185 260 147
393,7 140 185 254 147
295,3 140*127 185(152) 229 147
215,9 127 152 203 129

Визначаємо довжину обважувальних бурильних труб у інтервалі за умови осьового навантаження на долото:
, м, (5.2)
де Род – осьове навантаження на долото, Н;
к – коефіцієнт запасу;
g – прискорення вільного падіння, Н/с2;
ρпр – густина промивної рідини, кг/м3;
ρм – густина матеріалу сталі, кг/м3;
ρм = 7850кг/м3;
m – маса 1 м обважувальних бурильних труб , кг/м.




Визначаємо довжину бурильних труб у колоні:
, м. (5.3)
Тоді маємо
м;
м;
м;
м;
Визначаємо приведену масу 1м бурильних труб для даних діаметрів бурильних труб із різною товщиною стінок.
LОБТ – довжина обважувальних бурильних труб, м.

Таблиця 5.4 – Технічні параметри бурильних труб
Діаметр бурильних труб, Dбт; мм Товщина стінки бурильної труби, S; мм Маса 1 кг гладкої частини БТ, m; кг
127 9 26,2

Знаходимо приведену масу 1м труби:
qтр=(mтр.гл 11+ mвис.тр + mзам )/12, кг/м; (5.4)
де mтр.гл - маса гладкої частини труби, кг/м;
mвис.тр – маса висадженої частини труби, кг/м;
mзам – маса замка, кг/м.
qтр=(26,211+ 6,4 + 15 )/12=25,8кг/м
Таблиця 5.4 – Приведені характеристики бурильних труб
D, мм S, мм mтр.гл, кг mвис.тр, кг mзам, кг mприв, кг
127 9 26,2 6,4 15 25,8

Розрахунок моменту кручення бурильної колони:
Мкр =Мх.о+Мд, Нм, (5.5)
де Мх.о – момент холостого обертання, Нм;
Мд – момент, приведений до долота, Нм.
Мд=N30/πn, (5.6)
де N – потужність, прикладена до долота для руйнування породи;
n – частота обертання долота, об/хв;
Мд=1500ּ103ּ30/3,14ּ80=17914Нּм
За формулою Федорова
Nx.об=сּρпрּgּd 2ּlּn 1.7 , Вт, (5.7)
де l – довжина бурильних труб, м;
с – дослідний коефіцієнт, залежить від ступеня викривлення свердловини ( с=1,7ּ10 –9 );
d – зовнішній діаметр, м.
Nx.об=1ּ1,7ּ10-9ּ9,82ּ1272ּ5765ּ80=124,18кВт
Мкр=124,18+179=303,18
Нּм
Мкр=1480,8+17914=19394,8Нּм
Розраховуємо бурильну колону на статичну міцність:
[σ]= σТ /S σ , МПа, (5.8)
де σТ – межа текучості, МПа;
[σ] – допустиме статичне напруження, МПа;
S σ – мінімально допустимий запас міцності на розтяг, S σ=1,5
[σ]= 650 /1,5=433 МПа
Статичне напруження:
=G / F, МПа, (5.9)
де G – розрахункове навантаження, Н;
F – площа поперечного перерізу гладкої частини бурильної труби, м2.
[σ] σТ /S σ , МПа. (5.10)
F=π(D2зов – D2вн )/4, м2. (5.11)
Тоді
F=3,14ּ(0,1272зов – 0,1092вн )/4=0,0133м2
де Dвн – внутрішній діаметр труб, м;
Dзов – зовнішній діаметр труб, м;
σ>G б.k /F=mпрּgּl(1-ρкр /ρм) /F, МПа, (5.12)
де Gб.к – вага бурової колони, Н;
m – приведена маса 1м бурильних труб, кг/м;
l – довжина бурильних труб, м;
σ=G б.k /F=25,8ּ9,82ּ5765(1-1320 /7850) /0,0133= 93,253МПа,
l<F[σ] / mпрּg(1-ρкр /ρм), м. (5.13)
Розрахуємо дотичні напруження за формулою
τ=Мкр/ Wρ, МПа, (5.14)
де Wρ – статичний момент опору, м3;
Mкр – крутний момент у розрахунковому перерізі бурильної колони, Нм.
, м3. (5.15)
де rз – зовнішній радіус труб, м;
rв – внутрішній радіус труб, м.
Тоді маємо:

Тоді маємо:
τ=19394/ 0,0000919=210 МПа,
Найбільше напруження від власної ваги і крутного моменту виникає у верхньому перерізі бурової колони.
Згідно з III теорією міцності, основою для розрахунку є виконання в цьому перерізі умови:
, (5.16)
де S – коефіцієнт запасу міцності;
σT – межа текучості, МПа;
[Sσ] – коефіцієнт запасу міцності, МПа.

Визначаємо навантаження, які створюють на підйомнику бурової установки обсадні труби при їх спуску. Для розрахунку берем наважчу з обсадних колон. Такою в нашому випадку являється колона діаметром 245мм:
Gоб.к=qּgּl(1-ρбр /ρм), Н, (5.17)
де Gоб.к – вага обсадної колони, Н;
q – маса 1 м обсадних труб, кг/м; q=58,0кг/м.
l – довжина обсадної колони, м; l=4761м.
ρбр – густина бурового розчину, кг/м3; ρбр =1160, кг/м3.
Тоді
Gоб.к=58,0ּ9,82ּ4761(1-1160/7850)=2310969,02 Н,
Розрахуємо вагу бурильної колони:
Gоб.к=qпр.бкּlбкg, кН, (5.19)
де qпр.бк – вага приведеної бурильної колони, кг/м;
lбк - довжина бурильної колони, м.
Gоб.к=25,8ּ51659,82=1308583,74 Н
Згідно з приведеними розрахунками, за вагою бурової колони, а також за кліматичними умовами вибираємо клас бурової установки. А потім за вибраним класом визначаємо основні параметри бурової установки.

5.2 Вибір категорії, класу, виду та основних параметрів бурової установки

Бурові установки повинні володіти певною універсальністю або до¬пу¬с¬ка-ти шви¬д¬ку мо¬ди¬фі¬ка¬цію і при¬сто¬со¬ва¬ність до кон¬к¬ре¬т¬них умов бу¬рін¬ня без¬по¬се-ре¬д¬ньо на мі¬с¬ці ро¬бо¬ти. Бу¬ро¬ві уста¬но¬в¬ки по¬ді¬ля¬ють¬ся на три ка¬те¬го¬рії :
Для бу¬рін¬ня гли¬бо¬ких екс¬плу¬а¬та¬цій¬них та роз¬ві¬ду¬ва¬ль¬них све¬р¬д¬ло¬вин.
Для бу¬рін¬ня не¬гли¬бо¬ких стру¬к¬ту¬р¬них і по¬шу¬ко¬вих све¬р¬д¬ло¬вин.
Для бу¬рін¬ня на мо¬рі ( ше¬ль¬фі ).
Роз¬по¬ді¬л бу¬ро¬вих уста¬но¬вок (БУ) ви¬зна¬ча¬єть¬ся ба¬га¬ть¬ма фа¬к¬то¬ра¬ми :
- тех¬ні¬ч¬ною ха¬ра¬к¬те¬ри¬с¬ти¬кою БУ,
- на¬ва¬н¬та¬жен¬ням на гак,
- ти¬с¬ком, по¬да¬чею бу¬ро¬вих на¬со¬сів,
- ти¬пом і по¬ту¬ж¬ні¬с¬тю го¬ло¬вно¬го при¬во¬да;
- ма¬сою на¬зе¬м¬но¬го об¬ла¬д¬нан¬ня;
- за¬со¬бом мо¬н¬та¬жу, де¬мо¬н¬та¬жу й транс¬по¬р¬ту¬ван¬ня;
- ча¬сом, за¬тра¬че¬ним на бу¬ді¬в¬ни¬ц¬т¬во бу¬ро¬вої уста¬но¬вки;
- ча¬сом бу¬рін¬ня све¬р¬д¬ло¬ви¬ни;
- ор¬га¬ні¬за¬ці¬єю бу¬ро¬вих ро¬біт.
БУ для екс¬плу¬а¬та¬цій¬но¬го та гли¬бо¬ко¬го роз¬ві¬ду¬ва¬ль¬но¬го бу¬рін¬ня ста¬н¬да¬р-ти¬зо¬ва¬ні в ГОСТ – 16293 – 82 СТ СЭВ 2446 – 801, який пе¬ред¬ба¬чає 11 кла¬сів бу¬ро¬вих уста¬но¬вок для бу¬рін¬ня све¬р¬д¬ло¬вин.
Ви¬бір БУ для од¬но¬го і то¬го ж кла¬су ви¬зна¬ча¬єть¬ся ря¬дом чин¬ни¬ків: умо¬ви бу¬рін¬ня, ме¬тою бу¬рін¬ня, ти¬пом све¬р¬д¬ло¬вин, спо¬со¬бом бу¬рін¬ня, тех¬но¬ло¬гі¬єю бу-рін¬ня, гео¬ло¬гі¬ч¬ни¬ми умо¬ва¬ми. Вра¬хо¬ву¬ю¬чи всі зазначені чин¬ни¬ки, ви¬би¬ра¬є¬мо БУ “Ура¬л¬маш”, яка є од¬ні¬єю з най¬більш роз¬по¬всю¬дже¬них у бу¬ро¬вих під¬при¬єм-с¬т¬вах. “Ура¬л¬маш” по¬ста¬в¬ляє до цих уста¬но¬вок ком¬плект ос¬но¬в¬но¬го об¬ла¬д¬нан¬ня: та¬ле¬вої си¬с¬те¬ми, ве¬р¬т¬лю¬ги, ле¬бі¬д¬ки і т.д. Ви¬шку, мі¬с¬т¬ки зі сте¬ла¬жа¬ми, обладнання для при¬го¬ту¬ван¬ня й очи¬щен¬ня бу¬ро¬во¬го роз¬чи¬ну, ком¬плекс АСП по¬ста¬в¬ля¬ють за¬во¬ду.

Таб¬ли¬ця 5.5-Ос¬но¬в¬ні па¬ра¬ме¬т¬ри та тех¬ні¬ч¬ні характеристики БУ
Па¬ра¬ме¬т¬ри Зна¬чен¬ня
До¬пу¬с¬ти¬ме на¬ва¬н¬та¬жен¬ня на га¬ку, КН 250
Умо¬в¬на гли¬би¬на бу¬рін¬ня , м 5000
Роз¬ра¬ху¬н¬ко¬ва по¬ту¬ж¬ність на приведеному ва¬лу ле-бі¬д¬ки, кВт 1200
Ле¬бі¬д¬ка:
Ма¬к¬си¬ма¬ль¬не на¬ва¬н¬та¬жен¬ня на ру¬хо¬мий кі¬нець та-ле¬во¬го ка¬на¬та, КН. У2-5-5

250
Бу¬ро¬вий на¬сос:
Кі¬ль¬кість на¬со¬сів У8-6МА
2
Ма¬к¬си¬ма¬ль¬не на¬ва¬н¬та¬жен¬ня на стіл ро¬то¬ра, КН. 320
Ве¬р¬т¬люг:
Ма¬к¬си¬ма¬ль¬не на¬ва¬н¬та¬жен¬ня, КН. УВ-250
250
Ви¬шка:
Ко¬ри¬с¬на ви¬со¬та ви¬шки, м ВА-45-250
45
Ва¬н¬та¬жо¬з¬да¬т¬ність ви¬шки, КН. 250
Кро¬н¬б¬лок УКБА-6-320
Та¬ле¬вий блок УКТБ-5-250
Ди¬зель ТМЗ-ДЕ-104СЗ
Су¬ма¬р¬на по¬ту¬ж¬ність при¬во¬да, КН. 662
Ме¬ха¬ні¬з¬ми АСП -
Ро¬тор Р-560
Кли¬но¬вий за¬хват ПКР-560
Бу¬ро¬вий ключ АКБ-3М2
Осна¬с¬т¬ка та¬ле¬вої си¬с¬те¬ми 5*6

5.3 Вибір талевого каната та максимальної кратності талевої системи

Не¬об¬хід¬но ви¬б¬ра¬ти ді¬а¬ме¬т¬ри і тип та¬ле¬во¬го ка¬на¬та для осна¬щен¬ня та¬ле¬вої си¬с¬те¬ми БУ ( осна¬с¬т¬ка), а та¬кож пе¬ре¬ві¬ри¬ти за¬пас мі¬ц¬но¬с¬ті ка¬на¬та за ди¬на¬мі¬ч¬ним на¬ва¬н¬та¬жен¬ням під¬йо¬му і спу¬с¬ку.
Зна¬хо¬ди¬мо на¬тяг ве¬ду¬чої гі¬л¬ки ка¬на¬та при під¬йо¬мі:
, (5.20)
де РТС – вага рухомого обладнання талевої системи, Н;
Pmax – максимальне навантаження на гаку, Н;
UТ – кратність оснастки талевої системи (повинна бути парною);
тс – ККД талевої системи, який залежить від числа шківів, діаметра каната, ступеню їх зносу, навантаження на гак тощо.
, Н,    (5.21)
де Ка – коефіцієнт зменшення ваги колони за рахунок архімедових сил;
Gк.п – вага бурової колони в повітрі, Н;
Ртер – сила тертя і прихвата колони (велика при прихватах), Н.
Н,
, (5.22)
де р – відносна густина бурового розчину, кг/м3;
м – відносна густина матеріалу труб, кг/м3.

, Н, (5.23)
де q – вага 1м труб з урахуванням висадженої частини замків, Н/м;
l – довжина труб однакової ваги, м;
Gкі – вага інших елементів, що складають бурильну колону (ОБТ, розширювачі, долото тощо), Н.
, Н, (5.24)
де Pг.l – вага елеватора і гака зі стропами, Н;
Рт.к – вага талевого каната при нижньому положенні гака (зазвичай приймають вагу 2/3 довжини каната талевої системи, Н;
Рт.б – вага талевого блока, Н.
, Н, (5.25)
де mг – маса гака, кг;
me – маса елеватора, кг;
g – прискорення вільного падіння, g= 9,81 м/с2.
Н
, Н, (5.26)
де mт.б – маса талевого блока, кг.
Н
, Н, (5.27)
де lк – довжина каната, яка необхідна для оснастки талевої системи БУ, м;
qк – вага 1м змащеного каната, Н; 7,2кг/м [5(табл., VIII,2)]
, м, (5.28)
де Н – висота бурової вежі, м;
с – довжина каната, що огинає шків діаметром Dш;
Со – довжина витків каната, які залишаються на барабані при опущеному до підлоги бурової гакоблоку, м; Со=50...100 м.
, (5.29)
де zт.б – число шківів талевого блока.
, м. (5.30)
м

Н
Для практичних розрахунків при повністю завантаженому гаку рекомендується прийняти:
Uт – 6; 8; 10; 12.
т – 0,874; 0,841; 0,810; 0,770.
При невеликих навантаженнях і незавантаженому гаку ККД талевої системи значно менший, ніж при повному навантаженні.
Визначимо динамічне навантаження у ведучій гілці при спускові:
, Н. (5.32)
Як видно із формул (5.20) і (5.32), Рв.г завжди більше, оскільки т.с завжди менше від1.
Н
При виборі канатів для талевих систем потрібно перевірити запас міцності каната за динамічними навантаженнями підйому і спуску.
або , (5.33)
– мінімальний коефіцієнт запасу міцності.
Кінцеве рішення про вибір каната можна робити лише після порівняння його з існуючими прототипами талевих систем, признаених для роботи в аналогічних умовах.

5.4 Визначення оптимальних швидкостей спуску і підйому

Виз¬на¬чи¬мо се¬р¬ед¬ню мех¬ан¬ічну швид¬кі¬сть га¬ка¬ п¬ри спуску та підйомі бурильної колони.¬
¬  , м/г¬од.¬ ¬ ¬ ¬ ¬ ¬ ¬ (5.34)
, м¬/год,¬ ¬ ¬ ¬ ¬ ¬ ¬ ¬ ¬ ¬ ¬ ¬ (5.35)
де Li – загальна довжина спущених і піднятих бурильних тр¬у¬б ¬за рей¬с або за вес¬ь¬ ч¬ас¬ п¬ровед¬ен¬ня¬ ¬свердл¬о¬вини.
¬ Тс¬ – ма¬шинни¬й ¬ча¬с с¬пуску,¬ г¬од¬;
Тп¬ ¬– ¬м¬ашинн¬ий¬ ч¬ас ¬підйо¬му¬, год.
¬ ¬ Максимальн¬а ш¬ви¬дкі¬сть г¬а¬ка¬ о¬б¬ме¬жуєть¬ся вимо¬га¬ми ¬техніки безпек¬и¬ й має ви¬гл¬яд¬
, м¬/с,¬ ¬ ¬ ¬ ¬ ¬ ¬(5.36¬)
¬  де lc –довжи¬на свічки, м¬.
м/с
¬ ¬  Макси¬ма¬льна меха¬ні¬чна шви¬дк¬ість п¬ід¬йому гака обм¬еж¬у¬ється¬ н¬ай¬б-ільшою¬ ¬швидкістю¬ н¬амоту¬вання ¬ка¬ната¬ на бара¬б¬ан¬ для забезпечення¬ р¬івном-ірн¬ого його ск¬ла¬дуван¬ня.

Швидкість змотування допускається

Д¬ля суч¬ас¬них б¬урових у¬ст¬ан¬о¬вок се¬редній час¬, щ¬о ¬заб¬езпечує ¬спу¬ск ¬і ¬п-ідйом 1¬00¬0 м¬ бури¬ль¬но¬ї колони протягом ¬1 год¬ин¬и, становить
¬  Се¬ред¬ня¬ ¬механі¬чн¬а швид¬кі¬ст¬ь підйому гак¬а з¬н¬ах¬оди¬ться за формулою (47).
¬ ¬  Знай¬де¬мо машинний час підйому гака:
, год. (5.37)
¬  ¬час ¬затрач¬ен¬ий¬ на підйом колони разо¬м¬ із доп¬оміжним часом, що затрач¬ує¬ть¬с¬я на машинно-¬руч¬них¬ о¬п¬ерація¬х ¬буриль¬ни¬х ¬труб, ОБТ і заміну долота, ¬с;¬
¬ ¬   час, затрачений на машинно-руч¬ні¬ опер¬ац¬ії бурильн¬их¬ труб (ро-згвинч¬ува¬нн¬я, ¬установк¬а¬),¬ ОБТ, заміну долота, с.
, с. ¬ ¬ ¬ ¬ ¬ (5.38)¬
¬  , с. (5.39)
S¬т¬ –¬ число свіч¬о¬к бурильн¬их¬ труб;¬
¬ ¬  S¬обт – ¬число с¬в¬іч¬ок¬ О¬БТ;
¬  ¬tт¬ ¬=60с –¬ ¬допоміжн¬ий час на ¬ма¬шинно-ручні оп¬ер¬ац¬ії ¬бурил¬ьних т¬р¬уб¬;
¬ ¬ ¬   tобт =¬90¬с ¬– доп¬ом¬іж¬ний час на м¬аш¬инно-р¬уч¬ні опер¬ац¬ії¬ з¬ О¬БТ;
Tд =800с ¬– ¬час заміни ¬до¬лота.

¬  ¬К¬іл¬ькість свічок визначається за ¬фо¬рм¬улою:
. ¬ ¬ ¬ ¬ ¬ ¬ ¬ ¬ ¬ ¬ ¬ ¬ ¬ ¬ ¬ ¬ ¬(5.40)
lc¬ –¬ ¬довжина сві¬чки, м.

Мінімальна механіч¬на шви¬д¬кість¬
¬  ,¬ м/с. ¬ ¬ ¬ (5.41)¬
м/с.
¬  Фор¬м¬ул¬а більш то¬чн¬а¬ для в¬е¬ликої кі¬лькос¬ті¬ свічо¬к¬. Мак¬си¬мальна¬ ме-ханічна шв¬ид¬кість га¬к¬а ¬при п¬ід¬йомі ¬¬2.мах.n обмежується також можливостями оператора зупинити гак на заданій ви¬со¬т¬і і м¬а¬ні¬пулюва¬т¬и ¬ним ¬пр¬и ¬підйо¬мі¬.¬

¬ 5.5 ¬Кі¬нематика підйомної системи

Середня швидкість руху ведучої гілки талевої системи при підйо¬м¬і на до-в¬жину ¬од¬ні¬єї гілки
, м/с. (5.42)
Середня¬ ¬часто¬та обе¬рт¬а¬ння б¬ар¬абана лебідки¬ ¬пр¬и ¬підйомі¬
¬, ¬об¬/хв. ¬ ¬ ¬ ¬ ¬ ¬ (5.43)¬
Тоді
об/хв.
¬  Dс¬р –¬ се¬редні¬й¬ д¬іаметр¬ ¬нав¬ивання к¬аната, м¬.¬
¬, ¬м, ¬ ¬ ¬ ¬ ¬ ¬ ¬ ¬ ¬ ¬ (5.44)

¬  де Do – мінім¬ал¬ьний діа¬ме¬тр¬ ¬на¬вивання кан¬ата¬, ¬м;
¬ ¬ ¬  De ¬– н¬айбільший д¬і¬аметр¬ н¬ав¬ивання к¬ан¬ата, м.
¬ ¬  , м. (5.45)
¬ ¬  Dб –¬ д¬іаметр бочки барабана¬, ¬м;
м
¬ ¬  D – ¬діаметр каната, м.¬
¬  , м. ¬ ¬ ¬ ¬ ¬ (5.46)
¬ z ¬– числ¬о¬ шарів навивання канат¬а;
- коеф¬іц¬і¬єн¬т ¬зм¬еншенн¬я ¬ді¬аметра навивання за рахуно¬к зменшення та¬ у-кладання каната =0,93..0,95.

Після¬ в¬изначе¬нн¬я частоти обертання шківів, знаючи ¬ча¬с СПО,¬ можна -знайти сум¬а¬рн¬у кіл¬ьк¬ість оберті¬в ¬(¬циклів) п¬ід¬шипникі¬в¬ шківів, які необхідні при їх виборі і розрахункові.
Визначимо середній машинни¬й¬ ч¬ас сп¬уску ¬бурильної колони на довжину однієї свічки.
, с, ¬ ¬ ¬ ¬ ¬ ¬ ¬ (5.47¬)
де ¬tp – пер¬і¬од¬ розго¬н¬у, в цей час гак збільшує швидкіст¬ь руху, с¬;
¬ ¬  tс¬т – період сталого руху, с;
tг – п¬ер¬і¬од га¬ль¬му¬в¬ання, ¬с¬.
Відповідно до дос¬лідних даних при довжині свічки 25...27м tp складає:
- при незавантаженому елеваторі tp = 20...30с;
- п¬ри¬ в¬аз¬і бур¬ов¬ої¬ ¬колони¬ ¬500...800¬К¬Н tp ¬=10...15 с;
- при вазі бурової колони 200...500 КН tp =8...10 с.
Період сталого руху при спускові залежить від середньої швидкості спуску:
, с, (5.48)
де h –довжина ходу гака, м.
, м, (5.49)
де і – коефіцієнт, що враховує відношення ходу гака до довжини свічки 1=1,01...1,02;
м
hт – шлях гака при гальмуванні, м. hт =0,5...6 м;
2.ср.с – середня механічна швидкість спуску гака,
2.ср.с =0,52.мах.с, м/с. (5.50)
2.ср.с – максимальна механічна швидкість спуску гака 2.мах.с 5 м/с.
2.ср.с =0,5...2,5 м/с.
Тоді маємо
с
Час га¬ль¬му¬ван¬ня ко¬ло¬ни при спу¬с¬ко¬ві
, с. ¬ ¬ ¬ ¬ ¬ (5.51)
с
¬ ¬  Д¬л¬я орієн¬т¬овних¬ ¬ро¬зрахунків з¬г¬ід¬но¬ з ф¬ормулою¬ ¬(48), мак¬с¬ималь¬н¬у швид¬кі¬с¬ть спуску можна прийняти
2.мах.с =0,6 . ¬ ¬ ¬ ¬ ¬(¬5.52)
2.мах.с =0,6 =3,6м/с
¬  Пр¬иблизно сер¬е¬дній ¬ма¬шинний ч¬а¬с ¬спуску¬ ¬колон¬и н¬а ¬дов¬жину свічки визначається так:
,с, ¬ ¬ ¬ ¬ ¬ ¬ ¬ ¬ ¬ (5.53)
де ¬¬с ¬– коефіцієнт заповнення т¬а¬хогра¬ми¬ п¬ри спу¬ск¬ові,
с = 1,5 – для ¬с¬пуску бу¬ри¬л¬ьн¬ої¬ к¬олони;¬
¬ ¬  с = 2 – для спу¬ску¬ незава¬нт¬а¬же¬н¬ого ел¬е¬ват¬ор¬а¬.

¬ ¬
¬ 5.6¬ Ви¬з¬начення по¬ту¬ж¬ності спуско-¬пі¬дйом¬ного ком¬плексу
¬
¬  П¬отужн¬ість, що пі¬дводи¬тьс¬я ¬до¬ г¬ака, в¬ибирає¬ть¬ся¬ такою¬, ¬щоб в¬о¬на¬ з¬аб-езпечу¬вала підйом б¬у¬рильн¬о¬ї ¬колони максимал¬ь¬но¬ї ваги¬ Р¬ма¬х ¬, відповідно до¬ ф¬о-рмули (5.19)¬, при вибраній мін¬і¬ма¬льній механі¬чні¬й ¬шв¬ид¬кості¬ ¬2¬.мін.с¬ ¬із формул¬и ¬(5.51) і за¬без¬п¬ечувала се¬ре¬дню ш¬ви¬дкість підйому, щ¬о¬ п¬отрібна для ¬підйом¬у колон¬и ¬2¬.ср.с із фо¬рм¬ули (¬5.39¬), а т¬а¬ко¬ж ¬бу¬ла б д¬остатньою¬ д¬ля підй¬ом¬у ¬ко¬л-они макс¬им¬альної ваги¬ п¬р¬и заданих т¬ехноло¬гі¬ч¬ни¬х шви¬дк¬ос¬т¬ях.
Пот¬уж¬ність¬ н¬а ¬гаку п¬ід¬йомного механізму для підйому бурильної колони
, Вт. (5.54)¬
¬   ,¬ ¬Вт. ¬ ¬ ¬ (5.55)
Тоді
Вт
Потужність двигунів привода підйомної системи
¬   ¬¬ , ¬Вт¬. (5.56)
д.л – ККД тран¬см¬ісі¬ї¬ ¬ві¬д¬ д¬ви¬гуна до вала лебідки.
, ¬ ¬ ¬ ¬ ¬ (5.57)
де т.т –¬ К¬КД ¬ту¬рботр¬ансфо¬рм¬а¬тора, т.т = 0,7...0,85;
тр – ККД трансмісії;
кп – ККД коробки переда¬ч¬, кп ¬= ¬0¬,85...0,9;
¬ ¬  л – ККД барабанного ва¬ла леб¬ідк¬и.

¬,¬ ¬ ¬ ¬ ¬ ¬ ¬ ¬ ¬ (5.58)
де і – число елеме¬н¬тів у ¬тра¬нсм¬і¬сі¬ї;¬
¬  в – ¬в¬ал¬ на опор¬а¬х ¬к¬очення (в¬ = ¬0,99), на опорах ковзанн¬я¬ (в=0,97);
л ¬– ¬КК¬Д¬ ланцюгової передачі (¬л ¬= ¬0,94)¬;¬
м – ККД му¬ф¬ти шин¬но-¬пне¬в¬ма¬ти¬ч¬ної чи ди¬с¬ко¬вої, ела¬с¬ти¬ч¬ної або зу¬бча¬с-тої (м = 0,99), ККД еле¬к¬т¬ро¬ди¬на¬мі¬ч¬ної¬ чи тур¬бо¬му¬ф¬ти (м = 0,97), при гли¬бо-ко¬му ко¬в¬зан¬ні до 0,85.

. ¬ ¬ ¬ ¬ ¬ ¬ ¬ ¬ ¬ ¬ ¬ ¬ ¬ ¬ ¬ (5.59)
¬ к¬ ¬– ККД ¬н¬ам¬отки ¬ка¬на¬та (к = 0¬,9¬5..¬.0,97.¬ ¬л¬ =¬ ¬0,9...0,95¬).¬
В¬ел¬ичина д.л =0,5...0,75 за¬ле¬жн¬о в¬ід¬ к¬онстр¬ук¬ц¬ії силово¬го¬ привода.¬
Тоді обрахуємо

При¬ гру¬по¬во¬му при¬во¬ді¬ по¬ту¬ж¬ність¬ під¬йо¬м¬ної си¬с¬те¬ми ви¬би¬ра¬ють із ура-ху¬ван¬ням¬ по¬ту¬ж¬но¬с¬ті¬ для при¬во¬да на¬со¬сів.¬

5.7¬ Р¬оз¬рахунок бар¬аб¬а¬на¬ лебід¬ки

Розмі¬р¬и ¬барабана¬ п¬о¬ви¬нн¬і ¬бути р¬оз¬ра¬ховані на¬ н¬авивання¬ вс¬і¬єї ро¬бо¬чо¬ї довжин¬и ¬каната.¬ М¬омент інер¬ції бар¬аба¬на лебі¬дк¬и повине¬н ¬бути п¬о ¬мо¬жливо¬с¬ті¬ невели¬ки¬м,¬ щ¬об полегш¬ити¬ р¬озгін ¬п¬ри спу¬ск¬ов¬і ненаван¬таж¬е¬ного елеватора.¬
¬  ¬Бараба¬н потріб¬н¬о ¬викона¬ти із¬ к¬атано¬ї сталевої ¬аб¬о литої¬ ¬об¬ичайки,¬ зв¬ар-ено¬ї ¬з лит¬им¬и¬ с¬талевими ¬дис¬кам¬и і ма¬то¬чинам¬и¬, ¬що забез¬пе¬чу¬є легку т¬ех¬но-логічн¬у ¬конс¬трукці¬ю,¬ я¬к¬а має ¬невел¬ик¬ий ¬момент¬ і¬нерції. Ш¬ківи г¬а¬ль¬ма можут¬ь -ос¬нащуватись ребр¬ами і ве¬н¬тиляц¬ійними ло- паст¬ям¬и ¬для поліпшення в¬ід¬во¬ду тепл¬о¬ти чи ка¬мер¬а¬ми для¬ в¬од¬я¬но¬го охолод¬ж¬ен¬ня¬. Гальм¬івні ¬ш¬ківи необхідно кр¬і¬пити ¬ д¬о ¬ребер болтами¬ й шп¬ил¬ьк¬ами, щоб при зношуванні ї¬х ¬можна ¬було б л¬егко зам¬ін¬ит¬и¬.
Ди¬ск¬и бар¬аба¬н¬ів зва¬рн¬о¬ї кон¬ст¬р¬ук¬ці¬ї вигот¬о¬вл¬я¬ють із вуглецево¬ї¬ сталі ¬ма-рк¬и 30Л¬ ч¬и ¬36Л. Боч¬ки¬ ¬ба¬р¬абана – 20Х¬Г¬, ¬а¬ литі¬ б¬арабани¬ – 35¬Л, 40Г¬2Л.
Б¬арабан¬ ¬ра¬зом із валом¬ з ¬г¬альмів¬ни¬ми¬ ¬ш¬кі¬в¬ами пот¬р¬іб¬но¬ стат¬и¬чно б¬алансу¬ва¬т¬и з т¬оч¬ністю 1,5 ¬Нм.¬
Діам¬ет¬р бара¬ба¬на ви¬би¬раю¬ть зал¬ежно ¬ві¬д ¬діаме¬т¬ра кана¬та¬ і¬ товщини д¬р-от¬у ¬в ньо¬м¬у, до¬вжину ¬– ¬в¬ід по¬тр¬ібної ка¬на¬тоємнос¬ті¬ та вибраног¬о чис¬ла¬ ш¬арів навивання к¬аната.¬ Д¬л¬я бурі¬н¬ня на в¬ел¬ик¬і глибини необхідно¬ ¬не¬ лише збільшувати діа¬ме¬тр¬ ¬ба¬рабана¬, а ¬й¬ зменшу¬ват¬и ¬чис¬ло шарів ¬н¬ав¬и¬вання ка¬на¬та¬ за рахуно¬к ¬збільшення ¬до¬вжини ¬ба¬рабана.
У сучасних лебідках діаметр барабанів – 0,6...1,07 м довжина – 0,9...1,83¬ м¬.
Рекомен¬дую¬ть¬ наступні¬ сп¬іввідноше¬нн¬я між ¬ді¬ам¬е¬тром б¬а¬рабана Dб¬ і¬ каната¬ d ¬д¬ля бур¬ов¬их¬ лебі¬до¬к:¬
, м. (5.60)

Для лебідок, що ¬п¬ри¬значе¬ні¬ д¬ля бурінн¬я ¬пр¬и великі¬й ¬к¬іл¬ь¬кості спу¬с¬кі¬в¬ і підй¬омів, потрібно вибирати барабани за такою формулою:
¬ ¬, м. ¬ ¬ ¬ ¬ (5.62)
Довжину барабана Lб вибирають залежно від діаметра в межах.
, м¬.¬ ¬ ¬ ¬ ¬ ¬ ¬ (5.63¬)¬

П¬ри виборі довжини ¬ба¬ра¬бана п¬отрібно пе¬рев¬і¬ри¬ти кут¬ відхиленн¬я к-аната¬ в¬ід¬ його сере¬дн¬ьо¬ї ¬лі¬нії (к¬ут¬ ¬девіа¬ці¬ї). Р¬екоме¬н¬дуємо¬ п¬ри¬йняти в межах -=45...60¬.
При ¬>6¬0¬ ¬к¬анат не ¬щі¬ль¬но укладається, внаслідок чого витки верхнього ряду попадають у проміжок між витками ¬н¬иж¬нього¬ ¬ря¬ду і заломлюються. П¬ри¬ ¬45 - в¬ин¬ик¬ають сили,¬ ¬що ¬відшт¬ов¬хую¬ть ка¬нат ві¬д ¬р¬еборд¬и¬ б¬арабана, при багатошаровому навиванні каната його витки набігають один на другий.
¬  Товщина стінок барабана повинна вибиратися з урахуванням конструктивних мис¬лень у¬ м¬ежах:
¬ ¬  , мм. ¬ ¬ ¬ ¬ ¬ (5.64¬)
Тоді

¬ ¬  Шорс¬тк¬ість ¬по¬ве¬рхні барабана і р¬е¬бо¬рд¬, що монтую¬ть¬ із кан¬а¬том, має ¬б-ути о¬бр¬облена¬ до¬ R¬z 20 мк¬м.¬

5.8 Розрахунок бочки барабана

Визначимо місцеві навантаження в стінці бочки
, Па, (5.65)
де Рі – ¬на¬тяг ведучої¬ ¬гілки¬ кінця¬ к¬а¬ната,¬ Н;
¬   t¬ –¬ ¬крок навивання каната, мм;
Rб – зовнішній раді¬у¬с ¬ба¬рабана, м;
¬  А¬і – коефіціє¬нт¬, що вр¬а¬хо¬в¬ує число шар¬ів¬ н¬авивання ¬каната, визначим¬о ¬з ¬таблиці 1.10.
Т¬аблиця 5.6 – Залежність коефіцієнта А від числа навивки нарів канату
Число ш¬арів ¬на¬вивання¬ кана¬та¬ К¬оефіц¬і¬єнт А
1¬ ¬1
¬2 1+1¬/
3 

4 

5 


- коефіцієнт, який ураховує вплив модулів пружності й площ переріз¬у -ка¬н¬ата Е¬к¬ та¬ F¬k та ¬бар¬аба¬на Eб і ¬F¬б.
¬¬ . ¬ ¬ ¬ ¬ ¬ ¬ ¬ ¬ ¬ ¬ (5.66)
де
Fk – площа поперечного пе¬р¬ер¬ізу дро¬ти¬нок к¬ан¬ат¬а, береться із ГОСТу залежно від вибраного каната; Fk=0,0011м2.
Fб – площа поперечно¬го ¬пер¬ерізу бо¬чк¬и¬ на до¬в¬жи¬н¬і кроку¬
¬ ¬  ¬ , м2. ¬ ¬ ¬ ¬ ¬ ¬ ¬ ¬(5.67)
¬ , ¬м¬. (5.68)
Тоді відповідно маємо


Розрахуємо ¬но¬рмальн¬і н¬апр¬уження¬ в ¬ст¬і¬нці б¬очки .¬


¬  Н¬а¬пруження¬ на в¬ол¬ок¬н¬ах зо¬вн¬іш¬н¬ьої поверхні
, МПа, (5.69)

Rв – внутрішній радіус барабана, м.
, м. (5.70)

Еквівалентні напруження визначають за енергетичною теорією міцності
, МПа. (5.71)
(5.72)
, МПа. (5.73)
За отриманими напруженнями визначаємо запас міцності межі текучості матеріалу т .

.

Якщо бочка виконана без ребер жорсткості, то вона ще перевіряється за граничним станом її форми.