Практические работы по буровому оборудованию. Практические работы 1. Тема Определение вертикальных нагрузок на буровую вышку. Выбор буровой установки Цель работы Научиться определять нагрузки на вышку и выбирать буровую установку в зависимости от конкретных условий бурения
 Скачать 4.21 Mb.
|
|
ТЕМА: Выбор каната по разрывному усилию, расчет каната на прочность, определение наработки каната. Цель работы: Научиться определять разрывное усилие каната, его прочность, определять наработку каната. Конструктивно стальной канат представляет собой изделие, свитое из стальных проволок небольшого диаметра. В нем можно выделить две основных части: Сердечник – центральная часть, выступает в качестве опоры для внешних слоев и амортизатора; Внешний слой (слои) – принимает на себя нагрузки и обеспечивает необходимую прочность. Существуют следующие типы конструкций тросов: Общего назначения – из проволок круглого сечения; Закрытые – из проволок круглого сечения, но с одним или несколькими внешними слоями из фасонной проволоки (клиновидной, z-образной, x-образной). Они, прижимаясь друг к другу, образуют защитную оболочку; Из проволок круглого сечения с последующим пластическим обжатием – проволоки деформируются и прижимаются друг к другу, создавая подобие защитной оболочки; Из проволок круглого сечения и пластически обжатые с наружной полимерной оболочкой. Стальные тросы могут свиваться из отдельных проволок или целых прядей, в последнем случае достигается увеличение диаметра изделия с повышением его усилия на разрыв. В качестве сердечника может использоваться прядь из стальной проволоки или органического материала (натурального или синтетического). С целью защиты от коррозии готовое изделие покрывается специальной консистентной смазкой. Какие бывают стальные канаты? Типы свивки. Классификация стальных канатов построена на конструктивных признаках, параметрах и применении: Конструкция – из круглых проволок и с оболочкой из фасонных проволок (закрытые); Назначение – грузовые и грузолюдские; Форма поперечного сечения – круглые и плоские; Форма поперечного сечения прядей – круглые и фасоннопрядные (треугольные); Свивка прядей – ТК (точечное касание проволок разных слоев, слои намотаны под разными углами), ЛК (линейное касание проволок разных слоев, слои намотаны под одним углом), ЛК-О (свивка ЛК из проволок одинакового диаметра), ЛК-Р (свивка ЛК, внешний слой пряди свит из проволок разного диаметра), ЛК-З (свивка ЛК с проволоками заполнения), ЛК-РО (свивка ЛК, имеются слои из проволок как одинакового, так и разного диаметра), ТЛК (комбинированное точечно-линейное касание проволок), ПК (полосовое касание проволок); Способ свивки – раскручивающиеся (проволоки не подвергаются предварительной деформации) и нераскручивающиеся (проволоки предварительно деформированы) пряди; Степень уравновешенности – рихтованные (выпрямляется при размотке) и нерихтованные (теряют прямолинейность); Направление свивки – правая и левая; Направление свивки элементов канатов двойной и тройной свивки – крестовая, односторонняя и комбинированная свивка; Механические свойства – ВК (высокое качество), В (повышенное качество), 1 (обыкновенное качество); Точность изготовления – нормальной и повышенной точности; Покрытие проволок – без покрытия и цинкование типов С (для средних агрессивных условий), Ж (жестких агрессивных условий), ОЖ (особо жестких агрессивных условий); Покрытие каната – без покрытия и с полимерным покрытием; Эксплуатация бурового оборудования Материал сердечника – с металлическим сердечником, с органическим сердечником из натуральных или синтетических волокон, с органическим сердечником из твердого полимера, с комбинированным металлорганическим сердечником. Натяжение В процессе эксплуатации стальной канат должен испытывать нагрузки, не приводящие к его разрушению – они называются допустимыми или рабочими. С целью обеспечения безопасности допустимая нагрузка стальных кантов должна быть в 2 – 7 раз меньше разрывной. Допустимая нагрузка стальных канатов указывается в паспорте оборудования, разрывная – в документах на трос, а запас прочности регламентируется общепромышленными и отраслевыми документами. При выполнении отдельных операций необходимо контролировать натяжение стальных канатов, чтобы не превысить допустимой нагрузки. Это осуществляется как путем обстукивания троса или стропов, так и с помощью динамометров. Какова величина запаса прочности стальных канатов? Одним из основных параметров каната является его разрывная нагрузка, однако во избежание аварий максимальная нагрузка на трос должна быть в несколько раз меньше разрывной. Число, показывающее, во сколько раз натяжение троса при эксплуатации меньше определенной для него разрывной нагрузки, является коэффициентом запаса прочности стального каната. При подборе комплектующих для подъемной техники следует определить, какова величина запаса прочности стальных канатов, и отвечает ли она предъявляемым требованиям. Это коэффициент зависит от области применения: Талевые канаты должны иметь запас прочности 2,5 – 3; В отдельных случаях допускается двухкратный запас прочности; Канатные стропы должны иметь запас прочности до 6 – 7 и выше. Конкретные значения определяются в соответствии с регламентами, инструкцией по эксплуатации оборудования и иными документами. Разрывные усилия Одной из основных эксплуатационных характеристик стального каната является его разрывное усилие – оно показывает, какое усилие необходимо приложить к изделию для его разрушения. Разрывные усилия стальных канатов зависят в первую очередь от их диаметра, но свой вклад делают конструкция, тип используемой проволоки и т.д. Данный параметр установлен для каждого типа тросов, он прописан в соответствующих ГОСТ – в документах представлена таблица разрывного усилия стальных канатов в зависимости от диаметра и маркировочных групп. Выбор стальных канатов При выборе стальных канатов необходимо руководствоваться: Требованиями, предъявляемыми к тросу в инструкции или паспорте оборудования, стандартами и иными документами; Характеристиками конкретного каната; Нормами охраны труда и безопасности. В случае замены поврежденного или изношенного каната новый не должен отличаться по типу, марке и характеристикам от старого (если обратное не указано в инструкции). Также не допускается использовать тросы с меньшим диаметром или другого типа, с меньшим разрывным усилием и другими параметрами. При возникновении сложностей с подбором стального каната на помощь придут наши специалисты. Вы можете задать вопросы о продукции по телефону, в мессенджерах или через форму обратной связи – мы ответим вам и поможем сделать верную покупку. Под наработкой талевого каната понимается отработка каната при равномерном его износе по всей длине с соблюдением условий, при которых перепускаемый участок каната подходит к предельному состоянию усталостного износа. Это достигается правильным выбором диаметра каната, его исходной длины, рациональной оснасткой эффективной системой перепуска. Оптимальная отработка талевых канатов на буровой достигается при помощи системы Эксплуатация бурового оборудования перепусков талевых канатов, способствующих повышению технического ресурса. Благодаря перепуску каната достигается равномерный износ его по длине, снижаются относительные потери от недоработки каната на участке, прилегающем к неподвижной ветви, что обеспечивает снижение расхода каната на метр проходки. Исходные данные: Вышка высотой Н = 40,5м и весом Q в = 182,75 кН подвергается действию ветровой нагрузки. размер нижнего основания вышки по осям ног а = 7,2 м, размер верхнего основания вышки по осям ног в = 1,63 м, расстояние от вышки до якоря оттяжки с = 30 м Таблица 3 Для предотвращения опрокидывания вышка укреплена двумя ярусами оттяжек (по 4 оттяжки в ярусе). Ветровую нагрузку на вышку Р ветр , горизонтальную составляющую от веса свечей, установленных на палец Р г , горизонтальную нагрузку на палец от ветровой нагрузки на свечи Р св , взять из таблицы 3 согласно своего варианта. Порядок выполнения работы. 1. Определить ординату приложения ветровой нагрузки на вышку , где Н – высота вышки, м 2. Определить общую горизонтальную нагрузку на палец Р = Р св + Р г , кН 3. Определить усилие в оттяжке ( ) , где h = 22,5 м – высота расположения балкона верхового К = 1,5 – коэффициент устойчивости. 4. Определить разрывное усилие каната Р разр = S[К], кН принять [K] = 3,5 5. Выбрать канат из таблицы 2 (2, стр. 185, табл. 34) 6. Выписать данные каната Р разр = …… кН d к = ….. мм F к = ……мм 2 = ……мм в = ……Мпа Эксплуатация бурового оборудования Практическая работа № 4 ТЕМА: Выполнение оснастки талевой системы, выбор типа оснастки и заправочная длина талевых канатов Цель работы: Научиться производить выбор талевого каната, выполнять его проверочный расчет, выбирать оснастку талевой системы. Талевая система выполняет следующие важнейшие функции: грузоношение (спуск, подъем и поддержание на весу тяжелого бурового инструмента и обсадных труб); точечное физическое воздействие (создает на крюке необходимое усилие для высвобождения из скважины бурильной колонны, это особенно эффективно при аварийных ситуациях, возникающих в ходе работы с бурильной колонной); механическая поддержка (удерживает бурильную колонну, опущенную в скважину) Талевая система - полиспастный механизм, состоящий из 3 х компонентов: кронблок; талевый блок; стальной канат. Кронблок - неподвижная часть талевой системы, монтируется на верхней раме мачты или на подкронблочных балках вышки. Талевый блок - подвижная частью талевой системы, подвешивается к кронблоку на талевом канате и соединяется с бурильными или обсадными трубами с помощью вертлюжной скобы, крюка или элеватора. Кронблок + Талевый блок - это отдельный элемент талевой системы буровой установки – крюкоблок , который предназначен непосредственно для выполнения спускоподъемных операций. Стальной канат обеспечивает гибкую связь между буровой лебедкой и механизмом крепления неподвижного конца каната. Талевая система преобразует вращательное движение барабана буровой лебедки в поступательное движение крюка или крюкоблока. На крюк подвешивается колонна труб, благодаря чему она может с легкостью перемещаться и удерживаться на весу. Важный технологический момент талевой системы - ее оснастка. Под оснасткой талевой системы понимается подвешивание в определенной последовательности каната на шкивы талевого бока и кронблока с целью предотвращения перекрещивания каната и предупреждения трения его частей друг о друга. Основные типы талевых систем: В разведочном бурении активно применяются следующие типы талевых систем: с креплением свободного конца каната к основанию буровой установки (на схеме б и в); с креплением свободного конца каната к кронблоку (на схеме г); с креплением свободного конца каната к талевому блоку (на схеме д). Спускоподъемные операции на прямом канате (на схеме а) выполняются только в случае небольших нагрузок на крюк. Талевые канаты имеют круглое сечение и по диаметру должны совпадать с желобами шкивов. Иначе: повышается показатель износа каната, возникает риск его защемления. Допускается использование канатов, Ø которых на 10 % меньше расчетного показателя. Типы оснастки включают параллельный и крестовой, определяемые в зависимости от взаимного положения осей кронблока и талевого блока. Крестовая оснастка, при которой оси Эксплуатация бурового оборудования кронблока и талевого блока перпендикулярны, является предпочтительной, поскольку позволяет предотвратить возможность закручивания каната. Исследованиями установлено, что для серийных буровых установок грузоподъемностью 1250 кН (с талевой системой) целесообразно использовать канаты длиной до 2000 м, а на установках грузоподъемностью 2000 или 3000 кН -- 1700 м. Увеличение длины канатов нежелательно ввиду больших трудностей, связанных с производством ”длинных” канатов. Дополнительные указания: Максимальную нагрузку на крюке от веса наиболее тяжелой колонны с учетом динамических нагрузок взять из практического занятия №1. Тип оснастки талевой системы взять из практического занятия №1, диаметр бочки барабана лебедки из таблицы 5. Порядок выполнения. 1. Определить коэффициент полезного действия талевой системы , где β = 1,03 – коэффициент сопротивления шкива 2. Определить натяжение ходового конца талевого каната 3. Определить разрывное усилие каната Р разр = Р х.к [К], приняв [К] = 3,5 и по таблице 5 выбрать талевый канат. Выписать необходимые данные каната Р разр = …..кН , d к = …. мм, F к = …. мм 2 , = ….. мм (3-го слоя) , в = …… МПа 4. Определить суммарное напряжение в канате , Мпа принять модуль упругости каната Е к = 1 * 10 5 МПа 5. Определить фактический коэффициент запаса прочности каната , [К]= 3÷5 6. Сделать вывод о соответствии требованиям выбранного каната. Эксплуатация бурового оборудования Выбор оснастки талевой системы Исходные данные: Тип выбранного каната (из практического занятия №4), Q кр - нагрузка на крюке от веса бурильной колонны с учетом расхаживания (из практического занятия №1). Порядок выполнения. 1. Определяем число возможных рабочих струн талевой системы [ ] , где [К] = 5,0 – коэффициент запаса прочности Р р – разрывное усилие выбранного каната (из практического занятия №4) 2. По полученному значению выбираем тип оснастки Дополнительные указания: При выборе типа оснастки значение «П» округлить до ближайшего целого парного числа. Пример: при расчете П = 7,2 принимаем П = 8, следовательно, оснастка талевой системы 4х5. При выборе оснастки необходимо руководствоваться также данными ГОСТа 16293-82, согласно которых максимальная скорость подъема бурового крюка составляет кр ≤ 2 м/с. При уменьшении оснастки кр возрастает, что снижает срок службы талевого каната. Эксплуатация бурового оборудования Практическая работа № 5 ТЕМА: Кинематический расчет лебедки. Построение графика средних скоростей подъема крюка Цель работы: Научиться определять мощность привода буровой лебедки и делать выводы по полученным результатам. Буровая лебедка является основным механизмом буровой установки и предназначена для производства следующих операций: Ø спуска и подъема бурильных и обсадных труб; Ø удержания колонны труб на весу в процессе бурения или промывки скважины; Ø передачи вращения ротору; Ø свинчивания и развинчивания труб; Ø производства вспомогательных работ по подтаскиванию в буровую инструмента, оборудования, труб и др.; Ø для подъема собранной вышки в вертикальное положение. Буровые лебедки различаются по мощности и другим техническим параметрам, а также по кинематическим и конструктивным признакам. Мощность буровых лебедок, регламентируемая для отечественных лебедок ГОСТ 16293—82, находится в пределах 200—2950 кВт в зависимости от глубин бурения. По числу скоростей подъема различают двух-, трех- четырех- и шестискоростные буровые лебедки. За рубежом применяются восьми- и десятискоростные буровые лебедки. Скорости подъема изменяются путем переключения передач между валами лебедки либо посредством отдельной коробки перемены передач. В зависимости от используемого привода различают буровые лебедки со ступенчатым, непрерывно-ступенчатым и бесступенчатым изменением скоростей подъема. Ступенчатое изменение скоростей подъема имеется в буровых лебедках с механическими передачами от тепловых двигателей и электрических двигателей переменного тока. При гидромеханических передачах лебедки с теми же двигателями имеют непрерывно-ступенчатое изменение скорости подъема. В случае использования привода от электродвигателей постоянного тока, скорости подъема лебедки изменяются бесступенчато по кривой постоянства мощности двигателя. По схеме включения быстроходной передачи различают буровые лебедки с независимой и зависимой «быстрой» скоростью. Как известно, при спуске бурильных и обсадных труб в соответствии с последовательностью выполняемых операций используются две скорости: тихая — для приподъема колонны труб с целью освобождения клиньев или элеватора и быстрая —для последующего подъема незагруженного элеватора за очередной свечой. Для ускорения спуска переключение указанных скоростей не должно много времени и поэтому осуществляется фрикционными муфтами с поста бурильщика. Буровые лебедки с независимой схемой скоростей позволяют поднимать незагруженный элеватор на быстрой скорости независимо от тихой скорости, используемой для приподъема. При зависимой схеме незагруженный элеватор поднимают на разных скоростях, равных либо пропорциональных скорости, используемой для приподъема колонны труб. По числу валов различают одно-, двух- и трехвальные буровые лебедки. Одно- и двухвальные лебедки снабжаются отдельной коробкой перемены передач. В трехвальных лебедках скорости подъема изменяются с помощью передач, установленных между валами самой лебедки. Для вспомогательных работ двух- и трехзальные буровые лебедки снабжаются фрикционной катушкой. В случае использования одновальной лебедки для этого подключают дополнительную вспомогательную лебедку. Буровые лебедки различаются по числу скоростей, передаваемых ротору, и кинематической схеме передач, установленных между лебедкой и ротором. По способу управления подачей долота различают буровые лебедки с ручным и автоматическим управлением, осуществляемым посредством регулятора подачи долота. По конструкции буровые лебѐдки делятся на две группы: Двух или трѐхвальные (У2-5-5 и У2-2-11). Эксплуатация бурового оборудования Одновальные с коробкой переменных передач (ЛБУ-750, ЛБУ-1100, ЛБУ-1700). Расшифровка обозначений: ЛБ – лебѐдка буровая; У – завод Уралмаш; 750, 1100, 1700 – мощность на барабане в лошадиных силах. Буровые лебѐдки первой группы состоят из сварной рамы, на которой вмонтирован подшипник качения, подъѐмный вал с барабаном для навивки талевого каната, промежуточные и трансмиссионные валы. Все валы кинематически связаны между собой цепными передачами, которые передают им крутящие моменты и используются для регулирования частоты вращения валов. На промежуточном валу, кроме звѐздочек цепной передачи, в ряде случаев установлены специальные катушки для проведения работы по подтаскиванию грузов, навинчиванию и развинчиванию труб, при спуско-подъѐмных операциях. Такие валы называются катушечными. В одно и двухвальных лебѐдках катушки не устанавливаются, а для выполнения работ по подтаскиванию грузов и свинчиванию труб используют вспомогательные лебѐдки и пневмораскрепители. Рама лебѐдки закрыта предохранительными щитами. Подъѐмный вал лебѐдки оборудуется двумя видами тормозов – ленточным с ручным и пневматическим управлением (расположенными на тормозных шкивах барабана лебѐдки) и гидравлическим или электрическим (соединѐнным через муфту с подъѐмным валом). Ленточные тормоза служат для удержания колонны труб навесу, регулирования скорости спуска и полного торможения, а также для подачи долота на забой при бурении скважин. Гидравлические или электрические тормоза нужны для замедления спуска колонны и облегчения работы на ленточном тормозе. Для обеспечения равномерной подачи долота на забой все современные конструкции лебѐдок оснащаются автоматами АПД или регуляторами РПД подачи долота, которые соединяются цепными передачами с подъѐмным валом и во время бурения включаются с цепными кулачковыми муфтами. Лебѐдки снабжены специальной трансмиссией для вращения ротора. В лебѐдках ЛБУ-1100, ЛБУ-1700, ЛБУ-3000, входящих в комплекты буровых установок соответственно БУ-5000, БУ-6500, БУ-8000 с электроприводом, трансмиссия ротора отсутствует, а привод ротора осуществляется от отдельного электродвигателя. Исходные данные: Таблица 8 Кинематическая схема буровой установки Тип БУ взять из таблицы 8 согласно своего варианта. Порядок выполнения 1. Сделать анализ кинематической схемы, при котором: - Определить расположение главного привода буровой лебедки; - Определить, через которые кинематические цепи (передачи) возможна передача вращения с главного привода на барабан; - Определить общее количество скоростей вращения барабана. 2. Определить частоты вращения барабана на всех передаваемых скоростях в порядке возрастания. 3. Построить график скоростей в произвольно выбранном масштабе на миллиметровой бумаге. Эксплуатация бурового оборудования Указание: Пример расчета рассмотрен для буровой лебедки ЛБУ-1200К буровой установки «Уралмаш-3000ЭУК». Пример: Выполнить кинематический расчет буровой лебедки ЛБУ-1200К буровой установки «Уралмаш-3000ЭУК». Главным приводом буровой лебедки является электродвигатель АКБ-13-62-8N = 500 кВт, n = 740 об/мин. Мощность двигателя на лебедку передается через коробку переменных передач КПЦ- 700. В коробке имеется три пары цепных передач, посредством которых можно получить три скорости вращения ведомого вала. 1-я скорость – передача 2-я скорость – передача 3-я скорость – передача С коробки на трансмиссионный вал лебедки мощность передается посредством цепной передачи . Между трансмиссионным и подъемным валами лебедки связь осуществляется посредством двух цепных передач: , . Следовательно, подъемный вал будет иметь шесть различных скоростей вращения. Определяем скорости вращения подъемного вала (барабана) лебедки. , об/мин , об/мин где П дв – 740 об/мин Построение графика скоростей буровой лебедки. В произвольном масштабе (желательно 1:10 1мм – 10 об/мин) на миллиметровой бумаге откладываем на вертикальной оси частоты вращения валов, рассмотренных в кинематическом расчете. |