Расчет буровой лебедки (стр. 4 из 7)

Кулачковые полумуфты 27 и 29 используются для соединения подъемного вала с валом электромагнитного тормоза. Для устранения биения при вращении крупные детали подъемного вала и вал в сборе подвергаются балансировке. Все болтовые соединения подъемного вала лебедкой законтрены.

Вал 9 привода ротора устанавливается на двух роликовых радиально-сферических подшипниках 1 (рисунок 2.2). Левый подшипник устанавливается в корпусе масляной ванны. Корпус правого подшипника крепится к раме буровой лебедки. Подшипники закрыты фланцевыми крышками, снабженными лабиринтным уплотнением. Ведущее двухрядное цепное колесо 3 вращается от подъемного вала и установлено на ступице 11, закрепленной на валу шпонкой. Ведомое цепное колесо z = 27 выполнено в виде шкива-звездочки 4, свободно вращающейся относительно вала на роликоподшипниках 10.

Планшайба 7 шинно-пневматической муфты 6 с помощью шпонки жестко закреплена на валу 9. Воздух в муфты подводится через вертлюжок 12 и отверстия в вале. В аварийных случаях для соединения муфты могут быть использованы болты 8. На вертлюжке 12 имеется цепная звездочка для привода тахогенератора, контролирующего частоту вращения стола ротора. Противоположная консоль вала 9 может быть использована для соединения с двигателем в случае индивидуального привода ротора. Подшипники смазываются через тавотницы 2 и 5.

Рисунок 2.2 Вал привода ротора в сборе

2. Расчетная часть

2.1 Расчет и выбор параметров буровой лебедки

К основным параметрам буровых лебедок относятся мощность, скорости подъема, тяговое усилие, длина и диаметр барабана лебедки. От правильного выбора указанных параметров зависят производительность, экономичность, габариты и масса лебедки, которые существенно влияют на эффективность бурения, транспортабельность и монтажеспособность всей буровой установки.

Определяем скорость ходовой струны каната на i-ой скорости по известной зависимости

(2.1.1)

где v_i – скорость подъема на i-ой скорости, м/с;

i_т.с – кратность оснастки.

По ([3], табл. II.3) i_т.с = 14.

Максимальная скорость подъема ограничивается безопасностью управления процессом подъема и предельной скоростью ходовой струны, при которой обеспечивается нормальная навивка каната на барабан лебедки. Для предотвращения затаскивания талевого блока на кронблок из-за ограниченного тормозного пути скорость подъема крюка, согласно требованиям безопасности, не должна превышать 2 м/с.

Для талевых механизмов с кратностью оснастки принимаем t_т.с˂10 v_max=2,0 м/с.

Минимальная скорость подъема — резервная и используется для технологических целей: при расхаживании колонн бурильных и обсадных труб; при ликвидации осложнений и аварий, связанных с затяжкой и прихватом бурильных труб; при подъеме колонны труб через закрытые превенторы; при подъеме колонны труб в случае отказа одного из двигателей привода лебедки. Величина минимальной скорости подъема принимается в установленных практикой бурения пределах: v_min=0,2 м/с.

Отношение предельных скоростей определяет диапазон регулирования скоростей подъема лебедки:

(2.1.2)

Промежуточные скорости подъема определяются из геометрического ряда чисел

(2.1.3)

где φ-знаменатель геометрической прогрессии.

(2.1.4)

где k — число передач.

Разбивка скоростей в геометрической прогрессии позволяет обеспечить относительно равное изменение смежных скоростей, и поэтому большая часть скоростей располагается в зоне низших передач, используемых для подъема колонн бурильных и обсадных труб сравнительно большего веса. Наряду с этим геометрический ряд передач позволяет сохранить степень загрузки буровой лебедки при переходе с одной передачи на последующую.

В соответствии с числом передач прототипа, принимаем k = 6.

Итак, определяем промежуточные скорости подъема:

-вторая скорость

-третья скорость

-четвертая скорость

-пятая скорость

-шестая скорость окончательно

Определяем скорости ходовой струны каната:

-первая скорость

-вторая скорость

-третья скорость

-четвертая скорость

-пятая скорость

-шестая скорость

Диаметр барабана выбираем в зависимости от диаметра талевого каната:

(2.1.5)

где d_к-диаметр каната, м.

В соответствии с диаметром каната d_к=32 мм ([3], табл. 11.3), применяемом на прототипной лебедке принимаем d_к=32 мм.

Принимаем D_б=740 мм.

Диаметр конечного слоя навивки каната на барабан

(2.1.6)

где α=0,93 — коэффициент, учитывающий уменьшение диаметра навивки вследствие смещения каната в промежутки между витками нижнего слоя;

К-число слоев навивки.

В соответствии с числом слоев навивки К=3 ([3], табл. 11.3), применяемом на прототипной лебедке принимаем К=3.

По допускаемым отклонениям ходовой струны талевого каната длину барабана выбираем в пределах

(2.1.7)

где l_б- длина барабана, м;

Н – расстояние между осями подъемного вала буровой лебедки и направляющего шкива кронблока, м.

Принимаем Н примерно равной высоте буровой вышки Н=45 м.

Принимаем l_б=1500мм.

2.2 Расчеты на прочность

Расчеты на прочность деталей и узлов лебедки выполняются по тяговому усилию, возникающему при допускаемой нагрузке на крюке, с учетом веса подвижных частей талевого механизма, кратности оснастки и потерь на трение при подъеме.

Определяем наибольший крутящий момент М_кр на подъемном валу лебедки:

(2.2.1)

где N – номинальная приводная мощность лебедки, Вт;

ω_б – угловая скорость вращения барабана, с^-1.

Принимаем N = 900*10³ Вт.

Угловая скорость вращения барабана определится по формуле

(2.2.2)

Зная максимальный диаметр навивки каната на барабане D_к и наибольший крутящий момент М_кр на подъемном валу лебедки можно вычислить натяжение ведущей ветви каната

(2.2.3)

2.2.1 Расчет на прочность барабана лебедки

После выбора конструкции и определения основных размеров, барабана необходим его расчет на прочность. При навивке каната в стенках бочки барабана возникают напряжения сжатия, изгиба и кручения. В связи с тем что осевой и полярный моменты сопротивления сечения барабана большие, напряжения изгиба и кручения, возникающие в стенке барабана, несущественны. Поэтому расчет проводят только по напряжениям сжатия ([1], с.309)

(2.2.1.1)

где Р_в - натяжение ведущей ветви каната, Н;

s — толщина стенки бочки барабана, м;

А — коэффициент, зависящий от числа навиваемых слоев и других факторов;

[σ_сж]-допустимые напряжения сжатия, Па.

Принимаем по аналогии с прототипом s = 80 мм = 0,08 м.

Допустимые напряжения сжатия материала бочки барабана [σ_сж]=500МПа ([1], табл. 6), считая, что бочка барабана изготовлена из углеродистой стали 30.

При числе слоев навивки К=3 коэффициент А равен([1], с. 309):

(2.2.1.2)

где λ — коэффициент, зависящий от диаметра каната, модуля его упругости Е_к и толщины стенки барабана

(2.2.1.3)

где Е = 2,1*10⁵ МПа —модуль упругости стали;

Е_к- модуль упругости каната, МПа.