З лівої сторони на трансмісійному валі встановлений шків гальмівної шинно-пневматичної муфти 32, призначеної для швидкого гальмування валів і фіксації їх при перемиканні швидкостей за допомогою кулачкових муфт і зубчатого зачеплення. На проміжному валі 15 встановлена двостороння кулачкова муфта 12 із закріпленими на ній ланцюговими колесами 10 та 13. За допомогою ланцюгових передач, що з’єднуються з ланцюговими колесами, установленими на трансмісійному валі, передається пряме обертання барабана і ротору, а за допомогою зубчатих коліс 26 передається зворотне обертання.

На цьому валу закріплені нерухомо ланцюгові колеса 14 та 16.З торця валу 15 закріплений вертлюг для подачі стисненого повітря до шинно-пневматичних муфт.З лівої сторони проміжного валу встановлені спарені шинно-пневматичні муфти 34 для з”єднання з другим проміжним валом 8 ,що змонтований на рамі 38,на якому встановлено ланцюгове колесо 35 для передачі потужності перших трьох швидкостей від коробки швидкостей на вал барабана.З лівої сторони на цьому валу закріплені гальмівні диски для з”єднання з спареними шинно-пневматичними муфтами 4,встановленими на тихохідному валі редуктора 3 регулятора подачі долота .

Редуктор подачі долота, що складається з редуктора 3, що з’єднується з привідним електродвигуном 36 і колодковим гальмом 37, змонтований так само, як і трансмісійний вал 8, на рамі 38.

Переміщення півмуфт для ввімкнення потрібних швидкостей здійснюється важільними системами 11, що мають привід від пневмоциліндра. Керування пневмоциліндром, що включає зворотне обертання барабана лебідки й ротора, здійснюється краном А, встановленим на коробці швидкостей.(див рис. )

Для змащення підшипників ланцюгових передач коробки швидкостей встановлений шестерний масляний насос 33, що має клинопасовий привід від трансмісійного вала. Для здійснення оперативного гальмування барабана лебідки на рамі 2 змонтоване стрічкове гальмо. Керування шинно-пневматичними муфтами спуско-підйомного агрегату, у тому числі і з'єднання трансмісійного вала з приводом, а також включення і відключення гальмівної машини зосереджено на пульті бурильника.

Шинно-пневматичні муфти

Шинно-пневматичні муфти ШПМ (рис. ) - основний робочий елемент пневматичного керування буровими установками. Вони служать для з'єднання і роз'єднання обертових деталей, передають обертовий момент.

Шинно-пневматичні муфти мають наступні переваги в порівнянні з іншими типами гнучких та ланцюгових муфт:

1) можуть ввімкнути механізм у будь-який момент і створити гнучке з’єднання, що компенсуватиме неточності зборки та монтажу;

2) можливість осьового зсуву валів, що з'єднуються, у шинних муфт є більшою, ніж у фрикційних муфт та муфт інших конструкцій;
3) при поступовому зносі фрикційних колодок робота муфти не розстроюється, тому що шинні муфти мають властивість самопідтягування;

4) завдяки поступовому та плавному підвищенню або зниженню тиску повітря в балоні муфти, зм'якшуються поштовхи при ввімкненні та вимкненні передач;

5) шинні муфти гасять крутильні коливання та вібрації,а також мають звукоізоляційні властивості.

При обладнанні механізмів шинними муфтами легко здійснюється дистанційне керування.

Шинно-пневматична муфта є з’єднаною з диском, маточина якого посаджена на одному з валів, що з'єднуються. На другому валі встановлюють шків, що охоплюється колодками муфти.

До наповнення балона повітрям між фрикційними колодками і поверхнею шківа існує рівномірний проміжок, рівний 2—3 мм. При подачі стиснутого повітря через ніпель у порожнину балона шинно-пневматичної муфти балон розширюється і притискає колодки до поверхні шківа. Сила тертя, що виникає між двома поверхнями, перешкоджає провертанню шківа щодо муфти.

Керуючи подачею повітря, можна здійснити зчеплення валів, коли вони нерухомі чи коли обертається один з них чи обоє одночасно з різними чи однаковими швидкостями.

Робочий тиск повітря в муфтах 6...9 кГ/см². Фізичні властивості гумового балона шинно-пневматичних муфт гарантують їхню нормальну роботу в інтервалі температур від —30° до +50°. При температурі від -50⁰ до +70° муфти залишаються працездатними, але знижується їхня зносостійкість.

При переохолодженні муфт під час експлуатації (нижче —30°) можуть з'явитися тріщини в балонах.

Для роботи на півночі муфти повинні бути виготовлені зі спеціальних морозостійких гумових сумішей.

Вимоги до електропривода подачі долота в процесі буріння

До електродвигунів приводу подачі долота накладаються наступні вимоги: є необхідність у зміні напрямку обертання, потрібний великий пусковий момент.

Основні вимоги, запропоновані до електродвигунів приводу подачі долота, зводяться до наступного:

-перевантажувальна здатність повинна бути обмежена з метою запобігання поломки механізму

-електропривод повинний бути індивідуальним; двигун повинен установлюватися на одній рамі з регулятором подачі долота;

-потужність електродвигуна близько 100 кВт;

-напруга електродвигунів – 220 - 380 В;

-швидкість обертання двигуна – 750-1000 об/хв.;

-пусковий момент повинний забезпечувати запуск двигуна при моменті опору на валі 0,4 – 0,6 від номінального;

-електродвигуни можуть бути постійного струму, асинхронні як з короткозамкненим, так і з фазним ротором.

Основні характеристики процесу регулювання:

- регулювання швидкості при постійному навантаженні на валі;

- відносно невисока перевантажувальна здатність;

- неширокий діапазон робочих чисел обертів.

Розрахунок і вибір потужності двигуна для регулятора подачі долота, перевірка вибору

При підйомі інструмента електродвигун працює з повним навантаженням, причому коефіцієнт потужності складає 0,75-0,80. При допоміжних роботах двигун працює з неповним навантаженням, коефіцієнт потужності коливається в межах 0,4-0,5. Таким чином, велику частину часу електропривод бурильної лебідки працює з заниженим коефіцієнтом потужності.

Ця обставина ще раз підтверджує велике значення ретельного розрахунку потужності електродвигунів для приводу бурильної лебідки.

Розрахунок потужності і вибір електродвигуна для приводу лебідки проводиться в два етапи - спочатку по основних параметрах лебідки, користуючись наближеними формулами, визначають приблизне значення необхідної потужності, а потім, після вибору конкретного типу двигуна, роблять перевірочний розрахунок потужності методом середньоквадратичного струму.

В даний час для визначення потужності електродвигуна піднімальної лебідки з відомими технічними даними застосовують ряд формул. Найбільше простою, але в той же час і найменш точною, є загальновідома формула потужності, необхідна для підйому вантажу:

[кВт] (1)

η_л - к.п. д. передач від вала двигуна до вала барабана; можна прийняти

η _л = 0,77÷ 0,8;

η_т- к.п. д. талевої системи; можна прийняти при оснастці:

5Х6 ... .. - η_т= 0,80

Так як середня швидкість тягової гілки каната V_cp і середня швидкість підйому вантажу V пов'язані співвідношенням

, де m - число робочих струн оснастки талевої системи, то формула (1) може бути приведена до вигляду

[кВт] (2)

Максимальна вага вантажу:

Q = H · m + m_н= 5000 · 34 + 32000 = 202000 кг

де Н = 5000 м – довжина свердловини;

m = 34 кг – маса 1 м бурильної труби;

m_н= 32000 кг – маса “важкого низу”.

Середня швидкість намотки каната на барабан

м/с

де D_cp- середній діаметр намотки каната на барабан лебідки, м;

– число обертів барабана лебідки в хвилину.

Середній діаметр намотки каната на барабан дорівнює

де D₁ - діаметр першого робочого ряду каната, м;

D₂ - діаметр останнього робочого ряду каната, м.

Діаметр першого робочого ряду каната можна визначити по формулі

D₁ = D_б + d_к+ 1,865 · d_к = 0,75 + 0,032 + 1,865 · 0,032 = 0,84 [м]

(при розрахунках прийнято, що на бочці барабана постійно є один ряд каната, що у роботі не бере участь).

Діаметр останнього ряду каната

D₂ = D_б + d_к + 1,865 · d_к ·i = 0,75 + 0,032 + 1,865 · 0,032 · 5 =1,08 [м]

де D_б = 0,75 – діаметр бочки барабана, м;

d_к = 32мм – діаметр талевого каната;

і - число рядів каната, що намотуються.

Вибиремо асинхронний двигун з наступними номінальними даними:

Тип	P_н,кВт	U_н,В	n_ном,об/хв	І_н,А	ККД_н,%	cosφ
4AH280S6	90,00	380	978	165.6	92.5	0.89

I_п/I_н	М_п/М_н	М_к/М_н	r_1,Ом	x_1,Ом	r₂^’_,Ом	x₂^’_,Ом	J_д,кгм²*
6,0	1,2	2,0	0,0425	0,1594	0,0289	0,1727	2,50

Перевірка по максимальному моменту:

c^-1

Автоматизація процесу подачі долота при бурінні нафтових свердловин (стр. 7 из 8)

4AH280S6

Перевірка по максимальному моменту: