Талевая система буровой установки

Тема: “Талевая система буровой установки”

1.  ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

1. Закрепить знания студентов по теории подъема и спуска бурильной колонны;

2. Получение практических навыков по выполнению оснастки талевой системы;

3. Изучение нагрузок, действующих в ветвях, талевой системы, и их измерение;

4. Изучение энергетических параметров талевой системы.

2.  ОБОРУДОВАНИЕ, ПРИБОРЫ И ПРИНАДЛЕЖНОСТИ

1.Действующая модель талевой системы;

2.ЭВМ "Электроника ДЗ-28”;

3.Динамометры;

4.Ваттметр;

5.Секундомер;

6.Линейка измерительная;

7.Набор грузов;

8.Плакаты, схемы.

3. ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

При статическом положении (состояние покоя) усилия в вет­вях талевого каната равны:

,    (1)

  где … - усилия в рабочих ветвях;

n - порядковый номер ветви;

- усилие в неподвижной ветви;

- усилие в ходовой ( подвижной ) ветви;

- нагрузка на крюке;

- кратность оснастки талевой системы.

Кратность оснастки определяется числом рабочих ветвей каната (число ветвей между           талевым блоком и кронблоком ),  либо удвоенным числом оснащенных шкивов талевого блока.

То есть ,

где  - число оснащенных шкивов талевого блока.

Кратность оснастки талевой системы в буровых установках для глубин бурения от 1250 до 8000 м составляет от 4 до 12 (2) .

В процессе спуска и подъема (динамическое нагружение) вследствие трения в опорах шкивов талевого блока и кронблока, а также   жесткости каната   усилия в его ветвях  неодинаковые. Для талевой системы буровых установок . Неподвижная ветвьталевого каната используется для установки специальных датчиков, позволяющих измерять нагрузку на крюке. Потери на трение оцениваются коэффициентом полезного действия (КПД) шкива, который для опор скольжения принимается равным 0,95...0,96, а для опор качения - 0,97...0,98 (1).В расчетах удобнее пользоваться коэффициентом сопротивления шкива, определяемым выражением:

                                                                           ,

где  - КПД шкива.

При подъеме усилия натяжения в ветвях каната составят:

                                                     ,

                                                      ,

  …………………………..

.

Для установившегося процесса, исходя из условия равновесия талевого блока, можно записать:

                                                      ,

или                                              .

Отсюда усилие натяжения неподвижной ветви каната при подъеме составит: 

           (1)

В процессе спуска усилия в ветвях каната определяются следующим образом:

,

,

…………………….

.

Тогда с учетом равновесного состояния талевого блока для установившегося движения при спуске усилие натяжения в неподвижной ветви каната можно выразить как

               ,      (3)

Аналогично рассмотренному усилия натяжения в ходовой ветви талевого каната в период подъема и спуска можно записать как

               ,            (4)

              .                 (5)

Принимая во внимание тот факт, что знаменатель выражений (2), (3), (4) и (5) представляет собой геометрическую прогрессию, после определения её суммы получим

                             ,                              (6)

                             ,                      (7)

                             ,                        (8)

                             .                           (9)

Практически при расчете натяжения ветвей каната КПД талевой системы буровой установки при подъеме и спуске принимается одинаковым. Тогда

                               ,                            (10)        

                                .                                 (11)

Здесь - КПД талевой системы, определяемый выражением:

                     .                                 (12)

Мощность на крюке подъемного механизма:

                      ,                                       (13)

где   - средняя скорость движения крюка.

Общий КПД от крюка до двигателя:

                           ,                                             (14)

где  - мощность двигателя для привода лебедки.

С другой стороны,

                    ,     

 

         откуда                                                                                   (15)

Здесь  - КПД трансмиссии от двигателя до вала лебедки.

    В буровых установках для глубокого эксплуатационного и разведочного бурения в зависимости от конструкции силового привода =0,50…0,75   {2}.

4.  Описание лабораторной установки.

Лабораторная установка (рис. 1) представляет собой размещенную на «вышке» 1 талевую систему, состоящую из кронблока 2 и талевого блока 3, на которых установлены шкивы 4. один из шкивов кронблока закреплен через динамометр 5. Взаимосвязь между шкивами 4 талевого блока и кронблока обеспечивается посредством каната 6, одна ветвь которого закрепляется неподвижно через ди­намометр 7. Вторая ветвь (ходовая) закрепляется на барабане 8 лебедки, вращение которому передается от электродвигателя 9 через червячный редуктор. Мощность, потребляемая электродвигателем 9, контролируется ваттметром 10. К талевому блоку присоединен выпол­няющий функции крюка грузонесущий стержень II, на который устанавливаются сменные грузы 12.

Для обслуживания талевой системы имеется верхняя площадка 13 и лестница-стремянка 14. Управление работой электродвигателя 9 обеспечивается от дистанционного переносного пульта 15.

 

рис. 1. Схема лабораторной установки

 

Рис 2. Схема оснастки 4X5 (i=8): а) – крестовая; б) - параллельная

Рис 3. Схема оснастки 5X6 (i=10): а) – крестовая; б) – параллельная

            Скорость движения грузов определяется выражением:

.

            Усилие натяжения подвижной ветви каната определяется зависимостью:

.

            Определение КПД талевой системы.

Рассчитываются средние значения усилий натяжения ветвей, входящие в формулу (10) и (11):

,

.

          Далее, исходя из формул (10) и (11), определяются значения КПД:

,

.

          Среднее значение КПД талевой системы будет:

.

Расчет коэффициента сопротивления шкива.

Преобразовав выражение  (12) относительно , получим:

.          (16)