Трансмиссии буровых установок
ПРИВОДЫ БУРОВЫХ УСТАНОВОК
Приводом буровой установки называется совокупность двигателей и регулирующих их работу трансмиссий и устройств, преобразующих тепловую или электрическую энергию в механическую, управляющих механической энергией и передающих ее исполнительному оборудованию — насосам, ротору, лебедке и др. Мощность привода (на входе в трансмиссию) характеризует основные его потребительские и технические свойства и является классификационным (главным) параметром.
В зависимости от используемого первичного источника энергии приводы делятся на автономные, не зависящие от системы энергоснабжения, и неавтономные, зависящие от системы энергоснабжения, с питанием от промышленных электрических сетей. К автономным приводам относятся двигатели внутреннего сгорания (ДВС) с механической, гидравлической или электропередачей. К неавтономным приводам относятся: электродвигатели постоянного тока, питаемые от промышленных сетей переменного тока через тиристорные выпрямительные станции управления; электродвигатели переменного тока с гидравлической либо электродинамической трансмиссией или регулируемые тиристорными системами.
В соответствии с кинематикой установки привод может иметь три основных исполнения: индивидуальный, групповой и комбинированный или смешанный.
Индивидуальный привод — каждый исполнительный механизм (лебедка, насос или ротор) приводится от электродвигателей или ДВС независимо друг от друга. Более широко этот вид привода распространен с электродвигателями. При его использовании достигается высокая маневренность в компоновке и размещении бурового оборудования на основаниях при монтаже.
Групповой привод — несколько двигателей соединены суммирующей трансмиссией и приводят несколько исполнительных механизмов. Его применяют при двигателях внутреннего сгорания,
Комбинированный привод — использование индивидуального и группового приводов в одной установке. Например, насосы приводятся от индивидуальных двигателей, а лебедка и ротор от общего двигателя. Во всех случаях характеристики привода должны наиболее полно удовлетворять требуемым характеристикам исполнительных механизмов.
Потребителями энергии буровой установки являются: в процессе бурения — буровые насосы, ротор (при роторном бурении), устройства для приготовления и очистки бурового раствора от выбуренной породы; компрессор, водяной насос и др.;
при спуске и подъеме колонны труб — лебедка, компрессор, водяной насос и механизированный ключ.
Приводы также делятся на главные (приводы лебедки, насосов и ротора) и вспомогательные (приводы остальных устройств и механизмов установки). Мощность, потребляемая вспомогательными устройствами, не превышает 10-15% мощности, потребляемой главным оборудованием.
Гибкость характеристики — способность силового привода автоматически или при участии оператора в процессе работы быстро приспосабливаться к изменениям нагрузок и частот вращения исполнительных механизмов. Гибкость характеристики зависит от коэффициента приспособляемости, диапазона регулирования частоты вращения валов силового привода и приемистости двигателя.
Коэффициент гибкости характеристики определяется отношением изменения частоты вращения к вызванному им отклонению момента нагрузки. Он пропорционален передаточному отношению и обратно пропорционален коэффициенту перегрузки.
Приемистостью называется интенсивность осуществления переходных процессов, т. е. время, в течение которого двигатель и силовой привод реагируют на изменение нагрузки и изменяют частоту вращения.
Приспособляемость — свойство силового привода изменять крутящий момент и частоту вращения в зависимости от момента сопротивления. Собственная приспособляемость- свойство двигателя приспособляться к внешней нагрузке. Искусственная приспособляемость — свойство трансмиссий приспосабливать характеристику двигателя к изменению внешней нагрузки.
ТРАНСМИССИИ БУРОВЫХ УСТАНОВОК
ЭЛЕМЕНТЫ ТРАНСМИССИИ БУРОВЫХ УСТАНОВОК
В буровом оборудовании для осуществления кинематической связи между валами в механизмах, изменения скорости и направления вращения, преобразования крутящих моментов используют цепные, клиноременные и зубчатые передачи. В установках малой мощности для геологоразведочного бурения при небольших межосевых расстояниях между валами (до 0,5 м) используют почти всегда зубчатые передачи, а при межосевых расстояниях более 0,5 м — клиноременные. В установках для эксплуатационного бурения для передачи «больших мощностей (500-2000 кВт и более) и межосевых расстояниях более 1 м применяют многорядные цепные и клиноременные передачи. Зубчатые передачи используют при межосевых расстояниях менее 1м — в редукторах насосов, реверсивных устройствах КПП, приводах роторов и др.
Источник
Большая Энциклопедия Нефти и Газа
Трансмиссия — буровая установка
Трансмиссии буровых установок можно разделить на: нерегулируемые и регулируемые механические; полуавтоматические — механогидравлические или механоэлектрические; автоматические — комбинированные механогидравлические и механоэлектрические. [1]
Трансмиссии буровых установок можно подразделить на механические нерегулируемые или со струпенчатым регулированием частот вращения и моментов с помощью коробок передач; гидромеханические со ступенчатым или бесступенчатым регулированием частот вращения и моментов с помощью гидропередач и коробок передач; электромеханические со ступенчатым или бесступенчатым регулированием частот вращения и моментов с помощью электродинамических муфт или электромашинной передачи с коробками передач; электрические с бесступенчатым регулированием частот вращения и моментов во всем требуемом диапазоне. [2]
В трансмиссиях буровых установок применяются только обжимные муфты. [4]
В трансмиссиях буровых установок применяют одно -, двух — и трехдисковые муфты, пневмокамерные и диафрагменные. [5]
В трансмиссиях буровых установок применяют только обжимные муфты. Они значительно быстрее выключаются при остановках, так как после выключения колодки отжимаются центробежной силой от шкива, а в разжимных, наоборот, они прижимаются этой силой к шкиву, и выключение затягивается. [6]
В целом трансмиссии буровых установок состоят из различных механических передач, таких, как ременные, цепные, зубчатые, карданные, а также гидродинамических передач: гидромуфт и гидротрансформаторов. [8]
Фрикционные муфты трансмиссий буровых установок применяют для передачи больших мощностей ( 100 — 2000 кВт и более) при большом числе включений ( 100 — 200 в 1 ч и более) с управлением на значительном расстоянии от оператора. Эти условия эксплуатации предъявляют к их конструкции ряд специфических требований: плавное и быстрое включение и быстрое расцепление без заедания; дистанционное управление; длительная и надежная работа без нагрева как во включенном, так и в выключенном состоянии; возможно малые масса и динамический момент; динамическая уравновешенность; простота и удобство регулирования и ремонта в полевых условиях. [9]
Фрикционные муфты трансмиссий буровых установок применяют для передачи значительных мощностей ( 100 — 2000 кВт и более) при большом числе включений ( 100 — 200 в 1 ч и более) с управлением на значительном расстоянии от оператора. Эти условия эксплуатации предъявляют к их конструкции ряд специфических требований: плавное и быстрое включение и быстрое расцепление без заедания; дистанционное управление; длительная и надежная работа без нагрева; возможно малые масса и динамический момент; динамическая уравновешенность; простота и удобство регулирования и ремонта в полевых условиях. [10]
Для сцепления и расцепления трансмиссий буровых установок применяют только специально созданные сухие фрикционные муфты. Для сцепления неподвижных элементов трансмиссий перед пуском или для выключения после остановки используют в основном зубчатые и кулачковые муфты сцепления, в качестве соединительных муфт — стандартные жесткие или упругие муфты, применяемые в общем машиностроении, и карданные валы. [11]
Цепные передачи применяют в трансмиссиях буровых установок для привода лебедки, ротора насосов. В большинстве этих исследований работоспособность цепей оценивается только с точки зрения их статической прочности и износостойкости. [12]
Передачи, используемые в трансмиссиях буровых установок . [13]
Кордонные передачи нашли применение в трансмиссиях буровых установок ОАО Уралмаш благодаря способности передавать крутящие моменты при некоторых достаточно больших смещениях и перекосах соединяемых валов, которые недопустимы при иных соединительных устройствах, например различных муфтах ( зубчатых, эластичных и проч. С их помощью удается упростить монтаж бурового оборудования, т.к. исключаются точные центровочные работы, сократить время монтажных работ, сэкономить время при эксплуатации на восстановление нарушенной соосности валов оборудования, избежать вибрации и продлить сроки службы узлов и агрегатов. Карданные валы используются при передаче мощности на лебедку в буровых установках типа ЗД ( см. рис. 3.9.1.3) и особенно широко применяются в буровых установках 2500 / 160 ДП-БМ, 3000 / 200 ДГУ и 5000 / 320 ДГУ в соединениях между дизельными агрегатами и цепной трансмиссией, между трансмиссией и лебедкой, трансмиссией и буровыми насосами, в передаче на ротор. [14]
Цепные передачи относятся к числу наиболее применяемых в трансмиссиях буровых установок . В них используются многорядные приводные роликовые цепи нефтяного сортамента. Номенклатура этих цепей определяется величиной шага ( расстоянием между осями соседних роликов) и числом рядов. Выбор шага цепи производится с учетом действующих в передаче окружных скоростей. Число рядов цепи определяется передаваемой мощностью. В буровых установках ОАО Уралмаш применяются цепи с шагами 31 75 мм, 38 1 мм, 44 45 мм, 50 8 мм и 63 5 мм. Число рядов цепей в трансмиссиях ОАО Уралмаш составляет от одного до восьми. [15]
Источник
Передачи, используемые в трансмиссиях буровых установок.
2. Конструкции многорядных втулочно-роликовых цепей, их преимущества и недостатки по сравнению с клиновыми ремнями.
Выбор числа рядов и шага цепи.
4. Основные правила монтажа и смазки многорядных цепных трансмиссий.
5. Клиновые ремни, их конструкция и правила выбора основных параметров трансмиссии.
Монтаж и выбор клиновых ремней для многорядной клиноременной трансмиссии.
Типы и характеристика муфт сцепления, применяемых в трансмиссиях буровых установок.
8. Почему сильно изнашиваются фрикционные элементы муфт сцепления?
Карданные валы их конструкция и условия эксплуатации.
10. Правила монтажа и ухода за шинио-пневматическими муфтами сцепления.
Определение запаса крутящего момента, который может передавать муфта сцепления.
Конструкции коробок перемены передач, применяемых в буровых установках.
СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ БУРОВЫМИ УСТАНОВКАМИ.
ВИДЫ, ТРЕБОВАНИЯ И ХАРАКТЕРИСТИКИ.
Буровая установка представляет собой сложный комплекс различных машин и механизмов, обеспечивающих выполнение разнообразных технологических операций при проводке скважин. Эффективность работы этого комплекса зависит от эксплуатационных качеств, маневренности, четкости и надежности работы всех его элементов. Важную роль в комплексе играет система управления.
Системы управления обеспечивают: пуск, остановку и регулировку работы двигателей; включение и выключение трансмиссий, которые блокируют двигатели, приводящие буровые насоса, ротор или лебедку;
включение и выключение буровых насосов, лебедки, ротора, механизма подачи и тормозов (гидравлического, электрического и ленточного);
изменение частоты вращения барабана лебедки, насосов и ротора;
включение и выключение устройств для свинчивания и развинчивания бурильных труб;
управление работой ключей, клиньев и других механизмов при отвинчивании и установке бурильных свечей в магазин в процессе спуска и подъема колонны;
управление оборудованием для герметизации устья скважины при бурении и проявлениях газа;
включение и выключение компрессора, вспомогательной лебедки или насоса, осветительной установки, устройств для очистки и приготовления бурового раствора и других вспомогательных механизмов.
Для приведения в действие органов управления используются различные виды энергии: в системах ручного механического управления — сила оператора; в пневматических, гидравлических и электрических системах — энергия сжатого воздуха, жидкости или электричества.
Система управления состоит из двух типов органов: управляющих функциями главных и вспомогательных исполнительных механизмов и аппаратуры, сигнализирующей оператору или регистрирующей результаты исполнения команды.
Система управления содержит пять основных органов:
1 — воспринимающий команду (кнопка, рукоятка, рычаг, педаль и др.), на который воздействует оператор — человек, программирующее устройство или микропроцессор;
2 — промежуточный, передающий команду к исполнительным механизмам с использованием внешней энергии: тяги, трубопровода, электрокабеля и др.;
3 — исполнительный, воздействующий на механизм, выполняющий технологическую функцию: муфта сцепления, золотник, кран и др.;
4 — фиксирующий или ограничивающий исполнение команды: защелка, концевой выключатель, стопор и др;
5 — обратная связь, информирующая оператора об исполнении команды или заданного режима работы: измерительный
прибор, манометр, термометр, динамометр, световая или звуковая сигнализация.
В буровых установках применяется три вида систем управления:
централизованная — расположенная у поста бурильщика и позволяющая ему управлять основными исполнительными механизмами: лебедкой, насосами, ротором, превенторами и др.;
индивидуальная или местная — расположенная вблизи того или иного агрегата;
смешанная — позволяющая управлять агрегатом как с поста бурильщика, так и непосредственно около агрегата; например, ДВС с суммирующей трансмиссией могут управляться дизелистом или бурильщиком и др.
Всеми устройствами управляют с постов бурильщика, дизелиста или с пульта, расположенного вблизи того или иного агрегата (оборудования). В соответствии с выполняемыми функциями цепи управления подразделяются на независимые и взаимосвязанные. Независимые цепи применяют в тех случаях, когда устройства не связаны друг с другом, например, включение лебедки, насосов, ротора. Взаимосвязанные (сблокированные) системы. управления используют, когда недопустимо одновременное включение нескольких движений, например, одновременное включение прямого и обратного вращения ротора или двух скоростей лебедки.
В связи со сложностью и многообразием функций, выполняемых механизмами для обеспечения маневренности, быстроты и удобства манипулирования, в буровых установках применяют комбинированные системы управления, позволяющие наиболее полно удовлетворить все требования.
Степень совершенства системы управления зависит от ее качеств, главными из которых являются:
мощность, усилие или крутящий момент для осуществления операций управления;
легкость, маневренность и автоматизм органов, на которые воздействует оператор и которые осуществляют исполнение команды.
Совершенство системы управления зависит как от конструкции органов системы управления, так и от рабочей позы бурильщика и усилий, затрачиваемых им в процессе управления. Неудобство позы рабочего, необходимость приложения больших усилий вызывают быстрое утомление рабочего и снижают его производительность. Усилие, затрачиваемое рабочим на манипуляции рычагами, обычно не более 30—50 Н, тормозной рукояткой— не более 150 Н, ножными педалями и редко переключаемыми рычагами — не более 100—200 Н. Давление рукоятки, кроме тормозной, обычно осуществляется в течение нескольких секунд и неутомительно для бурильщика. Рукоятки и педали располагают так, чтобы ими было удобно пользоваться без изменения рабочей позы и места бурильщика.
Четкость, стабильность и мнемоничность управления обеспечиваются тем, что каждая команда соответствует определенной функции и не вызывает изменения положения других органов управления. Величина хода, например, рукоятки, при включении и выключении должна быть всегда одинакова и стабильна при каждом повторении команды.
Мнемоничность управления обеспечивается таким расположением органов управления, при котором оператор освобожден от излишнего напряжения памяти. Оператор не должен каждый раз вспоминать, где находится тот или иной рычаг управления, в какую сторону и на какое расстояние следует его передвинуть или повернуть, чтобы включить или выключить, например, ключ для свинчивания или развинчивания бурильных замков.
Направление движения руки оператора должно совпадать с направлением движения механизма. При вертикальном расположении рычага, например тормозного, торможение осуществляется движением рычага вниз, так как при этом удобнее приложить к усилию руки еще вес тела рабочего, а при растормаживании наоборот. При горизонтальном расположении рычагов включение, требующее большого усилия рабочего, осуществляется поворотом рычага «на себя», а выключение — «от себя». Штурвалы при включении обычно вращают «от себя», а при выключении — «на себя». Педальное управление при рабочей позе стоя осуществляется только в механизмах, требующих эпизодического включения. Включение осуществляется нажатием педали «вниз», а выключение — «вверх». При кнопочном управлении — верхняя кнопка «пуск», а нижняя «стоп».
Пульт бурильщика снабжается табличкой с указанием направления движения каждой кнопки или рычага и выполнения ими функций. Надписи должны быть четкими, хорошо освещаться и легко читаться без изменения рабочей позы оператора.
Прогрессивность, мягкость и гибкость — важные качества систем управления. Прогрессивность обеспечивает безударность и мягкость включения за счет того, что полное усилие на органе управления возникает не сразу, а с некоторым запаздыванием, а затем быстро и энергично возрастает до требуемой величины, осуществляя включение без рывков и ударов. Например, в ленточных тормозах, буровых лебедок применяют кулачковые или рычажные механизмы, с помощью которых передаточное отношение изменяется по мере поворота рычага. Это обеспечивает прогрессивное увеличение тормозного усилия.
Быстродействие системы управления — важное качество для таких механизмов, как подъемная система буровых лебедок, выполняющая массовые, часто повторяющиеся операции при СПО. При этом оператор должен всегда знать или видеть, что его команда выполнена точно.
Структурная прочность органов системы управления и их конструкция выполняются такими, чтобы не происходило износа и деформации их элементов в процессе работы, монтажа, демонтажа и транспортировки буровой установки, приводящих к нарушению точности и четкости управления.
Безопасность системы управления обеспечивается хорошим расположением органов управления, легкостью их обслуживания, соблюдением необходимых расстояний, хорошей освещенностью, легкостью и удобством манипулирования. Все это исключает возможность травматизма обслуживающего персонала и порчу оборудования.
ОРГАНЫ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ.
В буровых установках применяются различные системы управления: механические, пневматические, гидравлические,
электрические или комбинации этих систем.
Механическое управление
Систему механического управления используют в тех случаях, когда усилие, прикладываемое к рукояткам управления, и расстояние, на которое должна быть передана команда, невелики. Это передвижные агрегаты: цементировочные, насосные и легкие буровые установки для геологоразведочного бурения.
В буровых установках ПО «Уралмаш» и ВЗБТ механические системы применяют для дистанционного управления топливными насосами дизелей, включений скоростей в КПП, прямого и обратного вращения ротора, включения кулачковых муфт вспомогательного тормоза лебедки, регулятора подачи долота и др.
Механическими системами осуществляется управление ДВС установок. В групповых приводах с ДВС дизелями управляют с поста бурильщика и одновременно может управлять индивидуально дизелист с пульта, расположенного у двигателя. Частота вращения ДВС регулируется путем изменения подачи топлива насосами дизеля. Так как в групповом приводе может быть от двух до четырех спаренных дизелей, очень важно, чтобы дизели были отрегулированы и изменяли одинаково свои характеристики при изменении режима их работы с поста бурильщика.
В механических системах с ручным управлением применяют стандартные конические фасонные и цилиндрические ручки или ручки со стандартными шариковыми наконечниками. Рычаги, штурвалы, педали и тому подобные элементы имеют разнообразные формы и размеры в зависимости от передаваемых усилий и назначения.
Пневматическое управление
В настоящее время все буровые установки для глубокого бурения, как правило, имеют пневматическое управление. Как показала практика бурения, системы пневматического управления обладают преимуществами перед системами механического, электрического или гидравлического. Преимущества заключаются в легкости и плавности дистанционного управления, незначительности физических усилий при работе на пульте, быстроте действий, простоте конструкции, пожарной безопасности.
Введение пневматического дистанционного управления с пневматическими фрикционными муфтами позволило значительно облегчить работу обслуживающего персонала и обеспечить четкость управления буровыми установками. В комплект пневматического управления буровыми установками входят: агрегаты снабжения воздухом, исполнительные механизмы, управляющие устройства и контрольно-измерительные приборы.
Источник