§4. ДИЗЕЛЬНЫЙ БУРОВОЙ ПРИВОД

 

  Главная      Учебники - Разные     Буровые машины и механизмы (Лесецкий В.А.) - 1980 год

 

поиск по сайту            правообладателям  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

содержание      ..     40      41      42      43     ..

 

 

 

 

§4. ДИЗЕЛЬНЫЙ БУРОВОЙ ПРИВОД

Более половины всех буровых установок Советского Союза, используемых при бурении нефтяных и газовых скважин, имеют привод от двигателей внутреннего сгорания. Эти двигатели применяют в тех случаях, когда в районе нет достаточно мощного источника снабжения электроэнергией.

В приводах буровых установок в зависимости от глубины бурения скважин устанавливают следующие двигатели внутреннего сгорания: В2-450, В2-500, 1Д-12Б, 6421/21 и 1А6Д49.

 

Двигатели силовых приводов

Двигатель В2 (рис. IX. 1) представляет собой двенадцатицилиндровый быстроходный четырехтактный дизель с V-образным расположением цилиндров и водяным охлаждением. Двигатель состоит из картера, двух цилиндровых блоков, кривошипно-шатунного механизма, механизма передачи, топливоподающей системы и систем смазки, охлаждения и пуска двигателей. Картер состоит из верхней 1 и нижней 2 частей. К нему крепятся два блока цилиндров левый 4 и правый 3, оси которых располагаются под углом 60°. Каждый блок имеет шесть гнезд, в которые запрессованы стальные гильзы рабочих цилиндров.

Благодаря применению легких алюминиевых сплавов двигатель В2 имеет небольшую массу.

Техническая характеристика двигателей приведена в табл. IX.

 

 

Рис. IX. 1. Двигатель типа

Рис. IX.2. Внешняя характеристика двигателя В2-450

 

Таблица IX.1

Параметры

В2-450

В2-500

6421/21

1А6Д49

Номинальная мощность, кВт

330

370

465

773

Номинальная частота вращения,

 

 

1200

 

об/мин

1600

1800

1000

Минимальная устойчивая частота вра­

 

 

500

 

щения, об/мин

600

600

350

Степень сжатия

14—15

14—15

13

13

Минимальный крутящий момент,

 

 

37

70

кН-м

20

20

Диаметр цилиндров, мм

150

150

210

260

Ход поршня, мм;

 

 

210

260

для левого ряда

180

180

для правого ряда

186,7

186,7

 

 

Число цилиндров

12

12

 

8

Удельный расход топлива, г/кВт ч

227

240

6

Габаритные размеры м:

-

 

3,4

 

длина

1,82

 

 

ширина

1,04

 

1.1

 

высота

1,07

 

1,87

 

Масса сухого двигателя, т

1,35

 

4,8

9,2

 

Рис. IX.3. Общий вид двигателя 6Ч21/21:
1 — картер; 2 —блок цилиндров; 3 — всасывающий коллектор; 4— нижний картер 

 

На рис. IX.2 показана внешняя характеристика двигателей В2-450, т. е. зависимость мощности N на валу (кривая 1), крутящего момента Мкр (кривая 2), расхода топлива G (кривая 3) и удельного расхода топлива (кривая 4) от частоты вращения вала.

Двигатель 1Д-12Б применяется на буровых установках производства ПТО «Баррикады» и по своей конструкции и основным параметрам и размерам аналогичен двигателю В2. Мощность двигателя 310 кВт, частота вращения коленчатого вала 1600 об/мин.

Двигатель 6Ч21/21 (рис. IX.3) представляет собой линейную шестицилиндровую модель семейства четырехтактных; моторесурс этого двигателя составляет 38000 ч. В приводе буровых установок применяется его модификация 210Д.

Техническая характеристика его приведена в табл. IX. 1.

Двигатель 1А6Д49 V-образный, четырехтактный восьмицилиндровый применяется в приводе мощных буровых установок БУ-6500. Моторесурс такого двигателя составляет 34000 ч.

Техническая характеристика его приведена в табл. IX. 1.

Силовые агрегаты с гидромеханической трансмиссией

На базе описанных двигателей у нас в стране создан ряд силовых агрегатов.

Силовой агрегат САТ-4М (рис. IX.4) состоит из двигателя 1Д-12Б /, турботрансформатора 5, радиатора 4, рамы агрегата 3, рамы двигателя 2 и других вспомогательных устройств. Турботрансформатор крепится к фланцу маховика двигателя при помощи шпилек. Он предназначен для автоматического преобразования крутящего момента и скорости вращения в зависимости от нагрузки. Двигатель вместе с турботрансформатором и радиатором устанавливают на раму с обвязкой всех агрегатов трубопроводами для воды, топлива и смазки. Силовой агрегат устанавливают в собранном виде на вторую раму, которая крепится к центральному блоку основания буровой при монтаже.

Как известно, характеристика двигателей внутреннего сгорания не вполне соответствует требованиям, которые предъявляют к приводу буровые механизмы (лебедка, ротор), у которых условия работы непрерывно меняются. Двигатели внутреннего сгорания нельзя запустить под нагрузкой, они не способны к большим перегрузкам. Поэтому при повышении нагрузок на крюке, даже при сравнительно кратковременных, бурильщик во время подъема колонны обязан переходить на меньшую скорость, увеличивая при этом время подъема труб и не используя мощность установки. Механическое ступенчатое изменение скоростей подъема вызывает значительную потерю времени на спускоподъемные операции.

 

Рис. IX.4. Общий вид силового агрегата САТ-4М

 

 А ведь каждую очередную свечу можно было бы поднимать из скважины со скоростью, несколько большей скорости подъема предыдущей свечи. Например, вторую свечу можно было бы поднимать со скоростью V2 = V1+ΔV, третью — со скоростью V3=V2 + Δ V = V1+2ΔV и т. д., т. е. добиться бесступенчатого изменения скорости подъема труб.

Обеспечение плавного бесступенчатого изменения скорости подъема труб достигается применением турбопередач. При этом колебания частот вращения, неравномерность хода, толчки и перегрузки не передаются на двигатель. К недостаткам передач этого рода надо отнести их низкий к. п. д., в результате чего до 25% мощности поглощается турбопередачей.

Турбопередачи подразделяются на турбомуфты и турботрансформаторы. Турбомуфта является простейшим видом турбопередачи. Она состоит из двух колес: ведущего — насосного колеса, соединенного с валом двигателя, и турбинного, закрепленного на входном валу с полумуфтой на противоположном конце. С помощью этой муфты ведомый вал турбопередачи через последующие механизмы связывается с лебедкой, ротором и насосами.

На колесах имеются лопасти, образующие радиальные каналы, Насосное колесо, соединенное С валом двигателя, сообщает энергию рабочей жидкости, которая затем поступает на лопасти турбинного колеса, передавая энергию и заставляя его вращаться в ту же сторону. Затем жидкость по специальным каналам возвращается к насосному колесу.

Турбинное колесо, соединенное с выходным валом, вращается с меньшей частотой n2, чем насосное колесо n1 соединенное с двигателем. Отношение частот вращения n2/n1 называется относительным скольжением. При номинальной мощности скольжение в турбомуфте составляет 0,95—0,98.

Турбомуфты не преобразуют крутящие моменты, у них всегда крутящий момент ведущего вала M1 равен крутящему моменту ведомого вала М2. Коэффициент полезного действия турбомуфты при номинальной нагрузке пропорционален скольжению и равен 0,98—0,95.

Турботрансформатор отличается от турбомуфты тем, что он имеет третье неподвижно закрепленное колесо — направляющий аппарат, возвращающий жидкость после турбины в насосное колесо. Возможно также наличие двух направляющих аппаратов.

Турботрансформатор представляет собой автоматическое устройство, работающее по заданному параметру. При постоянной частоте вращения насосного колеса крутящий момент на ведомом валу изменяется в зависимости от частоты вращения последнего. Крутящий момент насосного колеса сохраняется постоянным.

Имеются еще так называемые комплексные или комбинированные турботрансформаторы, обладающие качествами турбомуфт и турботрансформаторов одновременно. У них с уменьшением нагрузки на втором валу при определенном соотношении частот вращения насосного и турбинного колес направляющий аппарат получает возможность вращаться в том же направлении, что и насосное колесо, при этом механизм работает как турбомуфта. 


Турботрансформатор ТТК-1 (рис. IX.5) разработан для буровых установок с двигателями мощностью 220—330 кВт. Ведущую часть его составляют насосное колесо 3 с чашей 1, которые при помощи зубчатой муфты 12 соединяются с коленчатым валом 11 двигателя. Турбинное колесо 2 с валом 7 и полумуфтой 6 образует ведомую часть. Два направляющих аппарата 8 и 9 установлены на обгонных муфтах 10.

Пазы обоймы 5 имеют переменную глубину, поэтому находящиеся в свободной глубокой части паза ролики не препятствуют вращению направляющих аппаратов. В этом случае передача работает как турбомуфта без изменения крутящего момента.

 

 

 

 

 

Рис. IX.5. Турботрансформатор ТТК-1

 

При увеличении нагрузки на выходном валу наступает положение, при котором поток жидкости с лопаток турбинного колеса поступает в направляющий аппарат 8, затем в 9 и, оказывая давление на вогнутые стороны лопаток, будет стремиться повернуть аппарат против часовой стрелки, т. е. в направлении, обратном вращению турбинного колеса. Во время попытки повернуть направляющий аппарат против часовой стрелки ролики заклиниваются и препятствуют его вращению. При этом положении передача работает как турботрансформатор.

 

 

Таблица IX.2

Параметры

 

Тип агрегата

 

САТ-4М

СА-10 (АДГ-600)

СА-6

1АДГ-1000

Общая мощность агрегата (по дизелю), кВт

235

464

332

773

Общая мощность на выходе агрегата при к. п. д. турбо­

 

 

 

 

трансформатора 0,85 «Вт

200

353

252

625

Частота вращения вала турботрансформатора (при полной мощности), об/мин

 

1200

 

 

1350

1200

880

Габаритные размеры, м: длина

 

4,42

4,25

5,75

5,75

ширина

1,60

1.5

1,82

1,82

высота

2,24

2,76

2,92

2,92

Масса, т

3,1

8,5

17,0

17,0

 

Применение двух направляющих аппаратов позволяет расширить зону работы турботрансформаторов с повышенным значением к. п. д. Перечисленные детали установлены в специальном картере и закрыты крышкой 4, обеспечивающей надежную герметичность сборки.

Для поддержания необходимого давления в рабочей полости и осуществления внешней циркуляции рабочей жидкости в системе охлаждения турботрансформатор снабжается специальной масляной системой.

Вязкость рабочей жидкости существенно влияет на к. п. д. турбопередачи. Чем ниже вязкость, тем выше к. п. д. и тем меньше гидравлические потери. Увеличение плотности жидкости способствует уменьшению геометрических размеров рабочей полости. Этим объясняется стремление применять в качестве рабочих жидкостей турбопередач маловязкие масла вплоть до дизельного топлива.

Силовой агрегат СА-10 (АДГ-600) предназначен для привода буровых установок, работающих в районах с умеренным климатом. Он состоит из двигателя 6421X21 с вспомогательными узлами и системами смазки и охлаждения, турботрансформатора ТТК-745, смонтированных на общей жесткой раме. Краткая техническая характеристика его приведена в табл. IX.2.
На базе четырех агрегатов СА-10 и цепного редуктора, установленных на общей жесткой раме, создан силовой привод для буровых установок Уралмаш 160ДГУ.

Силовой агрегат СА-6 состоит из двигателя, турботрансформатора ТТК-669, радиатора и систем обеспечения. Все это монтируется на общей раме. В силовом приводе таких агрегатов четыре, все они установлены на общем основании и с точки на точку перевозятся как крупными блоками на тяжеловозах, так и мелкими и отдельными агрегатами на универсальном транспорте. Впервые эти агрегаты были смонтированы на установках Уралмаш 125ДГУ.

 

 

Рис. IX.6. Силовой агрегат 1АДГ-1000



Краткая техническая характеристика агрегата СА-6 приведена в табл. IX.2.

Силовой агрегат 1 АДГ-1000 (рис. IX.6) предназначен для группового и индивидуального приводов буровых установок, работающих в районах умеренного («У») климата. Он состоит из двигателя 1А-6Д49 (8ЧН26/26) 3, турботрансформатора ТТК932 4, радиаторов водяного 1 и масляного 2 и систем обеспечения. Все это оборудование монтируется на жесткой раме 5 и составляет агрегат. Краткая техническая характеристика его приведена в табл. IX.2.

 

 

Силовые агрегаты с механической трансмиссией

Одношкивный силовой агрегат (рис. IX.7) состоит из двигателя В2-450 2, понизительного редуктора 3, шинно-пневматической муфты ШПМ-500 4 и одношкивной трансмиссии 5, смонтированных на металлической раме 1 длиной 4,7 м. Одношкивный агрегат, установленный на трехдизельном приводе, приводит в движение лебедку, насосы, а также компрессор.

 

 

 

 

Рис. IX.7. Одношкивный силовой агрегат 

 

Рис. IX.8. Двухшкивный силовой агрегат 

 

Двухшкивный силовой агрегат (рис. IX.8) состоит из двигателя В2-450 2, понизительного редуктора 3, шинно-пневматической муфты ШПМ-500 7, двухшкивной трансмиссии 5, один из шкивов которой диаметром 630 мм включается с помощью шиннопневматической муфты ШПМ-500 6, предназначенной для привода бурового насоса. Эти механизмы установлены на кронштейнах 4 на металлической раме 1.

Двухшкивный силовой агрегат с коробкой передач (рис. IX.9) суммирует мощность всех трех двигателей для привода одного насоса или через лебедку и ротор.

Агрегат состоит из двигателя В2-450 2, понизительного редуктора 3 (u=1,53), соединенного с валов двигателя, шинно-пневматической муфты ШПМ-500 5, с помощью которой включается и отключается двигатель, двухшкивной трансмиссии 4 и коробки передач 7, соединенной с трансмиссией с помощью муфты 2ШПМ-500 6.

Шкивы трансмиссии имеют 16 канавок под клиновые ремни профиля «Д», при помощи которых все три дизеля соединены между собой. Диаметры шкивов равны 500 мм, а шкивов, передающих мощность буровым насосам,— 630 мм.
 

 Эти механизмы установлены на общей металлической раме 1 Длиной 8,5 м, которая при сборке привода устанавливается на общую раму всего трехдизельного привода. Все двигатели имеют систему водяного охлаждения, масло- и топливопроводы, а также пульты управления, смонтированные вместе с двигателем на раме.

 

 

 

Рис. IX.9. Силовой агрегат с КПП 

 

Коробка перемены передач представляет собой чугунный корпус, состоящий из двух частей: нижней — картера и верхней— крышки. В коробке смонтированы четыре вала.

Подвод воздуха к муфтам ШПМ-500 осуществляется через прямоточный вертлюжок, установленный на торце вала со стороны тормозного шкива.

Особенностью этой коробки передач является то, что при наличии четырех пар передач коробка передает пять скоростей лебедке. Скорости переключаются при полностью остановленных валах коробки, для чего выпускается воздух из муфт ШПМ-500, соединяющих коробку с трансмиссионным валом двигателя. Для более быстрой остановки вращения валов включают муфту ШПМ-300, являющуюся в данном случае тормозом.

Коробка перемены передач имеет вспомогательный привод, у которого в качестве двигателя использован стандартный стартер СТ-700 8, установленный на корпусе коробки. Привод этот предназначен для выполнения следующих операций:

проворачивания шестерен коробки, если при включении той или иной скорости зуб переключаемой скорости не входит в зацепление;

проворота без нагрузки на некоторый угол стола ротора или валов лебедки.

Для соединения силового агрегата с буровой лебедкой использованы два мощных карданных вала 9, из которых один соединяет вал коробки с ведущим валом понизительного редуктора Лебедки, а второй присоединен к валу коробки и к трансмиссии пятой скорости лебедки.

 

Групповые силовые приводы

Буровые установки снабжаются групповыми приводами, состоящими из двух — пяти силовых агрегатов, сблокированных между собой цепной или клиноременной передачей. В основном приняты две схемы расположения агрегатов в приводе.

I — три агрегата соединены вместе, установлены на общей раме и предназначены для привода лебедки, ротора и одного бурового насоса. Один-два других агрегата установлены на другой раме и кинематически не связаны с первыми тремя. Они предназначены для привода второго бурового насоса. По такой схеме выполнены приводы буровых установок БУ-3000ДГ и БУ-6500ДГ.

II — два—четыре агрегата установлены вместе на общей раме и предназначены для привода лебедки, ротора, двух насосов и вспомогательной лебедки. По такой схеме выполнены установки БУ-4000ДГ и БУ-5000ДГ.

В буровых установках ВПО «Баррикады» в групповых силовых приводах применяются агрегаты САТ-4,

 

 

 

 

Рис. IX 10 Двухдизельный привод буровой установки 

 

Групповой силовой привод буровой установки САТ-4 (рис. IX. 10) состоит из двух силовых агрегатов 1 САТ-4, цепного редуктора 2, насосной трансмиссии 3.

Цепная блокирующая трансмиссия при помощи муфты ШПМ-700 соединяется с КПП буровой лебедки и передает мощность на ее подъемный вал, а также ротору от одного или двух дизелей.

Мощность насосам передается от трансмиссии при помощи муфты ШПМ-700 и клиноременных передач со шкивом диаметром 650 мм.

Коробка перемены передач является самостоятельным агрегатом, соединенным с лебедкой и силовым приводом цепной передачей с помощью цепного колеса, установленного на консольной части ведомого вала.

На рис. IX. 11 показан общий вид (а) КПП и вид ее в плане со снятой крышкой (б) установки БУ-2500.

Внутри корпуса 1 КПП установлены ведущий 4 и ведомый 3 валы, каждый на двух роликовых подшипниках, редуктор 2 привода ротора, звездочка реверса 7, система смазки 8. Вал 4 приводит во вращение звездочку 6 включением муфты 5.

На конусной части ведущего вала 4 на шпонках закреплено цепное колесо, через которое при помощи наклонной трехрядной цепной передачи ведущий вал получает вращение от силового привода. Первые три цепных звездочки на этом валу закреплены на шпонках и при помощи цепей передают вращение ведомому валу 3 через цепные колеса, сидящие на валу свободно на роликовых подшипниках.

Включение большего колеса 10 (тихой скорости) осуществляется муфтой ШПМ-700 9, двух следующих колес 11 (обратное вращение) и 12 (вторая скорость) —зубчатой двусторонней муфтой, установленной между ними. Рукоятка передвижения этой муфты находится на крышке корпуса. Передвижение муфты — ручное механическое.

Таким образом, ведомый вал КПП получает три частоты вращения, которые через трехрядное цепное колесо, закрепленное на консольной части вала, могут быть поочередно переданы бурильщиком на подъемный вал лебедки. Приступая к подъему тяжелой колонны, бурильщик должен включить первую — «тихую» скорость подъема, для чего надо включить цепную передачу 10 и подать сжатый воздух в баллон муфты ШПМ-700 9 ведомого вала КПП, а затем включать муфту лебедки ШПМ-1070 и отключать ее, когда талевый блок в процессе подъема свечи достигнет крайней верхней точки.

По мере снижения числа труб, находящихся в скважине, необходимо переходить на вторую скорость, а затем и на третью. Как уже ранее отмечалось, это осуществляется с помощью двусторонней зубчатой 12 и фрикционной 5 муфт и включения цепных передач 11 и 6. Следовательно, основные операции бурильщика при подъеме труб и их спуске — это манипуляции по включению и отключению муфты ШПМ-1070 на подъемном валу лебедки. Переход же на другие скорости за весь период подъема бурильной колонны осуществляется 3—4 раза.

Вращение роторного стола производится от ведущего вала КПП с помощью трехрядной цепи и цепного колеса 14, находящегося на ведомом валу и передающего его при помощи цепи валу редуктора 2 с коническим зацеплением для привода ротора.

Редуктор 2 находится внутри КПП и состоит из корпуса, в котором смонтированы под углом 90° два вала. Один — приемный— расположен в подшипниках параллельно осям двух основных валов коробки. Между подшипниками установлено колесо для трехрядной цепи, а за подшипником на консольной части вала находится коническая шестерня. Второй вал расположен тоже на двух подшипниках, вблизи одного из которых на валу находится аналогичная коническая шестерня в зацеплении с шестерней приемного вала.

На противоположном конце вала вне корпуса КПП установлена муфта ШПМ-500, предназначенная для соединения выходного вала коробки с ротором. К этой муфте присоединен промежуточный вал лебедки. Передача вращения ротору производится карданным валом, соединяющим промежуточный вал коробки с приводным валом ротора.

Обратная скорость в КПП может передаваться как на лебедку, так и на ротор путем включения звездочки реверса 13, включение ручное механическое.
 
 

 

 

 

 

 

 

Рис. IX.II. Коробка передач БУ-2500

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

содержание      ..     40      41      42      43     ..