Глава 10 МЕХАНИЗМЫ ПОДАЧИ ДОЛОТА БУРОВЫХ УСТАНОВОК

 

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

 

поиск по сайту            правообладателям  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

содержание      ..     43      44      45      46     ..

 

 

 

Глава 10 МЕХАНИЗМЫ ПОДАЧИ ДОЛОТА БУРОВЫХ УСТАНОВОК


§ 1. НАЗНАЧЕНИЕ МЕХАНИЗМОВ ПОДАЧИ ДОЛОТА

 

 

Для эффективного разрушения проходимых в процессе бурения горных пород необходимо, чтобы на породоразрушающем инструменте поддерживалась определенная нагрузка. Поэтому по мере разрушения породы долото должно подаваться на забой, причем подавать его необходимо со скоростью, соответствующей темпу разрушения породы. Если темп разрушения превышает скорость подачи долота, то оно не догружается и процесс бурения протекает недостаточно эффективно. Если же подача опережает скорость разрушения горных пород, то долото перегружается, что может привести к его поломке и оставлению шарошек на забое. Отсюда ясно, как важна равномерная подача долота на забой. 

Наиболее простое решение этого вопроса — подача долота ручным способом путем растормаживания тормозным рычагом ленточного тормоза буровой лебедки Равномерность работы такой системы подачи долота всецело зависит от искусства бурильщика. Для обеспечения контроля за нагрузкой на долото применяются различного типа индикаторы веса. Однако даже опытный бурильщик при помощи индикатора веса не сможет в течение достаточно продолжительного времени следить за равномерностью подачи долота на забой, так как эта работа требует от него большого физического напряжения и внимания. Поэтому весьма целесообразно применение устройств, механизирующих и автоматизирующих подачу инструмента, в результате чего повысится плавность подачи и обеспечится более эффективный процесс разрушения пород. Кроме того, наличие таких устройств освобождает бурильщика от тяжелого и утомительного труда.

За всю историю вращательного бурения делались попытки механизировать и даже автоматизировать подачу долота на забой. Однако многократные попытки создать автоматическое устройство для подачи долота на забой, которое бы без участия бурильщика изменяло нагрузку на долото и скорость его подачи в зависимости от проходимых пород, успеха не имели.

Причиной этого Являлось то, что долото, разрушающее породу, находится на забое и скорость его подачи зависит не только от давления на него, буримости пород и состояния долота, но и от ряда других факторов режима бурения, которые не может учитывать регулятор подачи. Устройства, контролирующие и регулирующие нагрузку на долото, находятся на поверхности и связаны с лебедкой и талевой системой. Между долотом и лебедкой, через которую можно регулировать скорость подачи долота, находятся длинная бурильная колонна и талевая система, обладающие большой упругостью, в результате чего скорость опускания крюка не соответствует скорости подачи долота и долото перегружается, когда его надо разгрузить, и наоборот.

Автоматов подачи уже не выпускают, так как не удалось достичь контроля процесса бурения, обеспечивающего наиболее оптимальный режим разрушения горных пород. В настоящее время применяют только регуляторы подачи долота (РПД), которые облегчают труд бурильщика. Режим нагрузки на долото и скорость подачи устанавливает бурильщик, регулятор же поддерживает заданную скорость подачи или нагрузку на долото.

 

§ 2. РЕГУЛЯТОРЫ ПОДАЧИ ДОЛОТА

При использовании регуляторов подачи долота бурильная колонна на забой подается путем периодического растормаживания тормоза буровой лебедки или с помощью специального механизма, кинематически связанного с подъемным барабаном лебедки.

Регуляторы подачи могут быть фрикционными, гидравлическими и электрическими. Устройство фрикционных механизмов основано на том, что растормаживание производится за счет изменения степени прижатия колодок регулятора к его шкиву (при уменьшении степени прижатия колодок колонна подается на забой быстрее). В этих механизмах в процессе бурения может сохраняться постоянная нагрузка на забой в зависимости от крепости проходимых пород. В действительности нагрузка  может быть постоянной лишь при условии постоянства коэффициента трения между шкивом и тормозными колодками, а также при установившемся процессе бурения.

В гидравлических механизмах подачи под действием перемещающейся колонны масло перекачивается из одной части цилиндра в другую через специальный дроссель. Скорость подачи долота на забой зависит от скорости движения масла в системе, последняя зависит от сопротивления потока, регулируемого дросселем. Таким образом, гидравлические механизмы подачи — это механизмы, настроенные не на постоянную нагрузку, а на постоянную скорость подачи. При увеличении скорости подачи усилие на крюке возрастает, что приводит к снижению осевой нагрузки на долото, и наоборот, в твердых породах, когда механическая скорость проходки невелика, усилие на крюке падает и растет нагрузка на долото, что способствует разрушению проходимых пород.

Электрические механизмы отличаются oт описанных тем, что в них скорость подачи бурильной колонны не зависит от нагрузки на крюке, а регулируется ток электродвигателя, в результате чего изменяются частота вращения двигателя и скорость подачи колонны.

В настоящее время наиболее широко распространены регуляторы подачи с электродвигателем (РПДЭ), работающие при заданных бурильщиком значениях нагрузки на долото или скорости подачи или подъема бурильной колонны. В зависимости от кинематической схемы соединения регулятора с буровой лебедкой они могут выполнять функции механизма аварийного подъема бурильной колонны или использоваться в качестве привода при подъеме мачтовой вышки.

В качестве регуляторов скорости опускания бурильной колонны в настоящее время используют электропорошковые вспомогательные тормоза буровой лебедки. В этом случае тормоз должен развивать момент, достаточный для полной остановки бурильной колонны, а регулировка скорости ее опускания осуществляется бурильщиком путем изменения тока возбуждения, что не требует больших усилий со стороны оператора.

 В настоящее время буровые установки оборудуются регуляторами подачи долота с электроприводом (РПДЭ). Эти регуляторы подачи состоят из трех основных частей: измерительной— измеряющей нагрузку на крюке, усиливающей измеряемые параметры и силовой — исполняющей команду. В РПДЭ входят следующие узлы:

регулятор веса рессорного типа, установленный на неподвижной ветви талевого каната и предназначенный для измерения нагрузки на крюке; датчик состоит из упругого элемента в виде рессоры и сельсина, передающего сигнал о величине деформации рессоры;

узел установки веса и скорости подачи, предназначенный для задания желаемой нагрузки на долото и скорости подачи бурильной колонны;

полупроводниковый и магнитный усилители, предназначаемые для усиления сигналов, поступающих от датчика веса, генератор постоянного тока с приводом от асинхронного электродвигателя; генератор служит для питания двигателя постоянного тока привода исполнительного механизма — силового узла регулятора подачи;

силовой узел, состоящий из двигателя постоянного тока, редуктора, соединяемого с валом трансмиссии привода лебедки, и фрикционного колодочного тормоза, установленного между двигателем и редуктором.

 

 Таблица X.l

Параметры

 

Тип регулятора

РПДЭ-3

РПДЭ1-125

РПДЭ-300

Номинальная нагрузка, МН

0,8

1,25

3,0

Максимальная скорость подачи при номинальной нагрузке, м/ч

 

 

 

 

±90

±90

±63

Точность поддержания нагрузки на

 

 

 

крюке, МН

±0,02

±0,02

±0,02

Максимальный момент на тихоходном

 

 

 

валу, кН м Мощность двигателя, кВт

17,87

17,8

36,0

32

42

75

Частота вращения двигателя, об/мин

1500—2250

1000—1250

1000—1200

Передаточное отношение редуктора

112,5

48,57

48,57

Габаритные размеры, м:

 

 

2,78

длина

2,07

1,03

ширина

1,11

1,63

2,28

высота

1,23

1,23

1,26

Масса, т

2,03

2,3

4,9

При установившемся режиме бурения скорость подачи долота на забой пропорциональна частоте вращения вала двигателя силового узла и должна быть равна скорости разрушения породы на забое в процессе бурения. Скорость бурения в свою очередь зависит от нагрузки на долото.

Если условия бурения изменяются, то возникает разность между заданной и фактической нагрузками на крюке, в результате чего меняется скорость подачи бурильной колонны на забой.

Для обеспечения наибольшей эффективности бурения бурильщик должен регулировать заданную нагрузку в зависимости от проходимых пород и режима бурения, для чего он поворачивает рукоятку управления до получения желаемых результатов.

Регуляторы подачи для буровых установок, рассчитанных на различные глубины бурения, по основной схеме одинаковы, однако силовые узлы по конструкции выполняются различно в зависимости от мощности и конструкции лебедки и трансмиссии буровой установки.

Силовой узел выполняется в виде отдельного агрегата, механизмы которого смонтированы на отдельной раме. Питающий генератор постоянного тока с электродвигателем переменного тока представляет собой отдельный узел, установленный на некотором расстоянии от лебедки в зависимости от компоновки оборудования установки. В буровых установках с силовым приводом постоянного тока такой генератор необязателен, так как привод двигателя силового узла может осуществляться от сети постоянного тока установки.

Схема силового узла регулятора подачи буровой установки БУ-2500 показана на рис. Х.1. Конструкция силового узла этого же регулятора подачи приведена на рис. Х.2. Он состоит из приводного электродвигателя постоянного тока с вентилятором и тахогенератором, редуктора, колодочного тормоза с электрогидравлическим толкателем, смонтированных на металлической раме-салазках.

Редуктор двухступенчатый. Первая ступень — червячная передача, вторая — цилиндрическая зубчатая с зацеплением Новикова. Валы червячной передачи смонтированы на конических, а цилиндрической — на радиально-сферических роликоподшипниках.

Включение в трансмиссию привода лебедки силового узла осуществляется кулачковой муфтой, при помощи рукоятки, установленной на посту бурильщика. В буровых установках, рассчитанных на бурение скважин больших глубин, используются более мощные силовые узлы с зубчатым двухвальным редуктором и звездочкой подачи на лебедку, смонтированной на общей раме в виде отдельной трансмиссии.

Основная характеристика регуляторов подачи типа РПДЭ приведена в табл. Х.1.
 

 

 

 

Рис. X.l. Кинематическая схема силового узла регулятора подачи РПДЭ-3:
1 — электродвигатель постоянного тока; 2— колодочный тормоз ТКГ-200; 3 — редуктор

 

 

Рис. Х.2. Силовой узел РПДЭ-З:
1 — рама; 2 — редуктор; 3 — электродвигатель; 4 — кожух; 5 — вентилятор; 6 — тахометр; 7 — болт; 5 — звездочка; 9 — колодочный тормоз

 

 


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

содержание      ..     43      44      45      46     ..