Пневматические клиновые захваты

Расчет  главной опоры  ротора

 
Подшипник стола ротора так же, как  и зубчатая передача, является основным элементом, определяющим долговечность  и надежность ротора. 
 
В опорах ведущего вала применяются стандартные роликоподшипники качения, их расчет аналогичен расчету опор валов общего машиностроения. Для выбора подшипников и определения их срока службы сначала рассчитывают действующие на опоры усилия (рис. 5). Для этого надо найти усилия, действующие в зацеплении: окружное усилие Р, радиальные Q и осевые N.

 
 
 
Рисунок 5 – Расчетная схема ротора 
При расчете роторов обычно условно принимают, что привод ведущего вала всегда осуществляется цепной передачей при минимальном диаметре ведущей звездочки, к. п. д. ротора η = 0,9, коэффициент запаса k_з =2÷4. За расчетный режим принимается частота вращения стола n_p =100 об/мин, срок службы L_h = = 3000 ч при длительно действующем эквивалентном моменте на столе ротора. 
Для определения долговечности опор ротора устанавливают исходные параметры для расчета. 
 
Расчетная частота вращения стола ротора n_p =100 об/мин; расчетный крутящий момент на столе ротора M₂, Н•м. 
 
Например, для бурения скважины глубиной 5000 м с использованием ротора У7-560-6 необходима мощность N=500кBт. Крутящий момент на столе ротора при частоте вращения n_p = 100 об/мин: 
 
 
 
Здесь — угловая скорость вращения стола ротора. Усилия (в Н), действующие в зубчатом зацеплении:  
 
окружное: 
 
 
осевое шестерни: 
 
 
радиальное шестерни: 
 
 
где M₁ и M₂— крутящий момент на ведущем и ведомом валах, Н•м; d₁ и d₂ — средний расчетный диаметр шестерни колеса, м; α —угол профиля зуба; в нормальном сечении обычно α =20°. 
Осевая N₂ и радиальная Q₂ составляющие нагрузки на коническом колесе соответственно равны и противоположны по знаку составляющим M₁ и Q₁ на сопряженной шестерне.

 
Окружное усилие для ротора У7-560-6: 
 
 
 Диаметр конического колеса ротора У7-560-6 d₂ =0,975 м. 
 
Так как плоскость действия силы Р почти совпадает с плоскостью центров тел качения главной опоры, можно принять, что радиальное усилие, действующее на опору, равно окружному усилию на колесе, т. е. 
 
 
Расчетное осевое усилие, действующее на главную опору стола: 
 
где G = 20 кН — вес стола и вкладышей ротора У7-560-6; N_p — осевое усилие,  

создаваемое трением  ведущей трубы о вкладыши, Н: 
 
где f_c = 0,25÷0,3 — коэффициент трения ведущей трубы о зажимы ротора; при скольжении; R = 0,1 м — радиус приложения нагрузки между ведущей трубой и зажимами; k₃ =0,6 — коэффициент эквивалентности нагрузки. 
F_a = 20 + 90=110 кН. 
Главная опора стола ротора и одна из опор ведущего вала рассчитываются из условия одновременного действия радиальной и осевой нагрузок. 
 
Для упорно-радиальных подшипников стола ротора расчетная эквивалентная нагрузка: 
 
Q = (X F_p + Y F_a) k₃,  
 
где X и У—коэффициенты радиального и осевого усилий; они определяются по общей методике расчета подшипников в зависимости от соотношения  и типа подшипника. Для главной опоры при угле α≥40° принимают Х=0,35, У=0,57, k₃ =3. Для стола ротора: 
 
 
 
Номинальная долговечность опоры: 
 
 
 
где С₀ =900 кН — динамическая нагрузка подшипника ротора У7-560-6; р — показатель степени, для шариков р=3, для роликов p=10/3. В роторе У7-560-6 опора шариковая.  
 
Долговечность в часах: 
 
 

В соответствии с нормами АНИ динамическая нагрузка (в Н) главной опоры должна быть: 
 
 
Фактически в данном примере для ротора У7-560-6  
0,9 ≥ 0,25•1,6 = 0,4. 
 
Вес бурильной колонны для скважины глубиной 5000 м Q_бк =1,6 МН. 
Главная опора также проверяется на статическую нагрузку, поскольку на нее устанавливают колонны в период спуска и подъема. 
Требуемая допустимая статическая нагрузка подшипника: 
 
 
Допустимая статическая нагрузка главной опоры ротора У7-560-6 С_a=5,2 МН. 
 
Фактический коэффициент запаса по допустимой нагрузке: 
 
 
 что вполне достаточно. 
На стол ротора может устанавливаться обсадная колонна весом до 3,2 МН при коэффициенте запаса 1,6. 
Если допустимые динамическая и статическая нагрузки подшипника главной опоры не известны, то их определяют по общеизвестной методике. 

      Индивидуальный  привод ротора

       
В большинстве конструкций буровых установок привод ротора цепной или карданной передач осуществляется через лебедку от главного привода, мощность которого достигает 800 кВт.

      Индивидуальный  привод ротора (ПИР) предназначен для  роторного бурения скважин в  целях освобождения буровой лебедки от функций передаточного механизма между силовым приводом и ротором. Этот привод устанавливают в буровой перпендикулярно к приемным мосткам; он соединяется карданным валом непосредственно с валом ротора. 
 
Было создано несколько типов таких приводов: ПИР-1-4; ПИР-2-4, агрегат форсированного бурения и др. Применение индивидуальных приводов позволило более правильно использовать буровую установку, уменьшить шум в буровой вследствие устранения роторной цепи, увеличить частоту вращения роторного стола, экономить электроэнергию и др. 
 
В настоящее время в связи с бурением скважин на большие глубины, особенно в осложненных условиях, создан индивидуальный привод ротора ПИРШ4-2А (рис. 6), применяющийся на промыслах Азербайджана при бурении скважин роторным способом. Он состоит из рамы-салазок 1, на которых смонтированы ротор 2, коробка перемены передач 3, два электродвигателя 4. Соединение ротора с коробкой перемены передач, а последней с электродвигателями осуществляется при помощи полужестких муфт 5. 
 
Установленные на жесткой раме агрегаты прикреплены к ней болтами и строго центрированы. Ротор агрегата не отличается от серийного, за исключением того, что на консольной части вала цепное колесо имеет развитую ступицу, переходящую в ведомую часть полужесткой муфты, соединяющей ротор с коробкой перемены передач. Последняя представляет собой трехвальную коробку с одним коротким валом, предназначенным для присоединения второго электродвигателя. Ко второму валу присоединяется второй электродвигатель. В центре между этими валами в двух подшипниках находится основной вал, который передает ротору мощность от обоих двигателей через четыре передачи.

       
 
 
Рисунок 6 – Индивидуальный привод ротора ПИРШ4-2А 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      Заключение 

    В данном курсовом проекте отражается технологический процесс эксплуатации и монтажа ротора. 

    Организация и осуществление монтажа и ремонта является важной частью производственного процесса. Для предприятий нефтедобывающей отрасли, т. к. развитие добычи нефти и газа с каждым годом увеличивается с возрастающим использованием их как сырья для химических производств, организация и осуществление ремонта является первостепенной задачей для обеспечения бесперебойной работы оборудования и увеличения межремонтных периодов.

       Литература 

1. Баграмов  Р.А., Технлогия и техника бурения нефтянных и газовых скважин. М.: Недра, 1988.
2. Е.А. Палашкин. Справочник механика по глубокому бурению.- М.: Недра, 1974 .
3. Г.Е. Панов, П.Р. Петряшкин, Г.Н. Поясной .Охрана окружающей среды.- М.: Недра, 1986 .