Понятие ротора

    3.2 Определение частоты вращения стола ротора при приводе от вала буровой лебедки ЛБУ-1400

    Число зубьев ведущего цепного колеса лебедки трансмиссии ротора z_бз=27.

    Частота вращения этого колеса (в об/мин):

    на 1-й скорости n₁ = 211,

    на 2-й n₂=324,

    на 3-й n₃=513.

    Частота вращения стола ротора (в об/мин) соответственно будет

     ,

      — число зубьев звездочки на роторном валу; u_p = 2,76— передаточное отношение конической передачи ротора;

      об/мин;

    Меняя соответственно величину частоты вращения звездочки на трансмиссионном валу, можно определить n_P2 и n_P3:

      об/мин;

     об/мин.

    Если  при ловильных работах необходимо уменьшить частоту вращения роторного  стола до 50 об/мин, то, чтобы не изменять кинематическую схему лебедки, надо увеличить число зубьев на цепном колесе приводного вала ротора (в нашем случае на колесо с большим числом зубьев). Определяем, с каким числом зубьев следует поставить новое цепное колесо:

    

    Откуда:

     ,

      

    3.3 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 M₂.

    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°.

    В формуле (VI.6) знак « + » берется, когда направления наклона зуба и вращения создают осевое усилие, направленное от вершины к основанию конической шестерни; знак « – » — при противоположном направлении этого осевого усилия.

    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. 
 
 
 
 
 
 

    4 ЭКСПЛУАТАЦИЯ И МОНТАЖ РОТОРОВ 

    Надежная  и длительная работа ротора во многом зависит от правильности его монтажа и эксплуатации. Ротор устанавливается в специальных пазах блока вышечного основания, а там, где есть шахтовые брусья, то в пазах этих брусьев. Глубина базы должна быть не менее 100 мм. Горизонтальность стола следует тщательно проверять уровнем. Центр проходного отверстия ротора должен строго совпадать с геометрическим центром вышки и скважины.

    При монтаже ротора необходимо обращать внимание на то, чтобы ведущее цепное колесо на валу лебедки и ведомое  колесо, закрепленное на роторном валу, находились в одной плоскости. Параллельное смещение допускается не более 0,5 мм на 1 м длины цепи.

    Важно, чтобы расстояние от торца верхней  трубы обсадной колонны, спущенной  в скважину, до нижнего лабиринтного уплотнения стола было бы не менее 600—700 мм. При более близком расстоянии возможность проникновения бурового раствора во внутреннюю полость ротора увеличивается. У новых роторов или поступивших на буровую после капитального ремонта необходимо проверить наличие смазки и ее качество. Затем один рабочий должен провернуть стол на несколько оборотов: если стол вращается свободно (без рывков), то его следует проверить на вращение от силового привода в течение 15—20 мин, наблюдая за плавностью работы и температурой.

    В первые 2—3 дня работы надо тщательно  следить за состоянием смазки и температурой корпуса ротора и не допускать  ее повышения более чем до 80° С.

    В тех случаях, когда роторы поступают  после бурения предыдущей скважины, необходимо спустить старое масло, промыть  внутреннюю полость ротора и залить свежее масло. Если на предыдущей буровой  наблюдались нагрев корпуса, рывки  и стуки, следует поднять стол, вынуть роторный вал, промыть опоры и осмотреть их, затем собрать ротор, отрегулировать зубчатое зацепление и установить предохранительный щит.

    Уход  за ротором, в процессе эксплуатации заключается в следующем:

    1) промывке ротора водой снаружи и снятии с него посторонних предметов;

    2) проверке состояния стопорного  механизма (закрытый стопор при  эксплуатации вызовет поломку  механизмов);

    3) осмотре вкладышей и зажимов  ротора, которые должны быть закреплены  защелками (защелки должны свободно проворачиваться от руки);

    4) проверке стола до закладки  зажимов — стол должен вращаться  свободно и без рывков;

    5) креплении болтов и затягивании  гаек;

    6) смазка цепи привода ротора  и установлении предохранительного  щита;

    7) проверке уровня и качества  масла.

    При смене ротора необходимо соблюдать  меры предосторожности: поднимать и  перемещать ротор надо с помощью  талевой системы; при подъеме  ротор должен быть подвешен в трех точках, чтобы исключить его переворачивание  с одной стороны на другую, что  может вызвать травмирование рабочих.

    Смазка  зубчатой передачи и основной опоры  осуществляется из общей центральной  ванны, куда масло заливается через  специальное отверстие, закрываемое  пробкой. В пробку вставляется щуп, с помощью которого определяется уровень масла в ванне.

    Как правило, подшипники приводного вала имеют  отдельную изолированную ванну, в которую заливается масло через  второе отверстие.

    Масло из ванны сливается через спускное отверстие, расположенное в нижней ее части (обычно под заправочными отверстиями), что позволяет сливать отработанное масло и промывать ротор, не снимая его с устья скважины.

    Таблица 3 Указания по смазке ротора