Конструкция и обозначение талевых канатов
Талевые канаты - это канаты двойной (тросовой) свивки. Проволоки свиты в пряди, а пряди в канат. Талевый канат по ГОСТ 16853-88 состоит из шести прядей и сердечника (рис. 4.2.28).
Рис. 4.2.28. Конструкция талевого каната:
а - с металлическим сердечником; б - с органическим сердечником
Тип свивки и конструкция талевого каната имеют обозначение ЛК РО 6 х 31 (1 +6 + 6/6+ 12). ЛК-означает линейное касание проволок по слоям. Проволоки в среднем слое имеют разный диаметр (Р). В наружном слое проволоки одинакового диаметра (О). За рубежом такая конструкция пряди называется Warrington-Seale (Варингтон-Сил) и имеет обозначение WS. Прядь каната состоит из одной центральной проволоки и 30 проволок в трех слоях.
Свивка талевых канатов крестовая (рис. 4.2.29): направление свивки проволок в пряди и направление свивки прядей в канат разное. Канаты крестовой свивки имеют меньший крутящий момент, что важно при эксплуатации талевых систем, в которых повышенный крутящий момент в канате приводит к закручиванию свободно подвешенного талевого блока. Кроме того, канаты крестовой свивки менее подвержены раздавливанию при многослойной навивке на барабаны за счет высокой плотности свивки. К недостаткам канатов крестовой свивки можно отнести относительно высокую жесткость на изгиб и меньшую, по сравнению с канатами односторонней свивки, долговечность при работе на блоках.
Рис. 4.2.29. Свивка каната:
а - канат крестовой свивки; 6 - канат односторонней свивки
Направление свивки прядей бывает правое и левое. В основном применяют талевые канаты правой свивки. При применении канатов левой свивки должно быть изменено направление навивки первого слоя каната на барабане лебедки.
Сердечник каната может быть металлическим, органическим или комбинированным. Сердечник каната является опорой для прядей. Органический сердечник является аккумулятором смазки, что положительно сказывается на долговечности каната. Металлический сердечник представляет собой канат двойной односторонней свивки. Конструкция металлического сердечника в талевых канатах имеет формулу 7x7 (1 + 6), что означает семь прядей по семь проволок. Одна прядь состоит из центральной проволоки и шести проволок, свитых вокруг нее. Направление свивки прядей сердечника противоположно направлению свивки прядей в канате.
Канаты с металлическим сердечником имеют большее разрывное усилие при том же диаметре и большую стойкость к раздавливанию при навивке на барабан лебедки, но они менее долговечны, чем канаты с органическим сердечником н более чувствительны к качеству свивки. При нарушении технологии изготовления они имеют склонность к образованию винтовой деформации на начальном этапе эксплуатации.
Органические сердечники изготавливают из искусственных (полипропилен, полиэтилен и другие пластмассы) или натуральных (пенька, манила или сизаль) материалов. Органический сердечник представляет собой канат, свитый из трех основных прядей. Иногда для заполнения требуемого объема к органическому сердечнику добавляют дополнительные жгуты из того же материала - каболки.
Комбинированные сердечники совмещают в себе достоинства металлических и органических. Комбинированный сердечник в обшем случае представляет собой стальной канат в пластиковой оболочке. Талевые канаты с такими сердечниками производятся ведущими мировыми фирмами, например фирмой BR1DON (Брайдон). На территории СНГ производство таких канатов освоено на заводе «Стальканат» (г. Одесса).
В обозначение талевого каната входит:
- тип сердечника, органический ОС или металлический МС,
- диаметр каната 25,28,32,35 или 38 мм;
- группа качества стали, из которой изготовлены проволоки, - марка стали высшая (В) или первая (I);
- точность изготовления каната - нормальной или повышенной (Т);
- направление сивки прядей в канате - правое или левое (Л);
- временное сопротивление разрыву стали, из которой изготовлены проволоки
(маркировочная группа прочности) 1570- 1770 МПа;
- ГОСТ 16853-88 или ТУ 14-4-1767-94.
Пример обозначения: ОС-32-В-Т-Л-1770 ГОСТ 16853-88 - канат стальной талевый с органическим сердечником, диаметром 32 мм, из стали марки В, повышенной точности изготовления, левой свивки, с маркировочной группой прочности стали по временному сопротивлению 1770 МПа.
Марка каната (В) или (1) означает, что допускаемый разбег временного сопротивления разрыву σВ проволок, взятых из каната (за исключением центральной проволоки и проволок заполнения), не должен превышать значений, приведенных в табл. 4.2.16.
Талевые канаты по назначению являются грузовыми (Г), изготавливаются из светлой проволоки (без покрытия). Назначение каната, правая свивка и нормальная точность изготовления в обозначении талевого каната не указываются. Также в обозначение талевых канатов не входят способ свивки Н - нераскручивающийся; степень уравновешенности свивки Р - рихтованный, так все талевые канаты по определению являются грузовыми, должны быть нераскручивающимися и рихтованными.
Таблица 4.2.16
Допускаемые отклонения временного сопротивления разрыву проволок каната
Маркировочная группа каната по временному сопротивлению разрыву МПа (кгс/мм2) | Допускаемый разбег временного сопротивления разрыву проволок в зависимости от марки каната, МПа (кгс/мм2) | |
В | I | |
1570(160) 1670(170) 1770(180) | 250 (26] | 310(32) 330 (34) 360 (37) |
Параметрами канатов, определяемых при визуально-измерительном контроле, являются диаметр и шаг свивки. Диаметр правильно определять по выступающим частям прядей, как показано на рис. 4.2.31. Рекомендуется измерять диаметр нового каната на расстоянии не менее чем 5 метров от его незакрепленного конца. Измерения выполняются в двух местах,
расстояние между которыми не менее I м. В каждом месте диаметр замеряется в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Для нового каната среднее арифметическое этих четырех замеров должно быть внутри поля допусков, указанных для номинального диаметра каната Dv в зависимости от точности его изготовления (табл. 4.2.17).
![]() |
Рис. 4.2.31. Измерение диаметра каната;
а -правильно; б- неправильно
Таблица 4.2.17
Значения предельных отклонений диаметров канатов
в зависимости от точности изготовления
Предельные отклонения диаметра каната. % не более, при точности изготовления | |||
повышенной (Т) | нормальной | ||
с металлическим сердечником | с органическим сердечником | с металлическим сердечником | с органическим сердечником |
+4 -1 | +3 +8 | +6 -2 | +3 +10 |
Шаг свивки каната измеряют, как показано на рис. 4.2.32.
Длина шага свивки прядей в канате и прядей в металлическом сердечнике не должна превышать 6-, 5-кратного диаметра каждого.
Рис. 4.2.32. Измерение шага свивки каната
Длина талевых канатов
Технология отработки талевых канатов требует поставлять их на буровые большей длиной, чем требуется для оснастки талевой системы. Канаты могут быть нормальной и укороченной длины (табл. 4.2.IS). Отклонение длины должно быть не более 1 %.
Таблица 4.2.18
Длина талевых канатов
Диаметр канага. мм | Номинальная длина каната, м, не менее | |
нормального | укороченного | |
25,0 | ||
28.0 | ||
32.0 | ||
35,0 | ||
38,0 |
Импортные талевые канаты
За рубежом канаты для талевых систем буровых установок изготавливаются фирмами BRIDON (Англия-Германия), WireCo (США), Pfiefer (Германия), One Steel (Австралия), Drahtseilwerk Bremerhaven (Германия) и др.
В отличие от отечественных талевых канатов, в зарубежных количество проволок в пряди в зависимости от диаметра каната может варьироваться от 19 до 41.
Кроме традиционной конструкции канатов фирмы BRIDON (Брайдон) и WireCo (Вайр Роуп Компании) производят талевые канаты с преформированными и пластически обжатыми прядями (рис. 4.2.33. б, в), а также канаты в оболочке (рис. 4.2.34). Это современные конструкции канатов, хорошо зарекомендовавшие себя в других отраслях промышленности.
![]() |
![]() |
Рисунок 4.2.33 - Канаты с пластически обжатыми прядями и фасоннопрядные:
а - изготовление пластически обжатой пряди; б - сечение талевого каната BRIDON DVFORM BRISTAR с пластически обжатыми прядями конструкции 6 х 26 и комбинированным сердечником; в - фасоннопрядный канат BRIDON CONSTRUCTEX
![]() |
Рисунок 4.2.34 – Канат в пластиковой
оболочке
Достоинствами канатов с пластически обжатыми прядями являются:
- большее заполнение сечения металлом и, как следствие, увеличение прочности на 10-14 % по сравнению с канатами ЛК такого же диаметра;
- более высокое соотношение прочности и собственного веса каната;
- уменьшение контактных напряжений на опорной поверхности пряди и повышение износостойкости и структурной устойчивости при поперечных нагрузках, например, при многослойной навивке и работе на блоках;
- уменьшение контактных напряжений между проволоками внутри каната, что проявляется в большей усталостной прочности каната;
- возможность уменьшения маркировочной группы стали при том же диаметре, что
способствует увеличению усталостной прочности каната.
К недостаткам канатов с пластически обжатыми прядями можно отнести повышенную жесткость на изгиб.
На рис. 4.2.33, 6 показано сечение талевого каната с пластически обжатыми прядями и комбинированным сердечником марки DYFORM BRISTAR фирмы BRIDON.
Преформация пряди или ее пластическое обжатие осуществляется на стадии изготовления каната. Пластическое обжатие пряди происходит при ее волочении через фасонные фильеры (рис. 4.2.33, а), либо при прохождении через обжимные ролики.
При этом круглые проволоки в зависимости от структуры пряди меняют свой профиль, приобретая форму трапеции, многоугольника и т. д. Зазоры между проволоками уменьшаются, благодаря чему увеличивается степень заполнения металлом сечения прядей, а, следовательно, и каната в целом. Это важно для практического применения, так как по сравнению с традиционными конструкциями стальных канатов эти канаты обладают большим разрывным усилием при том же диаметре. Проволоки при этом соприкасаются между собой по плоским поверхностям, благодаря чему в отечественной классификации эти канаты по аналогии с канатами ЛК получили название ПК (плоскостное касание).
Развитием конструкции круглых прядей являются так называемые фасонные пряди, трехгранные, овальные или плоские. Фасонную форму прядям придают при изготовлении с помощью специальных обжимных устройств. По сравнению с круглопрядными канатами канаты из таких прядей имеют ряд преимуществ, таких как:
- повышенная структурная устойчивость;
- высокая прочность за счет большего коэффициента заполнения каната металлом;
- высокая гибкость и усталостная прочность;
- большая опорная поверхность.
В качестве талевых канатов фирмой BRIDON рекомендованы к применению канаты с преформированными прядями типа CONSTRUCTEX (рис. 4.2.33. в).
При эксплуатации каната форма поверхности фасоннопрядных канатов и канатов с пластически обжатыми прядями существенно снижает контактные напряжения в проволоках, что ведет к повышению долговечности канатов. Особенно хорошо зарекомендовали себя канаты с пластически обжатыми прядями при работе на барабанах с многослойной навивкой, когда повреждение каната происходит из-за соприкосновения с самим собой. Канат повреждается из-за того, что его поверхность является неровной. Повреждение канатов с пластически обжатыми прядями при многослойной навивке значительно уменьшается благодаря гладкой поверхности пряди.
Кроме того, из-за большего заполнения металлом сечения таких канатов повышается их стойкость к раздавливанию при многослойной навивке.
Специально для морских промыслов компания WireCo выпускает талевые канаты PFV в пластиковой оболочке (рис. 4.2.34). Такая конструкция предохраняет канат от коррозии и износа в течение длительного периода, определяемого состоянием оболочки.
В обозначение импортных канатов входит тип свивки, число прядей и проволок в пряди. Например, 6 х 26 WS, это означает, что данный канат имеет 6 прядей по 26 проволок и структуру свивки Warrington-Seale (Аналог JIKPO). Маркировочная группа импортных талевых канатов по API имеет буквенное обозначение, например IPS, EIPS, EEIPS, что примерно соответствует отечественным маркировочным группам 1770, 1960 и 2060 МПа соответственно. Некоторые конструкции талевых канатов имеют собственные оригинальные названия, например, DYFORM BRISTAR или CONCTRUCTEX.