Талевої системи

При нерухомому талевому блоці струни каната під дією підвішеного вантажу розтягуються однаковим зусиллям:

(10.1)

де — вага талевого блока і підвішеного вантажу;

— кратність оснастки;

— число шківів талевого блока.

При підйомі і опусканні талевого блока зусилля в струнах каната змінюються із-за опорів, врахованих коефіцієнтом корисної дії шківа. На ККД шківів найбільший вплив створює тертя в опорах і між канавкою шківа і канатом. Незалежно від діаметра ККД шківа на підшипниках ковзання = 0,95 ¸ 0,96, на підшипниках кочення = 0,97¸0,98.

В розрахунках талевих канатів зручно користуватися коефіцієнтом опору шківа . Тоді натяг збігаючої і набігаючої струни

(10.2)

На рис. 10.5 натяг першої робочої струни каната, що слідує за нерухомою струною , позначимо , а натяг наступних струн і т.д. При кратності оснастки талевої системи натяг останньої робочої струни позначимо .

Згідно формули (10.2), натяг окремих струн при підйомі складає

Суму сил, діючих в робочих струнах каната, приймаємо рівною сумарній вазі рухомих частин талевого механізму і підвішеної колони труб:

або, використовуючи формулу (10.3),

Вираз в дужках являє собою геометричну прогресію.
Після визначення суми геометричної прогресії одержимо

звідки натяг в першій робочій струні

(10.4)

Натяг ходової струни

чи

(10.5)

Натяг нерухомої струни

(10.6)

При опусканні вантажу максимальний натяг буде в нерухомій струні:

а мінімальне — в ходовій струні

Коефіцієнт корисної дії талевої системи визнача-ється відношенням корисної роботи до затраченої роботи . Підставляючи значення з формули (10.5) і враховуючи, що , одержимо

(10.7)

де — висота підйому вантажу .

Використовуючи формули (10.5) і (10.7), натяг ходової струни при підйомі можна визначити залежно від :

(10.8)

Натяг в деяких струнах каната для заданої кратності оснастки зручно визначати із виразу, одержаного на основі формул (10.3) і (10.4):

(10.9)

де — порядковий номер робочої струни каната із сторони нерухомої струни (рис. 10.5);

— коефіцієнт натягу.

В табл. 10.3 приведені значення ККД талевої системи і коефіцієнтів натягу струн для різних кратностей оснастки, розраховані по формулі (10.9). Коефіцієнт опору шківа приймають рівним 1,03.

Таблиця 10.3 — ККД талевої системи і коефіцієнти натягу струн

Номер струни і	Оснастка
3 х 4	4 х 5	5 х 6	6 х 7
ККД
0,90	0,87	0,85	0,82
Коефіцієнт натягу аі
Підйом	Спуск	Підйом	Спуск	Підйом	Спуск	Підйом	Спуск
	0,150	0,185	0,109	0,143	0,084	0,118	0,068	0,101
	0,154	0,180	0,112	0,139	0,087	0,114	0,070	0,098
	0,159	0,174	0,115	0,135	0,089	0,111	0,072	0,095
	0,164	0,169	0,119	0,130	0,092	0,107	0,074	0,092
	0,174	0,159	0,127	0,123	0,098	0,101	0,079	0,087
	0,180	0,154	0,130	0,119	0,101	0,098	0,082	0,084
	0,185	0,150	0,135	0,115	0,104	0,095	0,084	0,082
	—	—	0,139	0,112	0,107	0,092	0,087	0,079
	—	—	0,143	0,109	0,111	0,089	0,089	0,077
	—	—	—	—	0,114	0,087	0,092	0,074
	—	—	—	—	0,118	0,084	0,095	0,072
	—	—	—	—	—	—	0,098	0,070
	—	—	—	—	—	—	0,101	0,068

ККД талевої системи при підйомі і спуску приймається однаковим.

Довжина каната, необхідна для оснастки талевого механізму бурових установок:

(10.10)

де — висота бурової вишки, м;

— кратність оснастки;

— довжина каната, згинаючого шків діаметром , м;

— число шківів талевого блока і кронблока;

— довжина витків каната, які залишаються на барабані при опущеному до помосту бурової талевому блоці, м.

Довжина каната, який намотується на барабан лебідки, залежить від кратності оснастки і висоти підняття талевого блока:

На шківах талевого блока і кронблока канат згинається при набіганні і випрямляється при збіганні, здійснюючи при цьому по одному перегину на кожному шківі. Число перегинів каната на шківах дорівнює числу струн, на яке зміщується розглядуваний переріз при підніманні талевого блока:

(10.11)

де — число перегинів каната на шківах талевого і крон-
блока;

— номер робочої струни, на якій розташовується заданий переріз після переміщення талевого блока на висоту ;

— номер робочої струни, на якій розташовується заданий переріз каната при початковому розташуванні талевого блока.

Номери струн каната, в яких розташовується розгляданий переріз каната, визначаються з умови його однакової віддаленості від нерухомої струни до і після переміщення талевого блока. Якщо не враховувати довжини каната, який огинає шків, то, згідно рис. 10.5, маємо:

звідки

(10.12)

Формула показує, що число струн, на яке зміщується канат, розташоване на ділянці струни , залежить від відношення висоти підйому до висоти вишки. Видно, що кінцевий номер робочої струни обмежується кратністю оснастки .

Якщо в результаті розрахунку за формулою (10.12) виявляється, що , це вказує на те, що розгляданий переріз каната, проходячи ділянку ( )-і струни, намотується на барабан лебідки і до числа його перегинів на шківах додається половина перегину на барабані. Число перегинів при цьому складає: .

Важливо відмітити, що число перегинів по довжині намотуваного на барабан каната розподіляється нерівномірно. Найменше число перегинів мають ділянки, які межують з нерухомою і ходовою струнами та розташовані на останніх витках каната при опущеному талевому блоці.

Технічний ресурс і наробка талевого каната вимірюються в одиницях виміру роботи (кДж, МДж). При спуску кожної свічки виконується робота, яка витрачається на спуск бурильної колони і рухомих частин талевого механізму, а також на підйом незавантаженого талевого блока на довжину свічки. При спуску колони бурильних труб, яка складається з n свічок, робота каната на кожну опущену свічку дорівнює:

1-а свічка —

2-а свічка —

n-а свічка —

Сумарна робота, що виконується при спуску n свічок:

Приймаючи і , одержимо

(10.13)

де — приведена вага 1 м бурильних труб;

— вага рухомих частин талевої системи;

— довжина свічки;

— число свічок, які спускаються;

— вага однієї свічки;

— довжина бурильної колони.

Робота , що витрачається на підйом n свічок, визначається аналогічним шляхом: . Загальна робота А, що витрачається на спуско-підіймальні операції за період буріння свердловини, дорівнює сумі робіт, що виконуються за кожний окремий рейс:

де — число рейсів за період буріння свердловини.

Наближено робота каната за один рейс

де — робота, що витрачається на спуск і підйом бурильної колони довжиною ;

— вага бурильної колони.

Робота при виконанні спуско-підійомальних операцій з бурильною колоною складає основну частку сумарної роботи, виконуваної талевим канатом. На нарощування і подачу бурильної колони в процесі механічного буріння, а також на спуск обсадних колон припадає не більше 1-2% усієї роботи каната. Для вимірювання поточної і обліку кумулятивної роботи талевого каната створено спеціальні лічильники.

Роботоздатність (умовна довговічність) талевих канатів оцінюється середнім технічним ресурсом, що вимірюється в одиницях роботи. Досвід показує, що технічний ресурс талевих канатів залежить від якості їх виготовлення і умов експлуатації. Середні значення, одержані за даними промислових спостережень, наведено в табл. 10.4.

Таблиця 10.4 — Технічний ресурс талевих канатів