Электромагнитные тормоза

Электромагнитные тормоза, применяемые в буровых лебедках, де­лятся на индукционные и порошковые.

Индукционный тормоз (рисунок 2) состоит из корпуса 1, на внутренней цилиндрической поверхностикоторого располагается обмоткавозбуждения 2. В корпусе на подшипниках 6 вращается якорь 4, вал 5 которого при помощи фланцевой муфты 7 соединя­ется с подъемным валом лебедки. Якорь 4 представляет собой ци­линдрическое тело с кольцевой проточкой 3 для циркуляции ох­лаждающей воды. При включении постоянного токаи обмотку возбуждения возникает магнитное поле, наводящее электродви­жущую силу в якоре. В результате взаимодействия тока якоря с магнитным полем возникает тормозной момент, противодей­ствующий вращению подъемного вала лебедки под действием спускаемой колонны труб. Кинетическая энергия спускаемого груза поглощается якорем и вызывает его нагрев. Для снижения температуры нагрева и обеспечения нормальной работы обмоток возбуждения и подшипников электромагнитные тормоза снабжа­ются воздушным и водяным охлаждением.

Рисунок 2 - Тормоз электромагнитный и его механическая характеристика

Порошковые тормоза отличаются от индукционных тем, что воздушный зазор между станиной и якорем заполнен ферромаг­нитным порошком, повышающим магнитную проницаемость за­зора и в результате этого величину создаваемого тормозного мо­мента. Кроме того, посредством порошка образуется механическая связь между станиной и якорем тормоза и благодаря этому частота вращения не влияет на величину тормозного момента.

Механические характеристики электромагнитных тормозов вы­ражают зависимость тормозногомомента от частоты вращения при заданном токе возбуждения. На рисунке 2 прямые 1 и 2 вы­ражают характеристику порошковых (ТЭП-7500 и ТЭП-4500),а кривая 3 - индукционного (ЭМТ-4500) тормозов. В отличие от порошкового тормозной момент индукционного тормоза зависит от частоты вращения. Для сравнения на рисунке 2 изображена кри­вая 4, характеризующая изменение моментагидродинамического тормоза. Как видно из рисунка, при п = (1 тормозные моменты ин­дукционного и гидродинамического тормозов равны нулю. По­этому в отличие от порошкового тормоза они не могут быть ис­пользованы для полной остановки и удержания груза на весу. С увеличением частоты вращения тормозной момент индукцион­ного тормоза возрастает быстрее, чем гидродинамического.

Рассматриваемые кривые соответствуют изменению тормозных моментов при определенном уровнетока в обмотке возбуждения индукционного и порошкового тормозов. И если у гидродинамиче­ского тормоза момент может изменяться за счет уровня наполне­ния жидкостью, у электромагнитных это достигается за счет из­менения тока возбуждения. При отсутствии тока в обмотке воз­буждения тормозной момент равен нулю. С увеличением тока в обмотке возбуждения пропорционально возрастает момент. Ука­занная особенность электромагнитных тормозов облегчает их уп­равление и создает возможность автоматизации процесса спуска инструмента.

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА

ИЗУЧЕНИЕ КОНСТРУКЦИИ БУРОВОГО КЛЮЧА АКБ-3М2

Буровой ключ АКБ-3М2 предназначен для механизации процесса свинчивания и развинчивания колонн бурильных труб в процессе спуско-подъёмных операций.

Технические параметры ключа

Диапазон работы ключа для труб с бурильными замками, мм	108…216
Допустимый износ бурильных замков, мм
Частота вращения трубозажимного устройства, об/мин
Номинальный крутящий момент, кНм	1,2
Максимальный крутящий момент, кНм
Длина хода блока ключа, мм
Давление воздуха в сети, МПа	0,7…1.0

1. Кинематическая схема ключа (рисунок 1) представляет двух ступенчатый цилиндрический редуктор, в котором зубчатое зацепление z12/z65 является первой ступенью, а зацепление z21/z54 - второй. Ведомое зубчатое колесо z54 выполнено разрезным с целью обеспечения подвода и отвода блока ключа к колонне и от колонны. Для непрерывного вращения разрезного зубчатого колеса в редуктор встроены две промежуточные шестерни z24

Рисунок 1 - Кинематическая схема бурового ключа

Ключ АКБ-3М2 состоит из следующих основных частей (рисунок 2): блока ключа 1, каретки 2 с пневмоцилиндрами 5, колонны 3 и пульта управления 4

Рисунок 2 - Буровой ключ

2. Конструкция блока ключа. Блок ключа является основным механизмом выполняющим операции по свинчиванию и развинчиванию бурильных труб. Внизу блок имеет направляющие 8 (рисунок 3) по которым он перемещается вдоль каретки к колонне и от колонны при помощи двух пневматических цилиндров двойного действия 5 (рисунок 2). На корпусе блока (рисунок 3) смонтированы верхнее 2 и нижнее 10 трубозажимные устройства, понизительный редуктор 4 с разрезным зубчатым колесом 11 и пневматический двигатель 5 с маховиком 6. Корпус ключа и трубозажимные устройства имеют вырезы для прохода колонны труб. Трубозажимные устройства обеспечивают одновремённый захват муфты и ниппеля бурильных труб. В них имеются по две сменных челюсти 17 (рисунок 4), установленных в челюстедержателях 16. В челюсти вставлены сухари из твёрдого сплава.

Рисунок 3 - Блок ключа (вид сбоку)

Челюстедержатели из своего первоначального положения могут поворачиваться на некоторый угол относительно своих корпусов, при этом челюсти скользя по спиральной поверхности вкладышей сближаются и зажимают замок бурильной трубы. При работе челюсти занимают следующие положения (рисунок 3а)

а - положение челюстей при подводе ключа к трубе или его отводе (челюсти развёрнуты);

б - положение челюстей при заведённом на трубу ключе ( челюсти свободно охватывают замок замок прижат к упору);

в - положение челюстей при зажатии замка (челюсти зажали замок).

Рисунок 3а

Поворот нижнего челюстедержателя производится от пневмоцилиндра двойного действия 12, шток которого шарнирно связан с поводком челюстедержателя.

Поворот верхнего челюстедержателя производится с помощью храпового устройства.

Верхнее трубозажимное устройство передаёт вращение верхней трубе, а нижнее удерживает колонну от проворачивания. Трубозажимные устройства как и механизм перемещения блока ключа работает от пневмоцилиндров, управляемых с пульта.

Верхний корпус трубозажимного устройства 1 (рисунок 3) удерживается на некотором расстоянии относительно промежуточного диска 3 четырьмя стаканами 14. при свинчивании верхний корпус сжимает пружины стаканчиков и опускается вниз. При развинчивании верхний корпус поднимается вверх, удерживаясь на замке за счёт сжатия замка челюстями. В передней части верхнего корпуса вмонтировано два толкателя 18 с пружинами 19 с помощью которых корпус поджимается к бурильному замку упором 20, центрируюя верхний корпус относительно замка.

Маховик введён в конструкцию с целью увеличения крутящего момента для раскрепления и докрепления замковых соединений, а также для обеспечения более равномерного вращения.

Рисунок 4 - Блок ключа (вид сверху)

1. Возможные неисправности в процессе эксплуатации и их причины

Возможные неисправности	Причины
Верхние челюсти пробуксовывают по тубе	Выкрошены сухари, сработка замка бурильной трубы, сильное загрязнение
Верхние челюсти не отпускают трубу	Не соответствие челюстей размеру замка трубы, заедание ролика челюсти, лопнул вкладыш, сильное загрязнение
Верхний корпус при вращении закусывает и отпускает трубу	Перекос колонны ключа относительно оси бурильной колонны, завышенные обороты
Верхний корпус не проворачивается вхолостую вокруг трубы	Неправильно установлена колонна ключа относительно ротора, перекос колонны ключа относительно оси бурильной колонны
Ключ при подводе и отводе от трубы перемещается с ударом в конце хода	Не работают воздушные амортизаторы цилиндров подвода-отвода
С нескольких ударов не происходит раскрепление или закрепления замкового соединения	Малая скорость вращения верхнего корпуса в период разгона, низкое давление в пневмосистеме, не включаются нижние челюсти

2. Работы текущего ремонта

1) Проверка состояния всех резьбовых соединений

2) Проверка состояния и замена при необходимости быстроизнашивающихся деталей (сухари, челюсти, ролики, вкладыши, пружины, фиксаторы)

3) Проверка и очистка воздушных фильтров

4) Проверка наличия и состояния смазки, при необходимости ее замена

5) Промывка блока цилиндров

6) Проверка и при необходимости замена направляющих вкладышей каретки.

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА

ИЗУЧЕНИЕ КОНСТРУКЦИИ УЗЛОВ БУРОВОГО РОТОРА

Цель работы:

1. Изучить по схеме и плакату конструкцию бурового ротора;

2. Изучить по схеме и плакату конструкцию пневматического клинового захвата;

3. Выполнить условия тестового задания

Типовая конструкция ротора(рисунок 1)

Основная шаровая опора 2 установлена вверху в непосредственной близости от зубчатого венца, вспомогательная 5 - внизу. Стол 17 ротора имеет диск большого диаметра с тремя пазами для лабиринтного уплотнения, предохраняющего масляную ванну от попадания бурового раствора, а с торца – пазы в которые входит фиксатор стопорного устройства. К столу ротора к нижней части болтами 7 крепится корытообразная опора 8 нижнего подшипника. Втулка 6 и опора 8 образуют масляные ванны для подшипников. Лабиринтное кольцо 4, прикреплённое к станине ротора болтами 3 предохраняет масляную ванну от попадания в нее раствора.

Вид А

Рисунок 1 - Ротор УР-560

Приводной вал ротора смонтирован в стакане 11 на сдвоенном коническом подшипнике 12 и цилиндрическом 13. Стакан со смонтированным валом вставляется в расточку станины ротора и крепится болтами. Сверху на станине укреплена крышка ротора 1. Стопорение ротора производится фиксатором 18, входящим в пазы на диске стола 17. Фиксатор приварен к втулке 21, перемещающейся вертикально в стакане 20. Сверху к втулке приварена рукоятка с пластинами, входящими в пазы на крышке ротора. На одной пластине имеется стрелка, указывающая положение стопора. Подняв втулку 21 вверх, повернув на 180 градусов и опустив ее снова в пазы стакана 20, можно застопорить стол ротора или его освободить. Снизу стопор подсоединен к пружине 19.

Стол 17 ротора представляет собой полую стальную отливку с наружным диском, прикрывающим вертикальную расточку ста­нины. В верхней части он имеет квадратное углубление для разъ­емного вкладыша (втулки) 14.В свою очередь, вкладыши имеют квадратное углубление для зажима 15, переходящее в конус. При бурении во вкладыши вставляются квадратные либо роликовые зажимы ведущей трубы, а при спуско-подъемных операциях - клинья, удерживающие колонну труб над ротором. Разъемная конструкция вкладышей и зажимов обеспечивает установку их в ротор в тех случаях, когда его отверстие занято трубой. Втулки и зажимы удерживаются в роторе при помощи поворотных за­щелок. Между зажимом и ведущей трубой возникает трение скольжения, вызывающее износ поверхностей их контакта. При использовании роликовых зажимов ведущая труба перекатыва­ется по роликам, установленным на подшипниках качения, и бла­годаря этомуее износ значительно снижается.

На основную опору действуют собственный вес стола ротора и колонны труб, удерживаемой им при спуско-подъемных опе­рациях. В процессе бурения скважины бурильная колонна подвешивается к вертлюгу и на основную опору действуют соб­ственный вес стола и силы трения, возникающие в результате скольжения ведущей трубы относительно зажимов 15 ротора. Под­шипники и стол ротора вращаются при роторном бурении и оста­ются неподвижными при спуско-подъемных операциях и бурении забойными двигателями, если не учитывать их вращения при пе­риодическом проворачивании бурильной колонны с целью преду­преждения прихватов.

На вспомогательную опору действуют усилие от предваритель­ного осевого натяга подшипника и случайные нагрузки от трения и ударов, возникающие при подъеме труб, долота и другого ин­струмента в результате их раскачивания и смещения относи­тельно оси стола ротора. Важное значение для нормальной ра­боты ротора имеет осевой предварительный натяг вспомогатель­ного подшипника. Правильно выбранный натяг обеспечивает плотное прилегание шариков к беговым дорожкам, уменьшает износ поверхностей качения, повышает долговечность подшипников.

Натяг подшипника основ­ной опоры создается собственным весом стола ротора, а осевое его положение регулируется стальными прокладками, уста­новленными под нижним кольцом основной опоры.

Быстроходный вал с конической шестерней, закрепленной шпонкой, монтируется в стакане 11 и в собранном виде устанавли­вается в горизонтальную расточку станины. Стакан предохраняет станину от вмятин, образующихся при установке подшипников и их проворачивании под нагрузкой. Консольное расположение шестерни на быстроходном валу удобно для компоновки и сборки ротора. Однако при этом возрастают требования к жесткости вала, так как вследствие его деформации нарушается равномер­ное распределение контактных давлений в зацеплении шестерни и колеса, что приводит к снижению их долговечности.

Подшипники быстроходноговала смазывают жидким маслом, заправляемым в стакан через заливные отверстия. Уровень масла при заправке и эксплуатации контролируется с помощью жезло­вого маслоуказателя. Для предотвращения вытекания масла наружная торцовая крышка стакана снабжена гребенчатым лабиринтным уплотнением. Внутренний торец стакана имеет крышку с отражательным диском, предохраняющим масло от за­грязнения промывочным раствором и продуктами износа, по­падающими в смежную масляную ванну, которая используется для смазывания конической передачи и подшипников стола ро­тора.

При спуско-подъемных операциях зажимыведущей трубы вы­таскивают из ротора, а для удержания колонн труб па роторе ис­пользуют элеватор либо клиновой захват с пневматическим при­водом. По сравнению с элеватором пневматический клиновой захват значительно облегчает и ускоряет спуско-подъемные опе­рации. Поэтому па практике преимущественно распространены роторы, оснащенные пневматическим клиновым захватом (ПКР).

Пневматический клиновой захват (рисунок 2) состоит из втулки 5,двух конических вкладышей 4, клиньев2 с плашками 9. Втулка и вкладыши неподвижны относительно стола, а клинья с плашками могут перемещаться по наклонным пазам вклады­шей. При перемещении вниз клинья скользят по наклонным па­зам вкладышей и сближаются в радиальном направлении. Под действием радиального усилия, возникающего в клиньях от соб­ственного веса колонны, плашки зажимают трубу и колонна удер­живается и роторе. Для освобождения зажатой трубы клинья перемещаются вверх одновременно с колонной труб,поднимае­мой крюком.

Привод клинового захвата осуществляется при помощи пнев­матического цилиндра 11, закрепленного на кронштейне станины 12 ротора. Шток пневматического цилиндра соединяется с корот­ким плечом рычага 10. Длинное плечо рычага на конце имеет вилкообразную форму и надевается на ролики 8 кольцевой рамы 7, с которой соединяются стойки 6, перемещающиеся в вертикаль­ных направляющих пазах втулки 5. Верхние концы стоек укреп­лены в траверсе 1, которая рычагами 3 соединяется с клиньями 2.

Под действием сжатого воздуха, подаваемого в поршневую полость пневмоцилиндра, шток поршня поворачивает рычаг 10 против часовой стрелки. При этом кольцевая рама 7 вместе со стойками 6, траверсой 1 и рычагами 3 перемещается вверх и под­нимает клинья 2. Обратное перемещение клиньев осуществляется при подаче сжатого воздуха в штоковую полость пневмоцилпндра и повороте рычага 10 по часовой стрелке. Рычаги 3 обеспечивают перемещение клиньев в радиальном направлении при подъеме и опускании клиньев. Соотношение плеч рычага 10 выбирается в зависимости от хода поршня пневмоцилиндра и необходимой высоты подъема клиньев.

Вес бурильной колонны, удерживаемой клиновым захватом, ограничивается допускаемым контактным давлением между плашками и телом трубы. Для снижения контактных давленийпользуются удлиненными клиньями и специальными плашками, охватывающими трубу с минимальным зазором между их про­дольными торцами. В некоторых конструкциях вместо трехис­пользуется шестьклиньев, что способствует более равномерному распределению контактных давлений.

Рисунок 2 - Пневматический клиновой захват