Расчеты размеров барабана лебедки и длины каната

Пример 2. Сделать поверочный расчет размеров барабана лебедки ЛБУ-1100 и числа рядов навивки каната.

Исходные данные: диаметр бочки барабана Д_б = 0,75 м; длина барабана L_б = 1,35 м; диаметр каната d_к = 32 мм; оснастка 5х6.

- Диаметр навивки каната (м) определяем по формуле:

D_рi = D_б + (2z_i – 1)*d_к * _в,

где: z_i – число рядов навивки каната на барабане;

_в, = 0,93 коэффициент сжатия каната (м).

- Диаметр намотки по первому ряду каната, м:

D_р1 = 0,75 + 0,032 = 0,782.

- Диаметр намотки по второму и третьему рядам, м:

D_р2 = D_р1 + 2d_к* _в = 0,782 + 2*0,032*0,93 = 0,84;

D_р3 = D_р1 +4d_к* _в = 0,782 + 4*0,032*0,93 = 0,90.

- Число витков каната в одном ряду

m = L_б / t,

где: =0,92 – 0,95 -коэффициент неравномерности навивки каната;

t = 0,033 м—шаг навивки каната.

Тогда: m = 1,35 * 0,95 / 0,033 ≈ 39 витков.

- Принимая, что в первом ряду находится 10 нерабочих витков каната (m₃ = 10), определяем безопасную длину этого постоянно навитого на барабан каната:

ℓ₃ = *D_рл*m₃ = 3,14*0,782*10 ≈ 24 м.

- Необходимая длина наматываемого на барабан каната, м, для подъема бурильных труб:

L = * ℓ* u_тс + ℓ₃ .

Здесь = 1,054 – 1,15 – коэффициент, учитывающий пробег крюка при подъеме; ℓ -длина свечи; u_тс = 10 – число рабочих струн оснастки.

L₁₀ = 1,05 * 27 * 10 + 24 = 307 м.

- Длина одного ряда каната, м, навиваемого на барабан:

ℓ_i = *D_рi*m .

- для первого ряда ℓ₁ = 3,14*0,782*39 = 96;

- для второго ряда ℓ₂ = 3,14*0,84*39 = 103;

- для третьего ряда ℓ₃ = L - ℓ₁ - ℓ₂ = 307 – 96 – 103 = 108 м.

- Число витков в третьем ряду:

m₃ = ℓ₃ / *D_р3 = 108 / 3,14* 0,90 = 38витков.

Из расчета видно, что при длине барабана 1,35 м и числе витков в одном слое 39 для подъема свечей длиной 27 м для работы с навивкой каната в три слоя может быть применена талевая система с кратностью полиспаса u_тс = 10, т.е. оснастка 5х6 допускает работу со свечами длиной 27 м.

Пример 3. Проверить диаметр тормозных шкивов барабана лебедки ЛБУ-1100.

Диаметр тормозных барабанов зависит от диаметра первого ряда навивки каната на барабан и определяется соотношением:

D_ш = (1,8 ÷ 2,5)*D_р1

Из таблицы приложения 1 находим диаметр тормозного шкива D_ш = 1,45 м, тогда отношение D_ш / D_р1 = 1,45 / 0,782 = 1,854, что допустимо, так как это отношение больше 1,8.

Пример 4. Определить скорость подъема крюка, зная частоту вращения подъемного вала n₆ из примера 1 и расчетный диаметр барабана, который примем по примеру 2 D_р = D_р2 = 0,84.

- скорость подъема крюка: v_кi = *D_р*n_6i / 60*u_тс ,

где: u_тс = 8 – число рабочих струн при оснастке 4х5; 6- - число для перевода частоты вращения вала из минут в секунды.

- скорость крюка, м/с:

“Тихие” “Быстрые”

v_к1 =3,14*0,84*45 / 60*8=0,25 v_к4 =3,14*0,84*168 / 60*8=0,92

v_к2 =3,14*0,84*70 / 60*8=0,38 v_к5 =3,14*0,84*257 / 60*8 =1,41

v_к3 =3,14*0,84*111 / 60*8=0,61 v_к6 =3,14*0,84*407 / 60*8=2,24.

Скорость навивки каната на барабан при оснастке 4х5 в 8 раз выше скорости подъема крюка и составит соответственно: 2; 3,04; 4,88; 7,36; 11,28; 17,92 м/с. При оснастке 5х6 скорость навивки каната на барабан будут в 6,5 раз выше скорости подъема крюка и составят соответственно: 1,6; 2,47; 3,9; 5,9; 9,2; 14,6 м/с.

Пример 5. Определить нагрузки на крюке при различных скоростях подъема (v_кi взять из примера 4). Вес подвижной части талевой системы G_тс 100 кН, оснастка 4х5.

Расчет:- мощность на подъемном валу лебедки ЛБУ-1100, кВт:

N_л = 0,8N_max =0,8*1000 = 800,

где N_max = 1000 кВт – максимальная мощность привода лебедки (из табл. приложения 1).

- подъемная сила ,кН, на крюке при различных скоростях его подъема.

Р_кi = N_{л* тс* л} / v_кi–G_тс = 800*0,84*0,9 / v_кi–100=605 / v_кi–100,

здесь _тс = 1-0,02*u_тс = 1 - 0,02*8 = 0,84 – к.п.д. талевой системы при u_тс = 8 _тс; _л = 0,9 = к.п.д. лебедки.

- вес колонны, который может быть поднят на различных скоростях, кН:

“Тихие” “Быстрые”

Р_к1 = 605 / 0,25 – 100 = 2320 Р_к4 = 605 / 0,92 – 100 = 558

Р_к2 = 605 / 0,38 – 100 = 1492 Р_к4 = 605 / 1,41 – 100 = 329

Р_к3 = 605 / 0,61 – 100 = 891 Р_к4 = 605 / 2,24 – 100 = 179

Пример 6.Для установки БУ5000 с лебедкой ЛБУ-1100 при оснастке талевой системы 4х5 определить число свечей длиной ℓ=25 из труб диаметром 114 мм, которые могут быть подняты на третьей скорости.

Мощность на подъемном валу лебедки 800 кВт; частота вращения вала лебедки 111 об/мин (см. пример 1); диаметр барабана лебедки 0,75 м; вес подвижной части талевой системы G_тс = 100 кН; вес 200 м утяжеленных бурильных труб G_убт = 380 кН;

- скорость подъема крюка на третьей скорости

v_к3 = *D_р*n₆₃ / 60*u_тс,

где D_р = 0,84 м средний диаметр барабана при двух рядах навивки каната; u_тс = 8 – кратность полиспаса талевой системы. Тогда v_к3 = 3,14*0,84*111 / 60*8 = 0,61 м/с.

- максимальный вес труб, поднимаемый из скважины на третьей скорости, Р_к3 = 892 кН (из примера 5).

- число свечей из 114-мм труб, которое можно поднять на третьей скорости

S₃=(Р_к3–G_убт)/(1- _р/ _с)q_бт*ℓ=(892-380)/(1–1,5/7,85)*0,3*25=84,

где: q_бт = 300 Н/м – вес 1 м труб; _р = 1,5 и _с = 7,8 плотность бурового раствора и стали.

Вывод. На третьей скорости можно поднимать 84 свечи из УБТ, находящихся над долотом.

4. Задание к расчету (по вариантам). Рассчитать задания примеров 1, 2, 3, 4, 5, 6 для

N вар	Лебедка	Gтс, кН	N вар.	Лебедка	Gтс, кН
	ЛБ-400			ЛБ-400
	ЛБ-750			ЛБ-750
	ЛБУ-1200к			ЛБУ-1200к
	ЛБУ-1700			ЛБУ-1700
	ЛБ-400			ЛБ-400
	ЛБ-750			ЛБ-750
	ЛБУ-1200к			ЛБУ-1200к
	ЛБУ-1700			ЛБУ-1700
	ЛБ-400			ЛБ-400
	ЛБ-750			ЛБ-750
	ЛБУ-1200к			ЛБУ-1200к
	ЛБУ-1700			ЛБУ-1700
Примечание. Номер варианта соответствует номеру в списке журнала группы.

Контрольные вопросы.

1. Назначение, устройство и конструктивные схемы буровых лебедок.

2. Параметры, характеризующие буровую лебедку и ее основные размеры.

3. Подъемные агрегаты типа ЛБУ.

4. Как рассчитать: частоту вращения вала, мощность лебедки, размеры барабана ?

Приложение 4.1