Завдання роботи. 2.2.1 Візуальне визначення конструктивних ознак тале-вих канатів

2.2.1 Візуальне визначення конструктивних ознак тале-вих канатів.

2.2.2 Вимірювання геометричних характеристик талевих канатів.

2.2.3 Обчислення характеристик талевих канатів.

2.3.4 Складання умовних описів талевих канатів.

2.3.5 Оцінка спрацьованості талевих канатів.

2.3 Необхідні матеріали та інструмент

2.3.1 Зразки талевих канатів різних діаметрів і констру-ктцій.

2.3.2 Штангенциркуль з межами вимірювання (0...150) - (0...250) мм і точністю (0,05-0,1) мм, ГОСТ 166-89.

2.3.3 Мікрометр оптичний або гвинтовий з межами вимі-рювання (0...25) мм.

2.3.4 Лінійка металева вимірювальна 250 мм, ГОСТ 427-75.

2.3.5 Траспортир.

2.4 Короткі теоретичні відомості

Сталеві канати, які використовуються в талевих (полі-спастних) системах установок для буріння глибоких розвід-увальних і експлуатаційних нафтових та газових свердловин, служать гнучким зв'язком між підйомним барабаном лебідки і гаком.

Обертовий рух барабана спонукає намотування або змотування талевого каната, внаслiдок чого довжина його між кронблоком і талевим блоком зменшується або збільшується. Таким чином, обертовий рух барабана бурової лебідки пере-творюється в поступальний рух підйомного гака.

Ведуча вітка талевого каната закріплюється на барабані лебідки, нерухома – в спеціальному пристрої, який виключає утворення залишкових деформацій каната і полегшує його перепускання. Канат в талевій системі послідовно огинає шківи кронблока (з нерухомою віссю) і талевого блока (з рухомою віссю).

В експлуатаційному і розвідувальному бурінні застосо-вуються сталеві талеві канати за ГОСТ 16853-88 діаметром від 25 до 38 мм типу ЛК-РО, які виготовляються шляхом сукання круглих сталок за ГОСТ 3241-80 у трьох конструктивних виконаннях (1, 2 i 3). Технологічний процес виготовлення талевих канатів передбачає подвійне сукання (спочатку – дротин в сталки, пізніше – сталок та осердя – в канат), в результаті одержуються канати тросової конструкції.

Для виготовлення канатів використовують світлий сталевий канатний дріт діаметром від 0,85 до 2,4 мм, волоче-ний з високовуглецевої якісної сталі марок 50, 55, 60, 65 і 70.

За своїми механічними властивостями дріт відповідає ГОСТ 7372-79 і поділяється на марки В і 1, його тимчасовий опір розтягу знаходиться в межах від 1568 до 1764 МПа.

Прямі або попередньо деформовані (преформовані) дротини сукаються довкола центрального дроту в сталки круглого перерізу в декілька шарів, при цьому їх число і діаметр в кожному шарі можуть бути різними або однакови-ми, із заповнювальними дротинами або без них, в залежності від чого конструкція сталки умовно позначається літерами "-О", "-Р", "-РР", "-РО" або "-З". Напрямок сукання дротин в шарах сталки може бути співпадаючим для всіх шарів або протилежним. Дротини, які належать до суміжних (контакту-ючих між собою) шарів, мають між собою точковий (умовне позначення – T), лінійний (Л) або комбінований (ЛТК чи ТЛК) дотик, його вид визначає величину контактних напру-жень при експлуатації.

У залежності від виконання канати мають:

- при виконанні 1 - металеве осердя (МС) - додатковий, вміщений всередину основного, сталевий канат з сімох сталок по 7=(1+6) дротин в кожній (значно рідше - циліндричну пружину розтягу) (рис. 2.1, а);

- при виконанні 2 - органічне осердя (ОС) за ГОСТ 5269-93 із жорстких листяних (маніла, сізаль) або м’яких стеблових (коноплі, джут) луб’яних волокон, одинарного (односталкове) або подвійного (тристалкове осердя) сукання (рис. 2.1, б);

- при виконанні 3 – пластмасове стрижньове осердя (ПС) з поліетилену високого тиску (рис. 2.1, в).

а) канат з металевим осердям конструкції 7´7=49;

б) канат з органічним трипасмовим осердям;

в) канат з пластмасовим стрижньовим осердям

Рисунок 2.1 – Перерізи шестисталкових талевих канатів типу ЛК-РО конструкції 6´31 (1+6+6.6+12)

Для зменшення тертя мiж дротинами i сталками в канаті, підвищення його зносостійкості і антикорозійного захисту застосовуються спеціальні антифрикційні тугоплавкі високов’язкі мастила, які вносяться всередину сталок і каната при їх виготовленні, і якими просочують органічне осердя.

У талевих системах бурових установок використовують рихтовані канати, які не розкручуються при прикладенні нава-нтаження розтягу. Їх виготовляють з преформованих дротин, в яких цілковито знято внутрішні технологічні напруження.

Сталеві канати характеризуються сукупністю геометри-них, механічних, міцнісних і конструктивно-технологічних показників, основні з них наведено в пп. 2.4.1 – 2.4.4 та [2.8.1].

2.4.1 Геометричні параметри:

2.4.1.1 Зовнішній номінальний розрахунковий діаметр каната D_к (25, 28, 32, 35 і 38 мм).

2.4.1.2 Розрахунковий діаметр дротин, постійний по шарах сталки каната d або змінний від шару до шару d_і, фактичний діаметр дротин d_ф = d^±0,1 мм по довжині однієї дротини і в різних дротин.

2.4.1.3 Діаметр сталки каната d_с.

2.4.1.4 Кут a сукання дротин в сталках, однаковий для всіх шарів дротин в сталцi або змінний від шару до шару a_і; a, a_і – є кутом нахилу осей дротин до осі сталки, 7° £ a £ 20°.

2.4.1.5 Крок t_c сукання дротин в сталках незмінний для всіх шарів сталки або змінний від шару до шару t_cі; t_c £ 8,5·d_c.

2.4.1.6 Крок сукання сталок в канаті t_к; t_к £ 6,5·D_к.

2.4.1.7 Кут сукання сталок в канаті b, він являє собою кут нахилу осі сталки до осі каната, переважно b = 18^о .

2.4.1.8 Сумарна площа S_∑ перерізу всіх дротин каната (для канатів виконання 1 – з площею перерізу дротин осердя включно).

2.4.1.9 Коефіцієнт конструктивної щільності K_щ.

2.4.1.10 Коефіцієнт гнучкості каната К_г.

2.4.2 Механічні і міцнісні параметри:

2.4.2.1 Тимчасовий опір розриву дротин в канаті s_в.

2.4.2.2 Фактичне розривне зусилля ­ агрегатна міцність каната в цілому на розтяг R_а.

2.4.2.3 Сумарне розривне зусилля всіх дротин в канаті R_∑.

2.4.2.4 Модуль пружності каната Е_к, що розглядається як виріб з однорідного матеріалу.

2.4.2.5 Число повторних перегинів каната, яке він витримує до втомного руйнування при стаціонарному циклі навантаження у визначених умовах.

2.4.2.6 Питома працездатність q, питомий ресурс - робота, виконана канатом до його спрацювання, приведена до 1 м його довжини.

2.4.2.7 Конструктивне видовження каната, яке має місце при його первинному навантаженні і в кінці періоду експлуа-тації.

2.4.2.8 Маса одного погонного метра змащеного каната.

2.4.3 Конструктивно-технологічні параметри

2.4.3.1 Число дротин в одній сталці і в кожному її шарі.

2.4.3.2 Число шарів сукання дротин в сталку.

2.4.3.3 Напрямок сукання дротин в сталку по її шарах.

2.4.3.4 Число сталок в канаті (для талевих канатiв - завжди шість).

2.4.3.5 Напрямок сукання сталок в канат.

2.4.3.6 Матеріал центрального осердя і його конструкція.

2.4.3.7 Hаявнiсть або вiдсутнiсть преформування дротин, рихтування каната в процесі його виробництва.

Конструкція сталки каната визначається числом дротин в ній, їх розміщенням в шарах. Число дротин в сталцi умовно позначається сумою їх чисел в кожному шарі, наприклад: 1+6+12 або 1+9+9 (тип ЛК-О), 1+6+12+12 (тип ТЛК-О), при наявності в одному шарі дротин різного діаметра їх число подається у вигляді суми в дужках або через крапку, наприклад 1+6+(6+6)+12 або 1+6+6.6+12 (тип ЛК-Р). Конструкція каната позначається добутком числа сталок в канаті i числа дротин в кожній з них, добуток доповнюється інформацією про матеріал центрального осердя, наприклад: 6´19 + 1 о.с.; 6´19 + 1 м.с.; 6´31 + 1 м.с.

Умовне позначення талевих канатів за ГОСТ 16853-88 містить в собі:

- виконання каната ;

- розрахунковий номінальний діаметр каната (в мм);

- марку каната, визначену маркою дроту, використаного для його виготовлення.

- напрям сукання сталок в канат;

- маркувальну групу - тимчасовий опір розриву дротин в МПа;

Наприклад, канат виконання 1, діаметром 32 мм, виготовлений із дротин марки 1 шляхом лівого хрестового сукання з тимчасовим опором розриву s_в=1770 МПа позначається так: Канат МС-32-1-Л-1770 ГОСТ 16853-88.

2.5 Порядок проведення лабораторної роботи

Лабораторна робота виконується кожним студентом iз використанням окремого відрізку каната та індивідуального набору вихідних даних в п’ять послідовних етапів: огляд, вимірювання геометричних параметрів, обчислення перелі-чених нижче величин (п. 2.5.3.), складання, оформлення і захист звіту.

2.5.1 На першому етапі виконання роботи студент візуально:

2.5.1.1 Встановлює число сталок n_c, з яких зсукано талевий канат.

2.5.1.2 Визначає матеріал осердя і його форму, встановлює виконання каната, записує до робочого зошиту його умовне позначення.

2.5.1.3 Рахує число дротин n_д (незалежно від їх діаметра), з яких зсукано одну зі сталок каната, в цілому в усій сталці і окремо в кожному шарі сукання.

2.5.1.4 Рахує число шарів n_ш дротин, з яких зсукано сталку, при цьому центральна дротина не вважається окремим шаром.

2.5.1.5 Встановлює однорідність або різнорідність дротин в шарах сукання сталки відповідно до постiйностi або змiнностi діаметра дротин, при наявності сумнівів результати візуального спостереження перевіряються вимірюванням діаметрів дротин штангенциркулем, оптичним або гвинтовим мікрометром. До робочого зошиту записується умовне позначення конструкції сталки.

2.5.1.6 Визначає напрямок сукання дротин в зовнішньо-му шарі сталки (лівий або правий, за або проти годинникової стрілки).

2.5.1.7 Визначає вид контакту дротин в суміжних шарах сталки (лінійний, точковий).

2.5.1.8 Визначає напрямок сукання сталок в канат.

2.5.1.9 Ретельно оглядає зовнішні поверхні дротин, оцінюючи їх чистоту (шорсткість), наявність покрить, при потребі розглядаючи їх через оптичний мікрометр, з метою встановити марку дротин (1 або В).

2.5.1.10 Встановлює тип сукання каната, грунтуючись на результатах, отриманих за п. 2.5.1.6 і п. 2.5.1.8. За результатами виконання п.п. 2.5.1.1 - 2.5.1.10 студент повинен сформулювати вичерпне визначення конструкції і типу сталки і каната в цілому, записати їх умовні позначення, виконати ескіз поперечного перерізу каната (в масштабі не менше, нiж 4:1), в перерізі однієї зі сталок показати перерізи кожної з дротин, або виконати окремий ескіз перерізу сталки.

2.5.2 На другому етапі виконання лабораторної роботи студент вимірює:

2.5.2.1 Фактичний зовнішній діаметр каната D_кф (діаметр кола, описаного довкола поперечного перерізу каната). Користуючись його виміряною величиною за ГОСТ 16853-88 студент визначає найближчий стандартний діаметр каната D_к, враховуючи можливе спрацювання каната по зовнішньому діаметру та відхилення від номінального діаметра, що допускаються стандартом. Вимірювання слід проводити в перерізі, максимально віддаленому від кінців відрізка каната, де можлива деформація є мінімальною.

2.5.2.2 Зовнішній діаметр сталки каната d_с.

2.5.2.3 Діаметри дротин в усіх шарах сталки каната d_і.

Вимірювання за п.п. 2.5.2.1 - 2.5.2.3 виконуються багато-разово в різних перерiзах і діаметральних площинах. Зіставле-нням між собою результатів різних вимірювань одного і того ж діаметра сталки d_с або діаметра d_і дротин, що утворюють зовнішній шар сталки, визначається наявність або відсутність спрацювання досліджуваного зразка каната за зовнішнiм діа-метром. При віднаходженні величини D_к для спрацьованого каната вводиться поправка на виявлену спрацьованість.

2.5.2.4 Крок сукання t_с дротин у сталку (виключно для зовнішнього шару сталки).

2.5.2.5 Крок сукання сталок в канат t_к.

2.5.2.6 Кут сукання дротин у зовнiшньому шарi сталки a.

2.5.2.7 Кут сукання сталок в канат b.

2.5.3 На третьому етапі лабораторної роботи студент обчислює:

2.5.3.1 Площу теоретичного перерiзу каната - площу кола, описаного довкола його поперечного перерiзу

. (2.1)

2.5.3.2 Сумарну площу перерiзу усіх дротин, з яких зсукано сталки каната (для канатів виконання 1 враховуючи дротини осердя 7´7=49) в м²

. (2.2)

2.5.3.3 Теоретичну масу погонного метра каната в кг/м за наближеним виразом

. (2.3)

2.5.3.4 Коефіцієнт конструктивної щільності

. (2.4)

Класифiкувати досліджуваний канат за чисельним значенням коефіцієнта К_щ до однієї з трьох наступних груп: малої щільності при К_щ £ 0,45, середньої щільності при 0,45 £ К_щ £ 0,6, високої щільності при К_щ > 0,6.

2.5.3.5 Коефіцієнт гнучкості каната

. (2.5)

При суканнi сталок каната із дротин різного діаметра d_і у формулу (2.5) підставляється приведений діаметр дротин δ_пр, обчислений з виразу

. (2.6)

2.5.3.6 Кут сукання дротин у зовнiшньому шарi сталки

, (2.7)

де d_з - діаметр дротин зовнішнього шару сталки.

2.5.3.7 Кут сукання сталок в канат

. (2.8)

Порівняти обчислені значення кутів сукання a і b з виміряними за пп. 2.5.2.6, 2.5.2.7.

2.5.3.8 Модуль пружності каната (за формулою А.І.Дінника)

, (2.9)

де Е_пр - модуль пружності матеріалу дротин (для сталі Е_пр = 2,1×10¹¹ Па).

2.5.3.9 Сумарне руйнівне зусилля розтягу усіх дротин в канаті - теоретичну міцність каната

. (2.10)

Чисельне значення s_В тимчасового опору розтягу для матеріалу дротин (1570, 1670, 1770 МПа) канату для підставляння в (2.10) задається індивідуально викладачем, який проводить лабораторну роботу.

2.5.3.10 Руйнівне зусилля на розтяг каната в цілому - агрегатну міцність

, (2.11)

де к_в - коефіцієнт, що враховує втрати міцності каната при його виготовленні, для наближених розрахунків приймається к_в = 0,85.

2.6 Вимоги до звіту з лабораторної роботи

Звіт повинен бути складений і оформлений у відповідно-стi до чинних в унiверситетi стандартів i містити:

2.6.1 Результати візуального аналізу зразка канату за п.п. 2.5.1.1 - 2.5.1.10 із визначенням конструкції сталки та каната, його умовним позначенням за ГОСТ 16853-88 та ескізом поперечного перерізу.

2.6.2 Результати вимірювань за п.п. 2.5.2.1 - 2.5.2.5 із висновком щодо наявності і ступеня спрацювання каната.

2.6.3 Результати обчислень за п.п. 2.5.3.1 - 2.5.3.10.

Чисельні значення величин D_к, d_і, S_с, m_пит, R_∑, R_а, одержані при виконанні лабораторної роботи, повинні бути наведені в таблиці 2.1 у зіставленні із відповідними характеристиками стандартного каната визначеного типорозміру, який має ідентичну конструкцію, останні можуть бути запозичені з ГОСТ 16853-88.

Таблиця 2.1 - Виміряні, обчислені і стандартні показни-ки талевого канату

Параметри, технічні показники, одиниці їх виміру	Чисельні значення
виміряні	розра-хункові	стан-дартні

2.6.4 Сформулювати висновки за результатами порів-няння спостережених, обчислених та стандартних чисельних значень величин, перелічених вище в п. 2.6.3.

2.7 Питання для самоконтролю підготовки

2.7.1 З яких технологічних операцій складається процес виготовлення талевих канатів?

2.7.2 Якi конструкцiйнi матерiали використовуються для виготовлення талевих канатiв?

2.7.3 Якi конструкцiї мають сталевi канати, що використовуються в талевих системах бурових установок?

2.7.4 Яке практичне значення при експлуатації або виготовленні мають вiдомi Вам характеристики i параметри талевих канатів?

2.7.5 Як впливає кут сукання дротів i сталок на механiчнi властивості талевих канатів?

2.7.6 Якими конструктивними та технологічними засобами можна збільшити довговiчнiсть та працездатність талевих канатів?

2.8 Рекомендовані джерела інформації

2.8.1 ГОСТ 16853-88. Канаты стальные талевые для эксплуатационного и глубокого разведочного бурения. Технические условия.

2.8.2 Баграмов Р.А. Буровые машины и комплексы. М.: Hедра, 1988.

2.8.3 Букштейн М.А. Стальные канаты нефтегазодобы-вающей промышленности. М.: Hедра, 1969.