Разработка кинематических схем буровых установок

Число факторов, влияющих на структурные схемы буровых установок, ограничено, поэтому при разработке их могут быть использованы некоторые общие рекомендации.

1. Выбор минимального числа передач. Кинематическая цепь содержит тем меньше передач, чем меньше отличаются частоты ее ведущего и ведомого звеньев. Для уменьшения редукции при механических трансмиссиях целесообразно в буровых установках применять приводные двигатели средних частот вращения. Наиболее подходящие, как установлено практикой, двигатели с частотами вращения 900 - 1200 об/мин, при использовании турботрансформаторов в передачах - двигатели с частотами до 1600 об/мин. Применение двигателей с более высокой частотой вращения усложняет кинематическую схему и конструкцию, с меньшей частотой вращения - значительно увеличивает массу силовой части установки и ухудшает ее динамику, надежность и долговечность.

На рис. 3.12 приведены кинематические схемы двух буровых установок с разными силовыми приводами. В варианте на рис. 3.12, а применены двигатели с частотой вращения h_д= 1150 об/мин и с редукторами, понижающими частоту вращения валов блокирующей передачи до 750 об/мин. Так как эти зубчатые редукторы изменяют направление вращения ведомых валов и оно не соответствует требуемому для лебедки и ротора, то в кинематическую цепь привода агрегатов для изменения направления вращения введен дополнительный вал еще с одной зубчатой передачей.

В варианте на рис. 3.12, б применены двигатели с частотой вращения n_д = 1600 об/мин с турботрансформаторами, снижающими рабочую частоту вращения валов блокирующей трансмиссии до 1000 об/мин, но не меняющие направления вращения и обеспечивающие ее регулирование в широком диапазоне. За счет регулирования частот вращения ДВС по схеме на рис. 3.12, а могут быть получены частоты вращения трансмиссий в 1,3—1,4 раза меньше указанных. При применении в приводе турботрансформатора (рис. 3.12, б) частоты вращения валов трансмиссий могут снижаться за счет как диапазона регулирования, так и изменения частот вращения двигателя. Допустимый диапазон регулирования зависит от к.п.д. турботрансформатора. Для длительной работы при к.п.д. = 0,7-0,8 передаточное отношение можно принимать и_тг= 1,6÷2,5.

В табл. 3.3 приведен сравнительный анализ этих двух схем. Как видно из этой таблицы, в приводе барабана лебедки по схеме на рис. 3.12, а валов и передач на четыре больше, чем по схеме на рис. 3.12, б. В то же время по схеме на рис. 3.12, а обеспечиваются только четыре ступени частоты вращения барабана лебедки, а по схеме на рис. 3.12, б можно получить шесть частот вращения барабана при меньшем числе передач и валов, участвующих в работе. Аналогичная картина получается и с приводом ротора.

При выборе двигателя следует считаться с наличием выпускаемых двигателей, их характеристикой, стоимостью, моторесурсом и учитывать, что габариты и масса двигателей тем больше, чем меньше при одной и той же мощности его частота вращения.

Таблица 3.3

Сравнительный анализ двух схем приводов лебедок

Кинематическая цепь привода	Вариант схемы	Число передач, участвующих в работе			Число
		зубчатых	клиноременных	цепных	валов	ступеней частот вращения
Барабана лебедки от двух двигателей	Рис. III.8, а	3	1	7	8	4
	Рис. III.8, б	1	—	7	7	6
Бурового насоса от двух двигателей	Рис. III.8, а	3	2	—	6	1
	Рис. III.8, б	1	2	—	4	1
Ротора от первого двигателя	Рис. III.8, а	2	—	7	7	3
	Рис. III.8, б	1	—	6	6	3

2. Рациональное разложение общего передаточного отношения на частные. Из всех возможных вариантов наиболее выгодным в конструктивном отношении является такое разложение передаточного отношения, при котором наибольшее замедление вращения приходится на конечные звенья кинематической цепи. Поскольку общее передаточное отношение

(3.1)

то целесообразно соблюдать условие

(3.2)

Это правило основано на том положении, что размеры деталей механизмов кинематической цепи, передающей мощность N, по мере уменьшения частоты вращения п (в об/мин) увеличиваются. Например, диаметры валов обратно пропорциональны , модули зубчатых колес при прочих равных условиях и габариты зубчатых колес обратно пропорциональны . Габариты клиноременных и цепных передач обратно пропорциональны п, диаметры рабочих колес турбомуфт и турботрансформаторов обратно пропорциональны .

Влияние расположения передач в кинематической цепи на размеры деталей механизмов можно достаточно просто определить в каждом конкретном случае. Если различие в передаточных отношениях невелико, то порядок их расположения большой роли не играет и обусловливается конструктивными соображениями. При разработке кинематических схем буровых установок следует иметь в виду, что размеры конечных звеньев зависят от требований технологии бурения (диаметр отверстия ротора, канатоемкость барабана лебедки и др.), а также частоты вращения валов отдельных механизмов.

3. Распределение частот вращения исполнительных механизмов. При разработке кинематических схем коробок передач буровых установок разбивку передаточных отношений можно осуществлять различными способами, однако во всех случаях следует придерживаться определенной структуры. Наиболее рациональная закономерность - геометрическая прогрессия.