19.Назначение особенности устройства и работы гидродинамического тормоза буровой лебедки.

Гидродинамические тормоза буровых лебедок используются для ограничения скорости спуска бурильных и обсадных труб в скважину. Они представляют собой лопаточное гидравлическое устройство, состоящее из вращающегося ротора и неподвижного статора, рабочая полость которых заполнена жидкостью. При вращении радиальные лопатки ротора отбрасывают жидкость от центра к периферии и направляют ее на лопатки статора. Пройдя по межлопаточным каналам статора, жидкость вновь попадает на лопатки ротора и таким образом устанавливается замкнутая циркуляция жидкости между ротором и статором. Силы гидравлический сопротивлений, обусловленные трением жидкости в межлопаточных каналах и потерей напора на удары в вихревых зонах между лопатками ротора и статора, создают тормозной момент, противодействующий вращению ротора, значение которого зависит от диаметра и частоты вращения ротора и регулируется уровнем наполнения гидродинамического тормоза рабочей жидкостью. Механические потери, вызываемые трением в опорах и уплотнениях вала ротора, не оказывают существенного влияния на величину тормозного момента. Механическая энергия, поглощаемая в процессе торможения, превращается в теплоту и вызывает нагрев рабочей жидкости и деталей гидродинамического тормоза.

Ротор гидродинамического тормоза состоит из вала и отлитого из чугуна двухлопастного насосного колеса с радиальными плоскими лопатками, наклоненными под углом 45 градусов в сторону их рабочего вращения, совпадающего с направлением вращения барабана лебедки при спуске. Число лопаток принимается равным 20-28. Дальнейшее увеличение числа лопаток существенно не влияет на значение тормозного момента и приводит к неоправданному увеличению массы гидродинамического тормоза. Статор состоит из двух симметричных частей, образующих корпус гидродинамического тормоза со стойками для крепления к раме буровой лебедки. Обе части статора отливают из чугуна. Они имеют радиальные лопатки, наклоненные в сторону, противоположную наклону лопаток насосного колеса. Вал на роликоподшипниках и фланцевых стаканах устанавливается в сквозных расточках статоров. Стыкуемые плоскости статоров уплотняются картонной прокладкой, затягиваемой крепежными болтами.

Подшипники вала (на которых он устанавливается на роторе) смазываются консистентной смазкой, набиваемой ручным шприцем через масленки. Для предупреждения утечек масла фланцевые стаканы и крышка снабжены щелевыми каналами. Выводной конец вала используется для сцепной муфты, соединяющий гидродинамический тормоз с подъемным валом буровой лебедки. Для уплотнения вращающегося вала применяются сальниковые и торцевые уплотнения.

20. Буровые лебедки, назначение, конструктивная схема. Особенности конструкции и эксплуатации, основные параметры.

Буровую лебедку применяют для спуска и подъема БК, спуска обсадных колонн, удержания на весу неподвижной БК или медленного ее спускания (подачи) в процессе бурения. Кроме того, в ряде случаев буровая лебедка используется для передачи мощности от двигателя к ротору, свинчивания и развинчивания труб, подтаскивания грузов и других вспомогательных работ. Лебедка является одним из основных агрегатов буровой уст-ки.

Спуски и подъем БК производят много раз, все операции повторяются в строго определенной последовательности, а нагрузки на лебедку при этом носят циклический характер. При подъеме крюка мощность подводится к лебедке от двигателей, а при спуске, наоборот, тормозные устройства должны преобразовывать всю освободившуюся энергию в теплоту. Лебедка должна оперативно переключаться с больших скоростей подъема на малые и обратно, обеспечивать плавное включение с минимальной затратой времени на эти операции. В случаях прихватов и затяжек колонн сила тяги при подъеме должна быть быстро увеличена. Скорости для подъема колонн различного веса переключаются периодически.

Буровая лебедка состоит из сварной рамы, на которой установлены на подшипниках качения подъемные и трансмиссионные валы, ленточный и гидравлический или электрический тормоза и пульт управления. Кроме того, на некоторых лебедках монтируются коробки перемены передач, позволяющие сократить число валов лебедки.

По числу валов буровые лебедки делятся на одно-, двух- и трехвальные. Кинематическая связь между валами лебедок осуществляется посредством цепных передач. Подъемный вал – основной вал буровой лебедки, а в некоторых и единственный. На подъемном валу, кроме звездочек цепной передачи, монтируется барабан для навивки талевого каната, ленточный тормоз и муфта, соединяющая вал с гидравлическим или электрическим тормозом.

Трансмиссионный и промежуточный (катушечный) валы буровой лебедки осуществляют кинематическую связь между подъемным валом и приводом лебедки. Трансмиссионный вал в ряде случаев используется для передачи вращения ротору, а также служит для присоединения к лебедке автомата подачи долота.

На промежуточном валу, кроме звездочек цепной передачи для передачи вращения подъемному валу, в ряде случаев монтируют специальные катушки для проведения работ по подтаскиванию грузов и работ по свинчиванию и развинчиванию труб при СПО. Буровые лебедки оборудуются двумя видами тормозов: ленточными и гидравлическими или электрическими.

Параметры лебедки: 1) мощность лебедки; 2) тегловые усилия; 3) длина; 3) ширина; 4) высота; 5) масса.

Обозначение лебедки: ЛБУ…

21. Схема и принцип действия турбобура, основные типы турбобуров (нету=((), особенности их конструкции, основные параметры.

Турбобур – забойный гидравлический двигатель, предназначенный для бурения скважин в различных геологических условиях. В рабочих колесах турбобура гидравлическая энергия бурового раствора, движущегося под давлением , превращается в механическую энергию вращающегося вала, связанного с долотом. Турбобур опускают в скважину на БК, которая по мере углубления скважины наращивается с поверхности новыми бурильными трубами. В качестве гидравлического двигателя в турбобуре применяют многоступенчатую осевую турбину.

Гидравлические двигатели, в которых используется кинетическая или скоростная энергия потока жидкости, называют турбинами. В турбобурах применяют многоступенчатые осевые турбины лопастного типа Турбина работает следующим образом. Поток промывочной жидкости через БК подается в первую ступень турбобура. В статоре первой ступени происходит формирование направление потока жидкости, т.е. жидкость, пройдя каналы статора, приобретает определенное направление. Таким образом, статор является направляющим аппаратом турбины. Потоки жидкости из каналов статора поступают на лопатки ротора под заданным углом и осуществляют силовое воздействие на ротор, в результате которого энергия движущейся жидкости создает силы, стремящиеся повернуть ротор, жестко связанный с валом турбины. Поток жидкости из каналов ротора первой ступени поступает на лопатки направляющего аппарата второй ступени, где вновь происходят формирование направления движения потока жидкости и подача ее на лопатки ротора второй ступени. На роторе второй ступени также возникает крутящий момент. В результате жидкость под действием энергии давления, создаваемой поверхностным насосом проходит все ступени турбины турбобура и через спец-ый канал подводится к долоту. В многоступенчатых турбобурах крутящие моменты всех ступеней суммируются на валу. В процессе работы турбины на статорах создается реактивный момент. Равный по значению, но противоположный по направлению. Реактивный момент через корпус турбобура передается на бурильные трубы и осущ-ет их закручивание на определенный угол, зависящий от жесткости и длины БК. Источником энергии является скоростной напор жидкости.

В процессе бурения осевая нагрузка на долото передается через турбобур. Для восприятия и передачи осевой нагрузки турбобур снабжают специальной опорой, размещаемой в верхней или нижней части корпуса турбобура. Вал турбобура снабжают радиальными опорами, предназначенными для центрирования вала, работающего при высоких осевых нагрузках и частотах вращения.

Основные параметры: крутящий момент, КПД, перепад давления на долоте, наработка на отказ, долговечность, энергетическая характеристика.

22. Вспомогательные тормоза буровых лебедок, назначение, основные параметры, устройство и эксплуатация.

При спуске тормозные устройства лебедки ограничивают скорость талевого блока, опускающегося под действием собственного веса и веса подвешенного к нему инструмента. Вспомогательные тормозные устройства применяются для длительного торможения с целью снижения скорости вращения барабана лебедки.

1. Гидродинамический тормоз. Представляет собой лопаточное гидродинамическое устройство, состоящее из вращающегося ротора и неподвижного статора, рабочая полость которых заполнена жидкостью. При вращении радиальные лопатки ротора отбрасывают жидкость от центра к периферии и направляют ее на лопатки статора. Пройдя по межлопаточным каналам статора, жидкость вновь попадает на лопатки ротора. Величина тормозного момента зависит от диаметра и частоты вращения ротора и регулируется уровнем наполнения гидродинамического тормоза рабочей жидкостью, что обеспечивается открытием определенного количества кранов (штурвальчиков, находящихся на разной высоте) в баке с водой. Недостатками этого тормоза явл-ся то, что, так как рабочей жидкостью чаще всего явл-ся вода, с ним нельзя работать при Т менее 0 град., также следует обеспечивать охлаждение, так как при кипении возможна кавитация. Также он плохо поддается автоматизации.

2. Электромагнитный тормоз (индукционный).

Представляет собой заполненный водой электродвигатель. Его легче регулировать, к тому же он дешевле. При включении постоянного тока в обмотку возбуждения возникает магнитное поле, наводящее электродвижущую силу в якоре. В рез-те взаимодействия тока якоря с магнитным полем возникает тормозной момент, противодействующий вращению подъемного вала лебедки. Кинетическая энергия спускаемого груза поглощается якорем и вызывает его нагрев. Для снижения температуры электромагнитные тормоза снабжаются воздушным и водяным охлаждением (двигатель заполнен водой, которая при 100 град очень хорошо отбирает тепло, так как при этом происходит фазовый переход).

3. Порошковый тормоз.

Также явл-ся электромагнитным. Отличается от индукционного тем, что воздушный зазор между станиной и якорем заполнен ферромагнитным порошком, повышающим магнитную проницаемость зазора ив рез-те этого величину создаваемого тормозного момента.

Однако, этот тормоз дороже индукционного.

23. Винтовые забойные двигатели (ВЗД) назначение, принцип действия, конструктивные схемы, особенности конструкции современных типов.

Назначение такое же, как и турбобура – бурение скважин в различных геологических условиях. По принципу действия ВЗД представляет собой планетарнороторную гидравлическую машину объемного типа с внутренним косозубым зацеплением. Винтовые двиг-ли относят к объемным роторным гидравлическим машинам.

При циркуляции жидкости через РО (рабочие органы) в рез-те действия перепада давления на роторе двигателя вырабатывается крутящий момент, причем винтовые пов-ти РО, взаимно замыкаясь, разобщают область высокого давления и область низкого давления. След-но, ВЗД по принципу действия аналогичны поршневым, у кот имеется винтообразный поршень, непрерывно перемещающимися в цилиндре вдоль оси двиг-ля. Двиг-ль содержит ротор и статор. Стальной статор имеет внутри резиновую обкладку с винтовыми зубьями левого направления.

На стальном роторе нарезаны наружные винтовые зубья также левого направления. Число зубьев ротора на единицу меньше числа зубьев статора, в рез-те чего для осуществления зацепления ось ротора смещена относ-но оси на статора на вел-ну, равную половине высоты зуба Шаги винтовых линий ротора и статора прямо пропорциональны числу зубьев. Спец-ый профиль зубьев ротора и статора обоспеч их непрерывный контакт между собой, образуя на длине шага статора единичные рабочие камеры. Буровой раст-р, поступающий в двигатель от насосов буровой уст-ки, может пройти к долоту только в том случае, если ротор поворачивается относ-но статора, обкатываясь под действием неуравновешенных гидравлических сил.

Ротор, совершая планетарное движение, поворачивается по часовой стрелке (абсолютное дв-е), в то время как геометрическая ось ротора перемещается относ-но оси статора против часовой стрелки (переносное дв-е). За счет разности в числах зубьев ротора и статора переносное дв-е редуцируется в абсол дв-е с передаточным числом, равным числу зубьев ротора, что обеспечивает сниженную частоту вращения и высокий крутящий момент на выходе.

Винтовой забойный двигатель Д1-195 содержит следующие основные узлы: секцию двигателя, секцию шпиндельную, переливной клапан и карданный вал. Через переливной клапан осуществляется слив бурового раствора из бурильных труб при подъеме колонны с винтовым забойным двигателем, а также для заполнения БК при спуске. Карданный вал предназначен для передачи крутящего момента и осевой гидравлической нагрузки с эксцентрично (планетарно) вращающегося ротора на вал шпиндельной секции. Шпиндельная секция служит для передачи осевого усилия с бурильных труб на долото. Винтовые двигатели обладают большей, чем у турбобуров, удельной мощностью.