Министерство образования и науки Российской Федерации 4 страница

3) Вводим формулу функции и строим график – тяговую характеристику СПК.

При расчете тяговой характеристики СПК с приводом постоянного тока можно допустить, что КПП буровой лебедки имеет число ступеней , существенно больше 6 и соответственно построить матрицу скорости с числом строк , что позволит получить плавную кривую, близкую к бесступенчатому изменению скоростей подъема бурильной колонны.

Задача № 1.3.14 Расчет тормозной системы буровой лебедки

Выполнить расчет тормозной системы буровой лебедки. Варианты задачи с исходными данными приведены в таблице 14. Условные обозначения: – максимальная нагрузка на крюке, кН; – вес подвижных частей талевой системы, кН; – кратность талевой системы; – диаметр барабана лебедки, м; – ширина тормозной колодки, м; – допускаемое контактное давление, Па.

Для всех вариантов принимается материал тормозных колодок ретинакс ФК-24А и угол обхвата тормозной лентой шкива радиан (270 град.), расчетный коэффициент трения = 0,3. Коэффициент запаса торможения .

При расчетах определить:

1) тормозной момент ;

2) проверить достаточность площади охлаждения тормозного шкива для его нормальной работы.

Таблица 14 – Исходные данные к задаче 1.3.14

Параметры	Варианты
Параметры	1	2	3	4	5	6
, кН	1000	1600	2000	3200	4000	8000
, кН	50	60	80	120	150	180
	8	8	10	12	12	12
, м	0,55	0,65	0,65	0,75	0,835	0,935
, м	0,22	0,22	0,23	0,24	0,26	0,28
, Па	Принять для всех вариантов [p]=1,2МПа
Примечание: в этой задаче предлагается 6 вариантов, составленных по параметрам валов Допускается решать коллективно по одному варианту группой из 4 -5 студентов. Выбор варианта согласовывается с преподавателем

Указания:

Все расчеты выполнить в табличной форме или с использованием программы MathCAD. При выполнении п.1 расчета необходимо начать с определения диаметра тормозного шкива и вращающего момента , для чего воспользоваться алгоритмом:

(1.14.1)

(1.14.2)

(1.14.3)

где – средний диаметр навивки каната на барабан; – число шкивов; – КПД подъемного вала, принимается по [3, с. 350] равным 0,97; – КПД талевой системы принимается по тому же источнику в зависимости от кратности талевой системы.

Значение можно принять по справочной литературе, для рассматриваемых условий .

При расчете тормоза на нагрев (п2 расчета) исходят из количества теплоты выделяемой при спуске на длину свечи колонны наибольшего веса. Находят количество произведенной работы:

(1.14.4)

где – натяжение ведущей струны, Н; – длина свечи, м, принять равной 25 м.

Количество тепла, выделяемого тормозом за 1ч при числе свечей, спускаемых за 1 ч, равном , будет в кВт/ч

(1.14.5)

Вся выделяемая при торможении теплота отдается в окружающую среду и воде, подаваемой для охлаждения, т.е. по уравнению теплового баланса:

(1.14.6)

где количество излучаемой теплоты в кВт/ч равно:

(1.14.7)

Где: – коэффициент излучения от полированной поверхности; – то же, для матовой поверхности; –площадь цилиндрической поверхности тормозных шкивов, не закрытая тормозными колодками, м; – площадь боковых поверхностей тормозных шкивов, м; – максимально допускаемая абсолютная температура нагрева для фрикционной пары, К; – абсолютная температура окружающей среды, К.

Значение теплоты, отводимой конвекцией при неподвижном шкиве:

(1.14.8)

где – коэффициент теплопередачи, – относительная продолжительность включения.

Значение теплоты, отводимой конвекцией при вращающихся шкивах:

(1.14.9)

где – коэффициент теплопередачи при вращении шкива можно найти из выражения . Скорость поверхности охлаждения шкива можно легко найти, поскольку она пропорциональна частоте вращения шкива и его диаметру.

Количество теплоты, отводимой водой охлаждения, кВт/ч:

(1.14.10)

где – коэффициент теплоотдачи от тормозных шкивов к воде, нижнее значение при скорости течения воды менее 0,15м/с, верхнее – при скорости более 0,15м/с.

– температура отводимой воды, К.

– площадь поверхности шкива, омываемой водой, м².

Количество воды для охлаждения тормозных шкивов

(1.14.11)

где – теплоемкость воды; – температура подводимой воды.

Вспомогательный тормоз рассчитывают на поглощение 75 – 85% всей выделяющейся теплоты, т. е.

(1.14.12)

Эта теплота рассеивается поверхностью вспомогательного тормоза и подводимой к нему водой.

Задача № 1.3.15 Расчет талевого каната

Выбрать и рассчитать талевый канат на прочность и долговечность. Варианты задачи и исходные приведены в таблице 15.

Таблица 15 – Исходные данные к задаче 1.3.15

Параметры	Варианты
Параметры	1	2	3	4	5	6	7	8
Глубина скважины, , м	3500	3040	3800	З200	2800	4700	2500	2700
Твердость пород	Тв.	Тв.	Ср.	Ср.	Ср.	Тв.	Ср.	Ср.
Опытный коэффициент,	423	700	925	350	300	1250	286	200
Опытный коэффициент,	0,42	0,3	0,33	0,5	0,6	0,27	0,72	0,77
Диаметр бурильных труб, мм	127	127	114	127	140	114	140	114
Диаметр УБТ, мм	178	178	159	178	203	159	203	159
Длина УБТ, , м	160	150	200	120	100	180	100	175
Длина свечи, , м	27	25	36	27	25	36	25	25
Рабочая высота вышки, . м	41,5	41,5	45	41,5	41,5	45	41,5	41,5
Примечание: в этой задаче предлагается 8 вариантов, составленных по разным исходным параметрам для расчета канатов Допускается решать коллективно по одному варианту группой из 3-4 студентов. Выбор варианта согласовывается с преподавателем

Указания.

1. Исходя из заданных значений глубины скважины, диаметров БТ и УБТ, длины УБТ нужно определить нагрузку на крюке. Суммарные веса БТ и УБТ следует найти по теоретической массе 1 м труб, приводимой в справочниках или в учебниках.

2. По найденному значению подобрать тип талевой оснастки, пользуясь практическими рекомендациями, а также тип и диаметр талевого каната. Изложить кратко обоснование своего выбора.

3. Проверить канат на статическую прочность по формуле

(1.15.1)

где – агрегатное разрывное усилие каната, выбирается по ГОСТ16853-71 [2, c. 152]; – кратность талевой системы; – КПД талевой системы, принимается по таблице КПД [3, с. 350].; – максимальная нагрузка на крюке; и - расчетный и допускаемый запасы прочности. .

4. Определить ожидаемое число рейсов по скважине из выражения:

(1.15.2)

и предполагаемый объем спускоподъемных операций по формуле:

(1.15.3)

5. Вычислить число циклов нагружения каната при спуске и подъеме бурильной колонны по формуле:

(1.15.4)

где – длина свечи; число циклов нагружения каната при спуске и подъеме незагруженного элеватора равно ; число циклов нагружения талевого каната на спускоподъемные операции с обсадными трубами и при наращивании принять равным .

6. Определить количество перегибов участков каната на шкивах при подъеме одной свечи по формуле:

(1.15.5)

где: – номер рабочей струны, на которой располагается наиболее нагруженное сечение каната в начале подъема свечи; – номер этой же струны в конце подъема. Значения начального и конечного номеров струны определяются по формулам:

(1.15.6)

где – высота подъема свечи, м; – рабочая высота вышки, м.

7. Суммарное число перегибов наиболее нагруженного сечения каната за все время бурения скважины определить по формуле:

(1.15.7)

8. Найти нагрузку, принимаемую за эквивалентную на отрезке каната с наиболее нагруженным сечением, из выражения:

(1.15.8)

где – нагрузка на талевую систему в начале подъема или в конце спуска бурильной колонны на полную глубину скважины, определяется как:

(1.15.9)

, , , – соответственно длины бурильных труб и УБТ и их теоретические массы 1 м, принимаемые по справочникам [3, 4], – вес подвижной части талевой системы;

– коэффициент эквивалентности нагрузки.

9. Определить эквивалентное напряжение наиболее нагруженного сечения талевого каната при перегибах на шкиве по формуле:

(1.15.10)

10. Найти расчетное число циклов перегибов наиболее нагруженного сечения каната до разрушения по формуле:

(1.15.11)

где – предел выносливости талевого каната, – число циклов, соответствующих точке перелома кривой усталости, принимается по [3, c. 51].

11. Найти ожидаемое количество скважин, которое можно пробурить в заданном режиме нагружения перегибами.

(1.15.12)

Задача № 1.3.16 Разработка программы отработки талевого каната

Разработать программу отработки талевого каната для условий, приведенных в вариантах задачи № 15.1, по изложенному в указаниях варианту.

Указания по расчетам:

Программа отработки талевого каната заключается в определении периодичности его перепусков по мере износа и длины отрезаемых кусков каната. Для этого необходимо знать общую длину выбранного каната, требуемую для бурения скважины в заданных условиях и суммарную работу , совершаемую канатом за время бурения скважины. Величина сравнивается с общей работоспособностью каната .

Расчеты ведутся в следующей последовательности:

1. Выбирается тип, диаметр и определяется общая длина каната для заданных условий по формуле:

(1.16.1)

где – диаметр шкива талевой оснастки, м, выбираемый из таблиц справочника, – длина витков на барабане лебедки, остающаяся при опущенном до пола буровой талевом блоке.

2. Находят общую работоспособность выбранного каната из выражения:

(1.16.2)

где , , – соответственно значения работоспособности каната до первого отрезания, работоспособности при следующем отрезании и работоспособности каната, оставшегося на талевой системе после использования резервной ее длины, определяемые как:

(1.16.3)

где – базовый ресурс работоспособности 1 м каната, Дж, принимают в зависимости от диаметра каната :

, мм	25	28	32	35	38
, мДж/м	620-650	750-770	950-980	1100-1200	1350-1500

– длина отрезаемой части каната, м, – длина каната в оснастке, м.

Коэффициенты: – учитывает фактический запас прочности, для наших расчетов можно принять равным 0,95;

– зависит от буримости пород и принимается равным 1,0 для пород легкобуримых; 0,9 – для пород средней буримости; 0,8 – для пород труднобуримых; 0,7 – для пород очень труднобуримых;

– учитывает отношение диаметров шкива и проволоки наружного слоя каната, принимаемого по ГОСТ16853-71 [2].

	500	600	700
	0,7	1,0	1,2

; – коэффициенты снижения ресурса каната после первого и последующих отрезаний.

Общая работа каната при проводке скважины (в Дж) равна сумме работ –при спуске и подъеме незагруженного элеватора , при первом спуске УБТ на глубину, равную их длине ; при спуске и подъеме бурильной колонны ; при наращивании длины колонны ; при спуске обсадных колонн .