Расчет и конструирование ротора

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН

Казахский национальный технический университет имени К.И. Сатпаева

Институт геологии и нефтегазового дела

имени К. Турысова

Курсовая работа

На тему: «РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ РОТОРА»

5B072400 - технологические машины и оборудование (по отраслям)

Выполнил: Тян О.С.

Руководитель

Даурова Р.В.

Алматы 2014



Содержание

Введение

1.Описание буровой установки

2.Патентно-информационный обзор

3.Описание бурового ротора УР-560

4.Расчеты

Список литературы



Введение

Буровой ротор, сокращенно называемый ротором или вращателем, предназначен для выполнения следующих операций:

· вращения поступательно движущейся бурильной колонны в процессе проходки скважины роторным способом;

· восприятия реактивного крутящего момента и обеспечения продольной подачи бурильной колонны при использовании забойных двигателей;

· удержания бурильной или обсадной колонны труб над устьем скважины при наращивании и спускоподъемных операциях;

· проворачивания инструмента при ловильных работах и других осложнениях, встречающихся в процессах бурения и крепления скважины.

Роторы относятся к числу основных механизмов буровой установки и различаются по диаметру проходного отверстия, мощности и допускаемой статической нагрузке. По конструктивному исполнению роторы делятся на неподвижные и перемещающиеся возвратно-поступательно относительно устья скважины в вертикальном направлении.

Привод ротора осуществляется посредством цепных, карданных и зубчатых передач от буровой лебедки, коробки перемены передач либо индивидуального двигателя. В зависимости от привода роторы имеют ступенчатое, непрерывно-ступенчатое и непрерывное изменение скоростей и моментов вращения. Для восприятия реактивного крутящего момента они снабжаются стопорными устройствами, установленными на быстроходном валу либо столе ротора. Подвижные детали смазываются разбрызгиванием и принудительным способом. Поставляются роторы в двух исполнениях-- с пневматическим клиновым захватом (ПКР) для удержания труб и без ПКР.

Конструкция ротора должна обеспечить необходимые удобства для высокопроизводительного труда и отвечать требованиям надежности и безопасного обслуживания. При этом габариты ро-тора должны быть ограничены площадью, отводимой для его установки на буровой площадке. Роторы, используемые в буровых установках различных классов и модификаций, должны быть максимально унифицированы по техническим параметрам и конструкции.



1. Описание буровой установки

Рис.1 Расположение оборудования на вышечно-лебедочном блоке буровой установки

Вышечно-лебедочный блок (рис. 1) представляет собой разборную конструкцию, имеющую три отметки по высоте пола. Верхняя площадка -- пол буровой 7,2 м. На этом блоке установлены: поворотный кран 2, ротор 3, буровой ключ 4, вспомогательная лебедка 5, привод ротора 10, механизм крепления каната 11, пневмораскрепитель 12. На продольные рамы основания опираются вышка и устройство для подъема вышки в вертикальное положение и крепятся мостки 1.

Вышка на этой установке А-образная. Она собирается из отдельных секций в горизонтальном положении, а затем поднимается в вертикальное положение и укрепляется с помощью специального приспособления. Площадка второго помощника буровщика, работающего наверху, изготовлена единым блоком и в зависимости от длины свечей может быть установлена в трех положениях по высоте вышки, что очень удобно.

На отметке 4,2 м в приводной части основания установлена буровая лебедка ЛБУ-800 7, а на отметке 3,9 м расположены основной 9 и вспомогательный 8 электроприводы лебедки. Снижение отметок лебедки и привода вызывается необходимостью облегчения монтажа лебедки и привода, а также уменьшения массы всей установки.

Управление лебедкой 6 находится на посту бурильщика, который расположен на верхней площадке основания (7,2 м).

Укрытие вышечно-лебедочного блока выполнено металлическим панельного типа. Транспортируемая масса блока на тяжеловозах 208 т.

Механизм перемещения предназначен для перемещения вышечно-лебедочного блока в пределах куста с оборудованием и бурильными трубами, установленными на подсвечниках, а также для выравнивания блока в горизонтальной плоскости в процессе бурения. Механизм состоит из металлоконструкций, четырех тележек со сдвоенными балансирами, двух гидроцилиндров передвижения с поршнем диаметром 220 мм и ходом 1,6 м, восьми гидроцилиндров выравнивания с поршнем диаметром 280 мм и ходом 0,8 м, насосной станции и трубопроводов.

2. Патентно-информационный обзор

Для передачи вращения от двигателя буровой установки к колонне бурильных труб и поддержания колонны бурильных труб при ее наращивании или разборке применяются роторы.

Ротор предлагаемой конструкции состоит из стола 1, корпуса 2 и зубчатки конической передачи 6. Число оборотов стола ротора достигает 300 об/мин, а давление колонны труб на стол -- до 200 т. Стол центрируется и опирается на корпус 2 посредством двух упорно радиальных подшипников-- основного 3 и вспомогательного 4. Подшипники ротора крепятся болтами сверху. Эти болты легки для осмотра и замены.

Такое расположение опор дает возможность увеличения базы подшипников без увеличения высоты ротора. Увеличение базы улучшает работу конической зубчатой передачи 6 ротора.

Защита от выбрасывания наружу залитого в ротор масла и от попадания воды и грязевого раствора внутрь ротора достигается лабиринтным уплотнением 5 в верхней части станины. Приближением лабиринтного уплотнения 5 к центру ротора исключается возможность выбрасывания масла.

Расположение основной опоры стола ротора внизу станины ротора, а вспомогательной опоры вверху облегчает изготовление и улучшает эксплуатацию ротора.

Основные преимущества предлагаемого ротора -- это отсутствие деталей, крепящих опоры стола снизу ротора; улучшение условий работы конической зубчатой передачи и надежность верхнего лабиринтного уплотнения.

Ротор для бурения скважин с несущей и вспомогательной опорами, отличающийся тем, что в качестве несущей применена нижняя шариковая опора. Данное изобретение относится к нефтепромысловому оборудованию и служит для передачи вращательного движения колонне бурильных труб в процессе проводки скважин и для статического удержания бурильных труб на весу при спускоподъемных операциях.

Известен буровой ротор, содержащий станину, стол опоры уплотнения и стопорное устройство.

Однако такой ротор обладает тем недостатком, что сборка вспомогательной опоры и систем уплотнения производится снизу при пе-ревернутой станине.

Известен буровой ротор содержащий станину, стол опоры, ведущий вал, подшипниковые узлы, торцовые уплотнения и стопорное устройство. Но такая конструкция ротора не обеспечивает точности сборки и сносности осей вращения ротора относительно оси привода и центра вышки.

Цель изобретение -- обеспечение монтажа и демонтажа ротора.

Это достигается тем, что станина выполнена из основания и установочного кольца, которое расположено между опорами стола ротора с возможностью фиксации стопорным устройством.

На стол 1 ротора запрессовывается венец конической передачи 2, и в промежутке свободных колец основной 3 и вспомогательной 4 опоры собирается установочное кольцо 5, на которое в свою очередь собираются направляющие штифты 6, пружина 7 и нажимное кольцо 8 торцового уплотнения с одетым на него неподвижным резиновым уплотнением 9. После этого на стол 1 надевается подвижное кольцо 10 торцового уплотнения масляной ванны ротора, которое после установки необходимого гарантийного зазора между взаимодвижущимися элементами затягивается болтами 11 и фиксируется при помощи фигурной шайбы 12.

На боковой поверхности станины 13 на равных расстояниях диаметрально противоположно просверлены отверстия с резьбой, в которые ввинчиваются стопорные болты 14 с контргайкой 15.

В предлагаемой конструкции крепление собранного стола в станине ротора производится следующим образом.

После измерения величины фактически полученных размеров А и Б определяется необходимая толщина набора регулируемых стальных прокладок 16, компенсирующих накопленные погрешности изготовления взаимосопряженных деталей ротора.

Собранный стол ротора с набором прокладок 16 вставляется в расточку станины 13 до упора торца свободного кольца основной опоры в опорную поверхность станины.

При этом канавка, нарезанная на наружной поверхности установочного кольца 5, располагается напротив стопорных болтов 14, ввинченных в станину 13.

Следовательно, довинчиванием стопорных болтов 14 до упора в канавку установочного кольца 5 и закреплением их контргайками 15 обеспечивается надежное крепление стола в станине ротора. При этом свободные кольца основной 3 и вспомогательной 4 опор относительно станины становятся неподвижными (частью самой станины), а внутренние кольца совместно со столом ротора могут совершать свободное вращательное движение. Таким образом, ротор готов к работе.

При профилактическом ремонте или осмотре для разборки ротора следует освободить контргайки 15 и отвинтить стопорные болты 14 на величину, равную глубине канавки на установочном кольце 5, и снять стол ротора со станины без освобождения ее от основания буровой установки и без необходимости каких-либо перекантовок.

Формула изобретения

Буровой ротор, содержащий станину, стол опоры, ведущий вал, подшипниковые узлы, торцовые уплотнения и стопорное устройство, отличающийся тем, что, с целью обеспечения монтажа и демонтажа ротора, станина выполнена из основания и установочного кольца, которое расположено между опорами стола ротора с возможностью фиксации сто-порным устройством.

Ротор буровой установки включающий станину, стол с отверстием, в котором установлены вкладыши с углом зажима бурового става, имеющие боковую поверхность, сопряженную с поверхностью отверстия в столе₉ и привод вращения стола ротора, отличающийся тем, что с целью повышения производительности устройства при уплотнении рабочим органом насыпных грунтов, боковая поверхность вкладышей имеет сферическую форму, а отверстие в стволе ротора выполнено эксцентричным относительно оси ротора.

Известен ротор буровой установки, состоящий из станины, стола ротора с отверстием, верхней и нижней опор ротора, привода вращения стола ротора. Ротор такой установки сообщает ставу с рабочим органом вращение от приводной машины. Вращающийся рабочий орган (конусная бабка) под действием собственной массы или же принудительно давит на уплотняемый в скважине насыпной грунт.

Однако устройство малопроизводительно из-за того, что в течении цикла (единичного приложения уплотняющего воздействия рабочего органа на насыпной грунт) происходит уплотнение в месте контакта рабочего органа с насыпным грунтом и разуплотнение ранее произведенного уплотнения вокруг рабочего органа из-за выбора грунта.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является ротор буровой установки, включающий станину, стол с отверстием, в котором установлены вкладыши с узлом зажима бурового става, имеющие боковую поверхность, сопряженную с поверхностью отверстия в столе, и привод вращения стола ротора.

Недостатком этого устройства является то, что в этой конструкции сохраняется закон движения рабочего органа, контактирующего с уплотняемым насыпным грунтом, что малопроизводительно.

Цель изобретения - повышение производительности устройства при уплотнении рабочим органом насыпных грунтов.

Указанная цель достигается тем, что в роторе буровой установки, включающем станину, стол с отверстием, в котором установлены вкладыши с узлом зажима бурового става, имеющие боковую поверхность, сопряженную с поверхностью вращения в столе, и привод вращения стола ротора, боковая поверхность вкладышей имеет сферическую форму, в отверстие в столе роторе выполнено эксцентричным относительно оси ротора.

Ротор состоит из станины 1, стола 2 ротора с коническим колесом 3, ведущего вала 4 с шестерней 5, верхней 6 и нижней 7 опор стола 2 ротора, масляной ванны 8 и подшипников 9.

В столе 2 ротора выполнено эксцентрично отверстие 10 со сферической боковой поверхностью 11. В отверстие 10 помещен вкладыш 12, состоящий из двух половинок 13 и 14. Разъемный вкладыш 12 имеет боковую поверхность 11 отверстия 10. Внутри разъемного вкладыша 12 вмонтирован узел зажима бурового става 16.

Работа устройства заключается в следующем.

Крутящий момент от привода базовой машины через ведущий вал 4 с шестерней 5 передается коническому колесу 3, насаженному на боковую поверхность стола 2 ротора. Эксцентрично выполненное отверстие 10, вкла-дыш 12 с узлом зажима бурового става 16 движутся по окружности с диа-метром, равным эксцентриситету. Таким же образом движется и закреп-ленная часть бурового става, а нижний его конец с рабочим органом (ко-нусной бабкой) в месте контакта с насыпным грунтом в скважине совершает движение по закону, описать который можно как движение по образующей конуса, вершина которого находится в месте контакта рабочего органа с насыпным грунтом, а основание на уровне стола ротора буровой установки.

3. Описание бурового ротора УР-560

Рис. 2 Буровой ротор УР-560

В буровых установках для эксплуатационного и глубокого разведочного бурения используются роторы, неподвижно устанавливаемые над устьем скважины. По конструктивной схеме они напоминают конический редуктор, ведомый вал которого выполнен в виде вертикального полого цилиндра. Типовая конструкция ротора состоит из станины 9 и стола 2, приводимого во вращение от быстроходного вала 7 при помощи конических шестерни 10 и колеса 6. Межосевой угол передачи составляет 90°.

Станина ротора в большинстве случаев выполняется литой из конструкционных нелегированных сталей. Форма и геометрические размеры ее определяются конструктивными, эксплуатационными, технологическими и эстетическими требованиями. В станине имеются горизонтальная и вертикальная расточки для размещения быстроходного вала и стола ротора. Толщина ее стенок 15--30 мм. Следует иметь в виду, что увеличение толщины стенок приводит к неоднородности микроструктуры металла из-за возрастающей разности скоростей охлаждения сердцевины и поверхностного слоя отливки. Поэтому для получения качественные отливок толщина стенок станины ротора выбирается с yчетом требований технологии литейного производства. Необходимую прочность и жесткость придают ребра на внутренних стенках станины. В основании ее имеются отверстия для стропов, используемых для перемещения ротора в подвешенном состоянии.

Стол 2 ротора представляет собой полую стальную отливку с наружным диском, прикрывающим вертикальную расточку станины. В верхней части он имеет квадратное углубление для разъемного вкладыша (втулки) 4. В свою очередь, вкладыши имеют квадратное углубление для зажима 5, переходящее в конус. бурении во вкладыши вставляются квадратные либо роликовые зажимы ведущей трубы, а при спуско-подъемных операциях -- клинья, удерживающие колонну труб над ротором. Разъемная конструкция вкладышей и зажимов обеспечивает установку их в ротор в тех случаях, когда его отверстие занято трубой. Втулки и зажимы удерживаются в роторе при помощи поворотных защелок. Между зажимом и ведущей трубой возникает трение скольжения, вызывающее износ поверхностей их контакта. При использовании роликовых зажимов ведущая труба перекатывается по роликам, установленным на подшипниках качения, и благодаря этому ее износ значительно снижается.

Стол ротора с напрессованным коническим колесом устанавливается в вертикальной расточке станины на основной 3 и вспомогательной 12 опорах. В качестве опор используются упорно-радиальные шариковые подшипники, которые вследствие зеркального расположения и осевой затяжки способны воспринимать двусторонние осевые нагрузки.

На основную опору действуют собственный вес стола ротора и колонны труб, удерживаемой им при спускоподъемных операциях. В процессе бурения скважины бурильная колонна подвешивается к вертлюгу и на основную опору действуют собственный вес стола и силы трения, возникающие в результате скольжения ведущей трубы относительно зажимов 5 ротора. Подшипники и стол ротора вращаются при роторном бурении и остаются неподвижными при спуско-подъемных операциях и бурении забойными двигателями, если не учитывать их вращения при пе-риодическом проворачивании бурильной колонны с целью предупреждения прихватов.

На вспомогательную опору действуют усилие от предварительного осевого натяга подшипника и случайные нагрузки от трения и ударов, возникающие при подъеме труб, долота и другого инструмента в результате их раскачивания и смещения относительно оси стола ротора. Важное значение для нормальной работы ротора имеет осевой предварительный натяг вспомогательного подшипника. Правильно выбранный натяг обеспечивает плотное прилегание шариков к беговым дорожкам, уменьшает износ поверхностей качения, повышает долговечность и нагружаемость подшипников, предупреждает вращение шариков под действием гироскопических моментов и благодаря этому снижает коэффициент трения.

Чрезмерный натяг столь же опасен, как и недостаточный, так как вызывает защемление шариков, перегрузку поверхностей качения и повышенное тепловыделение. Натяг подшипника основной опоры создается собственным весом стола ротора, а осевое его положение регулируется стальными прокладками 13, установленными под нижним кольцом основной опоры. Осевой натяг вспомогательного подшипника регулируется прокладками, которые устанавливаются между нижним торцом стола ротора и фланцем 11, соединяемыми болтами.

Вследствие неизбежной несоосности центрирующих поверхностей стола и станины ротора шарики могут сместиться от оси симметрии беговых дорожек и в результате этого нарушится правильная работа подшипников. Для устранения несоосности центрируется одно кольцо подшипника, а другое свободно перемещается по радиусу. Под действием нагрузки свободное кольцо самоцентрируется относительно шариков и благодаря этому обеспечивается равномерное нагружение шариков, способствующее увеличению долговечности подшипника. Обычно свободное кольцо подшипника устанавливается в станине ротора.

Упорно-радиальные шариковые подшипники выбираются по диаметру проходного отверстия стола ротора. Нагрузочная способность подшипников заданного диаметра и типа зависит от их серии. В основной опоре стола ротора используются подшипники с шариками диаметром 63,5--101,6 мм, а во вспомогательной опоре -- подшипники более легких серий с шариками диаметром 38,1--47,6 мм. Конические роликоподшипники, обладающие по сравнению с шариковыми более высокой несущей способностью, в опорах стола ротора используются в редких случаях. Это обусловлено сравнительно высокой их стоимостью и повышенной чувствительностью к перекосам, вызывающим резкое снижение срока их службы. Относительное положение основной и вспомогательной опор ротора может быть иным. Например, в роторе УР-760 вспомогательная опора устанавливается над основной.

Быстроходный вал с конической шестерней, закрепленной шпонкой, монтируется в стакане 8 и в собранном виде устанавливается в горизонтальную расточку станины. Стакан предохраняет станину от вмятин, образующихся при установке подшипников и их проворачивании под нагрузкой. Консольное расположение шестерни на быстроходном валу удобно для компоновки и сборки ротора. Однако при этом возрастают требования к жесткости вала, так как вследствие его деформации нарушается равномерное распределение контактных давлений в зацеплении шестерни и колеса, что приводит к снижению их долговечности.

В этом отношении благоприятнее располагать шестерню между двумя опорами. Однако, учитывая удобство монтажа и ремонта, быстроходные валы во всех конструкциях роторов изготовляются с консольным расположением шестерни. При этом для снижения изгибающего момента шестерня максимально приближена к опоре вала. На наружном конце быстроходного вала установлена цепная звездочка 15 либо карданная муфта. Для безопасности и удобства обслуживания ротор закрывается крышкой 1. При бурении забойными двигателями стол ротора стопорится и благодаря этому предотвращается вращение бурильной колонны под действием реактивного крутящего момента. Стопорение осуществляется фиксатором, который входит в радиальные пазы 14 диска стола ротора.

Рис 3 Быстроходный вал ротора в сборе

Следует иметь в виду, что в конических подшипниках ролики, действуя подобно лопастям центробежного насоса, нагнетают масло в полость между подшипником и крышкой, что приводит к дополнительной его утечке через уплотнение вала. Особенно ощутимо это проявляется в том случае, когда ролики расходятся в сторону уплотнения и оси их качения скрещиваются между подшипниками (Х-образная схема установки конических подшип-ников). Поэтому показанная на рис.3 схема установки под-шипников 5, когда ролики сходятся в сторону уплотнения и оси их качения скрещиваются вне подшипников (О-образная схема), более предпочтительна. Для предохранения подшипников от перегрева вследствие затруднительной циркуляции масла, находящегося в карманах, образованных подшипниками и уплотнениями крышек, в нижней части стакана имеются продольные каналы 19 для выхода масла в масляную ванну стакана.

Центральная масляная ванна, образованная между станиной и столом ротора, заправляется жидким маслом через заливное отверстие, которое закрывается пробкой с жезловым указателем уровня масла. Для предохранения центральной масляной ванны от попадания промывочного раствора, разливаемого при спуско-подъемных операциях, между станиной и столом ротора имеются кольцевые лабиринтные уплотнения. Коническая зубчатая пара и подшипники стола смазываются разбрызгиванием масла, захватываемого шестерней при вращении. В связи с этим уровень масла в центральной ванне должен быть выше нижнего контура шестерни.

Смена масла производится после бурения каждой скважины и не реже чем через 2--3 мес. Для слива отработанного масла в основании корпуса имеются сливные пробки. Перед заливкой свежего масла ванну необходимо промыть керосином. В тех случаях, когда вспомогательный подшипник располагается над зубчатым колесом, смазывать его разбрызгиванием затруднительно. В роторах такой конструкции для смазывания вспомогательного подшипника используют пластичное масло, заправляемое ручным насосом через пружинную масленку.

Быстроходный вал 6 монтируется в стакане 7 на спаренных радиально-упорных конических роликоподшипниках 5, расположенных со стороны шестерни 1, и на радиальном роликовом подшипнике 9, установленном на противоположном конце вала. Конические подшипники обладают высокой жесткостью в радиальном и осевом направлениях. Зеркальное расположение конических подшипников обеспечивает точную двустороннюю фиксацию вала, необходимую для надежной и бесшумной работы передачи. Роликовый подшипник -- плавающий и обеспечивает осевое перемещение вала при тепловой деформации.

В фиксирующей опоре внутренние кольца подшипников за-креплены между заплечиком вала и маслоразбрызгпвающим кольцом 4, которое упирается в торец шестерни. Наружные кольца подшипников 5 и 9 закреплены между внутренним 3 и наружным 11 фланцами стакана при помощи металлических прокладок и дистанционной втулки 8 Внутреннее кольцо роликового подшипника крепится между заплечиком вала и кольцом 10, затянутым торцовым фланцем 16 через промежуточные детали 13, 14, 15 и дистанционное кольцо 17

Осевые зазоры подшипников регулируются дистанционными втулками 8, 14 и с помощью набора металлических прокладок 18, установленных между стаканом и его фланцами Осевой зазор подшипников, контролируемый по осевому смещению вала относительно стакана, должен быть в пределах устраняющих защемление и обеспечивающих равномерное распределение нагрузки между роликами

Надежная и бесшумная работа конической пары обеспечивается при правильном контакте зубьев, достигаемом совмещением вершин начальных конусов колеса 2 и шестерни 1. Зацепление регулируется путем изменения осевого положения шестерни с помощью металлических прокладок 18, выполненных в виде полуколец с прорезями для болтов Благодаря этому прокладки устанавливаются без разборки уплотняемых деталей путем не-значительного отвинчивания болтов 12, достаточного для прохода прокладок Правильность регулировки зацепления обычно контролируется по пятну контакта зубьев При сборке роторов пользуются менее точным, но более простым способом контроля -- по плавности вращения стола ротора при проворачивании быстроходного вала усилием рук рабочего.

4. Расчеты

К основным параметрам бурового ротора относятся:

· диаметр проходного отверстия и столе ротора;

· допускаемая статическая нагрузка на стол;

· частота вращения стола ротора;

· мощность ротора;

· максимальный вращающий момент.

Диаметр проходного отверстия в столе ротора (D_по) должен быть достаточным для спуска долот и обсадных труб, используемых при бурении и креплении

D_пo=Dд_н+д

где D_дн - диаметр долота при бурении под направление скважины, зависящей от конструкции скважины (в глубоких скважинах диаметр направления возрастает из-за увеличения числа промежуточных колонн); д - диаметральный зазор, необходимый для свободного прохода долота (д=30ч50 мм).

Буровые роторы, применяемые для бурения скважин на море, имеют более широкое проходное отверстие, поскольку в этому случае D_пo выбирается по диаметру водоотделяющей колонны, связывающей подводное устьевое оборудование с буровым судном. Проходное отверстие вкладышей стола ротора должно быть достаточным для прохода бурильной колоны при спускоподъемных операциях.

Поскольку наибольший диаметр бурильных замков равен 203 мм, отверстие вкладышей стола ротора всех типоразмеров принятого равным 225 мм.

Допускаемая статическая нагрузка [Р_ст] на стол ротора должна быть достаточной для удержания в неподвижном состоянии наиболее тяжелой обсадной или бурильной колонны, но одновременно не превышать статическую грузоподъемность подшипника

M_max?[P_ст]?G_o,

где M_max - масса наиболее тяжелой обсадной колонны (в большинстве случаев наиболее тяжелыми оказываются промежуточные колонны); G_о - статическая грузоподъемность подшипника основной опоры стола ротора, которая выбирается по величине D_по.

Параметры роторов буровых установок

Показатели	Тип ротора
	Р-700	Р-950	P-l260
Диаметр отверстия в столе ротора, Попускаемая статическая нагрузка на стол, кН Максимальная частота вращения стола ротора, мин-1 Статический крутящий момент на столе ротора, кН·м Подшипники приводного вала Основная опора Вспомогательная опора	700 5000 350 80 7538 1687/770х 1687/770х	950 6300 350 120 7538 1687/1060х 1688/1060х	1260 8000 350 180 3634 1687/1400x 11689/1400х

Показатели	Ротор
	Р-560	Р-360
Диаметр отверстия в столе ротора, мм	560	360
Допускаемая статическая нагрузка, кН	2500	1250
Максимальная частота вращения стола ротора, мин-1	250	200
Максимальный момент на столе ротора, кМн	35	12,3
Подшипники приводного вала	3624	3620
Основная опора	91682/670	9168288
Вспомогательная опора	31688/630	7168284

Характеристика подшипников опор качения роторов

Опора качения	Условное обозначение подшипника	Тип ротора	Грузоподъемность МН
			статическая	динамическая
Основная шарикоподшипники упорно-радиальные	91682/750х	У7-560-6	4,1	4,44
	1681/670х	У7-760	7,00	9,5
	1687/770х	Р-560	8,42	10,3
	1687/1060	Р-700	9,00	10,6
	1687/1400	Р-950	9,67	9,80
		Р-1260	12,5	10,9
Основная-ролико- подшипники упорно- радиальные конические	-	Р-450-Ш3	7,70	5,19
		Р-700-Ш2	11,5	7,32
Вспомогательная - шарикоподшипники упорно-радиальные	1681/670х	Р560-Ш8	7,40	3,30
	71682/800	У7-520-3	6,88	4,96
	1681/850	УР-760	7,40	3,72
	32634	Р-560	4,30	6,80
	1688/770х	Р-700	4,73	7,20
	1688/1060	Р-950	5,22	7,10
	1689/1400х	Р-1260	6.82	7.90

Выбор частоты вращения стола ротора осуществляется в соответствии с требованиями, предъявляемыми технологией бурения. Наибольшая частота вращения ограничивается критической частотой вращения буровых долот n_max?250 мин-1. Опыт показывает, что при дальнейшем увеличении n ухудшаются показатели работы долот. Кроме того, с ростом п увеличиваются центробежные силы, вызывающие про дольный изгиб бурильной колонны, приводящий к усталостному разрушению в резьбовых соединениях. Наименьшая n_pmin)= 15-20 мин-1 используется при бурении глубокозалегающих абразивных и весьма твер дых пород, забуривании и калибровке ствола скважины, периодическом проворачивании бурильной колонны с целью устранения прихвата при бурении с забойными двигателями, ликвидации аварий.

В предварительных расчетах n_р в зависимости от текущей (L) и конечной глубины бурения (L_p) можно вычислить по эмпирической зависимости

Мощность ротора должна быть достаточной для вращения бурильной колонны, долота и разрушения горной породы забоя скважины N_д

где з_р=0,90-0,95 к.п.д. ротора, который учитывает потери в трущихся деталях ротора. Для определения мощности на холостое вращение бурильной колонны (N_хв) можно воспользоваться формулой.

Мощность N_д, расходуемую на разрушение породы шарошечным долотом, можно определить колонковым долотом.

Максимальный вращающий момент М_вр(max) определяется по мощности и минимальной частоте вращения стола ротора

где N_p - мощность ротора. кВт; з_p - к.п.д. ротора; n_min - минимальная частота вращения стола ротора.

Рис. 4. Расчетная схема ротора

Для определения долговечности подшипника главной опоры ротора рассчитывают действующие в зацеплении усилия (рис. 4): окружное усилие Р, радиальное Q и осевое N.

Расчетный момент, действующий на стол ротора

где щ - угловая скорость вращения стола ротора, рад/с

Окружное усилие Р, действующее в зубчатом зацеплении

где d₂ - диаметр конического колеса, м.

Осевое усилие шестерни N₁ равно радиальному усилию на колесо Q₂

Радиальное усилие Q₁, равное осевому

N₂

где ц₁ - угол начального конуса шестерни, градусы

где u_p=d₂/d₁ - передаточное отношение ротора d₁ - диаметр конической шестерни, б=20°; в= 10ч30° - угол наклона зубьев конической пары.

В формуле знак «+» берется, когда направление наклона зубьев и вращения создает осевое усилие, направленное от вершины к основанию конической шестерни; знак «-» - при противоположном направлении этого усилия. буровой ротор подшипник шестерня

Расчетная эквивалентная нагрузка на главную опору В ротора

P_П=(xF_p+yF_а)k_Тk_бk_эk_K,

где F_p и F_а - постоянные по величине и направлению радиальная и осевая нагрузки; х и y коэффициенты радиальной и осевой динамических нагрузок, при отношении F_а/F_р=1(при других значениях отношения см.ГОСТ 18855-82) и угле контакта шаров г>40° принимают х=0,35 и y=0,57; k_т - температурный коэффициент, при температуре менее 100°С k_т=1; k_б= 1,8ч2,5 - коэффициент безопасности для роторов; k_э=0,6ч0,8 - коэффициент эквивалентности, k_Kкинематический коэффициент, при вращении внутреннего кольца подшипника принимается k_K=1.

Радиальная нагрузка F_p для расчета долговечности подшипника главной опоры В стола ротора принимается равной окружному усилию Р, так как их плоскости действия почти совпадают F_p= Р.

Осевая нагрузка, действующая на опору В стола ротора,

F_a=G+N_т+N₂

где G - вес стола ротора в сборе; N₂ - осевое усилие, создаваемое в зубчатом зацеплении; N_т - осевое усилие от трения ведущей трубы о вкладыши ротора при движении бурильной колонны вниз

N_т=M_рѓ_с/R

гдеѓ_с=0,2-0,3 - коэффициент трения ведущей трубы о зажимы ротора; R=0,1м - радиус приложения нагрузки между ведущей трубой и зажимами ротора.

Найти расчетное осевое усилие, действующее на главную опору стола, и долговечность главной опоры ротора Р-560 при глубине скважины 4000 м, если известно, что на вращение бурильной колонны с частотой n=50 мин-1 необходима мощность N_p=300 кВт. Вес бурильной колонны Q_б.к= 1,6 МН, вес стола ротора с вкладышами G=20 кН; диаметр конического колеса d₂=0,975 м, угол наклона зубьев в=30°, угол зацепления я=20°; шариковая опора с подшипником № 91682/750х со статической грузоподъемностью C_оа=4,1 МН и динамической грузоподъемностью С_а =0,444 МН.

Решение. Расчетный крутящий момент на столе ротора

М_р=300/5,25=57 кНм,

где щ=3,14·5030=5,25 с-1.

Усилие, действующее в зацеплении по формуле (12.120)

Р=2·57/0,975=117 кН.

Расчетная радиальная нафузка на опору В

F_p=P=117kH.

Осевое усилие на опору В при R₁=0,3 м и R₁=0,1 м, создаваемое трением ведущей трубы, из выражения

N_т=57·0,3/0,1=171 кН.

Осевое усилие на колесо по формуле

Расчетное осевое усилие на опору В по формуле

F_а=20+l71+116=307.

Расчетная нагрузка на главную опору В ротора из уравнения при k_б=2 и k_э=0,6

Р_п=(0.35·117+0,57·307)2·0,6=260 кН=0,26МН.

Долговечность подшипника главной опоры

Коэффициент запаса статической грузоподъемности

По существующим нормам долговечность главной опоры ротора должна быть не менее 3000ч, а запас прочности опоры по статической нагрузке не менее 2,5. Расчет показывает, что ротор обеспечивает достаточный запас при принятой нагрузке, но не обеспечивает необходимой долговечности.



Список литературы

1. Баграмов Р. А. Буровые машины и комплексы М.: Недра 1988г. - 501с.

2. Ильский А. Л. Буровые машины и механизмы 2е изд. перераб. и доп. - М.: Недра 1980г. 391с.

3. Дунаев П.Ф. Конструирование узлов и деталей машин: 9е изд. перераб. и доп. - М.: Издательский центр «Академик», 2006г. 496с.

4. Архангельский В.П., Аважанский Ю.С., Малкин И.Б. Новвые буровые установки. Справочное пособие.

Размещено на Allbest.ru

...