Модернизация крюкоблока буровой установки

Формула изобретения:

Крюковая подвеска, содержащая крюк, траверсу с отверстием для крюка, крепежный элемент для закрепления крюка на траверсе и упорный подшипник, расположенный между траверсой и крепежным элементом, стопорное устройство, отличающаяся тем, что стопорное устройство выполнено в виде набора втулок, с одного конца которых имеется впадина с резьбой, противоположной по направлению резьбе на хвостовике крюка, а с другого выступ с резьбой, противоположной по направлению резьбе на хвостовике крюка, и двух концевых втулок, на одном из торцов которых выполнен прямоугольный выступ, между втулками расположены жестяные прокладочные кольца толщиной до 1 мм, кутюрье служат для жесткого монтажа конструкции.

Данное изобретение может быть использовано для модернизации крюковой подвески или талевого блока, в котором используется крюк, но в данном дипломном проекте оно не целесообразно для модернизации, в нашем случаи крюк не целесообразно использование в талевом блоке.

3.6 Авторское свидетельство № 2335449. Крюковая подвеска

Изобретение относится к подъемно-транспортному оборудованию и может быть использовано на грузоподъемных кранах и траверсах. Крюковая подвеска включает крюк, траверсу, крепежный элемент для закрепления крюка на траверсе и упорный подшипник, расположенный между траверсой и крепежным элементом. В качестве стопорного устройства используется цилиндр, разрезанный на четыре части, с внутренним коническим отверстием и клиновой стопорный винт с левой резьбой на его концевой части, которая вкручивается в отверстие, выполненное в хвостовике крюка, при этом средняя часть клинового стопорного винта выполнена в виде усеченного конуса и взаимодействует с внутренней конической поверхностью разрезанного цилиндра. Достигается расширение возможности использования в различных траверсах, повышение удобства эксплуатации, повышение надежности, удобство монтажа.

Изобретение относится к подъемно-транспортному оборудованию и может быть использовано на грузоподъемных кранах и траверсах.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту является крюков подвеска, снабженная установленной между упорным подшипником и траверсой шайбой и

Т-образной стопорной планкой, установленной на крепежном элементе для взаимодействия с хвостовиком крюка.

Недостатком данной конструкции является то, что используются Т-образные стопорные планки различной длины, а также крюки с нестандартной длинной хвостовика, что приводит к снижению удобства эксплуатации.

Техническая задача изобретения - расширение возможности использования в различных траверсах, повышение удобства эксплуатации, повышение надежности, удобство монтаже

Техническая задача достигается тем, что в крюковой подвеске, включающей крюк, траверсу, крепежный элемент для закрепления крюка на траверсе и упорный подшипник, расположенный между траверсой и крепежным элементом, новым является то, что в качестве стопорного устройства используют цилиндр, разрезанный на четыре части, с внутренним коническим отверстием и клиновой стопорный винт с левой резьбой на его концевой части, который вкручивается в отверстие, выполненное в хвостовике крюка, при этом средняя часть клинового стопорного винта выполнена в виде усеченного конуса и взаимодействует с внутренней конической поверхностью разрезанного цилиндра.

1 - крюк; 2 - траверса; 3 - гайка; 4 - подшипник; 5 - шайба; 6 - планка; 7 - цилиндр; 8 - стопорный винт; 9 - крышка; 10 - болты.

Рисунок 14 - Крюковая подвеска А.С. № 2335449

Технический результат заключается в расширении возможности использования данного устройства в различных крюковых подвесках, повышении удобства эксплуатации, повышении надежности и удобстве монтажа.

На рисунке 14 изображена предлагаемая крюковая подвеска.

Крюковая подвеска содержит крюк 1, траверсу 2, крепежный элемент для закрепления крюка 1 на траверсе 2, представляющий собой гайку 3, выполненную в виде втулки с фланцем, и упорный подшипник 4, расположенный между траверсой 2 и гайкой 3. Между упорным подшипником 4 и траверсой 2 установлена шайба 5 и планка 6, при этом сопрягаемые поверхности шайбы 5 и планки 6 выполнены сферическими. Внутрь гайки 3 вставляется разрезанный на четыре части цилиндр 7, в коническое отверстие которого вставляется клиновой стопорный винт 8 и вкручивается в отверстие, выполненное в хвостовике крюка 1. На гайке 3 устанавливается крышка 9, которая крепится к ней болтами 10.

Устройство работает следующим образом.

Крюк 1 удерживается в гайке 3 посредством резьбового соединения. Поворот крюка 1 относительно вертикальной оси осуществляется вместе с гайкой 3, которая фланцем через упорный подшипник 4 и сферическую поверхность шайбы 5 опирается на сферическую поверхность планки 6, приваренной к траверсе.

Для предотвращения отвинчивания крюка 1 и обеспечения совместного поворота крюка 1 с гайкой 3 внутри гайки 3 помещается разрезанный на четыре части цилиндр 7 с внутренним коническим отверстием, который затягивается клиновым стопорным винтом 8. Вследствие затягивания винта 8 он (винт) начинает перемещаться вниз в осевом направлении, внешняя поверхность его конической части вступает в контакт с внутренней конической поверхностью цилиндра 7. Цилиндр 3 начинает расходиться в стороны, и его внешняя поверхность вступает в контакт с внутренней поверхностью гайки 3. Сила трения между сопрягаемыми поверхностями в процессе затягивания клинового стопорного винта постепенно возрастает, и крюк 1 стопорится. Самопроизвольное отвинчивание крюка 1 исключено, так как при этом он вращается в сторону затяжки клинового стопорного винта 8, что предотвращает отворот.

Предлагаемая крюковая подвеска позволяет расширить возможности использования в различных траверсах, повысить удобство эксплуатации, повысить надежность и удобство монтажа.

Формула изобретения:

Крюковая подвеска, содержащая крюк, траверсу, крепежный элемент для закрепления крюка на траверсе и упорный подшипник, расположенный между траверсой и крепежным элементом, отличающаяся тем, что в качестве стопорного устройства используют цилиндр, разрезанный на четыре части, с внутренним коническим отверстием и клиновой стопорный 5 винт с левой резьбой на его концевой части, который вкручивается в отверстие, выполненное в хвостовике крюка, при этом средняя часть клинового стопорного винта выполнена в виде усеченного конуса и взаимодействует с внутренней конической поверхностью разрезанного цилиндра.

Недостатки данного патента такие же что, и у предыдущего патента.



4. Техническое предложение по модернизации крюкоблока УТБК-5-270

4.1 Основание для модернизации крюкоблока

При бурении скважин буровыми установками БУ 4500/270 ЭК-БМ с СВП, возникла проблема в повышенном износе талевого каната, так как расстояние между крюкоблоком и кронблоком стало меньше связи с использованием СВП, на высоту СВП 6,5 м.

В стандартном варианте крюкоблок УТБК-5-270 следующею компоновку изображенную на рисунке 15.

1 - талевый блок; 2 - демферная пружина; 3 - крюк; 4 - замок

Рисунок 15 - Крюкоблок УТБК-5-270

Крюкоблок состоит из талевого блока УТБ-5-270 и крюка УУТЛ-270, которые соединены осями.



Рисунок 16 - Крюк УКТЛ-270

Крюк УКТЛ-270 рисунок 15, в дальнейшем «крюк», состоит из вращающихся на упорном подшипнике 17 частей: сварно-литого крюка 1, ствола 7, пружины 8, установленных между фланцами стаканов 10 и 11, двух вкладышей 6, и не вращающихся частей - траверсы 15, гидроамортизатора 12 и крышки 13.

Зев крюка закрывается защелкой 3 с пружинным стопором 4.

Закрывание защелки производиться штропом вертлюга при его посадке на крюк, когда штроп давит на защелку и поворачивает ее под упор, при этом защелка закрывается стопор.

Боковые рога крюка имеют седловидные выточки под штропа элеватора, закрытые от соскакивания штропов скобами.

Ствол от поворота удерживается шпонкой с возможностью вертикального перемещения ствола на длину рабочего хода пружин. Данная операция необходима при ручной расстановке свечей в два подсвечника.

СВП также имеет в конструкции систему пружин предохраняющие от повреждения буровое оборудование при выполнении спускоподъемных операций, и возникновении осложнений в процессе бурения. СВП в своей комплектации также имеет встроенный элеватор, что отпадает использование крюка с рогами для подвешивания элеватора.

Общая длина крюка используемая в крюкоблоке составляет 2483 мм, непосредственно длина крюка в комплекте с талевым блоком составляет 2133 мм.

4.2 Техническое предложение по модернизации крюкоблока

Одним из выходов в уменьшении износа талевого каната и сохранения талевой системы в работоспособном состоянии есть увеличение расстояния между крюкоблоком и кронблоком.

Для этой достижения этой цели и уменьшения металлоемкости, а следовательно упрощение конструкции крюкоблока в целом, целесообразно изменение конструкции крюковой подвески. Для этого мы отойдем от крюка с рогами и демферной пружины.

На талевый блок предлагается установить подвеску (адаптер) на штатные места крепления крюка, для уменьшения переделок в конструкции крюкоблока, рисунок 17.



Рисунок 17 - Модернизированный крюкоблок

Общая длина крюкоблока составляет 3813 мм, а модернизированного 1873 мм, что на 1940 мм меньше.

Конструкцию адаптера приведена на рисунке 18.

Рисунок 18 - Адаптер

5. Расчет элементов подвески

Для правильности выбора конструкции и геометрических размеров элементов модернизации проведем расчет модернизированных элементов.

5.1 Расчет пальца крепления адаптера на прочность

В конструкции блока адаптер крепиться на два пальца, которые фиксируются гайкой и шплинтуются деформируемой шайбой.

В результате предложенной модернизации возникла необходимость проверить пальца крепления адаптера. Размер и параметры пальца не менялись из конструкции талевого блока. В креплении адаптера используются два пальца, соответственно нагрузка которая воспринимается талевым блоком может быть поделена на два. Проведем расчет, определим сечение пальца.

Для этой цели построим расчетную схему и зададим нагрузки.

Рисунок 19 - Расчетная схема

Дано: Q = 2838 КН, уТ=360МПа, [S]=3,5.

Решение:

В талевой подвеске нагрузка распределяется на 2-ва пальца равномерно:

Qпал.=Qобщ../2=2838/2=1419 КН.

По расчетной схеме на палец с одной стороны от адаптера действует усилие на две стороны, то полученную нагрузку необходимо поделить на два и построить расчетную схему.

Qпал1=Qпал./2=1419/2=709,5 КН.

Рассмотрим схему нагружения и составим уравнения равновесия системы:

?Fx=0:RАХ=0,

?Fy=0:RАУ+RВУ-Qпал1=0,

?МА=0: Qпал1·0,075+Q·(0,350+0,075)-RВУ·(2·0,350+0,448)=0.

Где RАХ - реакция в опоре А;

RВУ - реакция в опоре В;

Qпал1 - нагрузка возникающая от адаптера.

Решим уравнения равновесия:

RВУ=(301,54·103+53,21·103)/0,5= 709,5 К·Н,

RАУ=Qпал1·2-RВУ=709,5·103·2-709,5=709,5 К·Н.

Чтобы найти наиболее опасное сечение в пальце, необходимо найти поперечные силы и изгибающий момент по участкам. Палец будет иметь 3 участка.

Рисунок 20 - Схема нагружения



1-й участок

QI=RАУ=709,5 К·Н,

2-й участок

QII=RAY-Qпал1=709,5-709,5=0 К·H,

3-й участок

QII=RAY-Qпал1- Qпал1=709,5-709,5-709,5=-709,5 К·H,

Построим эпюру поперечных сил и изгибающих моментов.

Рисунок 21 - Эпюра нагружения пальца

По эпюре изгибающих моментов найдем наиболее опасное сечение и для него определим момент сопротивления (W), и определим поперечное сечение пальца. Для этой цели проведем расчет напряжений на статическую прочность, с последующим определением сечения пальца.

(3)

где [S] - допустимый коэффициент запаса прочности.

.

Определим, диаметр пальца через момент Wх по формуле:

(4)

По размерному ряду выбираем значение d пальца в меньшую сторону, до целого числа 180 мм.

5.2 Расчет элемента адаптера

Проведем проверочный расчет элемента адаптера на котором крепиться штроп СВП и передается основная масса бурильной колонны, в месте крепления адаптера к талевому блоку нагрузка будет распологаться равномерно на 4 составляющих.

Для этой цели построим расчетную схему и зададим нагрузки.

Рисунок 22 - Расчетная схема

Дано: Q = 2838 КН, [у] = 78,58 МПа, уТ=275МПа для стали 35Л, [S]=3,5.

Решение:

Рассмотрим схему нагружения и составим уравнения равновесия системы:

?Fx=0:RАХ=0,

?Fy=0:RАУ+RВУ-Q=0,

?МА=0: Q·0,193-RВУ·0,386=0.

Где RАХ - реакция в опоре А;

RВУ - реакция в опоре В;

Q - нагрузка от веса бурильной колонны и СВП.

Решим уравнения равновесия:

RВУ=(2838·103·0,193)/0,386= 1419 К·Н,

RАУ=Q-RВУ=2838·103-1419=1419 К·Н.

Чтобы найти наиболее опасное сечение, необходимо найти поперечные силы и изгибающий момент по участкам.



Рисунок 23 - Схема нагружения

1-й участок

QI=RАУ=1419 К·Н,

2-й участок

QII=RAY-Q=1419-2838=-1419 К·H,

Построим эпюру поперечных сил и изгибающих моментов.

Рисунок 24 - Эпюра нагружения пальца



По эпюре изгибающих моментов найдем наиболее опасное сечение и для него определим момент сопротивления (W), и определим поперечное сечение.

гдеn-коэффициент использования = 2.

.

Определим, момент Wх по формуле:

(5)

Рассматривая конструкцию адаптера, мы пришли к выводу, что необходимо использовать сечение в нижней части адаптера, в узле крепления серьги СВП 140х180 мм, это еще выбрано и конструктивно, для уменьшения напряжений в сечении.

Рассчитаем адаптер на усталостную прочность:

R = 275 МПа - коэффициент асимметрии; S = 0,09 м2; n = 1,7 - запас прочности; гV = 1,6 - коэффициент от вида напряженного состояния; m = 0,9 - коэффициент условий работы.



Рассчитаем напряжения по усталостной прочности.

396·106>53,607·106 МПа

Условие выносливости адаптера выполняется.

5.3 Расчет адаптера численными методами (определение напряженного состояния адаптера)

Анализ адаптер

Введение

Модуль "Анализ напряжения" Autodesk Inventor Professional использован для имитации поведения механической детали в условиях нагрузки на конструкцию. Результаты, представленные в данном отчете, получены с помощью технологии ANSYS.

Не следует принимать или отклонять проект, основанный исключительно на данных представленных в данном отчете. Проекты следует оценивать, рассматривая информацию в соответствии с экспериментальными данными испытаний и практическим опытом инженеров-конструкторов и аналитиков. Качественный подход к техническому проектированию всегда предполагает физические испытания в качестве решающего средства обоснования конструктивной целостности с определенной погрешностью.

Дополнительную информацию о программах анализа напряжения AIP и ANSYS для Autodesk Inventor можно получить на веб-узле: http://www.ansys.com/autodesk.

Геометрия и зацепление

Точность зацепления в данном анализе была определена с помощью параметра значимости. Для справки: при установке значения -100 создается грубое зацепление, выдаются быстрые решения и сомнительные результаты. При установке значения +100 создается точное зацепление, процесс поиска решения занимает больше времени и результаты получаются более точными. По умолчанию установлено нулевое значение значимости.

Таблица 6 - Характеристики адаптер
Размеры ограничивающей рамки	972,1 mm 561,7 mm 488,4 mm
Масса детали	471,4 kg
Объем детали	6,006e+007 mmі
Параметр значимости сетки	0
Узлы	24892
Элементы	12562

Размеры ограничивающей рамки представлены длинами в глобальной системе координат X, Y и Z.

Данные о материале

Следующее поведение материала предположительно для данного анализа:

Линейное - напряжение прямо пропорционально деформации.

Постоянное - все свойства термонезависимы.

Однородное - свойства неизменны на протяжении всего объема детали.

Изотропное - свойства материала одинаковы во всех направлениях.

Таблица 7 - Литая сталь
Модуль Юнга	2,1e+005 MPa
Коэффициент Пуассона	0,3
Массовая плотность	7,85e-006 kg/mmі
Предел текучести при растяжении	250,0 MPa
Предел прочности при растяжении	300,0 MPa

Нагрузки и зависимости

Следующие нагрузки и зависимости действуют на отдельные области детали. Области были определены путем выбора поверхностей, цилиндров, ребер или вершин.

Таблица 8 - Описания нагрузок и зависимостей
Имя	Тип	Величина	Вектор
Сила 1	Поверхностное усилие	2,546e+005 N	0,0 N -2,546e+005 N 0,0 N
Зависимость фиксации 1	Зависимость фиксации поверхности	0,0 mm	0,0 mm 0,0 mm 0,0 mm
Таблица 9 - Реакции зависимостей
Имя	Сила	Вектор	Момент	Вектор момента
Зависимость фиксации 1	2,546e+005 N	-9,042e-005 N 2,546e+005 N -1,864e-005 N	97,9 N·mm	-7,604 N·mm 7,903e-002 N·mm -97,6 N·mm

Примечание: векторные данные соответствуют глобальным компонентам X, Y и Z.

Результаты

В таблице ниже приведены все структурные результаты, полученные в ходе анализа. В следующем разделе представлены иллюстрации каждого результата, нанесенного на поверхность детали.

Запас прочности рассчитан на основе теории прочности при максимальном эквивалентном напряжении пластичного материала. В качестве предельного напряжения указан предел текучести при растяжении материала.



Таблица 10 - Структурные результаты
Имя	Начало	Окончание
Эквивалентное напряжение	7,879e-002 MПa	40,04 MПa
Максимальное главное напряжение	-11,19 MПa	34,45 MПa
Минимальное главное напряжение	-52,96 MПa	2,335 MПa
Деформация	0,0 mm	6,834e-002 mm
Коэф. запаса прочности	6,243	Нет

Рисунок 25 - Эквивалентные напряжения

Эквивалентные напряжения в адапторе будут в точках перехода сечения и в точке приложения нагрузки. Так как в этих точка будит возникать наибольшие нормальные напряжения.

Рисунок 26 - Максимальные главные напряжения



Напряжения в которых не действуют касательные напряжения будут называться главными, рассматривая рисунок 21 мы можем сказать в каких точках возникаю max главные напряжения и по диаграмме чему они ровны. Наиболее нагруженными участками оказались участки точках перехода.

Рисунок 27 - Min главные напряжения

Этот рисунок показывает в какой плоскости возникают минимальные напряжения (момент инерции в точке крепления серьги СВП будут возникать минимальные моменты инерции).

Рисунок 28 - Деформации адаптера

На рисунке 23 мы можем сказать (получено в результате использования численных методов расчета) про участки, в которых будут наибольшие деформации конструкции. Наиболее деформируемым участком будет элемент адаптера расположенный непосредственно под серьгой СВП.

Рисунок 29 - Коэф. запаса прочности

Данный адаптер имеет довольно большой запас прочности по коэффициенту прочности. Согласно расчетов, коэф. запаса прочности 6,243 имеют участки перехода сечения и приложения нагрузки. Остальные части адаптера имеют коэффициент запаса прочности в 2-3 раза выше чем зоны перехода сечения и приложения нагрузки.

По результатом, проведенных расчетов численными методами можно сказать что напряженно-деформируемое состояние, полностью удовлетворяют поставленным задачам в модернизации, и конструкция адаптера (выбранные и рассчитанные геометрические размеры) полностью подходит с коэффициентом запаса более 6.



6. Экономическая часть

6.1 Общая характеристика проектируемого объекта

В дипломном проекте рассматривается модернизация крюкюблока. Основой модернизации является замены крюка на адаптер что позволяет сократить затраты на процесс изготовления крюка, и его обслуживание. В процессе спускоподъемных операций с использованием СВП, уменьшилось расстояние между кронблоком и талевым блоком. Уменьшение расстояния между кронблоком и талевым блоком приводит к выходу из строя бурового оборудования в виде разрушения подшипниковых опор так и преждевременному износу талевого каната и шкивов. В результате модернизации мы увеличиваем расстояние между кронблоком и талевым блоком на 1, 5 метра.

В результате экономического расчета определим затраты на изготовление модернизации.

6.2 Расчет затрат на проведение модернизации

Для проведения модернизации потребуются следующие финансовые вложения:

Затраты на приобретение материалов для изготовления, определим по формуле

(7)

гдеЗтр - затраты на приобретение, руб.;

Цтр - цена, руб.;

n - количество, шт.

1.1 Закажем и приобретем непосредственно адаптер из Стали 35Л. Средняя стоимость отливки с обработкой составляет 66 руб. за кг.

1.2 Приобретение пальца из стали Ст09Г2С ГОСТ 2590-88. Сумму затрат определим по формуле (33)

1.3 Приобретение гайки из стали Ст09Г2С ГОСТ 2590-88. Сумму затрат определим по формуле (33)

1.4 Приобретение стопорной шайбы Ст09Г2С ГОСТ 2590-88. Сумму затрат определим по формуле (33)

Затраты на транспортировку

(8)

где - затраты на транспортировку, руб.;

- норматив на транспортировку, %.

Заработная плата рабочих сборки и монтажа талевого блока.

Основная заработная плата слесаря 4 разряда.

,(9)

где - основная заработная плата слесаря 4 разряда, руб.;

- часовая тарифная ставка руб/ч;

- время работы слесаря, ч;

n - количество рабочих, чел.

Дополнительная заработная плата слесаря 4 разряда.

(10)

где - дополнительная заработная плата слесаря 4 разряда, руб.;

- основная заработная плата слесапя 4 разряда, руб.;

- норматив дополнительной заработной платы, %.

3.3 Так как работа по обслуживанию талевого блока проводится в экстремальных природно-климатических условиях Севера, то согласно Трудовому кодексу РФ, закону "О государственных гарантиях и компенсациях для лиц, работающих и проживающих в районах Крайнего Севера и приравненных к ним местностях" и ряду других законодательных актов для таких граждан предусматриваются особые меры возмещения дополнительных материальных и физиологических затрат, то есть увеличение размера выплат на соответствующий коэффициент.

(11)

Где Зсев - дополнительные выплаты газоэлектросварщику 4 разряда, учитывающие работу в условиях Севера, руб.;

Зо - основная заработная плата газоэлектросварщика 4 разряда, руб.;

Зд - дополнительная заработная плата газоэлектросварщика 4 разряда, руб.;

kр - размер районного коэффициента;

kс - размер северного коэффициента.

Отчисления страховых взносов во внебюджетные фонды:

(12)

где - отчисления страховых взносов во внебюджетные фонды, руб.;

- основная заработная плата газоэлектросварщика 4 разряда, руб.;

- дополнительная заработная плата газоэлектросварщика 4 разряда, руб.;

- норматив страховых взносов во внебюджетные фонды, %.

Общие затраты на модернизацию талевого блока представим в виде таблицы.

Таблица 11 - Калькуляция затрат на модернизацию талевого блока

п/п	Вид затрат	Стоимость, руб
1	Материалы, всего: в том числе: Адаптер Сталь 35Л палец D180 мм, Ст.09Г2С гайка Ст.09Г2С шайба стопор Ст.09Г2С	33716 31112 2244 290 70
2	Затраты на транспортировку	5057,4
3	Заработная плата слесаря 4 разряда, всего: в том числе: основная заработная плата дополнительная заработная плата дополнительные выплаты, учитывающие работу в условиях Севера	544,77 304 36,48 204,29
4	Отчисления страховых взносов во внебюджетные фонды	141,64
5	Всего	34402,41

Стоимость базового талевого блока составляет 3149420 руб. Стоимость с учетом затрат на модернизацию составит, руб.

(13)

где Спм - стоимость талевого блока после модернизации, руб.;

Цб - цена базового талевого блока, руб.;

Зм - затраты на модернизацию, руб.

СПМ=3149420+34402,41=3183822,41 руб.

Стоимость модернизированного талевого блока вместе с адаптером составляет 3183822,41 рублей, стоимость крюкоблока до модернизации целиком составляет 3764200 рублей. Общая экономия для предприятия, использование модернизированного талевого блока по сравнению с крюкоблоком для выполнения спускоподъемных операций составляет 580377 рублей.

7. Безопасность и экологичность проекта

Проблема обеспечения безопасности в техносфере в ближайшее десятилетие приобретает особую актуальность в России в связи с массовым выходом в запредельный проектный ресурс большого парка энергетических, химических, транспортных и других систем и оборудования, полная замена или модернизация которых требует значительных материальных и интеллектуальных затрат. Интенсивное развитие хозяйственной деятельности людей, изменение структуры земной поверхности, состава биосферы, энергетического баланса, деградация природных экосистем, аварии и катастрофы на промышленных и оборонительных объектах явились разрушительным воздействием на окружающую среду и привели природу к состоянию кризиса, грозящего экологическими катастрофами локального характера, которые создают условия для катастроф планетарного масштаба.

Научно-технический процесс неизбежно приводит к увеличению действия антропогенного фактора на окружающую среду и с особой остротой требует разумного использования природных богатств. Поэтому перед человечеством встала задача рационального природопользования в сочетании с эффективным снижением отрицательного воздействия промышленного производства на окружающую природную среду - биосферу.

Целью проекта является уменьшение денежных затрат в результате простоты конструкции крюкоблока используемого при работе с СВП буровой установки БУ-4500.

Проектируемое устройство - система верхнего привода - является относительно новой разработкой, позволившей объединить функции вертлюга и ротора, некоторых технологических процессов. Отдельно расположенные ротор и вертлюг имеют много опасных открытых вращающихся частей. Использование СВП значительно повышает безопасность буровой бригады за счет того, что единственным вращающимся элементом в зоне бурения на буровой площадке является гладкостенная бурильная свеча. В системе реализована надежная герметизация смазочных схем, подвода бурового раствора, что исключает их розлив и загрязнение окружающей среды. Мгновенное перекрытие буровой колонны при любой ее ориентации на мачте в режимах бурения и СПО с помощью двух встроенных пре-венторов являющихся предохранительными клапанами внутреннего открытия. Двигатели переменного тока не имеют угольных щеток, следовательно, исключается появление искр. СВП имеет только электрическую питающую линию, состоящих из четырех кабелей: три силовых - на буровые двигатели и один - заземление.

Использование СВП, приводит к увеличению подъема талевого блока, что негативно сказывается на срок службы шкивов и талевого каната.

7.1 Недостатки базовой конструкции по обеспечению безопасности труда

В процессе бурения скважины и непосредственно эксплуатации верхнего привода, а частности в результате обслуживания верхнего привода с балкона бурильщика, возникает следующий ряд проблем:

верховому рабочему необходимо обслуживать как СВП так и талевый блок, который имеет высоту больше 2 м;

для обеспечения норм безопасности предлагается уменьшить высоту талевого блока почти на 1,5 м, за счет замены крюка на серьгу в процессе эксплуатации СВП.

Согласно ГОСТ «ССБТ. Опасные и вредные производственные факторы» при работе противовыбросового оборудования, возможны следующие физические опасные и вредные производственные факторы:

движущиеся машины и механизмы;

повышенная запыленность и загазованность воздуха рабочей зоны;

повышенная или пониженная температура поверхностей оборудования, материалов;

повышенная или пониженная температура воздуха рабочей зоны;

повышенное или пониженное барометрическое давление в рабочей зоне и его резкое изменение;

повышенная или пониженная влажность воздуха;

отсутствие или не достаток естественного света;

недостаточная освещенность рабочей зоны.

Проведен анализ опасных и вредных производственных факторов проектируемого технологического процесса.

Проектируемое изделие размещается на открытом воздухе что соответствует 1-й категории - на открытом воздухе.

7.2 Проектные решения по обеспечению безопасности труда на проектируемом оборудовании в соответствии с требованиями ГОСТ 12.2.003

К работе по обслуживанию СВП и крюкоблока допускаются лица не моложе 18 лет, обученные профессии механик нефтяного оборудования, слесарь бурового оборудования имеющего соответствующие удостоверение, прошедшие медицинский осмотр, инструктаж по технике безопасности, стажировку и проверку знаний по технике безопасности.

Специфика работы буровых бригад заключается в том, что они ведутся круглый год в любое время суток, за исключением следующих погодных условий, при которых запрещены все виды работ на буровой: -50°С; -40°С и скорости ветра 6 м/с; -30 и скорости ветра 12 м/с. Дополнительные перерывы для обогрева работающих, приостановка работы на объектах осуществляется в зависимости от установленных для субъекта Российской Федерации предельных значений температуры (указанные выше) наружного воздуха и скорости ветра в данном климатическом районе.

В зимнее время площадки, проходы для обслуживания СВП очищаются от снега и льда, рабочее место должно содержаться в чистоте.

На рабочих местах, а также в местах, где возможно воздействие на человека вредных и (или) опасных производственных факторов, выставляются предупредительные знаки и надписи. На рабочих местах помещаются инструкции по безопасности труда по профессиям и видам работ, инструкции по пожарной безопасности, эксплуатации оборудования, агрегатов и т.п.

При получении во время работы травмы необходимо немедленно принять меры к оказанию первой медицинской помощи и сообщить о несчастном случае начальнику цеха или любому инженерно - техническому работнику, сохранить обстановку, при которой произошел несчастный случай, если это не влечет за собой повторения несчастных случаев с другими. До начала производственных работ обслуживающий персоналу проверить и привести в порядок одежду, средства индивидуальной защиты. Запрещается находиться в загазованной зоне в обуви со стальными гвоздями и подкладками.

При ремонте (профилактике) оборудования запрещается:

мыть детали бензином и керосином в неприспособленных помещениях, разбрасывать использованные обтирочные материалы, их следует собирать в специальные емкости, а затем утилизировать;

пользоваться зубилами и молотками для открывания бочек с ГСМ, так как при ударе возможно высекание искры и воспламенение горючего;

Проверить наличие и исправность инструмента, его соответствие характеру выполняемой работы.

Оборудование, инструмент и контрольно-измерительные приборы должны соответствовать требованиям «Положения о порядке разработки (проектирования), допуска к испытаниям, изготовлению и выдачи разрешений на применение нового бурового, нефтегазопромыслового, геологоразведочного оборудования для магистрального трубопроводного транспорта и технологических процессов», утвержденных постановлением Госгортехнадзора России от 08.02.2000 №4 и «Требованиям безопасности к буровому оборудованию для нефтяной и газовой промышленности», утвержденным постановлением Госгортехнадзора России от 17.03.99 №19.

7.3 Санитарная характеристика выполняемых работ

В соответствии с СНиП 2.09.04-87, работники: диспетчер-оператор, оператор, слесарь-ремонтник оборудования и т.д., обеспечены в соответствии с типовыми нормами спецодеждой и средствами индивидуальной защиты.

Санитарно-гигиенические требования к работе, выполняемой на открытом пространстве

Буровая установка находиться в условиях крайнего севра, и бурение скважины выполняется в трудных климатических условиях - в условиях арктического климатического пояса.

Арктический климатический пояс практически не пригоден для обитания человека, по крайней мере, не имеющего современного технического обеспечения, и поэтому практически сразу выпадает из списка. Жизнь в арктическом поясе бурлит на суше только во время короткого лета и замирает на время долгой полярной ночи. Единственно, где жизнь продолжается вне зависимости от времён года - это глубины океана. Исключение составляют хищники побережья - белые медведи, для которых Арктика - родная стихия, и которые основную свою добычу получают из вод моря-океана.

Охлаждение человека, как общее, так и локальное способствует изменению его двигательной активности, нарушает координацию и способность выполнять точные операции; вызывает тормозные процессы в коре головного мозга, способствует развитию патологии.

Во избежание локального охлаждения тела работников и уменьшения общих теплопотерь с поверхности тела их обеспечивают рукавицами, обувью, головными уборами, имеющими соответствующую теплоизоляцию.

Освещение площадки буровой

неудовлетворительное освещение рабочего места может явиться причиной несчастных случаев, утомления органов зрения, снижения производительности труда и ухудшения самочувствия работающих.

Рабочее место для эксплуатации СВП находится под открытым небом, то есть в дневное время суток осуществляется естественное освещение. Так как СВП эксплуатируется круглосуточно, необходимо обеспечить освещение рабочего места искусственным освещением в темное время суток.

Нормы освещенности, ограничения слепящего действия светильников, пульсаций освещенности и другие качественные показатели осветительных установок, виды и системы освещения приниматься согласно требованиям СН и П 23-05-95 «Естественное и искусственное освещение» и СНиП 12-04-2002 «Строительные нормы и правила Российской Федерации» другим нормативным документам, утвержденным или согласованным с Госстроем (Минстроем) РФ и министерствами и ведомствами Российской Федерации в установленном порядке.

Светильники выбираются в соответствии с требованиями норм пожарной безопасности НПБ 249-97 «Светильники. Требования пожарной безопасности. Методы испытаний».

Монтажно-демонтажные работы устройства выполняются при естественном освещении в дневное время суток. В случаи аварии работы могут проводиться в ночное время при искусственном освещении.

Светильники, предназначенные для освещения площадки буровой установить вне рабочего места. Все светильники и их части, устанавливаемые на оборудовании, жестко закрепить на оборудовании, чем защитить их от падения в результате воздействия вибраций и сотрясений.

Для осветительных сетей буровых установок применяют напряжение 220 В, получаемое от трансформатора (0,38 - 0,22 кВ) от дизель - генератора при автономном приводе. В отдельных случаях цепи освещения буровой установки питаются от промысловой осветительной сети. Присоединение осветительной сети осуществляется через автоматический выключатель и магнитный пускатель; кнопку управления пускателей помещают так, чтобы можно было отключить освещение при выбросах нефти и газа. Аварийное освещение для продолжения работы питается от трансформатора 220/127 В; аварийное освещение для эвакуации людей - от аккумулятора. В качестве аварийного освещения на буровых установках могут применяться переносные электрические лампы напряжением 12 В. При монтаже электроосвещения, запрещается подвешивать электрические провода на гвоздях, пропускать их без трубок через сгораемые переборки, зажимать дверями и окнами.

Для вышки высотой 45 м. предусматривается освещение только одних полатей второго помощника бурильщика, однако если работа ведется с обоих полатей, то вторые также оборудуют двумя светильниками.

Так как возможны газовые проявления, устанавливают светильники в взрывозащищенном варианте.

Путь системы верхнего привода освещается светильниками (таблица 8), устанавливаемыми на лестничных площадках по высоте вышки под углом не менее 65 - 700 , ногах вышки, на высоте не менее 2,5 м. от пола полатей под углом не менее 500 с мощностью ламп накаливания не менее 300 Вт, либо других видов ламп со световым потоком не менее 2800 лм.

Систему освещения вновь строящихся и реконструируемых объектов нефтяной и газовой промышленности следует проектировать, руководствуясь «Отраслевыми нормами проектирования искусственного освещения предприятий нефтяной промышленности» ВСН-34-82, разработанными НИИ строительной физики Госстроя России, ВНИИБТ при участии Самарского политехнического университета. При проектировании осветительной установки необходимо: выбрать систему освещения, тип источника света, норму освещенности, тип светильников, размещение светильников, рассчитать освещенность в нужных точках, уточнить размещение и число светильников, определить единичную мощность светильников и ламп.

Монтаж осветительных приборов на буровой происходит строго по проекту, который должен быль согласован. Общие расположение осветительных приборов показан на рис.1.

1 - 14 - светильники

Рисунок 30 - Схема освещения буровой вышки БУ 4500/270 ЭК-БМ

Таблица 12 - Освещение площадки буровой

Наименование рабочего места	Характер зрительной работы и ее разряд	Размер объекта различения, мм	Нормируемая освещенность при искусств, освещении, лк	Тип светильника, марка, мощность, световой поток
			Комб. осв.	При системе общего освещения
Площадка буровой	Малая точность, V разряд	От 1,0-5,0	400	200	ССО - В - 220 (100 Вт - 3600 лм)

Защита от вибрации и шума

Предельно допустимые уровни звука и вибрации принимают согласно санитарным нормам шума и вибрации на рабочих местах, ГОСТ 12.01.003 и ГОСТ 12.01.012.

В процессе эксплуатации системы верхнего привода и крюкоблока возникает такое вредное воздействие на организм человека, как вибрация, она относится к общей технологической (вибрация 3-й категории) на постоянном рабочем месте. Вибрация от СВП передаваемое на крюкоблок воспринимается направляющим монорельсом через каретку системы, передается на распорную балку, которая крепится к металлоконструкции вышки, которая в свою очередь установлена на основании буровой, тем самым, вызывая вибрацию площадки буровой. Металлоконструкция вышки, основание буровой с фундаментом воспринимает и гасит основную вибрацию за счет значительного преимущества в массе перед СВП крюкоблоком (основное назначение фундамента буровой установки воспринимать нагрузки от процессов бурения и эксплуатации бурового оборудования, и гасить вибрацию), но полностью не исключает возможного вредного влияния вибрации. Поэтому предусмотрены: в процессе эксплуатации: установка рабочего места бурильщика (площадку) на виброизоляторы, средства индивидуальной защиты персонала, как специальная обувь, подметки; в процессе изготовления: высокая точность изготовления вращающихся деталей, их статическая и динамическая балансировка. Своевременный ремонт, замена, проверка креплений, жесткости, соединений деталей и узлов, позволит свести к возможному минимуму вредное проявление вибрации. В СВП много трущихся деталей, несколько электродвигателей, которые являются источниками появление шума. Для снижения уровня шума в системе верхнего привода все исполнительные механизмы помещены либо в корпус, либо в кожухи, что обеспечивает звукоизоляцию источника шума. Квалифицированный персонал, осуществляющий сборку и техническое обслуживание СВП, также позволит снизить уровень шума за счет оптимальной подгонки трущихся деталей, соединений, своевременно осуществляемого ремонта и замены износившихся деталей и узлов. Крюкоблок иметь в своей конструкции подшипниковые узлы, которые снижают уровень вибрации возникающий в процессе эксплуатации. Также предусмотрены средства индивидуальной защиты органов слуха от шума, такие как противошумные наушники. Эти методы должны свести к минимуму вредное воздействия шума на организм человека. Обеспечение взрывопожарной и пожарной безопасности

Согласно «Правилам пожарной безопасности в нефтяной промышленности», каждая скважина при эксплуатации насосами ЭЦН обеспечивается первичными средствами пожаротушения.

В системе верхнего привода горючие материалы не используются. Но его эксплуатация связана с возможным нефтегазопроявлением. Категория опасности по НПБ 105-03 по пожарной опасности: АН соответственно горизонтальный размер зоны, ограничивающей газопаровоздушные смеси с концентрацией горючего выше нижнего концентрационного предела распространения пламени (НКПР), превышает 30 м (данный критерий применяется только для горючих газов и паров) и/или расчетное избыточное давление при сгорании газо-, паро- или пылевоздушной смеси на расстоянии 30 м от наружной установки превышает 5 кПа. Пожароопасная зона класса П - III.

Таблица 13- Перечень первичных средств пожаротушения

Объект	Огнетушитель, шт.	Пожарный инвентарь	Пожарный ручной инструмент (топор, багор, лом), компл.
	Химический пенный	Углеки-слотный	Ящик с песком вме-сти-мос-тью 0,2 м3 и лопата, компл.	Войлок, асбестовое полотно, кошма размером бдух 2 м2, шт.	Емкость с водой вместимостью 250 л, шт.	Ведро пожарное
Стационарная Ь. у. с приводом от электродвигателя	2	1	2	-	1	2	2



В системе верхнего привода горючие материалы не используются. Но его эксплуатация связана с возможным нефтегазопроявлением. Категория опасности по НПБ 105-03 по пожарной опасности: АН соответственно горизонтальный размер зоны, ограничивающей газопаровоздушные смеси с концентрацией горючего выше нижнего концентрационного предела распространения пламени (НКПР), превышает 30 м (данный критерий применяется только для горючих газов и паров) и/или расчетное избыточное давление при сгорании газо-, паро- или пылевоздушной смеси на расстоянии 30 м от наружной установки превышает 5 кПа. Пожароопасная зона класса П - III.

Класс взрывоопасной зоны В - 1 а по ПУЭ, класс взрывоопасное в соответствии с РД 08 - 200 - 98 - зона 1.

Весь пожарный инвентарь должен быть окрашен в красный цвет. Комплект пожарного ручного инструмента размещают на щите, который вывешивают на видных и доступных местах.

Утилизировать отработанное масло, предотвращать их попадание в почву и водоемы.

7.4 Экологичность проекта

Осуществление промышленной деятельности с воздействием на окружающую среду регламентируется законами: "Об охране окружающей природной среды", "О недрах", "О континентальном шельфе Российской федерации", "Об отходах производства и потребления". Согласно этим законам, на буровой установке запрещается:

сливать использованный буровой раствор в открытые водные бассейны и непосредственно на почву;

загрязнение почвы горюче-смазочными материалами и слив их непосредственно на почву, в случае попадания на покрытия площадок их собирают в отстойниках - ловушках, а затем сжигают в специальных установках.

Загрязнение атмосферного воздуха непосредственно системой верхнего привода не происходит. Попадание горюче-смазочных материалов и бурового раствора исключено за счет полной герметизации автономной гидравлической системы. За счет исключения попадания пыли, и грязи в систему из вне, существенно увеличивается период использования смазочных материалов. Отработанные смазочные материалы сливают в металлические емкости и утилизируются.

Для исключения нефтегазоводопроявлений и выбросов система верхнего привода имеет два встроенных превентора, которые являются предохранительными клапанами внутреннего открытия. Верхний клапан, управляемый дистанционно с пульта управления буровика, и нижний клапан ручного управления составляю систему противовыбросового контроля скважины. Оба клапана имеют стандартные соединения 168 мм штуцер (муфта) с правой резьбой и рассчитаны на номинальное давление 102 МПа.

Обеспечить буровую установку знаками безопасности и первичными средствами пожаротушения, звуковой системой оповещения о возникновении пожара.

Для привода ствола ротора применены два асинхронных двигателя переменного тока с возможностью как совместного, так и отдельного введения их в работу. Такое средство получило название резервирование, применение которого позволяет повысить уровень надежности всего механизма, и в частности снизить затраты потребления электроэнергии, за счет использования только одного двигателя, то есть количество затраченной электроэнергии будет зависеть от требуемой мощности от электродвигателей, либо от одного (400 кВтч), либо суммарно от обоих (800 кВтч).

В процессе бурения скважины возникают отходы в виде бурового шлама. Буровой шлам обезвоживается на установках БФК, из него выводиться химические реагенты, которые впоследствии используются в дальнейшем для бурения скважин. Твердые отходы вывозятся на полигон, где складываются для дальнейшей переработки. В планах переработки твердых отходов бурения, заключается выжигание активных химических реагентов оставшихся в шламе, а сам шлам используется для строительства автодорог.



Заключение

В результате проведенной модернизации крюковой подвески, а не посредственно талевого блока УТБ-5-270, мы получили уменьшение:

- массы крюкоблока;

- высоты;

- время проведения технического обслуживания;

- стоимость изделия в целом;

- транспортных расходов.

При уменьшении высоты крюкоблока привело к увеличению расстояния между кронблоком и талевым блоком, что положительно сказалось на эксплуатационные характеристики талевого каната и оборудования в целом.

Необходимо было провести расчет необходимого расстояния между крюкоблоком и кронблоком, что способствовало к определению необходимого минимального расстояния между оборудованием.

Список использованных источников

1. Ильский А.Л, Миронов Ю.В, Чернобыльский А.Г. Расчет и конструирование бурового оборудования. Учеб. пособие для вузов. - М.:Недра, 1985.- 452 с.

2. Ильский А.Л, Касьянов В.М, Порошин В.Г, Буровые машины, механизмы и сооружения. - М.: Недра, 1967. - 471 с.

3. Элияшевский И.В, Сторонский М.Н. Орсуляк Я.М. Типовые задачи и расчеты в бурении. Учеб. пособие для техникумов. - 2-е изд., перераб. и доп. - М: Недра, 1982. - 296 с.

4. Баграмов Р.А. Буровые машины и комплексы, Учебник для вузов. - М.: Недра, 1988 - 501с. 3. Коваленко В.И., Холодов А.Н. Оборудование для очистки и приготовления буровых растворов. - М.: Недра 1992 - 74с.

5. Ильский А. Л. Буровые машины и механизмы / А. Л. Ильский - М: Недра, 1880 год - 391с.;

6. Анурьев В. И. Справочник конструктора-машиностроителя в трёх томах / В. И. Анурьев - М: Машиностроение, 1979 год - 1864с;

7. Муравенко В.А. Муравенко А.Д. Буровые машины и механизмы в двух томах. Справочно-информационное издание - М: Недра, 2002 год - 520 с;

8. Макаров Г.В. Уплотнительные устройства - Л: Машиностроение, 1973 год - 232с;

9. Мельников В.А. Техника и технология бурения нефтяных и газовых скважин - Красноярск: ИПК СФУ, 2008 год - 295с;

10. Дунаев П. Ф. Леликов О. П. Конструирование узлов и деталей машин / П. Ф. Дунаев - М: Академия 2006год - 496 с.;

11. Чернилевский Д.В. Детали машин. Проектирование приводов технологического оборудования - М.: Машиностроение, 2004 год - 560с;

12. Муравенко В.А. Буровые машины и механизмы - Москва-Ижевск: Институт компьютерных исследований, 2002 год - 520с;

Размещено на Allbest.ru

...