Электропривод буровой установки реферат

Обновлено: 05.07.2024

Общая характеристика режима работы электропривода БЛ.

Кроме подъема и спуска колонны бурильных труб (КБТ) с помощью буровой лебедки часто осуществляютсвинчивание и развинчивание труб, их перенос и установку, подъем и опускание незагруженного элеватора, а также подачу долота на забой.
В современных буровых установках применяют вспомогательные двигатели длявыполнения вспомогательных работ. В этом случае буровая лебедка используется только для подъема и спуска КБТ. Причем для подъема КБТ служат приводные двигатели лебедки, а для спуска электромагнитныетормоза индукционного или электропорошкового типа или приводные двигатели в режиме динамического или рекуперативного торможения.
Подъем КБТ состоит их отдельных циклов, число которых равняется числусвечей. За время одного цикла происходит подъем на высоту одной свечи (25-37м.), затем ее отвинчивают, переносят и устанавливают, после чего цикл повторяется.
Процесс перемещения бурильных труб на одну свечухарактеризуется наличием трех периодов.
1. Разгон колонны в течение времени tр, т.е. увеличение скорости от нуля до некоторого установившегося значения.
2. Равномерное движение с установившейсяскоростью Vуст в течение времени tу.
3. Замедление колонны, т.е. уменьшение скорости от установившегося значения до нуля с посадкой на клинья в течение времени tз, tв – время вспомогательныхопераций).
[pic]
Рис. 5. Диаграммы скорости и момента.
Требования к электроприводу буровой лебедки.

Электропривод буровой лебедки (БЛ) должен обеспечивать процесс подъема колонны бурильных трубза минимальное время и с наименьшими потерями энергии.

[pic]
[pic] - момент сопротивления на валу барабана лебедки
[pic]- угловая скорость барабана лебедки
[pic]- КПД передач от двигателя кбарабану лебедки
Электропривод БЛ на базе АД с фазным ротором с тиристорным регулятором скольжения.

В установках наземного бурения с глубиной скважин до 5000 м.

Чтобы читать весь документ, зарегистрируйся.

Связанные рефераты

Буровые установки

. Факультет: Буровые установки Выполнил.

27 Стр. 2 Просмотры

буровая установка

. Реферат "Классификация буровых установок. Назначение отдельных блоков.

Буровые установки

25 Стр. 4 Просмотры

Буровая Установка

. Буровая установка Буровая установка - это машина.

Буровая установка

. значения исходных данных для статического расчета буровой машины представлены в таблице 2.1.

Описание технологического процесса буровой лебедки. Разработка электрического привода для буровой лебедки, разомкнутой и замкнутой схем. Исследование статических и динамических режимов работы. Математическое описание замкнутой системы управления.

Рубрика	Физика и энергетика
Вид	курсовая работа
Язык	русский
Дата добавления	08.06.2015
Размер файла	811,0 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

ИНСТИТУТ ПРОМЫШЛЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ И ИНЖИНИРИНГА

Разработчик: Вертинский А.А.

Руководитель: Лысова О.А.

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ

Целью данной курсового проекта является разработка электрического привода для лебедки буровой установки. Выбор рабочего механизма. Качественный выбор электрического привода на основании предоставленных требований к электрическому приводу. Разработка замкнутой и разомкнутой схем. Построение схем моделей разомкнутой и замкнутой схем в среде MatLab Simulink.

Краткие технические характеристики буровой лебедки ЛБУ-1100-ЭТ-З

Максимальная грузоподъемность, т

Расчетная мощность на входе в лебедку, кВт

Диаметр талевого каната, мм

Число скоростей вращения подъемного вала

Размеры подъемного барабана, мм

Диаметр тормозного диска, мм

Передаточное отношение талевой системы

Коэффициент полезного действия талевой системы, %

Габаритные размеры, мм

Привод от электродвигателя постоянного тока с функцией РПД

Всего курсовой проект включает в себя пояснительную записку и графические материалы в объеме 43 страниц, 15 иллюстраций. 3 таблиц. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРИВОД, ЛЕБЕДКА, АВТОМАТИЗАЦИЯ, СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ, ОПТИМИЗАЦИЯ, РАЗРАБОТКА, СХЕМА, ИССЛЕДОВАНИЕ, РЕЖИМ РАБОТЫ, ЗАМКНУТАЯ, РАЗОМКНУТАЯ, НАГРЕВ, ТАХОГРАММА, СТАТИЧЕСКИЙ, ДИНАМИЧЕСКИЙ, НАГРУЗОЧНАЯ ДИАГРАММА.

Данная курсовая работа содержит краткое описание технологического процесса буровой лебедки. Качественный и количественный выбор электрического привода для буровой лебедки. Разработанные разомкнутую и замкнутую схемы и модели этих схем.

Список используемых терминов: ЛБУ- лебедка буровой установки, ЭТ- электрический привод и торможение, БУ- буровая установка, СУ- система управления, САУ- система автоматического управления, САР- система автоматического регулирования, ЭП- электрический привод, ТП - тиристорный преобразователь, ДПТ - двигатель постоянного тока.

СОДЕРЖАНИЕ

1. ВЫБОР ОСНОВНОГО СИЛОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ

1.1 ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА

1.2 ТРЕБОВАНИЯ ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К СИСТЕМЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПРИВОДА

1.3 КАЧЕСТВЕННЫЙ ВЫБОР ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПРИВОДА

1.4 РАСЧЕТ МОЩНОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПРИВОДА

1.5 ПРОВЕРКА ПО НАГРЕВУ

1.6 ВЫБОР ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ НАПРЯЖЕНИЯ

2. РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ

2.1 РАЗРАБОТКА СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ ЭП

2.2 ИССЛЕДОВАНИЕ СТАТИЧЕСКИХ И ДИНАМИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ РАБОТЫ

3. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ЗАМКНУТОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ

3.1 РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ ЗАМКНУТОЙ СИСТЕМЫ

3.2 ИССЛЕДОВАНИЕ СТАТИЧЕСКИХ И ДИНАМИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ЗАМКНУТОЙ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПРИВОДА

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАНЫХ ИСТОЧНИКОВ

Буровые лебёдки являются основными исполнительными механизмами для подъёма-спуска бурильной колонны, удержания её навесу или медленного опускания при подаче долота на забой в процессе бурения, спуска обсадных колонн и других работ. В основном, все современные буровые лебедки выполняются по одной и той же модели, поэтому все они имеют в основном одинаковые как преимущества, так и недостатки. Так как в настоящее время около 70% энергетической потребности в мире покрывается за счет нефти и газа, то и потребность в качественном и надежном нефтедобывающем оборудовании растет. В условиях крайнего севера любая техника переносит сильнейшие перегрузки в связи с суровым климатом, следствием являются высокая частота выхода оборудования из строя, но в труднодоступные места новое оборудование доставить очень сложно, в следствии чего компании несут огромные убытки в связи с простоем. Поэтому качество бурового оборудования и его надежность должны быть на высоте. Буровая лебедка как один из основных механизмов буровой установки, без которого бурение невозможно обязана удовлетворять всем предъявленным к ней требованиям без исключения. В условиях сурового климата есть множество вариантов выхода буровой лебедки из строя, такие как обрыв талевого каната, выход из строя электрического привода, цепных колес, тормозных шкивов барабана, антифрикционных втулок, роликоподшипников, кулачковых муфт, шинно-пневматических муфт ПМ-500, ПМ-700. Но Несмотря на резкое различие лебедок, многие применяемые в них узлы совершенно одинаковы и взаимозаменяемы либо конструктивно одинаковы я различаются только размерами.Это значительно облегчает изготовление и ремонт лебедок, обслуживание их, а также обеспечение запасными частями. Работа буровой лебедки целиком зависит так же от ее электрического привода. Качественно выбранный электрический привод для буровой лебедки это основная задача при разработке привода так как без него лебедка попросту не будет работать или неправильный расчет приведет к необоснованным затратам и нецелесообразности процесса. Современные электрические приводы не полностью удовлетворяют качеству и надежности работы, следовательно требуется оптимизация современных двигателей и механизмов. Целью курсового проекта является разработка качественного электрического привода.

А так же оптимизация разработанного электрического привода с целью повышения его целесообразности относительно требований предъявленный к нему.

1. ВЫБОР ОСНОВНОГО СИЛОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ

1.1 ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА

Буровая лебедка является основным агрегатом спуско-подъемного комплекса буровой установки. Она предназначена для создания тягового или тормозного усилия в ведущей ветви талевого каната. Лебедка необходима для подъема и спуска бурильной колонны, ненагруженного элеватора, спуска обсадных колонн, удержания на весу неподвижной колонны или медленного опускания при подаче долота на забой в процессе бурения или расширения скважины. Катушечный вали пневмораскрепитель лебедки часто используют для свинчивания и развинчивания резьбовых соединений бурильных и обсадных труб. Лебедка применяется для подтаскивания и подъема труб, грунтоносок и других грузов, а также при монтаже буровых вышек и оборудования на них. Лебедки монтируют на уровне пола буровой или под полом. Каждый из способов имеет свои преимущества или недостатки[6]. Буровая лебедка состоит из жесткой сварной металлической рамы, на которой смонтированы на подшипниках качения подъемный вал с барабаном для навивки талевого каната, катушечный и трансмиссионный валы. Бурильная колонны из скважины поднимается при больших затратах мощности, а спускается под действием собственного веса. Поэтому лебедки должны иметь достаточно мощный привод и надежную тормозную систему для поглощения энергии спуска колонн[6]. С целью обеспечения высокого коэффициента использования мощности привода лебедки должны быть многоскоростными[6]. Для подъема ненагруженного элеватора лебедки должны иметь независимую повышенную скорость. Поочередное включение одной из этих передач производится с помощью оперативных фрикционных муфт, которыми управляют с пульта бурильщика. В процессе подъема колонн переменной массы скорости в коробке передач переключаются периодически. Лебедки оснащены основным и вспомогательным тормозов в качестве основной тормозной системы применяются механические спаренные ленточные тормоза. Тормозные шкивы основной тормозной системы соединены непосредственно с барабаном подъемного валаВалы соединяются кулачковыми муфтами[6]. Вспомогательные тормоза могут быть гидравлическими или электрическими.

Буровые лебёдки серии "ЭТ" (электрический привод и торможение электродвигателем), по сравнению с традиционными лебёдками с цепными передачами, имеют следующие преимущества.

1. Упрощенная конструкция:

- вспомогательный тормоз (электромагнитный, электрический индуктивный, гидродинамический);

- рукоятка управления тормозом.

2. Лебёдки имеют уменьшенные габаритные размеры, а их масса меньше на 20. 30 % по сравнению с лебёдками с цепными передачами.

3. Лебёдки имеют идеальную подъёмную характеристику, регулирование скорости подъёма и спуска осуществляется на 100 %.

4. Привод регулируемый. Электродвигатель (электродвигатели) главного привод может быть как постоянного, так и переменного тока. Электродвигатель лебёдки может использоваться в режимах:

- приводного электродвигателя, при подъёме бурильной колонны;

- тормозной машины, при спуске бурильной колонны;

- регулятора подачи долота, при бурении.

5. В зубчатой трансмиссии применены высококачественные стали, зубья имеют специальное упрочнение с применением новых технологий.

6. Лебедки имеют дисковые тормоза с системой аварийного торможения, роль которых заключается в фиксации груза при статическом положении талевого блока и затормаживании при срабатывании блокировок.

7. Бесконтактные уплотнения валов исключают протекание масла наружу и проникновение пыли и влаги во внутрь трансмиссии.

8. Переключение передач в зубчатой трансмиссии с "быстрой" на "тихую" производится редко вследствие того, что работа с бурильной колонной практически всегда обеспечивается на "быстрой" передаче.

Все лебёдки имеют одинаковое конструкторское решение и подобные кинематические схемы. Кинематическая схема лебедки представлена на рис.1.1.

Рис. 1.1. Кинематическая схема лебедки ЛБУ-1100ЭТ-3

1.2 ТРЕБОВАНИЯ ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К СИСТЕМЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПРИВОДА БУРОВЫХ ЛЕБЕДОК

Требования к приводу буровой лебедки обусловлены ее функциональным назначением и технологическими особенностями работы в составе спуско-подъемного агрегата. Таким образом электрический привод буровой лебедки должен:

1. Обеспечение повторно-кратковременного режима работы, так как колонна бурильных труб перемещается дискретно на длину одной свечи.

2. Регулирование скорости при изменении количества свечей в колонне бурильных труб выполняется при постоянной мощности.

3. Диапазон регулирования скорости широкий - до 20 к 1 (максимальная скорость в 20 раз больше минимальной). Установившаяся скорость колонны номинальной массы определяется из условия отбора от двигателя номинальной мощности, примерно 0.4 метра в секунду.

4. Необходимо ограничивать скорость перемещения колонны бцрильных труб исходя из ее массы. Спуск колонны осуществляется за счет собственной массы , при этом двигатель работает в режиме рекуперации.

5. Для увеличения производительности спуско - подъемных операций при малых перегрузках двигатель должен иметь систему реверса.

6. Электропривод должен быть реверсивным с точки зрения мощности.

8. Жесткость механических характеристик должна быть такой, чтобы статическое падение скорости не превышало 5-8% от номинальной. При этом должна быть возможность резкого снижения жесткости характеристики.

9. Система электрического привода должна обеспечивать остановку крюка талевой системы с точностью (30-40)мм, что необходимо для исключения ударов свечи о колонну бурильных труб и правильного позиционирования ключа, свинчивающего и развинчивающего колонну.

10. Электрический привод буровой лебедки целесообразно выполнять двух скоростным с возможностью регулирования скорости на каждой ступени, при этом скорость первой ступени является рабочей, а второй вспомогательной, необходимой для ликвидации аварий.

Структура условного обозначения лебедки: ЛБУ- лебедка буровой установки, 1100 - номинальная мощность на входе в лебедку, ЭТ - электрический привод и торможение электродвигателем, З - категория размещения.[6]

Таблица 1.1 Краткие технические характеристики буровой лебедки ЛБУ-1100-ЭТ-З

Для выполнения цикла работ по бурению скважин или горизонтальному бурению применяют буровые установки, представляющие собой комплекс машин, механизмов и сооружений. Основными процессами при бурении являются разрушение горных пород, очистка забоя от выбуренной породы и крепление неустойчивых стенок скважины

Работа содержит 1 файл

Силовые приводы буровых установок.doc

1. Узлы и механизмы для вращения и подачи инструмента— вращатели, механизмы подачи при вращательном бурении и ударные механизмы при ударном бурении.

2. Оборудование, применяемое при вращательном бурении для очистки забоя от шлама и охлаждения породоразрушающего инструмента — буровые насосы при бурении с промывкой или компрессоры при бурении с продувкой.

3. Узлы, механизмы и сооружения для спуска, наращивания и подъема бурильных колонн и для спуска колонн обсадных труб — буровые лебедки, кронблоки, талевые блоки, вышки или мачты.

4. Механизмы, приспособления и инструмент для механизации спуско-подъемных операций — труборазвороты, свечеукладчики и др.

5. Силовой привод для приведения в действие машин и механизмов.

6. Аппаратура контроля и регулирования процесса бурения.

По способу разрушения горных пород различают установки

вращательного, ударного, вращательно-ударного, вибрационного и вибровращательного бурения. В составе установок для геологоразведочного бурения выделяют буровой станок — машину для бурения скважин и буровой агрегат, состоящий из станка и бурового насоса или компрессора вместе с силовыми приводами к ним.

Помимо собственно бурения цикл сооружения скважины включает комплекс работ, связанных с подготовкой площадки под буровую установку, транспортировкой оборудования, его монтажом и демонтажем. В зависимости от монтажно-транспортной базы буровые установки разделяют на стационарные, передвижные и самоходные.

Стационарными называют установки, такие установки бестраншейной прокладки выпускаются под маркой PBA Perforator , не имеющие собственной транспортной базы и перемещаемые блоками с использованием универсальных транспортных средств или средствами воздушного транспорта, однако имеют достаточно компактную версию, чтобы не причинять больших неудобств. Для работы в труднодоступных районах и подземных условиях оборудование таких установок выполняют разборным, состоящим из удобных для транспортировки узлов, не требующих сложной регулировки при сборке. Монтаж и демонтаж стационарных установок может быть трудоемок, требует больших затрат времени и средств. Особенно это характерно для установок ГНБ китайского производства.

Страшно сказать, для такой страны как Россия, где каждая вторая проходимая машина - трактор, покупать установку ГНБ с гусеницами? Не проще ли взять уже имеющийся трактор и погрузив на прицеп привезти высокоточное оборудование, которое позволит без каких-либо катаклизмов совершить проходку скважины посредством горизонтального бурения и иметь такой аккуратный вид, когда все дороги, в том числе и железнодорожные целы, трубопровод проложен и никаких авралов. Но все-таки.

Передвижные установки смонтированы на собственной транспортной базе и перемещаются буксированием. Для монтажа бурового оборудования используют транспортные базы на колесном, санном и гусеничном ходу или плавсредства. Установку транспортируют одним или несколькими блоками; с увеличением их числа объем монтажно-демонтажных работ возрастает.

Самоходными называют установки, смонтированные на колесных и гусеничных транспортных средствах. Применение самоходных установок позволяет сократить до минимума время на подготовительно-заключительные работы, что особенно важно при небольшой продолжительности бурения скважин. Если нужно пройти скважину, без вскрытия асфальта под велосипедной дорожкой, то это - идеальный вариант.

До сих пор, в Китае, рекламируют несколько, не больше десяти, проходов под рекой Хуанхе, на базе установок ГНБ. Однако, китайцы умалчивают, сколько у них было провальных бурений, сколько установок, хоть и по цене китайских, они загубили. Нужно было пробуриться - пробурились. До сих пор неизвестно сколько скважин горизонтального бурения было сделано на Яренге в 1937-1939 году. Какой ценой?

Когда амбиции и реклама отходят в прошлое, приходят - профессионалы. Для тех, кому нужно прогнозируемое время бурения, кому нужна прогнозируемая точность и качество, именно те обращаются за новыми знаниями в области горизонтально направленного бурения или бурошнекового бурения методом прокола дороги .

Силовой привод

Силовой привод обеспечивает функционирование всей буровой установки (рис. 13) - он снабжает энергией лебедку, буровые насосы и ротор.

Рис. 13. Функциональная схема установки:

1, 2, 3 - трансмиссии; 4 - ведущая ветвь каната; 5 - манифольд высокого
давления со стояком и шлангом; 6 - вкладыши ротора.

Привод буровой установки может быть дизельным, электрическим, дизель- электрическим и дизель-гидравлическим. Дизельный привод применяют в районах, не обеспеченных электроэнергией необходимой мощности. Электрический привод от электродвигателей переменного и постоянного тока отличается простотой в монтаже и эксплуатации, высокой надежностью и экономичностью, но применим только в электрифицированных районах. Дизель-электрический привод из дизеля, который вращает генератор, питающий, в свою очередь, электродвигатель. Дизель-гидравлический привод состоит из двигателя внутреннего сгорания и турбопередачи. Последние два типа привода автономны, но в отличие от дизельного не содержат громоздких коробок перемены передач и сложных соединительных частей, имеют удобное управление, позволяют плавно изменять режим работы лебедки или ротора в широком диапазоне.

Суммарная мощность силового привода буровых установок составляет от 1000 до 4500 кВт. В процессе бурения она распределяется на привод буровых насосов и ротора. При проведении спускоподъемных операций основная энергия потребляется лебедкой, а остальная часть - компрессорами, вырабатывающими сжатый воздух, используемый в качестве источника энергии для автоматического бурового ключа, подвесного бурового ключа, пневматического клинового захвата и др.

Привод - буровая установка

Привод буровой установки может быть дизельным, электрическим, дизель - электрическим и дизель-гидравлическим. Дизельный привод применяют в районах, не обеспеченных электроэнергией необходимой мощности. Электрический привод от электродвигателей переменного и постоянного тока отличается простотой в монтаже и эксплуатации, высокой надежностью и экономичностью, но применим только в электрифицированных районах. Дизель-электрический привод из дизеля, который вращает генератор, питающий, в свою очередь, электродвигатель. Дизель-гидравлический привод состоит из двигателя внутреннего сгорания и турбопередачи. Последние два типа привода автономны, но в отличие от дизельного не содержат громоздких коробок перемены передач и сложных соединительных частей, имеют удобное управление, позволяют плавно изменять режим работы лебедки или ротора в широком диапазоне.

Привод буровых установок в зависимости от вида применяемой энергии делится на дизельный и электрический. Установки глубокого бурения имеют главный привод для лебедки, ротора и насосов и дополнительный для компрессоров оборудования для приготовления и очистки промывочных жидкостей и других вспомогательных работ.

Привод буровой установки осуществляется от электродвигателей. Лебедка приводится во вращение двигателем номинальной мощностью 500 кВт при частоте вращения 750 об / мин. Привод буровых насосов осуществляется электродвигателями номинальной мощностью 640 кВт при частоте вращения 750 об / мин.

Привод буровой установки Уралмаш - 4Э состоит из трех отдельных агрегатов: одного для привода лебедки и ротора и двух для индивидуального привода буровых насосов.

Приводом буровой установки называется совокупность двигателей и регулирующих их работу трансмиссий и устройств, преобразующих тепловую или электрическую энергию в механическую, управляющих механической энергией и передающих ее исполнительному оборудованию - насосам, ротору, лебедке и др. Мощность привода ( на входе в трансмиссию) характеризует основные его потребительские и - технические свойства и является классификационным ( главным) параметром.

Монтаж привода буровой установки Уралмаш 4Э - 67 сводится к установке и выверке привода лебедки, коробки скоростей и к установке карданных валов, а в буровой установке Уралмаш 125БЭ - 70 - к выверке цепной коробки скоростей ( приводной звездочки) по звездочке, установленной на трансмиссионном валу лебедки.

Если приводом буровой установки является один или несколько дизельных агрегатов, монтаж привода усложняется. Фундамент под редуктор на сительно его ориентируются сваях или на стульях.

В приводе буровых установок, выпускаемых с 1958 - 1959 гг., спаривающий понизительный редуктор исключен из кинематической схемы и приводные электродвигатели присоединяются непосредственно к коробке передач, в которой дополнительно установлены две зубчатые шестерни; резервный привод перенесен на другую сторону рамы и укомплектован двухступенчатой зубчатой передачей.

В приводе буровых установок от ДВС наиболее распространены комплексные гидротрансформаторы, в которых осуществляется автоматическое превращение трансформатора в муфту и наоборот. Это важно потому, что для вспомогательных операций, когда нужна небольшая мощность, требуется передача посредством муфты.

В приводе буровых установок используются механические, гидравлические, электрические и пневматические передачи, различающиеся по способу преобразования передаваемого вращающего момента. Как правило, гидравлические и электрические передачи используются в сочетании с механическими, образуя гидромеханические и электрические передачи.

Конструктивная схема дизель-гидравлического агрегата САТ-450. / - простановочная шайба. 2 - щиток контрольно-измерительных приборов. 3, 4 - конические кольца. 5 - двигатель В2 - 450АВ - СЗ. 6 - пробка. 7 - капот. S - гайка. 9 - маховик. 10 - воздухоочиститель. / / - труба выхлопная. 12 - кожух соединительной муфты. 13 - палец резиновый. 14 - турботрансформатор. 15 - рама. 16 - муфта соединительная. 17 - стартер. 18, 21 - крышки. 19 - маслозакачивающий насос. 20 - горловина. 22 - наконечник. 2. - кожух. 24 - радиатор. а - регулируемый зазор. В приводе буровых установок гидротрансформаторы преимущественно используются в сочетании с дизелем. Дизель и гидротрансформатор объединяются в один блок, называемый дизель-гидравлическим агрегатом.

В приводах буровых установок широко используют цепные передачи. Такая передача состоит из ведущей и ведомой звездочек и огибающей их цепи. В зависимости от направления вращения звездочки ведущей ветвью цепи может быть как верхняя, так и нижняя. Предпочтительны передачи с верхней ведущей ветвью.

Электромагнитная муфта скольжения ( а и ее механические характеристики ( б. В приводе буровых установок электромагнитные муфты применяются в качестве электротормоза буровой лебедки, для оперативного соединения приводного вала лебедки двигателем, сочленения двигателей ( в первую очередь, внутреннего сгорания) с групповой трансмиссией, в качестве пусковой муфты в приводе лебедки от постоянно вращающихся двигателей ( синхронных или асинхронных с короткозамкнутым ротором), для оперативного соединения бурового насоса с приводом, ограничения момента, передаваемого на ротор, регулирования частоты вращения ротора и числа двойных ходов бурового насоса, для автоматизации подачи долота в процессе бурения.

В приводе буровых установок Уралмаш - 5Д и Уралмаш - 5Д - 59 установлено пять силовых агрегатов с дизелями В2 - ЗООА. В установке Уралмаш - 5Д с четырехдизельным приводом установлены четыре силовых агрегата с дизелями В2 - 450, в том числе два двухшкивных. Дизель В2 - 400 используется в приводе буровых установок Уралмаш-ЗД и Уралмаш-ЗД-59. Дизель, установленный на каждом силовом агрегате, имеет циркуляционную систему смазки под давлением и замкнутую систему охлаждения, осуществляемую вентилятором и радиатором.

В приводе буровых установок Урал-маш - 4Э - 59 аналогично приводу установок Урал-маш - 6Э - 59 предусмотрены по сравнению с прежними агрегатами улучшение пусковой характеристики и конструкции, уменьшение габаритов, что частично отражено в технической характеристике и в перечне электрооборудования.

Буровые насосы (БН) в случае роторного бурения служат для создания потока промывочной жидкости (бурового раствора) через вертлюг, бурильные трубы к забою скважины и через затрубное пространство к устью скважины. При этом поток жидкости способствует разрушению породы на забое и обеспечивает вынос на поверхность частиц разбуренной породы. При применении гидравлических забойных двигателей (турбобур, винтовой двигатель) промывочная жидкость служит рабочим агентом для вращения забойного двигателя.

Основными параметрами, определяющими режим работы БН, являются давление на его выходе и подача — количество жидкости, подаваемое в единицу времени. Давление на выходе БН при работе на некоторую гидравлическую систему определяется по формуле

где Q — подача (производительность, расход); к — коэффициент, характеризующий общее сопротивление гидравлической системы.

Подача раствора Q выбирается технологическими службами с учетом конкретных условий. Для нормальной очистки забоя и подъема частиц разбуренной породы на поверхность величина подачи должна быть тем большей, чем больше площадь забоя.

Гидравлическую Р_г и приведенную Р_п мощность бурового насоса определяют по формулам

Рг = рQ; Рп = рQ/ή, (8.3)

где ή = 0,9+0,92 — КПД, учитывающий гидравлические и механические потери в БН.

Сопоставив выражения (8.2) и (8.3) нетрудно убедиться, что при постоянных параметрах гидравлической системы и переменной подаче жидкости, гидравлическая мощность пропорциональна подаче в третьей степени, т.е. возрастает весьма интенсивно.

Требуемая мощность БН при различных условиях в скважине и методах бурения различна. Поскольку каждая установка должна обеспечивать бурение как роторным, так и турбинным способом, мощность БН выбирается из условий турбинного бурения, где требуется наибольшая мощность. На серийных буровых установках различных классов номинальная приводная мощность одного БН составляет от 300 до 950 кВт, а на уникальных установках до 1180 кВт и более.

Номинальная частота вращения привода выбирается в пределах от 500 до 1 000 об/мин. На серийных установках устаналивается как правило два, а на уникальных и морских установках — три насоса.

В отечественной практике для БН, как правило, используют однодвигательный электропривод, за рубежом — двухдвигательный (известны также случаи использования трехдвигательного привода). Целесообразность решения в данном случае зависит от условий унификации приводных электродвигателей всех основных исполнительных механизмов буровой

Буровой насос целесообразно оснащать регулируемым электроприводом, причем регулирование следует осуществлять в режиме постоянного момента, определяемого допустимым давлением в гидравлической системе буровой установки.

Так как отношение диаметров соседних типоразмеров поршней составляет 0,85 — 0,9 между их двумя заменами, то регулирование частоты вращения приводного двигателя должно быть не менее 20 — 30 % в сторону уменьшения от номинальной.

На основании изложенного электропривод БН должен отвечать следующим требованиям:

возможность плавного, затянутого во времени пуска (до 60 с);

пусковой момент не должен превышать номинальный более чем на 1 0 %;

возможность регулирования скорости привода в режиме бурения до 50 %, а в режимах восстановления циркуляции до 80 % и более вниз от номинального значения;

при регулировании скорости вниз от номинальной привод должен обеспечивать постоянство давления БН, что соответствует постоянству момента на его валу;

привод должен иметь жесткую механическую характеристику с относительным падением скорости от холостого хода до номинальной нагрузки порядка 5 %;

привод нереверсивный, режим работы — продолжительный с относительно спокойной нагрузкой.

Регулируемый электропривод БН по системе тиристорный преобразователь — двигатель (ТП — Д) в настоящее время широко используется на отечественных буровых установках, оснащенных индивидуальными электроприводами основных механизмов.

Система управления электроприводом БН (рис. 8.8, а) построена по принципу подчиненного управления и включает в себя контур регулирования ЭДС электродвигателя и подчиненный ему контур регулирования тока.

Рис. 8.8 Функциональная схема (а) и механическая характеристика (б) электропривода бурового насоса, управляемого по системе подчиненного управления:

U_зэ, U_зт — сигналы задания соответственно ЭВС и тока якоря двигателя; U_ос _т , U_ос _н — сигналы обратных связей соответственно по току и напряжению якоря двигателя; U_уя — выходной сигнал регулятора тока; U_я, I_Я — соответственно напряжение и ток якоря двигателя

Управление электроприводом осуществляется с пульта управления насосом сельсинным командоаппаратом СК. Воздействуя на систему управления тиристорным преобразователем ТП, плавно регулируют скорость двигателя М. В некоторых электроприводах БН регулирование скорости осуществляется ослаблением магнитного потока двигателя. В этом случае в цепь обмотки возбуждения двигателя LМ включается устройство регулирования тока возбуждения.

Механическая характеристика электропривода БН по системе ТП — Д, соответствующая максимальной частоте вращения двигателя, приведена на рис. 8.8, б.

Регулирование предельного момента осуществляется изменением установки узла ограничения УО регулятора ЭДС РЭ.

Перспективным для электропривода БН является регулируемый электропривод по системе преобразователь частоты —асинхронный короткозамкнутый двигатель (ПЧ — АД), который по сравнению с электроприводом по системе ТП — Д имеет меньшие массо-габаритные показатели и более высокий КПД.

Дизель-электрический привод

Дизельный привод главных механизмов буровых установок имеет существенные недостатки. Стремление улучшить характеристики дизельного привода, упростить кинематику и повысить производительность буровых установок, увеличить срок службы дизеля и улучшить условия труда буровых бригад привело к созданию гидравлических и электромашинных передач от дизеля к исполнительным механизмам.

Введение гидравлических передач (турботрансформаторов) увеличивает перегрузочную способность привода по моменту, исключает ряд нежелательных явлений при совместной работе дизелей на общую трансмиссию, улучшает условия работы дизелей и в ряде случаев увеличивает скорости подъема инструмента.

Электромашинные передачи постоянного тока дают почти те же результаты и, кроме того, позволяют упростить кинематическую схему установки и улучшить условия труда буровой бригады.

Применение электромашинных передач переменного тока имеет те же цели, а также дает возможность упразднить вспомогательные дизель-электростанции, поскольку двигатели вспомогательных механизмов получают питание от генераторов электромашинной передачи. При наличии электромашинных передач переменного тока наиболее благоприятны условия для унификации буровых установок, предназначенных для работы в электрифицированных и неэлектрифицироваппых районах.

Однако во всех случаях применение электромашинных и в особенности гидравлических передач связано с потерями мощности. Кроме того, в ряде случаев может оказаться, что электромашинные передачи усложняют обслуживание привода, увеличивают его массу или снижают надежность.

Применение дизель-электрического или дизель-гидравлического привода вместо чисто дизельного не всегда целесообразно, так как в каждом отдельном случае нужно сделать соответствующий технико-экономический сопоставительный анализ с учетом конкретных условий работы установки: способа и времени проходки скважин; расстояния, на которое нужно перевозить установку; геологических условий проходки скважин; квалификации обслуживающего персонала; наличия в УРБ электроремонтной базы и пр.

Читайте также: