2.1 Область применения СВП

1.1.Разработать привод верхний гидравлический номинальной грузоподъемностью 100 тонн (в дальнейшем ПВГ-100), предназначенный для комплектации мобильных буровых установки в соответствии с требованиями «Правил безопасности в нефтяной и газовой промышленности».

1.2. ПВГ-100 должен обеспечивать:

§  вращение бурильной колонны;

§  свинчивание и докрепление переводников с бурильной колонной;

§  бесступенчатую «азимутальную» ориентацию и удержание в заданном положении бурильной колонны;

§  подачу – перекрытие подачи бурового раствора в бурильную колонну;

§  создание и изменение крутящего момента;

§  торможение и остановку вращения бурильной колонны;

§  горизонтальное перемещение вертлюга с удержанием его соосно бурильной колонне при одновременных перемещениях вверх и вниз;

§  горизонтальное перемещение элеватора механизмом подачи труб;

§  дистанционное электрогидроуправление гидрооборудованием;

2.2 Основания для разработки редукторного СВП

Создание оборудования, позволяющего сократить объем и время вспомогательных операций, поднять эффективность наклонного и горизонтального бурения, повысить безопасность ведения буровых работ.

2.3 Технические требования к СВП

2.1. Состав и требования к конструкции.

2.1.1. ПВГ-100 состоит из модуля исполнительных механизмов (подвесная часть), направляющей балки.

2.1.2. Подвесная часть с направляющей балкой выполняет функции вертлюга, ротора и трубного манипулятора. Состоит из:

§  привода, выполненного на базе гидромотора;

§  стволовой части, опорных подшипниковых узлов, воспринимающих вертикальные и поперечные нагрузки в процессе бурения и спускоподъемных операций;

§  встроенных задвижек для перекрытия подачи бурового раствора, одна

§  из которых с оперативным дистанционным управлением, другая (дублирующая) – с ручным;

§  тормозного устройства;

§  верхней подвески вертлюга в составе верхних штропов и траверсы;

§  трубного манипулятора.

Подвесная часть обеспечивает возможность операции «расхаживания» при отказе гидроагрегата.

2.1.6. Направляющая балка с узлами крепления предназначена для обеспечения направленного перемещения вертлюга, восприятия реактивного момента с силовых элементов исполнительного механизма и передачи его на металлоконструкцию вышки.

Направляющая балка должна состоять из отдельных секций, обеспечивающих их удобный монтаж возможность крепления к металлоконструкции вышки.

2.1.7. Габариты и условия монтажа элементов ПВГ-100 должны обеспечивать их использование на буровой вышке с минимальными доработками в промысловых условиях без нарушения штатных условий функционирования.

3. Расчет редуктора СВП

3.1 Преимущества и недостатки электрических и гидравлических приводов

Наиболее известные зарубежные производители систем верхнего привода (Varco, Tesco, Canrig, National Oilwell, Bentec и др.) предлагают СВП как в гидравлическом, так и в электрическом (постоянного и переменного тока) исполнении. При этом электрические версии ВСП могут питаться как от источника электроэнергии буровой площадки, так и от автономного дизель-генератора.

Основные преимущества СВП с электрическим приводом:

·  малая удельная масса подвесной части и, следовательно, минимальный износ талевого каната;

·  высокая удельная мощность привода NУД (отношение выходной мощности к массе подвесной части) составляет 66 кВт/т;

·  компактность подвесной части;

·  бесступенчатое (частотное) регулирование скорости вращения вала вертлюга от 0 до 180 об/мин;

·  реверсивность;

·  автоматичность изменения момента от минимального до номинального значений при постоянной заданной скорости вращения выходного вала;

·  свобода компоновки подвесной части.

Основными недостатками СВП с электрическим приводом являются:

- несоответствие максимума мощности СВП скоростным режимам работы отечественного бурового инструмента (пик мощности смещен относительно рабочих скоростей порядка 60-100 об/мин в сторону 200…250 об/мин),

·  cущественное недоиспользование мощности привода (50-72%) в диапазоне частот 60-100 об/мин; низкий коэффициент использования мощности;

·  отсутствие саморегулирования скорости вращения выходного вала в зависимости от нагрузки на рабочем инструменте, и, как следствие, снижение производительности привода;

·  отсутствие самоторможения привода и возможность генерации тока при возникновении эффекта «пружины» в случае прихвата бурильной колонны и ее обратном вращении, разрушающего электронную систему управления СВП;

·  большие тепловые потери в электродвигателе, в особенности при максимальных моментах, требующие наличия собственной системы охлаждения, что усложняет и удорожает конструкцию СВП;

·  несоответствие электрических параметров СВП параметрам отечественной электрической сети, что приводит к необходимости использования автономной системы электропривода (дополнительный модуль дизель–генератора, дополнительный модуль частотного управления электродвигателем);

·  дополнительные затраты на дизельное топливо и транспортные расходы при использовании дизель-генераторов. При годовой нагрузке СВП порядка 4000 моточасов расход топлива только одной дизель-генераторной установки с указанным выше коэффициентом использования мощности составит более 120 т;

·  необходимость применения многоступенчатых механических редукторов в приводе электродвигателей для снижения частоты вращения выходного вала, что приводит к снижению надежности, усложнению и повышению стоимости конструкции СВП.

Основные преимущества и недостатки СВП с гидрообъемным приводом аналогичны преимуществам и недостаткам ВСП с электроприводом.

Дополнительными преимущества СВП с гидроприводом являются:

·  расширение скоростного (силового) диапазона при меньшей входной мощности за счет применения гидромоторов с переменным рабочим объемом (привод оснащен системой клапанов, позволяющих изменять рабочий объем гидромотора в два раза). Это позволяет получить несколько ступеней на внешней характеристике и, в отличие от СВП с электроприводом, в диапазоне оборотов выходного вала от 50 до 200 об/мин работать на режиме, близком к режиму постоянной мощности.

·  в гидравлическом приводе имеется возможность путем дросселирования жидкости гасить эффект «пружины» в случае прихвата колонны и ее обратном вращении;

·  достоинством гидроприводных СВП является возможность сделать выбор в пользу применения безредукторного привода на основе использования высокомоментных гидромоторов, что легло в основу создания семейства СВП отечественного производства.

Выбираем гидродвигатель.

3.2 Кинематическая схема привода

При выборе кинематической схемы были проанализированы несколько схем:

Схема 1:Схема трехвального редуктора с шевронной передачей.

Преимуществом данной схемы является отсутствие осевой нагрузки на промежуточном вале, и меньшая осевая сила на выходном.

Недостатком является сложность конструкции, дороговизна, сложность обеспечения самоустановки плавающего вала, а так же не целесообразность уменьшения осевой нагрузки на выходном валу, т.к. осевая сила от веса колонны значительно превышает осевые силы от зацепления.

Схема 2. Схема четырехвального редуктора.

Преимуществом данной схемы является наличие двух промежуточных валов что позволяет избежать шестеренок большого и слишком малого диаметра. Преимуществом является возможность подбора различных модулей шестеренок, и позволяет избежать варианта с наименьшим допустимым числом зубьев.

Недостатками данной схемы является наличие дополнительного вала, подшипников, что повышает стоимость редуктора.

Схема 3.Схема трехвального редуктора.

Преимуществом данной схемы является простота конструкции, малые габариты, удобство компоновки, малые осевые размеры валов.

Недостатком данной схемы является наличие двух шестеренок с минимальным допустимым количеством зубьев, необходимость использования больших модулей на промежуточном и входном валах.

Вариант 4

Схема трехвального редуктора.

Преимуществом данной схемы является наличие одного вала для двух гидромоторов, что позволяет сократить количество подшипников

Недостатком данной схемы является входной вал. Так как момент, передаваемый им будет в два раза больше чем в остальных схемах, то размеры и стоимость вала существенно возрастут. Недостатком является и расположение одного из моторов над редуктором.

Вариант 5

Схема четырехвального редуктора.

Отличием данной схемы от схемы варианта 2 является компоновка валов. Данная схема имеет меньшие габариты но для сборки редуктора необходимо две крышки для подшипников, что понижает точность сборки.

Выбираем схему 3.

3.2.1 Энерго-кинематический расчет

Рис. 1.

3 – косозубая шестерня; 4 – косозубое зубчатое колесо;

5- косозубая шестерня; 6- косозубое зубчатое колесо; I – быстроходный вал; II – промежуточный вал; III – тихоходный вал.

Расчет КПД привода

η=·ηб.п.·ηт.п.·ηп4 ·ηмасла (1.1)

где hб.п - КПД пары цилиндрических зубчатых колес, находящихся в закрытом корпусе hб.п = 0,98;

hп - коэффициент, учитывающий потери пары подшипников качения hп = 0,99;

ηмасла - КПД масла ηмасла=0,99.

Суммарный коэффициент полезного действия для проектируемого редуктора

η=0,98·0,98.·0,994·0,98·0,99=0,903.

3.2.2 Разбивка общего передаточного отношения по ступеням

Общее передаточное число привода определяется по следующей формуле :

 (1.4)

где nд – номинальная частота вращения гидродвигателя, об/мин.

n1 – частота вращения быстроходного вала.

n2 – частота вращения промежуточного вала.

n3 – частота вращения тихоходного вала.

где Т2 – момент на промежуточном валу.

Частоты вращения валов. Мощности на валах

Результаты вычислений представим в виде таблицы

Таблица 2.

NI=Nэд·ηрп·ηподш

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10