Расчет режима нагружения элементов талевой системы

При расчетах элементов спуско-подъемного комплекса (СПК) на прочность. Необходимо знать режим нагружения и прочностные характеристики элементов СПК. Прочностные свойства (характеристики) элементов СПК определяются выбором материалов, их термообработкой, геометрией деталей и другими факторами.

Режим же нагружения зависит от параметров кривой проходки, веса погонного метра труб бурильных и обсадных колонн плотности и вязкости бурового раствора и энергетических параметров СПК-мощности двигателей привода, КПД кинематической цепи СПК, коэффициента заполнения тахограммы.

Для упрощения расчетов примем, энергетические параметры СПК, так же как и вес колонн, плотность бурового раствора и другими известными. Тогда режим нагружения будет определяться количеством подъемов (спусков) каждой свечи в бурильной колонне за цикл проводки скважины и действующими нагрузками при подъеме этих свечей.

Для выполнения поставленной задачи необходимо кривую проходки представить так, как это показано на рисунке 2.1.

Из рисунка можно видеть, во-первых, что с каждым долблением углубления скважины, выраженное количеством свечей равно

C_i = L_ki – L_ki-1 , (2.36)

где C_i – углубление скважины, в свечах;

L_ki, L_ki-1 – глубина скважины при i-ом и (i-1), соответственно.

Во-вторых, все свечи, заключенные в интервале C_i скважины, имеют одинаковое количество подъемов Sn за цикл проводки скважины, определимое по формуле:

S_n = (b_max + 1) – i (2.37)

Для решения данной задачи необходимо знать кривую проходки скважины, тяговую характеристику подъемного комплекса, длину бурильной свечи и закономерность изменения степени неполноты тахограммы подъема.

Суммарное машинное время подъема бурильных труб за цикл проводки скважины определяется из выражения:

Т_общ = SТ_маш = , (2.38)

где Т_общ = SТ_маш – суммарное машинное время подъема;

Tn – машинное время подъёма n – ной свечи:

T_n = (ε ^.ℓ _СВ^.Sn) / J _n, (2.39)

где Т_эл – машинное время подъема незагруженного элеватора;

ε – коэффициентпереподъема свечи, ε = 1, 01 ÷ 1, 02;

ℓ _СВ – длина свечи бурильных труб;

J _n – скорость установившегося движения крюка при подъеме n

свечи;

p_n– степень неполноты тахограммы при подъеме n-ой свечи;

S_n – суммарное количество подъемов n-ой свечи за цикл бурения

скважины.

где L – глубина скважины;

b – количество долблений;

L_{k, i} – глубина скважины в свечах при i-ом долблении;

b_i – i-ое долбление;

n – количество свечей в бурильной колонне;

C_i – проходка за i-ое долбление;

Sn – число подъемов n-ой свечи за цикл бурения скважины.

Рисунок 2.2. Кривая проходки

Степень неполноты тахограммы зависит от гибкости характеристики привода лебедки, которая, в свою очередь, обусловлена типом силового агрегата и может быть определено по известной эмпирической зависимости:

l_n = 1 + с (J _n² / ℓ _СВ), (2.40)

где с – коэффициент, равный – 2, 4 для электрического,

дизельэлектрического, газотурбоэлектрического приводов;

– 4, 8 – для дизельмеханического и дизельного приводов с

гидромуфтой;

– 3, 6 – для дизельного с гидротрансформатором и газотурбинного

приводов.

В случае бесступенчатой тяговой характеристики подъемного комплекса (например, с электродвигателями постоянного тока в приводе) скорость установившегося движения талевого блока будет определяться по зависимости:

J _n = (N_дв^.h_спк^.j) / Kc^.n + (G_тс + P_кпбк) (2.41)

где J _n – скорость установившегося движения талевого блока, м/с;

N_дв – мощность двигателей привода лебедки, кВт;

h_спк – КПД спускоподъемного комплекса;

j – коэффициент перегрузки двигателей при подъеме;

Kc – вес одной бурильной свечи, кН.

Кс = ℓ _св^.q (2.42)

где q – вес погонного метра бурильных труб, кН/м;

n – количество свечей в колонне;

G_т.с – вес подвижных частей талевой системы, кН;

P_кнбк – вес составляющей части компоновки низа бурильной колонны.

Максимальное значение скорости установившегося движения, рассчитываемой по выражению, должно быть ограничено в соответствии с тяговой характеристикой, то есть J _n£ J _max.

Машинное время подъема незагруженного элеватора рассчитывается по выражению:

Т_эл = (ε ^. ℓ _св^.l_max) / J _max^.S_сум, (2.43)

где l_max – степень неполноты тахограммы подъема при максимальной

скорости подъема крюка;

J _max– максимальная скорость, установившегося движения крюка, м/с;

S_сум– суммарное количество свечеподъемов (спусков) за цикл бурения

скважины.

Исходную мощность электродвигателя с учетом коээфициента перегрузки по аналогии с существующей БУ-3200ЭУК-ЭМ принимаем N_эл = 670 кВт.

Мощность на ведущем валу:

N_ведущ. = N_эл^.h_м^.h_в = 670 ^. 0, 99 ^. 0, 99 = 656, 7 кВт (2.44)

Мощность на ведомом валу:

N_вед. = N_ведущ.^.h_у.п^.h_в = 656, 7 ^. 0, 97 ^. 0, 99 = 360, 6 кВт (2.45)

Мощность на подъемном валу:

N_п.в = N_вед.^.h_у.п^.h_в = 630, 6 ^. 0, 97 ^. 0, 97 = 593 кВт (2.46)

Расчет моментов по валам:

M = 975 ^.N/n (2.47)

Момент на ведущем валу:

М_вед. = 975 ^. 656, 7/704 = 9, 09449 кНм (2.48)

Момент на ведомом валу:

при n = 199 об/мин.

М_вед. = 975 ^. 630, 6/199 = 30, 9 кНм (2.49)

при n = 423 об/мин.

М_вед. = 975 ^. 630, 6/423 = 30, 9 кНм (2.52)

Момент на подъемном валу

при n = 46 об/мин.

М_п.в = 975 ^. 593/46 = 82, 375 кНм