Определение мощности привода талевой системы

 

Находим натяжение Р_В набегающего на барабан конца талевого каната:

 

Р_В = (Q_к + Q_тс) / U = (2 + 0,08) / (10 ^. 0,92) = 0,23 мН (2.5)

 

h_{т. с} = (b^u – 1) / (U^.b^u (b – 1)) =

(1,031¹⁰ – 1) / (10 х х 1,031¹⁰ (1,031 – 1)) = 0,92 (2.6)

 

b = 1 / h_м = 1 / 0,97 = 1,031.

 

Для таких нагрузок принимаем талевый канат диаметром 28 мм.

 

Нагрузку на крюке Q_ki на каждой скорости лебедки вычисляем по формуле:

N_л = (Q_ki^.V_ki) / h_{т. с} (2.7)

 

Откуда (8) Q_ki = (N^.h_{т. с} ^. 10^-3) / V_ki,

 

где N_л = 670 кВт.

 

N_к = N_л^.h_{т. с} = 670 ^. 0,92 = 616 кВт (2.8)

 

Q_к1 = (616 ^. 10^-3) / 0,76 = 1821 ^. 10^-3 = 0,82 мН (2.9)

 

Q_к2 = (616 ^. 10^-3) / 1,97 = 312 ^. 10^-3 = 0,31 мН (2.10)

 

Вычисляем необходимую мощность привода лебедки для подъема колонны:

N_D = N_л /h_у = 670 / 0,76 = 881 кВт (2.11)

 

где, h_у = 0,75 ÷ 0,78 – КПД трансмиссий.

 

Оптимальная мощность на барабане лебедки определяется из условия подъема наиболее тяжелой буровой колонны для заданной глубины бурения с расчетной скоростью 0,4 – 0,5 м/с.

 

N_б = (G_б + G_т) J _p/ h_{т. с} (2.12)

 

где N_б – мощность барабана лебедки, кВт;

G_т – максимальный вес колонны бурильных труб, кН;

J _p – оптимальная скорость подъема самой тяжелой колонны бурильных

труб, м/с;

h_{т. с} – КПД талевой системы.

 

N_б = (894 + 80) 0,5/ 0,85 = 573 кВт (2.13)

 

Мощность двигателей для привода лебедки зависит от КПД трансмиссий, от валов двигателей до барабана лебедки.

 

N_Д = N_б /h_тс = 573 / 0,85 = 674 кВт (2.14)

 

В соответствии с принятой в проекте кинематической схемы передачи момента на барабан лебедки может осуществляться одним или двумя двигателями через цепную передачу.

Суммарная мощность на приводном (входном) валу лебедки системой управления электропривода ограничена значением N = 674 кВт, при суммарной мощности двух электродвигателей типа 4ПС – 450 – 1000 – 4 х х 2 х 2.

Мощность на барабане от одного электродвигателя мощностью 1000 кВт.

N_б = N_DВ^.h_{ц. п.}^.h_{п. в}^.h_{под. в} = 1000 ^. 0,964 ^. 0,975 ^. 0,983 = 0,678 ^. 1000 =

= 678 кВт, (2.15)

где h_{д. п.} = 0,96 – КПД цепных передач;

h_{п. в} = 0,97 – КПД промежуточного вала;

h_под.в = 0,98 – КПД подъемного вала.

 

Промежуточный вал может иметь две частоты вращения, включаемые с пульта бурильщика при помощи муфт.

Первая частота получается включением зубчатой передачи 23 х 88, а вторая включением 45 х 66.

 

n`<sub>n. в</sub> = n<sub>пp</sub> (Z`_в.в / Z`_п.в) (2.16)

 

где n`_{n. в} – частота вращения промежуточного вала, об/мин;

Z`_п.в – число зубьев звездочки первой скорости промежуточного вала;

Z`_в.в – тоже на выходном валу.

n`_{n. в} = 1000 ∙ (23/88) = 262 об/мин

n``_{n. в} = 1000 ∙ (45/66) = 682 об/мин.

Вал имеет две частоты вращения, которые он получает от промежуточного вала через зубчатые передачи 40 х 78.

 

n`<sub>в</sub> = n`_{n. в} (Z`<sub>п..в</sub> / Z`_б) = 262 ^. 40/78 = 134 об/мин (2.17)

 

n``<sub>б</sub> = n``_{n. в} (Z`<sub>п..в</sub> / Z`_б) = 682 ^. 40/78 = 349 об/мин (2.18)

 

где n`_б , n``_б – частота вращения подъемного вала на I, II передачах;

Z`_п..в – число зубьев звездочки промежуточного вала, передающего

вращение подъемному валу;

Z`_б – число зубьев звездочки на подъемном валу, соединенным со

звездочкой промежуточного вала.

 

Определение среднего диаметра барабана с учетом длины

Навиваемого каната

Расчетный диаметр барабана в (м) определяем по формуле:

 

D_p = D_б + d + (2Z – Z) da (2.19)

 

где D_б – диаметр барабана;

d – диаметр каната;

Z – число рядов каната на барабане;

a = 0,93 – коэффициент сжатия каната.

 

Диаметр намотки по первому ряду каната:

 

D_¶1 = 0,5 + 0,028 = 0,528 м (2.20)

 

Диаметр намотки по второму и третьему рядам:

 

D_¶2= D₁ + 2da = 0,528 + 2 ^. 0,028 ^. 0,93 = 0,58 м (2.21)

 

D_¶3= 0,528 + 4 ^. 0,028 ^. 0,93 = 0,632 м (2.22)

 

Находим число витков каната в одном ряду

 

m = L_бb / t (2.23)

 

где L_б = 1,18 – ширина барабана, м;

b = 0,92 ÷ 0,95 – коэффициент неравномерности навивки каната;

t = 0,037 – шаг навивки каната.

 

Тогда m = 1,18 х 0,05 / 0,037 = 30,2.

 

Принимаем, что в первом ряду находится 15 нерабочих витков каната (m_n = 15), определим длину этого постоянно навитого на барабан каната.

 

ℓ_n = p^. D_¶1^.m_H = 3,14 ^. 0,528 ^. 15 = 24,8 м (2.24)

 

Необходимая длина каната Lв (м) для подъема бурильных труб (свечей) длина 36 м будет:

 

L = ε^. ℓ ^.n + ln, (2.25)

 

где ε = 1,05 ÷ 1,15 – коэффициент, учитывающий пробел крюка подъеме;

ℓ = 36 м – длина свечи;

n = 10 м – число рабочих ветвей оснастки.

 

Тогда L = 1,08 ^. 36 ^. 10 + 24,8 = 413,6 м.

 

 

Длина одного ряда каната ℓ_{I в} (м), навиваемого на барабан:

 

ℓ₁ = p^. D_¶1^.m = 3,14 ^. 0,528 ^. 30,2 = 50 м;

 

для второго ряда:

 

ℓ₂ = p^. D_¶2^.m = 3,14 ^. 0,580 ^. 30,2 = 55 м;

 

для третьего ряда:

 

ℓ₃ = L – (ℓ₁ + ℓ₂) = 413?6 – (50 + 55) = 308?6 м

 

Число витков в третьем ряду:

 

m₃ = ℓ₃ / pD_¶3 = 308,6 / (3,14 ^. 0,632) = 155

 

Расчетный диаметр барабана:

 

D_p= (D_¶1 + D_¶2)/ 2 = (0,528+ 0,58)/ 2 = 0,554 м (2.26)

 

Диаметр тормозных шкивов зависит от диаметра последнего ряда навивки каната на барабан и определяется следующим соотношением:

 

D_тш = (1,8 ÷ 2,5) D_¶= 2 ^. 0,632 = 1,264 (2.27)