Після витяжки і натягу ланцюгової передачі регулятор подачі долота надійно кріплять до загальної рами .

На лебідках спуско-підйомних агрегатів ЛБУ-1100 і ЛБУ-1700 регулятор подачі долота змонтований на загальній рамі з коробкою швидкостей. Конструкція такого регулятора аналогічна розглянутому вище, відмінність полягає в тому, що зубчата муфта, що з'єднує тихохідний вал редуктора з зірочкою ланцюгової передачі, замінена спареними шинно-пневматичними муфтами (див. рис. 2).

Застосування шинно-пневматичних муфт для з'єднання вала регулятора подачі долота з валом барабана створює більш сприятливі умови у порівнянні з використанням кулачкових муфт, тому що робить підключення більш простим та зручним.

а)

б)

Рис. 1. Регулятор подачі долота на забій:

а) РПД; б) установка з лебідками У2-2-11, У2-300 і ЛБУ-15000

У процесі застосування регулятора подачі долота для випробування вишки між диском, на якому кріпляться шинно-пневматичні муфти, і ведучим шківом встановлюють захисний валик, що повинен сприйняти навантаження при порушенні роботи шинно-пневматичних муфт.

Кінематична схема спуско-підйомного агрегату лебідки ЛБУ-1100М1 (рис. 2) складається з кінематичних схем лебідки III, коробки швидкостей ІІ (що відноситься до лебідки і є змонтованою на окремій рамі ), регулятора подачі долота на забій І ( змонтованого на загальній рамі з коробкою швидкостей ) і трансмісії приводу ротора IV (змонтованого також на окремій рамі).

Потужність від приводу передається через шинно-пневматичні муфти 22 на трансмісійний вал 21. З трансмісійного вала потужність ланцюговими передачами 12, 16 і 17, а також через зубчате зачеплення 20-23 ( зворотне обертання ) передається на проміжний вал 24. З проміжного вала через кулачкову муфту 18-19 або кулачкову муфту 13, 14, 15, шинно-пневматичну муфту 9, вал 4, ланцюгову передачу 3 і шинно-пневматичну муфту 2 на вал барабана 25 передаються І, II і III швидкості, а через кулачкову муфту 18-19 або 13, 14, 15 через ланцюгову передачу 26 і шинно-пневматичну муфту 27 на вал барабана 25 передаються IV, V і VI швидкості.

Зворотне обертання вала барабана здійснюється також включенням зубчатої передачі 20-23.

Зворотне обертання валу барабана 25 може передаватися від проміжного вала 24 однієї швидкості через передачу 26 і шинно-пневматичну муфту 27 або другою - через шинно-пневматичну муфту 9, ланцюгову передачу 3 і шинно-пневматичну муфту 2.

Гальмування бурильної або обсадної колони здійснюється за допомогою електромагнітного гальма 29, вал якого з'єднується за допомогою кулачкової муфти 28 із валом барабана.

Включаючи шинно-пневматичну муфту 5, вал барабана 25 через ланцюгову передачу 3 і шинно-пневматичну муфту 2 з'єднується з тихохідним валом редуктора 6 регулятора подачі долота на забій. Швидкохідний вал редуктора з'єднується еластичною муфтою 7 із привідним електродвигуном постійного струму 8.

Рис. 2. Кінематична схема лебідки ЛБУ-1100М1

Ланцюговою передачею 30 через спарені шинно-пневматичні муфти 31 (ШПМ-500 ) потужність передається на нижній конічний редуктор 32 трансмісії приводу ротора IV. Від нижнього конічного редуктора потужність вертикальним карданним валом передається на верхній конічний редуктор і уже від нього також карданним валом ( горизонтальним ) до ротора. Вал барабана 25 однорядною ланцюговою передачею з'єднується з командоапаратом 1. Клинопасовою передачею 10 здійснюється привід масляного насоса. Шинно-пневматична муфта 11 служить гальмом, що фіксує вал у положенні, що забезпечує ввімкнення кулачкових муфт і зубчатого зачеплення. Всі ланцюги, що застосовуються в лебідці, трьохрядні, ролико-втулкові з кроком t=50,8 мм, за винятком привідного ланцюга ротора (дворядна). Шинно-пневматичні муфти 5, 9, 22 марки ШПМ-700, 31 - ШПМ-500, а муфти 2 і 27- ШПМ-1070.

Спуско-підйомний агрегат ЛБУ-1100М1 (рис. ) складається з двох агрегатів ( лебідочного Л і привідного П ), що з'єднані стяжками 6. Лебідочний агрегат складається з барабана 9, встановленого на підшипниках кочення і змонтованого на рамі 2. На валі барабана справа на підшипниках кочення змонтований блок ланцюгових коліс 23 та 24 і із шинно-пневматичною муфтою 17 і закріплена півмуфта кулачкової муфти 18, а зліва змонтований блок ланцюгового колеса 7 і закріплені спарені шинно-пневматичні муфти 5. На рамі 2 встановлена гальмівна машина 19, на валі якої посаджена друга півмуфта кулачкової муфти 18, за допомогою якої під час гальмування колони, що спускається, вал гальмівної машини з'єднується з валом барабана.

Ввімкнення кулачкової муфти здійснюється важільною системою 221 з пневмоприводом ,встановленим на рамі 2.З правої сторони на валу гальмівної машини встановлений пристрій 20 для підводу води для охолодження гальмівних шківів,а з торця закріплений вертлюг 21 для підведення стиснутого повітря до шинно-пневматичної муфти,що встановлена на валу барабану. Пристрій 20 встановлений тільки на лебідці ЛБУ-1100М2,в лебідці ЛБУ-1100М1 встановлений тільки вертлюг 21.

Водяне охолодження шківів не дає суттєвого збільшення довговічності,але створює додаткові проблеми:ускладнюється ремонт,виготовлення,експлуатація лебідки,особливо в холодний період.

З лівої сторони на торці валу барабана встановлена зірочка ланцюгової передачі для передачі обертання до тахогенератора 1,а на торці встановлений вертлюг для підводу повітря до муфт 5.

На рамі 38 привідного агрегату П встановлена ланцюгова коробка швидкостей, у якій на підшипниках кочення змонтовано трансмісійний вал 30 та проміжні вали 8 та 15. На трансмісійному валі 30 закріплено ланцюгові колеса 29 та 31, а на підшипниках кочення ланцюгове колесо 28,кулачкова муфта 27 і зубчате колесо 26. З правого торця на трансмісійний вал посаджена муфта зі закріпленими на ній шківами 25 для з”єднання з шинно-пневматичними муфтами приводу, з допомогою яких на трансмісійний вал передається потужність від приводу.

З лівої сторони на трансмісійному валі встановлений шків гальмівної шинно-пневматичної муфти 32, призначеної для швидкого гальмування валів і фіксації їх при перемиканні швидкостей за допомогою кулачкових муфт і зубчатого зачеплення. На проміжному валі 15 встановлена двостороння кулачкова муфта 12 із закріпленими на ній ланцюговими колесами 10 та 13. За допомогою ланцюгових передач, що з'єднуються з ланцюговими колесами, установленими на трансмісійному валі, передається пряме обертання барабана і ротору, а за допомогою зубчатих коліс 26 передається зворотне обертання.

На цьому валу закріплені нерухомо ланцюгові колеса 14 та 16.З торця валу 15 закріплений вертлюг для подачі стисненого повітря до шинно-пневматичних муфт.З лівої сторони проміжного валу встановлені спарені шинно-пневматичні муфти 34 для з”єднання з другим проміжним валом 8 ,що змонтований на рамі 38,на якому встановлено ланцюгове колесо 35 для передачі потужності перших трьох швидкостей від коробки швидкостей на вал барабана.З лівої сторони на цьому валу закріплені гальмівні диски для з”єднання з спареними шинно-пневматичними муфтами 4,встановленими на тихохідному валі редуктора 3 регулятора подачі долота .

Редуктор подачі долота, що складається з редуктора 3, що з'єднується з привідним електродвигуном 36 і колодковим гальмом 37, змонтований так само, як і трансмісійний вал 8, на рамі 38.

Переміщення півмуфт для ввімкнення потрібних швидкостей здійснюється важільними системами 11, що мають привід від пневмоциліндра. Керування пневмоциліндром, що включає зворотне обертання барабана лебідки й ротора, здійснюється краном А, встановленим на коробці швидкостей.(див рис. )

Для змащення підшипників ланцюгових передач коробки швидкостей встановлений шестерний масляний насос 33, що має клинопасовий привід від трансмісійного вала. Для здійснення оперативного гальмування барабана лебідки на рамі 2 змонтоване стрічкове гальмо. Керування шинно-пневматичними муфтами спуско-підйомного агрегату, у тому числі і з'єднання трансмісійного вала з приводом, а також включення і відключення гальмівної машини зосереджено на пульті бурильника.

Шинно-пневматичні муфти

Шинно-пневматичні муфти ШПМ (рис. ) - основний робочий елемент пневматичного керування буровими установками. Вони служать для з'єднання і роз'єднання обертових деталей, передають обертовий момент.

Шинно-пневматичні муфти мають наступні переваги в порівнянні з іншими типами гнучких та ланцюгових муфт:

1) можуть ввімкнути механізм у будь-який момент і створити гнучке з'єднання, що компенсуватиме неточності зборки та монтажу;

2) можливість осьового зсуву валів, що з'єднуються, у шинних муфт є більшою, ніж у фрикційних муфт та муфт інших конструкцій;
3) при поступовому зносі фрикційних колодок робота муфти не розстроюється, тому що шинні муфти мають властивість самопідтягування;

4) завдяки поступовому та плавному підвищенню або зниженню тиску повітря в балоні муфти, зм'якшуються поштовхи при ввімкненні та вимкненні передач;

5) шинні муфти гасять крутильні коливання та вібрації,а також мають звукоізоляційні властивості.

При обладнанні механізмів шинними муфтами легко здійснюється дистанційне керування.

Шинно-пневматична муфта є з'єднаною з диском, маточина якого посаджена на одному з валів, що з'єднуються. На другому валі встановлюють шків, що охоплюється колодками муфти.

До наповнення балона повітрям між фрикційними колодками і поверхнею шківа існує рівномірний проміжок, рівний 2--3 мм. При подачі стиснутого повітря через ніпель у порожнину балона шинно-пневматичної муфти балон розширюється і притискає колодки до поверхні шківа. Сила тертя, що виникає між двома поверхнями, перешкоджає провертанню шківа щодо муфти.

Керуючи подачею повітря, можна здійснити зчеплення валів, коли вони нерухомі чи коли обертається один з них чи обоє одночасно з різними чи однаковими швидкостями.

Робочий тиск повітря в муфтах 6...9 кГ/см². Фізичні властивості гумового балона шинно-пневматичних муфт гарантують їхню нормальну роботу в інтервалі температур від --30° до +50°. При температурі від -50⁰ до +70° муфти залишаються працездатними, але знижується їхня зносостійкість.

При переохолодженні муфт під час експлуатації (нижче --30°) можуть з'явитися тріщини в балонах.

Для роботи на півночі муфти повинні бути виготовлені зі спеціальних морозостійких гумових сумішей.

Вимоги до електропривода подачі долота в процесі буріння

До електродвигунів приводу подачі долота накладаються наступні вимоги: є необхідність у зміні напрямку обертання, потрібний великий пусковий момент.

Основні вимоги, запропоновані до електродвигунів приводу подачі долота, зводяться до наступного:

перевантажувальна здатність повинна бути обмежена з метою запобігання поломки механізму

електропривод повинний бути індивідуальним; двигун повинен установлюватися на одній рамі з регулятором подачі долота;

потужність електродвигуна близько 100 кВт;

напруга електродвигунів - 220 - 380 В;

швидкість обертання двигуна - 750-1000 об/хв.;

пусковий момент повинний забезпечувати запуск двигуна при моменті опору на валі 0,4 - 0,6 від номінального;

електродвигуни можуть бути постійного струму, асинхронні як з короткозамкненим, так і з фазним ротором.

Основні характеристики процесу регулювання:

регулювання швидкості при постійному навантаженні на валі;

відносно невисока перевантажувальна здатність;

неширокий діапазон робочих чисел обертів.

Розрахунок і вибір потужності двигуна для регулятора подачі долота, перевірка вибору

При підйомі інструмента електродвигун працює з повним навантаженням, причому коефіцієнт потужності складає 0,75-0,80. При допоміжних роботах двигун працює з неповним навантаженням, коефіцієнт потужності коливається в межах 0,4-0,5. Таким чином, велику частину часу електропривод бурильної лебідки працює з заниженим коефіцієнтом потужності.

Ця обставина ще раз підтверджує велике значення ретельного розрахунку потужності електродвигунів для приводу бурильної лебідки.

Розрахунок потужності і вибір електродвигуна для приводу лебідки проводиться в два етапи - спочатку по основних параметрах лебідки, користуючись наближеними формулами, визначають приблизне значення необхідної потужності, а потім, після вибору конкретного типу двигуна, роблять перевірочний розрахунок потужності методом середньоквадратичного струму.

В даний час для визначення потужності електродвигуна піднімальної лебідки з відомими технічними даними застосовують ряд формул. Найбільше простою, але в той же час і найменш точною, є загальновідома формула потужності, необхідна для підйому вантажу:

[кВт] (1)

?_л - к.п. д. передач від вала двигуна до вала барабана; можна прийняти

? _л = 0,77? 0,8;

?_т - к.п. д. талевої системи; можна прийняти при оснастці:

5Х6 ... .. - ?_т = 0,80

Так як середня швидкість тягової гілки каната V_cp і середня швидкість підйому вантажу V пов'язані співвідношенням , де m - число робочих струн оснастки талевої системи, то формула (1) може бути приведена до вигляду

[кВт] (2)

Максимальна вага вантажу:

Q = H · m + m_н = 5000 · 34 + 32000 = 202000 кг

де Н = 5000 м - довжина свердловини;

m = 34 кг - маса 1 м бурильної труби;

m_н = 32000 кг - маса “важкого низу”.

Середня швидкість намотки каната на барабан

м/с

де D_cp - середній діаметр намотки каната на барабан лебідки, м;

- число обертів барабана лебідки в хвилину.

Середній діаметр намотки каната на барабан дорівнює

м

де D₁ - діаметр першого робочого ряду каната, м;

D₂ - діаметр останнього робочого ряду каната, м.

Діаметр першого робочого ряду каната можна визначити по формулі

D₁ = D_б + d_к + 1,865 · d_к = 0,75 + 0,032 + 1,865 · 0,032 = 0,84 [м]

(при розрахунках прийнято, що на бочці барабана постійно є один ряд каната, що у роботі не бере участь).

Діаметр останнього ряду каната

D₂ = D_б + d_к + 1,865 · d_к ·i = 0,75 + 0,032 + 1,865 · 0,032 · 5 =1,08 [м]

де D_б = 0,75 - діаметр бочки барабана, м;

d_к = 32мм - діаметр талевого каната;

і - число рядів каната, що намотуються.

Вибиремо асинхронний двигун з наступними номінальними даними:

Перевірка по максимальному моменту:

c^-1

Номінальний момент

Нм

Момент лебідки:

Нм

? = 2,0 - коефіцієнт перевантаження двигуна;

Максимальний момент двигуна:

Нм

Отже M_н > M_дв - вибраний двигун підходить.

Система частотного керування асинхронними двигуном:

З існуючих автоматичних систем регульованого електроприводу змінного струму найбільш перспективною є система частотного керування асинхронним двигуном із короткозамкненим ротором.

Найкраще вимогам частотного керування асинхронним двигуном відповідає перетворювач частоти з явно вираженою ланкою постійного струму,в склад якого входить статичний керований випрямляч КВ та автономний інвертор напруги АІН з синусоїдною широтно-імпульсною модуляцією напруги. Істотною перевагою АІН є незалежність вихідної напруги від частоти і моменту статичного навантаження. Вихідна напруга визначається лише напругою живлення інвертора. Це значно спрощує формування необхідного закону частотного керування,особливо,коли напруга регулюється тільки в залежності від зміни частоти. Формування механічних характеристик асинхронного двигуна при частотному керуванні підпорядковане задачі забезпечення необхідної перевантажувальної здатності і жорсткості характеристик в усьому діапазоні регулювання швидкості. Задана перевантажувальна здатність забезпечується вибором відповідного закону регулювання або співвідношення напруги й частоти автономного інвертора,які треба регулювати незалежно.

Тому силова частина перетворювача складається з керованого випрямляча КВ , який перетворює напругу живлення промислової частоти в постійну напругу керованого автономного інвертора,який перетворює постійну напругу у трифазну напругу регульованої частоти.

Система частотного керування АД реалізується за принципом підпорядкованого керування з першим внутрішнім контуром струму ,другим контуром напруги та частоти за зовнішнім контуром контролю ваги бурового інструменту.

Сигналами інформаційного забезпечення є: напруга завдання частоти обертання двигун ;напруга від'ємного зворотного зв'язку випрямленого струму перетворювача КВ; напруга від'ємного зворот нього зв'язку за вихідною напругою і напруга від'ємного зворот нього зв'язку, що відтворює осьове навантаження.

Регулювання випрямленого струму (струму статора) здійснюється з допомогою регулятора струму РС, який через систему імпульсно-фазового керування СІФКв діє на кут відкривання тиристорів КВ. Регулятор РС зібраний по схемі ПІ-регулятора. На його входи подаються сигнали зворотного зв'язку за струмом та сигнал завдання з регулятора напруги РН. Регулятор РС забезпечує в статичних режимах точну відповідність струму статора сигналу завдання незалежно від вихідної частоти АІН. На вході регулятора напруги РН відбувається додавання сигналів завдання регулятора напруги і від'ємного зворотного зв'язку за напругою. Вихідний сигнал РН є вхідним для регуляторів струму РС та частоти РЧ,чим забезпечується закон керування U/f=const .Таким чином регулятори РС та РЧ підпорядковані регулятору напруги РН.

Під час пуску двигуна регулятор РН знаходиться в насиченні ,а ПІ-регулятор РС підтримує стопорне значення струму .Регулятор частоти РЧ реалізований на перетворювачі частота-напруга. Вихідні імпульси з РЧ поступають на схему (лічильник), яка розподіляє їх на шість каналів комутації транзисторів АІН. Транзисторний АІН має суттєву перевагу перед тиристорним тим, що він є повністю керованим і виключається ланка примусової комутації,що покращує енергетичні показники установки.

Автоматичний пуск системи здійснюється шляхом подачі сигналу завдання на один із входів пропорційного регулятора осьового навантаження РОН. На другий вхід подається напруга від'ємного зворотного зв'язку з пристрою визначення осьового навантаження. Під час пуску та роботи регулятора подачі,коли U_он=0,швидкість двигуна буде визначатися установкою завдання U_завд. При зміні осьового навантаження і появі напруги з приростом зменшиться вихідний сигнал регулятора РОН і,відповідно,сигналу завдання на регулятор ПРН,що приведе до сповільнення привідного двигуна і перехід його на меншу усталену швидкість. Подальша зміна швидкості відбудеться тільки при зміні значення напруги зворотного зв'язку. Захист:при зменшенні величини осьового навантаження на долото і відповідному збільшенні напруги до граничного значення, яке задається уставкою “Уст.ВИМК.”, відбудеться вимкнення двигуна.