Гидродинамический тормоз буровой лебедки

Гидродинамические тормоза буровых лебедок, используемые для ограничения скорости спуска бурильных и обсадных труб в сква­жину, представляют собой лопаточное гидравлическое устройство, состоящее из вращающегося ротора и неподвижного статора, ра­бочая полость которых заполнена жидкостью. Гидродинамический тормоз действует подобно гидромуфте в тормозном режиме, при котором турбинное колесо заклинивается и скольжение становится равным 100%. При вращении радиальные лопатки ротора отбра­сывают жидкость от центра к периферии и направляют ее на ло­патки статора. Пройдя по межлопаточным каналам статора, жид­кость вновь попадает на лопаткиротора и, таким образом, уста­навливается замкнутая циркуляция жидкости между ротором и статором.

Силы гидравлических сопротивлений, обусловленные трением жидкости в межлопаточных каналах и потерей напора на удары в вихревых зонах между лопатками ротора и статора, создают тормозной момент, противодействующий вращению ротора. Вели­чина тормозного момента зависит отдиаметра и частоты враще­ния ротора и регулируется уровнем наполнения гидродинамиче­ского тормоза рабочей жидкостью. Механические потери, вызы­ваемые трением в опорах и уплотнениях пала ротора,не влияют существенно на величину тормозного момента. Механическая энергия, поглощаемая в процессе торможения, превращается в тепловую и вызывает нагрев рабочей жидкости и деталей гидро­динамического тормоза.

Допустимая температура нагрева зависит от физических свойств рабочей жидкости. При использовании воды температура нагрева не должна превышать 90 °С, так как при температуре, так как при температуре близкой к точке кипения, возникает угроза кавитации. Для охлаждения рабочей жидкости используется холодильник, кото­рый одновременно служит для регулировании уровня наполнения тормозажидкостью.

Ротор гидродинамического тормоза (рисунок 1) состоит из вала 8 и отлитого из чугунадвухлопастного насосного колеса 5 с радиальными плоскими лопатками, наклоненными под углом 45° в сторону их рабочего вращения, совпадающего с направлением вращения барабана лебедки при спуске. Толщина лопаток опреде­ляется из требований литейного производства и в зависимости от диаметра ротора составляет 12-25 мм. Число лопаток принима­ется равным 20-28. Дальнейшее увеличение числа лопаток су­щественно не влияет на величину тормозного момента и приводит к неоправданному увеличению массы гидродинамического тормоза.

Для предохранения от проворачивания под действием крутя­щих моментов, передаваемых ротором, насосное колесо соединя­ется с валом ротора прессовой посадкой и шпонкой.

Статор 6 состоит из двух симметричных частей, образующих корпус гидродинамического тормоза со стойками/для крепления к раме буровой лебедки. Обе части статора отливают из чугуна. Ониимеют радиальные лопатки, наклоненные в сторону, проти­воположную наклону лопаток насосного колеса. Вал 8 на ролико­подшипниках 3, 9 и фланцевых стаканах 4 и 7 устанавливается в сквозных расточках статоров. Соосность отверстий обеспечива­ется центрирующим буртиком в соединении статоров. Стыкуемые плоскости статоров уплотняются паропитовой либо картонной про­кладкой 13, затягиваемой крепежными болтами 12.

В рассматриваемой конструкции вал ротора устанавливается на роликовом радиальном и радиалыю-сферическом двухрядном подшипниках в отличие от более распространенных конструкций, в которых оба подшипника роликовые радиальные. Осевое поло­жение вала фиксируется радиально-сферическим подшипником, наружное кольцо которого затягивается торцовой крышкой с ре­гулировочной прокладкой, а внутреннее - закрепительной втул­кой 2, Свобода противоположного конца вала обеспечивается пе­ремещением роликов по беговой дорожке внутренней обоймы под­шипника.

Осевые зазоры между ротором и статором составляют 4-4,5 мм и регулируются набором металлических прокладок, уста­новленных между фланцевыми стаканами и наружными торцами отверстий статоров. Подшипники вала смазываются консистентной смазкой, набиваемой ручным шприцем через масленки. Для пре­дупреждения утечек масла фланцевые стаканы и крышка снаб­жены щелевыми (жировыми) канавками. Выводной конец вала используется для сцепной муфты, соединяющей гидродинамиче­ский тормоз с подъемным валом буровой лебедки.Для уплотне­ния вращающегося вала применяются сальниковые и торцовые уплотнения.

Сальниковые уплотнения благодаря простоте и дешевизне болеешироко распространеныи состоят из плетеной асбестопроволочной набивки В, промежуточной распорной втулки, грунд-буксы и нажимных болтовс контргайками. Износ сальникового уплотнения контролируется по утечке рабочей жидкости через каналы 10. При чрезмерной утечке сальники равномерно подтяги­ваются нажимными болтами. Нельзя допускать перетяжки саль­ника, это приводит к перегреву и преждевременному вы­ходу сальника из строя.

Для повышения долговечности сальники вала ротора регу­лярно смазываются графитовой смазкой, подаваемойчерез мас­ленки. Смазка снижает коэффициент трения, и в результате этогоуменьшаются нагрев и износ сальника. Сальниковую набивку ос­матривают и заменяют после снятия фланцевых стаканов. Для ус­корения этих операций используются два болта, вставляемые в резьбовые отверстия фланца стакана. При ввинчивании болтов фланцевый стакан вместе с подшипником икрышкой снимают с вала ротора. Известны конструкциигидродинамических тормо­зов, в которых подшипники вала установлены на выносных опо­рах. Вследствие этого улучшается доступ для осмотра и замены сальниковых набивок, а подшипники вала полностью изолируются от рабочей жидкости. Недостаток этих конструкций - увеличение длины вала, требующее для установки тормоза соответствующего удлинения рамы лебедки.

В качестве рабочей жидкости обычно используют воду, посту­пающую из холодильника через патрубки 11 в кольцевые камеры статора. По радиальным и тангенциальным каналам Л в теле и лопатках статоров вода направляется в межлопаточные полости Б тормоза.Тангенциально направленный поток способствует само-всасыванию, и поэтому поступающая из холодильника вода интен­сивно перемешивается с горячей водой в полости тормоза, нагре­ваемой в результате торможения. Для увеличения проточных се­чений тормоза часть лопаток ротора укорочена.

Из гидротормоза вода отводится в холодильник через верхний патрубок. Необходимый для этого напор создается углублениями на наружной цилиндрической поверхности ротора либо сужением радиального зазора между ротором и статором у верхнего пат­рубка, что достигается смещением фланцевых стаканов подшип­ников ротора относительно оси статора (эксцентриситет равен 6 мм). После охлаждения жидкость самотеком переливается из холодильника в гидротормоз. Создаваемый тормозной момент за­висит от уровня воды в холодильнике, устанавливаемого с по­мощью ступенчатых и бесступенчатых регуляторов.

Рисунок 1 - Тормоз гидродинамический