Тема 5. Тормозные системы лебедок

1. Цель работы. 1.1. Изучить методику расчета основных характеристик тормозов. 1.2. Провести расчет тормоза по индивидуальному заданию.

Расчет тормозов.

2.1. Вводная часть. Буровые лебедки оборудуются двумя видами тормозов: ленточно-колодочным механическим, служащим для торможения и полной остановки барабана во время спуска труб в скважину, а также при подаче бурильной колонны в процессе бурения; регулирующими тормозными устройствами для замедления скорости спуска колонн, при этом регулирующий тормоз поглощает часть освобождающейся при спуске энергии, в результате чего на долю ленточного тормоза остается только остановка колонны при ее посадке на ротор. Этими тормозами можно регулировать скорость спуска колонн.

Расчет ленточного тормоза.

В соответствии с методикой, приведенной в примерах 1, 2, 3 определить: усилия натяжения набегающего и сбегающего концов тормозной ленты, проверить давление колодок на барабан; усилие на тормозном рычаге лебедки; провести поверочный расчет тормозной ленты для исходных данных (по вариантам):

N вар	Лебедка	Gк, МН	N вар.	Лебедка	Gк, МН
	ЛБ-400	1,5		ЛБ-400	1,8
	ЛБ-750	1,5		ЛБ-750	1,8
	ЛБУ-1200к	1,5		ЛБУ-1200к	1,8
	ЛБУ-1700	1,5		ЛБУ-1700	1,8
	ЛБ-400	1,6		ЛБ-400	1,9
	ЛБ-750	1,6		ЛБ-750	1,9
	ЛБУ-1200к	1,6		ЛБУ-1200к	1,9
	ЛБУ-1700	1,6		ЛБУ-1700	1,9
	ЛБ-400	1,7		ЛБ-400	2,0
	ЛБ-750	1,7		ЛБ-750	2,0
	ЛБУ-1200к	1,7		ЛБУ-1200к	2,0
	ЛБУ-1700	1,7		ЛБУ-1700	2,0
Примечания. 1. Номер варианта соответствует номеру в списке журнала группы. 2. Остальные данные принять по примерам 1, 2, 3. 3. Gк – максимальная нагрузка на крюке, МН

Пример 1.

 

 

 

 

 

Пример 2

 

 

Пример 3

 

Тепловой расчет регулирующего тормоза

 

 

 

Таблица 5.1

 

*Примечание. Табл. из Ильский А.Л., Шмидт А.П. “Буровые машины и механизмы” – М.: Недра, 1989 г.,

 

Контрольные вопросы.

3.1. Как определить усилие натяжения набегающего конца тормозной ленты?

3.2. Как определить усилие натяжения сбегающего конца тормозной ленты?

3.3. Как определить усилие на тормозном рычаге лебедки?

3.4. Какова методика проверочного расчета тормозной ленты?

3.5. Как определить количество теплоты, выделяемой на поверхности тормоза?

3.6. Как определить количество воды, необходимой для охлаждения тормоза?

 

Тема 6. Подача бурового насоса

1. Цель работы: ознакомиться с методикой и закрепить навык расчета: объемной подачи, геометрических характеристик, мощности насосов для подачи бурового раствора.

Вводная часть.

Насос одностороннего действия работает следующим образом (рис. 6.1 а). Через трансмиссию 1 от двигателя вращение передается коренному валу с кривошипами 2, на которых смонтированы шатуны 5, соединенные с ползунами 4. Кривошипно-шатунный механизм преобразует вращательное движение коренного вала в возвратно-поступательное ползуна 4, штока 5 и поршня 6. Поршень движется в цилиндре 7, в нижней части которого расположен всасывающий 10, а в верхней нагнетательный 8 клапаны. Полость всасывающего клапана через трубопровод соединена с приемным резервуаром, наполненным раствором, а нагнетательного — с напорной линией.

 

При движении поршня вправо в рабочей камере 9 создается разряжение (рис. 6.1 б), в результате которого возникает разница давления под и над клапаном, последний открывается и в камеру засасывается раствор. В этот период нагнетательный клапан закрыт под действием разности давлений над и под клапаном, так как в нагнетательном трубопроводе давление выше, чем в рабочей камере.

При ходе поршня влево в камере повышается давление, всасывающий клапан закрывается. Как только давление внутри камеры станет выше давления во всасывающем трубопроводе, нагнетательный клапан откроется, так как давление в. камере будет выше давления в нагнетательном трубопроводе. Происходит выталкивание жидкости из камеры. Затем цикл повторяется.

Нетрудно заметить, что скорость поршня во время хода меняется от нуля в мертвой точке до максимума. Наибольшую скорость поршень имеет, когда кривошип перпендикулярен к шатуну. Поскольку нагнетание жидкости происходит за счет вытеснения ее из рабочей камеры поршнем, очевидно, количество жидкости, вытесняемой в единицу времени — подача насоса, — будет изменяться по тому же закону, что и скорость поршня, как показано на графике (рис. 1, в). Если обозначить ход поршня через S, его площадь через F, то объем жидкости У_ц , вытесненной из камеры при ходе влево, V_ц = F*S (1)

Идеальная подача одной камеры поршневого насоса (в м³/с)

Q’_ни = V_ц * n / 60 (2)

где n — число двойных ходов коренного вала в 1 мин.

Для многопоршневого насоса одностороннего действия идеальная подача (в м³/с): Q_ни = К* F*S*n / 60 (3)

К — число камер насоса.

Насосом двустороннего действия называется такой насос, в котором в каждом цилиндре имеются две рабочие камеры 5 и 8 (рис. 6.1): передняя 5, как у насоса одностороннего действия, и задняя 5, расположенная за поршнем 6. Объем этой камеры меньше, чем передней, так как в ней расположен шток 2 поршня, занимающий часть ее объема. Она также имеет всасывающий 1 и нагнетательный 4 клапаны, а шток 2 уплотнен сальником 3.

Если поршень движется вправо, то в левой (передней) полости создается разряжение, в результате которого всасывающий клапан 1 открывается и камера заполняется раствором, а из правой камеры (задней) жидкость в это время вытесняется в нагнетательный коллектор 7 движущимся поршнем 6. Всасывающий клапан 1 в ней закрыт, так как давление в этой камере выше, чем во всасывающем трубопроводе 9, а нагнетательный клапан 4 открыт. Очевидно, подача из задней камеры такого насоса будет меньше, чем насоса одностороннего действия: Q”_ни = (2F – f)*S*n / 60 (4)

Действительная подача насоса всегда меньше идеальной вследствие того, что происходят утечки через еще незакрытые клапаны, неплотности клапанов и поршней, в связи со сжимаемостью нагнетаемой жидкости, содержанием в ней газа, состоянием пар цилиндр — поршень, клапанов и т. д.

Фактическая подача может быть определена для каждого отдельного случая при конкретных условиях работы насоса по формуле Q_н = Q_ни* _о (5)

где Q_ни — идеальная подача с учетом фактического числа ходов поршней в 1 мин; _о — коэффициент объемной подачи.

Учитывая основные условия, влияющие на объемную подачу, можно вычислить коэффициент объемной подачи из выражения

_о = 1 – k_г*[ (1 - Г*Р_о / Р_п)(Р_н – Р_п) + Г(Р_о / Р_п – Р_о / Р_н)] (6)

где k_г— коэффициент, зависящий от конструктивного исполнения гидравлической части насоса, который выбирается в зависимости от диаметра поршня D:

- коэффициент сжимаемости жидкости:

- для воды = 47,5*10^-5 МПа^-1;

- для бурового раствора 40*10^-5 МПа^-1;

Г – доля газа в жидкости; Р_н, Р_п – абсолютное давление на выходе бурового и подпорного насосов, МПа; Р_о – атмосферное давление, МПа.

Примеры решения.

Пример 1

 

Пример 2

 

 

Пример 3

 

 

 

3.4. Пример 4

 

 

Пример 5