Оборудование спуско-подъемного комплекса

ЛЕКЦИЯ 6 ОБОРУДОВАНИЕ СПУСКО-ПОДЪЕМНОГО КОМПЛЕКСА ТАЛЕВЫЙ МЕХАНИЗМ Талевый механизм или талевая система—грузонесущая часть буровой установки - представляет собой полиспаст, состоящий из кронблока и талевого блока, огибаемых стальным канатом. Талевый блок снабжен крюком или автоматическим элеватором для подвешивания бурильной колонны и обсадных труб. Нагрузка подвешенного груза распределяется между рабочими струнами каната, число которых определяется числом шкивов талевого блока и кронблока. Талевая система позволяет уменьшить усилие в канате от веса поднимаемого груза. За счет этого пропорционально увеличивается длина каната, наматываемого па барабан при подъеме груза на заданную высоту. Оснастка талевой системы буровых установок характеризуется тем, что оба конца талевого каната сбегают с кронблока, один из которых крепится к барабану буровой лебедки и называется ходовым или тяговым, а второй (неподвижный)—к специальному устройству на металлическом основании вышечного блока. При наматывании каната на барабан талевый блок с крюкам, подтягивается к неподвижному кронблоку. При спуске талевого блока канат разматывается с барабана, вращающегося в обратном направлении под действием веса талевого блока, крюка и подвешенной колонны труб. Неподвижная струна талевого каната используется для установки специальных датчиков, измеряющих нагрузку на крюке. Рабочие струны талевого каната располагаются между шкивами кронблока и талевого блока, и в отличие от ходовой и неподвижной, изменяют свою длину при подъеме и спуске крюка. Отношение числа рабочих струн каната к числу ходовых струн, идущих на лебедку, называют кратностью оснастки. Буровые лебедки связаны с талевым блоком и кронблоком одной ходовой струной, и поэтому кратность оснастки талевой системы буровых установок равна числу рабочих струн каната. Так как второй конец талевого каната неподвижный и поэтому нерабочий, кратность оснастки талевой системы буровых установок независимо от числа шкивов талевого блока и кронблока является четным числом, равным удвоенному числу шкивов талевого блока, Рис.1 Кинематическая схема подъемного комплекса 1 – двигатель; 2 - трансмиссия с коробкой передач; 3 – лебедка; 4 – кронблок; 5 – талевый блок; 6 – крюк В двухбарабанных лебедках, используемых для неглубокого разведочного бурения, оба конца каната являются ходовыми. В этом случае соответственно числу ходовых струн кратность оснастки в 2 раза меньше числа рабочих струн. Талевые механизмы монтируются на вышке буровых установок и имеют следующие характерные особенности: талевый блок с крюком располагаются над устьем скважины в свободно подвешенном состоянии и перемещаются в вертикальном направлении строго по оси скважины; высота подъема крюка ограничивается высотой вышки и безопасностью спуско-нодъемных операций; диаметры шкивов и габариты других грузонесущих органов выбирают с учетом поперечных размеров буровой вышки; в целях контроля действующих нагрузок и поддержания в процессе бурения заданной осевой нагрузки на долото талевые механизмы оборудуются датчиками и контрольно-измерительными приборами; действующие нагрузки и скорости спуско-подъемных операций изменяются в широком диапазоне в зависимости от глубины скважины и длины колонны труб. 1. КРОНБЛОКИ 1.1. Устройство кронблоков Кронблоки устанавливают на наголовнике буровых вышек. Они являются неподвижной частью талевого механизма. Конструкции кронблоков зависят от типа используемых вышек и различаются по числу шкивов, грузоподъемности и конструктивной схеме. Шкивы кронблока вращаются на неподвижных осях, расположенных соосно (рис. 1.1,а,б) (такие кронблоки называются одноосными), либо несоосно (рис. 1.1,в, г, д). При несоосной схеме ось шкива, используемого для ходовой струны талевого каната, располагается перпендикулярно к осям остальных шкивов. Несоосное расположение шкивов обусловлено схемой оснастки талевого механизма, обеспечивающей возможность перемещения талевого блока вдоль свечи при использовании комплекса АСП для механизированной расстановки свечей. Число шкивов и грузоподъемность кронблоков выбирают в зависимости от допускаемой нагрузки на крюке. Предпочтительнее одноосные конструкции, имеющие меньшие массу и габариты. На рис. 1.2 приведена типовая конструкция кронблока с соосным расположением шкивов. На сварной раме 1 в разъемных опорах 2 и 5 установлены две секции 4 и 7 шкивов. Рама сварена из продольных и поперечных балок, изготовленных из проката высокого качества. Оси в опорах предохраняются от провертывания дюбелями 6. Подвесной блок 3 используется для вспомогательных работ. Рис 1.1. Конструктивные схемы кронблоков Рис. 1.2. Соосный кронблок 1 - рама; 2, 5 - секции шкивов; 3 - подвесной блок; 4, 7 - шкивы; 6 дюбели. Каждая секция (рис. 1.3) состоит из оси 1, на которой установлены шкивы 4, вращающиеся на подшипниках качения 2. В зависимости от грузоподъемности кронблока шкивы устанавливают на двух роликовых либо сдвоенных подшипниках с коническими роликами. Последние имеют общее наружное кольцо и два внутренних. Между подшипниками соседних шкивов на оси имеются распорные кольца 7, благодаря которым исключается трение ступиц смежных шкивов, вращающихся с различной частотой. Между наружными кольцами роликоподшипников в ступицах шкивов устанавливаются разрезные пружинные кольца 5, а на оси — распорные кольца 5 с проточкой и отверстиями для выхода смазки к подшипникам. Через масленки 11, продольные 8 и радиальные 6 отверстия в оси смазка подается ручным насосом в полость между кольцами З и 5 подшипников шкива. Для сохранения смазки и защиты подшипников от загрязнения используются фланцевые крышки 9, закрепленные на ступицах шкивов. В других конструкциях для этого используются лабиринтные уплотнения, состоящие из колец, запрессованных в ступицу и входящих в кольцевой паз ступицы соседнего шкива. Осевые зазоры подшипников регулируются гайкой 12, предохраняемой от отвертывания винтом 10 либо стопорной шайбой. Шкивы и подшипники кронблоков изнашиваются неравно мерно. Опыт показывает, что наибольшему износу подвергаются подшипники и канавки шкива, огибаемого ходовой струной талевого каната, и соседних с ним быстровращающихся шкивов. Секционное расположение шкивов позволяет обеспечить их равномернее изнашивание путем поворота каждой секции на 180° либо их перестановки, если число шкивов в секциях одинаковое. Благодаря этому увеличивается срок службы кронблока. Рис. 3. Секция кронблока 1 - ось; 2 - опоры шкивов; 3 - разрезные пружинные кольца; 4 - шкивы; 5,7 - распорные кольца; 6,8 - продольные и радиальные отверстия; 9 - фланцевые крышки; 10 - винт; 11 - масленки; 12 – стопорная шайба. Секции шкивов закрываются кожухами. Для предотвращения выскакивания каната из канавки шкива зазор между шкивами и кожухом не должен превышать 0,15 диаметра каната. При больших зазорах канат может соскочить и оказаться затянутым между смежными шкивами. В результате этого часть рабочих струн разгружается, а из-за перегрузки оставшихся в работе струн может произойти обрыв каната. На рис.1.4 показан трехсекционный кронблок с несоосным расположением секций, отличающийся от предыдущей конструкции тем, что ходовой шкив 1 находится на отдельной опоре 2, установленной на верхней полке рамы 3. Рис. 1.4. Трехсекционный кронблок с несоосным расположением секций 1 - ходовой шкив; 2 - опора ходового шкива; 3 — рама. Таблица 1 Техническая характеристика кронблоков для установок ОАО «Уралмашзавод» Продолжение таблицы 1 Таблица 2 Технические характеристики кронблоков для установок ВЗБТ Кронблоки имеют следующие условные обозначения: УКБ 6-325 Где: У – обозначение завода-изготовителя, Уралмашзавод; КБ – кронблок; 325 – допускаемая нагрузка на кронблок в тс 1.2. Монтаж кронблоков На вышках мачтового типа кронблок монтируют после сборки мачт вышки в горизонтальном положении, поскольку подкронблочная рама является связующим звеном верхней части мачт. В таком же положении монтируют кронблочную площадку и козловую часть вышки. 1.3. Техническое обслуживание Перед подъемом на вышку должны быть проверены: - легкость вращения блоков; - легкость откидывания кожухов и отсутствие в них погнутостей; - надежность крепления всех соединений, особенно подвесок вспомогательного блока; - наличие установленных шплинтов, контргаек, установленных винтов и проволоки, предохраняющих болты и гайки от отвинчивания; - наличие смазки во всех подшипниках. Необходимо также проверить путем наружного осмотра состояние рамы, электросварных швов, блоков, и в случае обнаружения дефектов (например, трещин) кронблок должен быть заменен. Правильный уход и регулярное наблюдение за кронблоком обеспечивают его длительную безаварийную работу. Необходимо систематически осматривать и проверять состояние и надежность крепления всех деталей кронблока, а также крепление его к вышке. Проверять состояние смазки подшипников, при обнаружении сухих загрязненных масленок прочистить их и заполнить свежей смазкой. Не допускать эксплуатацию кронблока при нагреве подшипников выше 70°, Следить за износом ручьев шкивов. Вследствие разных скоростей вращения шкивов кронблока получается неравномерный износ их ручьев. Постоянно необходимо следить за частотой кронблока. По |мере износа ручьев шкивов рекомендуется секцию кронблока развернуть на 180° для выравнивания величины износ или секции блоков поменять местами. Проверять крепление кронблока к вышке. Следить, чтобы реборды блоков не задевали за защитные кожухи. 2. ТАЛЕВЫЕ БЛОКИ 2.1. Устройство талевых блоков В талевом блоке число шкивов на единицу меньше, чем в парном с ним кронблоке. В отличие от кронблока талевый блок не испытывает нагрузок от натяжений ходовой и неподвижной струн каната, поэтому грузоподъемность его меньше, чем кронблока. Масса талевого блока должна быть достаточной для обеспечения необходимой скорости его спуска, в связи, с чем талевые блоки обычно массивнее кронблока хотя число шкивов и грузоподъемность последних больше. Талевые блоки изготовляют одно- и двухсекционными. Они предназначены соответственно для ручной расстановки свечей и для работы с комплексом АСП. Двухсекционные талевые блоки при необходимости могут быть использованы для ручной расстановки свечей. Односекционный талевый блок (рис. 2.1) состоит из двух щек с приваренными накладками 2, изготовленными из стального листа. Щеки, соединяемые траверсой 11 и двумя болтовыми стяжками 4, образуют раму талевого блока. Между траверсой и стяжками в щеках имеется расточка для оси 6 шкивов. Ось крепится в щеках двумя гайками 12, предохраняемыми от отвинчивания стопорной планкой 7. Рис. 2.1. Односекционныи талевый блок 1 - щеки; 2- накладки; 3- кожух; 4 - стяжки; 5 - отверстия для смазки; 6 - ось; 7 - стопорная планка; 8 - опоры; 9 - шкивы; 10 - кожух; 11 - траверса; 12 гайки. Шкивы 9 на оси талевого блока устанавливаются на подшипниках качения 8 подобно шкивам кронблока. Для предотвращения выскакивания каната из канавки шкивов на стяжках 4 закреплен нижний кожух 3. С наружной стороны шкивы закрываются кожухами 10 с прорезями в верхней части, предназначенными для выхода каната. Кожухи талевого блока изготовляются из листовой стали либо литыми. Предпочтительнее литые кожухи, обладающие большей массой, благодаря которой возрастает скорость спуска незагруженного талевого блока. На нижних вытянутых концах имеются отверстия для осей, соединяющих талевый блок непосредственно с корпусом крюка. Для соединения с крюками, имеющими штропы, талевые блоки снабжаются серьгой, которая находится в отверстиях кронштейнов, приваренных к нижним концам щек. Серьга талевого блока заводится под штроп крюка и крепится в отверстиях кронштейном при помощи пальцев. Подшипники смазываются пружинными масленками через отверстия 5 в оси шкивов талевого блока. Перед оснасткой талевой системы талевый блок поднимают на основание вышки с помощью крана, укладывают перед ротором и снимают защитные кожухи. Техническая характеристика приведена в таблице 2.1. Таблица 3 Технические характеристики талевых блоков Талевые блоки имеют следующие условные обозначения: УТБ 6-325 Где: У – обозначение завода-изготовителя, Уралмашзавод; ТБ – талевый блок; 325 – допускаемая нагрузка на кронблок в тс 2.2. Техническое обслуживание талевых блоков Перед вводом в эксплуатацию необходимо проверить: - надежность соединения всех соединений и их стопорение; - наличие смазки в подшипниках; - легкость вращения шкивов - они должны свободно проворачиваться усилием руки одного человека. При вращении шкива рядом стоящие шкивы должны быть неподвижными; - после оснастки талевого блока канатом - отсутствие задевания каната о кожухи. Необходимо систематически проверять: - состояние и надежность крепления осей. Регулярно смазывать подшипники и все узлы трения, руководствуясь таблицей смазки. - свободное вращение без заедания и шума канатных шкивов; - не допускать эксплуатации талевого блока при нагреве подшипников выше 700 С. Постоянно следить за чистотой талевого блока; - для выравнивания износа желоба канатных шкивов рекомендуется периодически производить разворот блока на 1800. 3. ШКИВЫ КРОНБЛОКОВ И ТАЛЕВЫХ БЛОКОВ Шкивы кронблоков и талевых блоков имеют одинаковую конструкцию и размеры. Диаметр шкива» профиль и размеры канавки существенно влияют на срок службы и расход талевых канатов. Усталостная долговечность каната возрастает с увеличением диаметра шкивов, так как при этом уменьшаются повторно-переменные напряжения, возникающие в канате при сгибании шкивов. В буровых установках диаметры шкивов ограничиваются габаритами вышки и удобством работ, связанных с выносом свечей на подсвечник. Канавка шкива имеет V-образный профиль с круглым ложем, обеспечивающим канату достаточную опорную поверхность. При значительном увеличении радиуса ложа канавки опорная поверхность каната уменьшается и в результате возрастающих контактных давлений снижается срок его службы. Поэтому диаметр каната должен соответствовать принятому его значению в используемом типоразмере шкива. Для устранения преждевременного износа профиль канавки шкивов должен обеспечить беспрепятственное набегание и сбегание каната. Касание каната стенок канавки шкива сопровождается трением, обусловленным разностью линейных скоростей каната и контактирующих с ним боковых стенок канавки. Для нормальной работы каната угол развала стенок канавки должен быть больше угла отклонения каната от плоскости вращения шкива (рис. 3.1). Отклонение рабочих струн талевого каната от плоскости вращения шкивов обусловлено оснасткой талевой системы и смещением свободно подвешенного талевого блока относительно кронблока вследствие разницы в числе шкивов, установленных на талевом блоке и кронблоке. Углы отклонения рабочих струн каната от плоскости вращения шкивов увеличиваются по мере подъема талевого блока и достигают максимальной величины в крайнем верхнем положении талевого блока- ходовая струна отклоняется от плоскости вращения шкива в результате перемещения каната вдоль барабана лебедки. Максимальный угол отклонения ходовой струны определяется длиной барабана и расстоянием между осями барабана и кронблока. Угол отклонения неподвижной струны остается неизменным и зависит от положения механизма для крепления каната относительно неподвижного шкива кронблока. Опыт эксплуатации показывает, что угол развала стенок канавки, рекомендуемый в общепринятых нормах, не удовлетворяет условиям работы талевых канатов. Боковые стенки канавки шкивов, изготовленные по этим нормам, интенсивно изнашиваются из-за недостаточного угла развала. В связи с этим шкивы Талевых блоков и кронблоков имеют угол развала стенок канавки 50° против -45° по ОСТ24-191-01. Канавка шкива подвергается поверхностной закалке до твердости НКС>45 на глубину не менее 3 мм. Радиальное биение канавки шкива не должно превышать 2 мм. Смещение оси симметрии канавки от средней плоскости шкива не более 2 мм. Рис. 3.1 .Шкив талевых механизмов Для повышения долговечности канатов канавки шкивов футеруются пластмассами, обладающими достаточной износостойкостью и сопротивляемостью контактным давлениям. 4. КРЮКИ И КРЮКОБЛОКИ Крюки и другие специальные подвески, присоединяемые к талевому блоку, предназначены для: подвешивания вертлюга и бурильной колонны при бурении скважины; подвешивания с помощью штропов и элеватора колонн бурильных и обсадных труб при спуско-подъемных операциях; подвешивания и перемещения на площадке буровых тяжелого оборудования при монтажно-демонтажных работах и инструмента при бурении скважины. Крюки используются при ручной расстановке свечей. В современных буровых установках применяются трехрогие крюки, отличающиеся грузоподъемностью. Конструкции буровых крюков существенных различий не имеют. Крюк (рис. 4.1.) состоит из литого корпуса 9 и собственно крюка 12. В трехрогих крюках основной рог 1 используется для подвешивания вертлюга, а два боковых рога 13—для штропов элеватора. Корпус соединяется с крюком при помощи ствола 11, установленного в полом стакане 10 на пружинах 69 затянутых гайкой 5. Стакан опирается на упорный шариковый подшипник 7 и может поворачиваться относительно корпуса. Гайка ствола имеет продольные пазы под направляющие планки, приваренные к верхнему торцу стакана. Благодаря этому вместе со стаканом поворачивается ствол с крюком, что позволяет предохранить талевый канат от закручивания при поворачивании крюка. В процессе бурения крюк относительно корпуса фиксируется стопором 4, вмонтированным в полухомуты стопорного устройства 3, неподвижно закрепленного в наружной кольцевой проточке нижней части стакана. От самоотвинчивания ствол предохраняется стопорной планкой 14, установленной в радиальных пазах ствола. Пружина б состоит из двух секций и работает на сжатие. Ход пружины и ее грузоподъемность при выбранном ходе обеспечивают необходимый при отвинчивании при подъеме свечи на высоту замковой резьбы. При нагрузках, превышающих вес одной свечи, пружина сжимается до упора торцов гайки и стакана. В крюках КТБ-4140Бр вместо ствола используются безрезьбовые подвески. Собственно крюки изготавливаются литыми из высокопрочных стальных отливок либо пластинчатыми из легированной термически обработанной листовой стали. Пластины крюка соединяются заклепками с потайными головками. В зеве крюка 1 устанавливается фасонный вкладыш из литой стали, обеспечивающий сохранность пластин и плавность прилегания контактирующих поверхностей штропа вертлюга и зева крюка. Боковые рога 13 устанавливаются на оси, запрессованной в расточку пластин. Зев основного рога закрывается автоматически при заведении штропа вертлюга в результате поворота подпружиненной защелки 2. Боковые рога закрываются откидными скобами. Грузоподъемность боковых рогов крюка в большинстве случаев выше грузоподъемности основного рога. Крюки можно соединять с талевым блоком шарнирно при помощи серьги, шарнирной промежуточной подвески или штропа. В настоящее время буровые установки на максимальные нагрузки до 3200 кН оборудуют крюкоблоками, а для больших нагрузок – крюками, шарнирно соединяемыми с талевым блоком. Крюкоблоки выполняют двух видов: с шарнирным соединением крюка с талевым блоком и с жестким соединением крюка и его захватывающей части с талевым блоком (рис.4.2). Последнее конструктивное решение позволяет получить крюкоблок меньшей высоты по сравнению с вариантом шарнирного крепления крюка с талевым блоком. Рис. 4.1. Трехрогий крюк 1 - основной рог крюка; 2 - подпружиненная защелка; 3 стопорное устройство; 4 - стопор; 5 - гайка; 6 - пружина; 7 - шариковый подшипник; 8 - ось; 9 - корпус; 10 - стакан; 11 - ствол; 12 - крюк; 13 - боковые рога; 14 - стопорная планка. Таблица Технические характеристики крюкоблоков производства ОАО «Уралмашзавод» Рис. Крюкоблоки буровых установок с пластинчатым (а) и литым крюками 4.2.Техническое обслуживание Необходимо систематически проверять: - состояние и надежность крепления пальцев шарниров, осей боковых рогов, стопорящихся устройств. Регулярно смазывать подшипники и все узлы трения, руководствуясь таблицей смазки. - легкость вращения крюка; - легкость качания крюка; - наружным осмотром состояние деталей крюка, а также надежность всех соединений и их стопорение. 5. УСТРОЙСТВА ДЛЯ КРЕПЛЕНИЯ ТАЛЕВОГО КАНАТА НЕПОДВИЖНОЙ СТРУНЫ В талевых механизмах применяют устройства для крепления неподвижной струны талевого каната нескольких типов. Наряду с основным назначением рассматриваемые устройства обеспечивают удобство и быстроту смены и перепуска талевого каната. Талевые канаты поставляются заводами в барабанах (бухтах). Длина каната в барабанах значительно больше, чем требуется для оснастки талевой системы вышек. Оставшаяся от оснастки часть каната хранится в барабане, который устанавливается на специальных приспособлениях, а неподвижная часть каната крепится в механизме, позволяющим перепускать канат по мере его износа со стороны ходовой ветви. Механизмы для крепления .неподвижной струны талевого каната (рис. 5.1) различаются по грузоподъемности и состоят из станины 1, на которой находится рычаг 4 с осью 7 и подшипником качения 8. На рычаге установлены конический барабан б и зажимы 3 для крепления талевого каната 5. Благодаря вращению конического барабана в подшипнике 10. расположенном на оси 9, канат без скольжения, легко и быстро перемещается по барабану, что позволяет сократить время, затрачиваемое на смену и перепуск каната. Планки 12, закрепленные на рычаге, удерживают витки каната от перехлестывания при вращении барабана. После смены и перепусков каната барабан жестко соединяется с рычагом при помощи стопорного пальца 11, а свободный конец каната крепится в зажимах 5. В результате этого образуется рычаг, относительно оси 7 которого на плече а действует движущая сила SН от натяжения неподвижной струны каната, а на плече b — сила Рд сопротивления, воспринимаемая датчиком веса 2, установленным между рычагом и станиной. Перенос места установки датчика веса с неподвижной струны каната в устройство для крепления ее позволяет ускорить смену и перепуск каната за счет устранения операций, связанных со снятием и установкой датчика веса (выполняемых в случае его расположения на неподвижной струне). Рис. 5.1. Механизм для крепления неподвижной струны талевого каната БУРОВЫЕ ЛЕБЕДКИ 1. НАЗНАЧЕНИЕ, ОБЩЕЕ УСТРОЙСТВО БУРОВЫХ ЛЕБЕДОК Буровая лебедка является основным агрегатом спуско-подъемного комплекса буровой установки. Она предназначена для создания тягового или тормозного усилия в ведущей ветви талевого каната. Лебедка необходима для подъема и спуска бурильной колонны, ненагруженного элеватора, спуска обсадных колонн, удержания на весу неподвижной колонны или медленного опускания при подаче долота на забой в процессе бурения или расширения скважины. Катушечный вал и пневмораскрепитель лебедки часто используют для свинчивания и развинчивания резьбовых соединений бурильных и обсадных труб. Лебедка применяется для подтаскивания и подъема труб, грунтоносок и других грузов, а также при монтаже буровых вышек и оборудования на них. Лебедки монтируют на уровне пола буровой или под полом. Каждый из способов имеет свои преимущества или недостатки. При установке над полом буровой имеется свободный доступ ко всем узлам лебедки для их обслуживания и ремонта. Свободный доступ к катушечному валу исключает необходимость монтажа вспомогательной лебедки. При установке под полом буровой значительно уменьшаются высота и масса блочного основания, существенно снижается трудоемкость ее монтажа и демонтажа, что ведет к сокращению сроков строительства буровых. Буровая лебедка состоит из жесткой сварной металлической рамы, на которой смонтированы на подшипниках качения подъемный вал с барабаном для навивки талевого каната, катушечный и трансмиссионный валы. Все валы кинематически связаны между собой цепными передачами, которые передают им крутящие моменты от коробки скоростей и используются для регулирования частоты вращения валов. Лебедки кинематически связаны с коробками скоростей и двигателями привода цепной или карданной передачей. Бурильная колонны из скважины поднимается при больших затратах мощности, а спускается под действием собственного веса. Поэтому лебедки должны иметь достаточно мощный привод и надежную тормозную систему для поглощения энергии спуска колонн. В процессе подъема колонны ее вес постепенно уменьшается и соответственно снижается затрата мощности привода. Для увеличения степени загрузки двигателей привода рационально повышать скорость подъема колонны. С целью обеспечения высокого коэффициента использования мощности привода лебедки должны быть многоскоростными. Для подъема ненагруженного элеватора лебедки должны иметь независимую повышенную скорость. Переключения с любой из скоростей па повышенную скорость «холостого» подъема должно происходить быстро, плавно, легко, что достигается установкой двойной цепной передачи для привода подъемного вала. Поочередное включение одной из этих передач производится с помощью оперативных фрикционных муфт, которыми управляют с пульта бурильщика. В процессе подъема колонн переменной массы скорости в коробке передач переключаются периодически. Большинство лебедок не имеют оперативного управления скоростями. Лебедки оснащены основным и вспомогательным тормозов в качестве основной тормозной системы применяются механические спаренные ленточные тормоза. Ленточные тормоза служат для удержания колонны труб да весу, регулирования скорости спуска и полного торможения, а также для подачи долота на забой при бурении скважины (если в конструкции лебедки отсутствуют специальные устройства для регулирования скорости подачи долота). Для обеспечения равномерной подачи долота на забой все современные конструкции лебедок оснащаются автоматами (АПД) или регуляторами (РПД) подачи долота, которые соединяются цепными передачами с подъемным валом и во время бурения включаются сцепными кулачковыми муфтами. Тормозные шкивы основной тормозной системы соединены непосредственно с барабаном подъемного вала. Установка основного тормоза на других валах недопустима, так как при этом появляются промежуточные звенья, снижающие надежность тормозной системы. Ленточный тормоз должен быть двойным. В случае обрыва одной из лент возможна аварийная остановка крюка второй лентой. Вспомогательные тормоза предназначены для замедления спуска колонн и облегчения работы на ленточном тормозе. Их называют тормозами замедления. Во всех лебедках с механических регулированием скоростей вспомогательный тормоз, выполняется в виде отдельного агрегата, соосно устанавливаемого с подъемным валом. Валы соединяются кулачковыми муфтами. Вспомогательные тормоза могут быть гидравлическими или электрическими. В конструкциях большинства лебедок устанавливаемых над полом буровой, предусмотрен катушечный вал, на котором смонтирована фрикционная катушка. С ее помощью свинчивают и развинчивают трубы, а также поднимают и подтаскивают грузы массой до 3 т. Замковые резьбы раскрепляют с помощью пневмораскрепителей, устанавливаемых с правой или с левой стороны лебедки. Для удобства работы катушечный вал располагают на высоте 1,8 м от основания лебедки. Он приводится во вращение цепной передачей и имеет одну или столько же скоростей, как и подъемный вал. В лебедках, устанавливаемых под полом буровой, катушечный вал отсутствует. Его функции выполняет небольшая отдельная вспомогательная лебедка, устанавливаемая над полом буровой. По конструкции лебедки подразделяются на две группы: двух- или трехвальные (У2-5-5, У2-2-11) и одновальные с коробкой перемены передач (ЛБ-750, ЛБУ-1100, ЛБУ-1700). Лебедки первой группы состоят из сварной рамы, на которой смонтированы на подшипниках качения подъемный вал с барабаном для навивки талевого каната, промежуточный и трансмиссионный валы. Все валы кинематически связаны между собой цепными передачами. На промежуточном валу, кроме звездочек цепной передачи к подъемному валу, в ряде случаев установлены специальные катушки. В одновальных и двухвальных лебедках катушки не устанавливаются, а для выполнения работы по подтаскиванию грузов и свинчиванию труб используют вспомогательные лебедки и пневмораскрепители. Рама лебедки с цепными передачами валов закрыта предохранительными щитами. Лебедки снабжены специальной трансмиссией для вращения ротора. В лебедках ЛБУ-1100, ЛБУ-1700, ЛБУ-3000, входящих в комплект установок соответственно БУ5000, БУ-6500 и БУ-8000 с электроприводом, трансмиссия ротора отсутствует, а привод ротора осуществляется от отдельного электродвигателя. 2.КИНЕМАТИЧЕСКИЕ СХЕМЫ, УСТРОЙСТВО И ТЕХНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА БУРОВЫХ ЛЕБЕДОК 2.1. Кинематические и конструктивные схемы буровых лебедок Кинематические схемы буровых лебедок с помощью условных обозначений изображают совокупность, связи и соединения их кинематических элементов. Конструктивная схема лебедки определяется расположением и типом передач, приводящих во вращение барабан (цепная, зубчатая или карданная); мощностью, типом двигателей и видом силового привода в целом; высотой и конструкцией оснований. На выбор схемы лебедки влияет расстояние между осями вала главного барабана и выходного вала коробки передач, а также угол наклона передачи. Наиболее простые по конструкции - одновальные лебедки с приводом от главного вала через две цепные передачи непосредственно от коробки передач с двумя фрикционными муфтами сцепления для оперативного включения барабана (рис.2.1а). Эти лебедки имеют меньшую массу по сравнению с двух- и трехвальными (рис.2.1 б, в, г, д), что облегчает монтаж, демонтаж и транспортировку без разборки даже очень мощных лебедок. В лебедках средней мощности, масса которых не затрудняет монтажа и транспортировки, некоторое усложнение конструкции за счет совмещения главных и вспомогательных функции вполне оправдано. Поэтому их можно выполнять универсальными двух- и трехзальными, а при необходимости и двухвальными с дополнительным барабаном (рис.2.1 б, г). Главный барабан целесообразнее приводить от двух цепных передач, управляемых фрикционными муфтами; такое решение позволяет обеспечить хорошую оперативность переключения скоростей лебедки, простоту ее конструкции при небольшой массе. Практика показала, что перенос одной из фрикционных муфт на выходной вал коробки передач снижает быстроту переключения скоростей из-за больших вращающихся масс, требующих время на разгон и остановку. Вращающиеся массы между фрикционной муфтой и барабаном лебедки следует стремиться делать минимальными или устанавливать на валах тормозные устройства, что усложняет конструкцию. Применение электродвигателей постоянного тока с большим диапазоном регулирования скоростей позволило упростить приводные трансмиссии и повысить их надежность. Рис. 2.1. Схемы буровых лебедок: 1 - регулирующий тормоз; 2,8 - муфты фрикционные быстрой и тихой скоростей; 3 - трансмиссия привода ротора; 4, 7 - трансмиссии быстрой и тихой скоростей привода подъемного вала лебедки; 5 - барабан лебедки; 6 станина; 9 - коробка передач; 10 - трансмиссия силового привода; 11,12 валы трансмиссионный и катушечный; 13 - барабан тартальный. На рис. 2.2 приведена кинематическая схема одновальной буровой лебедки III с коробкой перемены передач II, регулятором подачи долота I и трансмиссией IV ротора. Рассматриваемая схема используется в лебедке ЛБУ-1100М1 и является характерной для современных отечественных и зарубежных буровых лебедок. Подъемный вал 25 лебедки приводится цепными передачами 3 и 26 от приводного вала 4 и промежуточного вала 24 коробки перемены передач 11, трансмиссионный вал 21 которой соединяется с приводом муфтой 22 и передает три прямые скорости (цепные передачи 12, 16. 17) и одну обратную (зубчатая передача 20, 23). Рис.2.2. Кинематическая схема одновальной буровой лебедки ЛБУ-1100М1 Цепная передача 3 (81/21) включается шинно-пневматическими муфтами 2 и 9 под давлением воздуха, поступающего через вертлюжки на торцах соединяемых валов. Посредством этой передачи подъемному валу лебедки сообщаются /, //, /// «тихие» скорости в зависимости от частоты вращения вала 24 коробки перемены передачи, переключаемой кулачковыми муфтами 18, 19. 13, 14 и 15. Цепная передача 26 (40/39) включается шиннопневматической муфтой 27 через вертлюжок на правом торце подъемного вала. При этом скорости вращения IV, V, VI («быстрые») вала 24 передаются подъемному валу. Лебедка имеет две обратные скорости, передаваемые подъемному валу цепными передачами 3 и 26 зубчатым зацеплением 20, 23 коробки перемены передач. Торможение лебедки осуществляется электромагнитным тормозом 29, соединяющимся с подъемным валом кулачковой муфтой 28. Ротор 32 приводится от подъемного вала лебедки цепной передачей 30. включаемой шинно-пневматической муфтой 31. Частота вращения подъемного вала контролируется тахогенератором 1. В рассматриваемой лебедке подача долота осуществляется автоматически посредством регулятора подачи долота I, присоединяемого в процессе бурения скважины к подъемному валу лебедки шинно-пневматической муфтой 5 и цепной передачей 3. Регулятор подачи долота, состоящий из электродвигателя 5. муфты 7 и редуктора 6. используется также для подъема колонны труб в случае отказа основного привода. Клиноременная передача 10 служит для вращения масляного насоса. Пневматический тормоз 11 фиксирует положение вала, необходимое для включения кулачковых муфт и зубчатой передачи. Кинематическая схема двухвальной буровой лебедки показана на рис. 2.3. Эта схема используется в лебедках, приводимых от коробки перемены передач, передающей вращение трансмиссионному валу 5 посредством одной цепной передачи 4 вместо двух передач, принятых в ранее рассмотренной схеме одновальной лебедки. От трансмиссионного вала цепными передачами 3 «тихой» скорости (69/29) и 8 «быстрой» скорости (36/37), которые включаются шинно-пневматическими муфтами 2 и 7, вращение передается подъемному валу 13 лебедки. Рис.2.3. Кинематическая схема двухвальной буровой лебедки Число скоростей трансмиссионного вала 5 равно числу скоростей коробки перемены передач. На подъемном валу число скоростей удваивается благодаря передачам 3 и Я. Скорость спуска ограничивается гидродинамическим тормозом 10, соединяющимся с подъемным валом кулачковой муфты 9. В отличие от схемы на рис. 2.2 ротор приводится не от подъемного, а от трансмиссионного вала. Для этого используются передачи 12 и 75. включаемые шинно-пневматической муфтой 11. Число скоростей ротора в рассматриваемой схеме равно числу скоростей коробки перемены передач. Цепная передача 6 соединяет регулятор подачи долота с трансмиссионным валом 5, от которого вращение передается подъемному валу лебедки цепной передачей 16, включаемой кулачковой муфтой 14. Такую схему имеют шестискоростные лебедки, приводимые от дизелей и электродвигателей переменного тока через трехскоростную коробку перемены передач. Тахогенератор 1 приводится цепью с шагом 12,7 мм. В случае привода от электродвигателей постоянного тока кинематическая схема буровой лебедки упрощается. В отличие от рассмотренной, лебедка не имеет коробки перемены передач и подъемный вал посредством эластичных и шинно-пневматических муфт соединяется с двумя противоположно расположенными двигателями. Трансмиссионный вал лебедки служит для передачи вращения подъемному валу в случае выхода из строя одного из двигателей. благодаря почти трехкратному снижению частоты вращения мощность одного двигателя оказывается достаточной для выполнения спуско-подъемных операций. В процессе бурения трансмиссионный вал используется для передачи вращения от регулятора подачи долота барабану лебедки. Торможение лебедки при спуске колонны труб осуществляется электродвигателями, переходящими на работу в режиме генераторов, и обычным ленточным тормозом. Трехвальная лебедка (рис. 2.4) состоит из подъемного 15, трансмиссионного 5. катушечного 3 валов и дополнительного вала 9 для привода ротора. Лебедка приводится от зубчатой коробки перемены передач с выходными ведущими и ведомыми валами. Ведущий вал коробки перемены передач соединяется карданным валом 6 с трансмиссионным валом 5 и посредством цепной передачи (28/25), включаемой шинно-пневматической муфтой 16, передает подъемному валу «быструю» скорость. Ведомый вал коробки перемены передач имеет четыре скорости. Посредством карданного вала 8 ведомый вал коробки передач соединяется с зубчатым редуктором, у которого также два выходных вала. Один из них соединяется с подъемным валом лебедки шинно-пневматической муфтой 7, а второй — с валом 9 привода ротора 11. Таким образом, лебедка имеет пять скоростей, из которых четыре «тихие» и одна независимая «быстрая», а ротор — четыре частоты вращения. Рис.2.4. Кинематическая схема трехвальной буровой лебедки Катушечный вал 3 приводится цепной передачей 4, ведущее колесо 1= 19 которой на подъемном валу 15 сблокировано со свободно посаженным цепным колесом Z=28 «быстрой» скорости. Таким образом, катушечный вал 3 находится в постоянном зацеплении с быстроходным валом коробки передач. На консоли катушечного вала установлена фракционная катушка l с планетарной зубчатой передачей 2, используемая для вспомогательных работ на буровой. Вынужденное холостое вращение катушечного вала из-за неразъемного его соединения с быстроходным валом коробки передач— один из недостатков рассматриваемой кинематической схемы лебедки. Привод ротора осуществляется цепной передачей (21/45), включаемой шинно-пневматической муфтой 10. Гидродинамический тормоз 12 и цепное колесо 14 регулятора подачи долота присоединяются к подъемному валу лебедки двусторонней кулачковой муфтой 13. 2.2. Устройство буровой лебедки На рис. 2.5 показана буровая лебедка ЛБУ-1100, основные конструктивные элементы которой повторяются в других моделях современных отечественных и зарубежных лебедок для эксплуатационного и глубокого разведочного бурения. Лебедка монтируется на сварной металлической раме 4, приспособленной для ее перевозки и перемещения подъемным краном при монтажно-демонтажиых работах. К раме приварены корпуса масляных ванн 3 и 10 цепных передач, соединяющих лебедку с коробкой перемены передач. В отцентрированных отверстиях корпусов масляных ванн установлен подъемный вал с барабаном 7 буровой лебедки. Рис.2.5. Буровая лебедка ЛБУ-1100 В корпусе 10 размещается вторая цепная передача, используемая для привода вала 11 трансмиссии ротора. Вал трансмиссии ротора на сферических роликоподшипниках устанавливается в дополнительной расточке корпуса 10 и выносной опоре 12. закрепленной на раме лебедки. Масляные ванны, закрытые крышками и промежуточными кожухами 15 и 19, соединяются с коробкой перемены передач. Для устранения утечек масла, используемого для смазки цепных передач, в стыковых разъемах масляных ванн устанавливаются прокладки. Промежуточные кожухи при транспортировке лебедки вводятся во внутреннюю полость масляных ванн, а наружные их фланцы закрываются кожухами 16 и 75. На раме со стороны пульта 2 бурильщика смонтированы стойка 8 балансира, тормозной вал 17 и вал 5 рукоятки управления ленточным тормозом. Электромагнитный тормоз 14 крепится к раме соосно с подъемным валом и соединяется с ним кулачковой муфтой 13. На раме установлены два тахогенератора 9 и 20. Тахогенератор 9 предназначен для контроля частоты вращения стола ротора и соединяется цепной передачей с валом 11 трансмиссии ротора. Тахогенератор 20 соединяется с валом электромагнитного тормоза и предназначен для контроля скорости спуска колонн труб при автоматическом режиме работы электротормоза. К раме крепится воздухопровод 6 системы пневматического управления лебедкой. Для безопасной работы и защиты от загрязнения подвижные части лебедки закрыты металлическими кожухами с дверцами для доступа к ее отдельным деталям и узлам. 2.2.1 Подъемный вал в сборе Подъемный вал (рис. 2.6) — основа буровой лебедки. На валу монтируют барабан, тормозные шкивы ленточного тормоза, звездочки цепных передач, фрикционные пневматические муфты включения передач и ведущую часть муфты включения регулирующего тормоза. Между коренными подшипниками 11 подъемного вала 17 напрессованы ступицы дисков барабана 16. В правом более доступном для работы диске имеется внутренний прилив для крепления талевого каната планкой и болтами. В буровых лебедках канат крепится с внутренней либо наружной стороны диска. Узел крепления должен быть надежным и удобным в работе. Рис.2.6. Подъемный вал в сборе 1,20 - тормозные шкивы; 2 —обод муфты пневматической фрикционной; 3,10 - ступицы; 4,12,19 - лопасти вентилятора; 5 - палец аварийный; 6 -муфта пневмокамерная; 7- воздухопровод; 8,23 - шкив муфты; 9 - колесо цепное; 1 1,21 - корпуса с подшипниками; 13 - шпонка; 14 - болт; 15,18 -реборды барабана; 16 - барабан; 17 - вал; 22 - колесо зубчатое; 23 - шкив фрикционной муфты. Наружное расположение узла крепления более доступно и удобно для быстрого крепления и освобождения каната. Недостаток наружного крепления — повреждение витков каната в результате трения с верхней кромкой углубления для заделки каната. Коренные роликовые радиальносферические подшипники 11, 21 подъемного вала, установленные в расточках корпуса масляной ванны, смазываются густой смазкой через тавотницы. Внутренние обоймы роликоподшипников фиксируются на валу распорными втулками, а наружные — торцовыми крышками корпуса подшипника. Радиальные и торцовые лабиринтные уплотнения в крышках служат для удержания смазки в подшипниках. Воздух для включения шинно-пневматической муфты 6 поступает через вертлюжок, воздухопровод 7 и клапан-разрядник. При отказе муфты и в случае недостаточного давления воздуха для соединения муфты используются аварийные болты 5, которые ввертываются в приливы планшайбы и входят в пазы шкива. По правилам безопасности установка аварийных болтов 5 обязательна при использовании буровой лебедки для подъема вышки. Разъемное соединение цепного колеса 9, шкивов 8, 23 и планшайб со ступицами позволяет ремонтировать муфты и заменять цепное колесо без съема напрессованных на вал ступиц. Кожух предохраняет шкив муфты от попадания масла. Подшипники ступицы 10 смазываются с помощью масленки с трубкой, ввернутой в ступицу. Аналогично на другом конце подъемного вала установлены шиннопневматическая муфта 23 и цепные колеса «быстрой» скорости лебедки и трансмиссии ротора. Воздух к шинно-пневматической муфте поступает через вал электромагнитного тормоза, вертлюжок, отверстие в вале, воздухопровод и клапан-разрядник. Для соединения подъемного вала с валом электромагнитного тормоза используются кулачковые полумуфты. Для устранения биения при вращении крупные детали подъемного вала и вал в сборе подвергаются балансировке. Все болтовые соединения подъемного вала лебедкой законтрены. Подъемные и трансмиссионные валы располагают в одной плоскости и по возможности ближе к основанию. Высота расположения осей валов определяется размерами барабана, звездочек и др. Катушечный вал устанавливают на высоте, удобной для оператора. 2.2.2. Барабаны буровых лебедок Барабан лебедки предназначен для навивки всей рабочей длины талевого каната при спуско-подъемных операциях. Барабан состоит из бочки со ступицами и ребордами, к которым на болтах прикреплены тормозные шкивы. Барабан выполняют из катанной стальной или литой обечайки, сваренной слитыми стальными дисками и ступицами, что обеспечивает прочную, легкую и технологичную конструкцию, обладающую небольшим моментом инерции. Тормозные шкивы изготавливают литыми из сталей повышенной износостойкости. Шкивы тормозов могут быть снабжены ребрами и вентиляционными лопастями для улучшения отвода теплоты или камерами для водяного охлаждения. Тормозные шкивы крепятся к ребрам болтами и шпонками, чтобы при износе их можно было легко заменить. Центровка тормозных шкивов на барабане осуществляется посадочными буртиками и пригонными болтами. Барабан закрепляется на валу прессовой посадки ступиц на шпонке. Наиболее распространены простые в изготовлении барабаны с гладкой наружной поверхностью. На рис 2.7. приведена конструкция барабана лебедки подъемного вала. Для обеспечения правильной укладки каната на бочке делают параллельные канавки. Переход из одной канавки в соседнюю в этом случае выполняют в виде ступенек с шагом, равным или полному шагу навивки. Для улучшения намотки барабан лебедки снабжается съемными накладками, имеющими параллельные и переходные спиральные канавки для укладки витков каната (рис. 2.8). Симметричное расположение параллельных и спиральных участков канавки на длине отдельных витков способствует снижению инерционных нагрузок от дисбаланса, создаваемого в результате одностороннего увеличения радиуса навивки в местах перехода смежных слоев каната. Рис. 2.7. Бочка барабана лебедки Рис.2.8. Способы намотки каната на барабан и расположение слоев каната на нем: а - спиральная; б - параллельная со смещением витков на одном месте; в параллельная со смещением витков в двух витках; ф - угол смещения. К дискам барабана крепятся тормозные шкивы 20 (рис. 2.6). Тормозные шкивы могут быть снабжены кольцевой рубашкой для охлаждающей воды. Вода в тормозных шкивах циркулирует по замкнутому циклу. Для этого через устройство на торце вала и трубку, установленную внутри вала, по трубам вода поступает в правый, а затем в левый шкив, из которого по кольцевому пространству между отверстием вала и подводящей трубкой отводится в приемный бак для последующего использования. Пробки в тормозных шкивах служат для слива воды во избежание ее замерзания при длительных остановках лебедки. 2.2.3. Вал привода ротора в сборе Вал 9 привода ротора устанавливается на двух роликовых радиальносферических подшипниках 1 (рис. 2.9). Левый подшипник устанавливается в корпусе масляной ванны. Корпус правого подшипника крепится к раме буровой лебедки. Подшипники закрыты фланцевыми крышками, снабженными лабиринтным уплотнением. Ведущее двухрядное цепное колесо 3 вращается от подъемного вала и установлено на ступице 11, закрепленной на валу шпонкой. Ведомое цепное колесо Z=27 выполнено в виде шкива-звездочки 4, свободно вращающейся относительно вала на роликоподшипниках 10. Рис.2.9. Вал ротора с сборе Планшайба 7 шинно-пневматической муфты 6 с помощью шпонки жестко закреплена на валу 9. Воздух в муфты подводится через вертлюжок 12 и отверстия в вале. В аварийных случаях для соединения муфты могут быть использованы болты 8. На вертлюжке 12 имеется цепная звездочка для привода тахогенератора, контролирующего частоту вращения стола ротора. Противоположная консоль вала 9 может быть использована для соединения с двигателем в случае индивидуального привода ротора. Подшипники смазываются через тавотницы 2 и 5. 2.2.4 Коробка передач Рассмотрим коробку передач буровой лебедки буровой установки БУ2900/175ЭПБМ (БУ2900/200ЭПК-БМ) (рис. 2.10) - планетарного типа, с прямозубыми шестернями постоянного зацепления, двухступенчатая, с двумя соосными выходными валами. Корпус коробки передач - стальной сварной. В стакане корпуса на двух шариковых подшипниках установлен ведущий вал-шестерня. Подшипники в стакане корпуса зафиксированы пружинным стопорным кольцом, распорной втулкой, крышкой и болтами. На валу-шестерне один из подшипников закреплен двумя пружинными стопорными кольцами, а второй установлен свободно. На шлицах валашестерни закреплена гайкой со стопорной шайбой полумуфта для соединения с электродвигателем, на валу которого установлена ответная полумуфта. Полумуфты между собой соединяются после центровки коробки передач относительно электродвигателя резиновыми пальцами. Вал-шестерня является ведущим элементом планетарного ряда 1 передачи, образованного солнечной шестерней с числом зубьев Z=21, выполненной заодно с валом, сателлитами с числом зубьев Z=31 и коронным колесом с числом зубьев Z=8. Рис.2.10. Коробка передач лебедок установки БУ2900/175ЭПБМ (БУ2900/200ЭПК-БМ) 1 - вал-водило II передачи; 2 - гайка; 3 - вал 1 передачи; 4, 6 - ступица; 5,32 гайка; 7,15,30 - крышка; 8 - болт призонный; 9 - шкив II передачи; 10 - шкив 1 передачи; 11,12,13,14,17,29 - подшипник; 16,24-ось; 18,23 - сателлит; 19 корпус; 20 - солнечная шестерня; 21,26 - коронное колесо; 22 - полукольцо; 25 - водило; 27 - венец; 28 - штифт; 31 - полумуфта; 33 - вал-шестерня; 34 трубы теплообменника; 35 - электрический нагреватель. Коронное колесо закреплено к фланцу корпуса с помощью зубчатого венца, двух полуколец-с болтами, специальных штифтов и болтов. Такое (плавающее) закрепление коронного колеса относительно корпуса позволяет небольшие осевые и радиальные перемещения для самоустановки относительно сателлитов и передает крутящий реактивный момент на корпус. Четыре сателлита на подшипниках с помощью осей закреплены в водило. Водило сварное составлено из двух колец, соединенных четырьмя шипами. Водило является ведомым элементом планетарного ряда и с помощью зубчатого зацепления связано с коронным колесом второго планетарного ряда, что позволяет водилу с сателлитами также самоустанавливаться относительно солнечной шестерни за счет зазоров в зубчатом зацеплении. Планетарный ряд II передачи образован солнечной шестерней с числом зубьев Z=28, сателлитами с числом зубьев Z=29 и коронным колесом с числом зубьев Z=83, причем ведущими элементами этого планетарного ряда являются солнечная шестерня и коронное колесо, а ведомым - сателлиты на осях и водило. Солнечная шестерня соединена с валом-шестерней с помощью зубчатой муфты, передающей крутящий момент и позволяющей за счет зазоров в нем самоустанавливаться солнечной шестерне относительно сателлитов. От радиального перемещения солнечная шестерня зафиксирована пружинным кольцом на валу-шестерне. Коронное колесо входит в зацепление с сателлитами, а своими зубчатыми венцами соединяется с водилом планетарного ряда 1 передачи с одной стороны и с полным валом I передачи с другой стороны. От осевых перемещений колесо фиксируется полукольцами и крепящимися к нему болтами. Такое соединение колеса с валом позволяет колесу самоустанавливаться относительно сателлитов. На осях вала - водила II передачи закреплены на подшипниках четыре сателлита. Корпус коробки передач закрывается крышкой, входящей своим буртом в расточку фланца корпуса. Корпус и крышка скрепляются болтами, а стык между ними уплотнен картонной прокладкой. Крышка стальная сварная, в расточке ее стакана на подшипниках установлен полный вал I передачи. Подшипники фиксируются в стакане его буртом, втулкой, крышкой и болтами, а на валу - буртом вала, втулкой, лабиринтом, ступицей и гайкой. Вал I передачи — стальной, сварной. С одной стороны на нем выполнен зубчатый венец, с помощью которого вал соединяется с колесом, а с другой стороны — шлицы, на которые насаживается ступица, закрепляемая гайкой, навинчиваемой на резьбовой конец вала. Гайка имеет специальный бурт, отгибаемый для фиксации гайки относительно вала в его пазы. На ступицу устанавливается шкив I передачи, который соединяется с ней призонными болтами с гайками. Шкив - сварной конструкции, в его обечайке выполнены пазы для аварийных пальцев. Внутри вала на подшипниках установлен вал- водило II передачи. Наружные кольца подшипников закреплены относительно вала пружинными кольцами, а внутренние фиксируются гайкой через втулки, ступицу. Вал - водило представляет собой вал, к которому приварен диск, соединяемый четырьмя шипами с кольцом. Диск и кольцо, соединенные шипами, образуют водило, в расточках которого на четырех осях размещены сателлиты. На втором, шлицевом, конце вала - водила расположена ступица, к которой призонными болтами закреплен шкив II передачи. Нижняя часть объема, образованного корпусом и крышкой, служит картером для масла. Уровень масла в коробке передач контролируется щупом: нормальному уровню соответствует его положение между рисками щупа. Смазка зубчатых зацеплений и подшипников комбинированная принудительная, с разбрызгиванием и окунанием. Для вентиляции картера и исключения избыточного давления в полости корпуса коробки передач служит сапун, с помощью которого картер сообщается с атмосферой. Для предварительного подогрева масла при эксплуатации коробки передач при отрицательных температурах служит теплообменник, состоящий из пакета труб. Пар подводится к штуцеру, проходит по пакету труб, подогревая масло и конденсируясь, и из штуцера отводится конденсат. Кроме того, этот теплообменник может быть использован при высоких положительных температурах окружающей среды для охлаждения масла, для чего через него обеспечивается циркуляция охлаждающей жидкости, причем вода подводится к одному штуцеру, а отводится от другого штуцера. При отсутствии источника пара подогрев масла в картере коробки может быть осуществлен электрическим трубчатым нагревателем (тэном), расположенным в масле. 2.2.5. Станины буровых лебедок Cтанины должны быть прочными, обладать такой жесткостью, при которой под действием наибольших усилий не возникли бы сильные деформации, способные нарушить работу лебедки. Станины должны обеспечивать удобство эксплуатации и транспортировки, быть технологически несложными в изготовлении и обладать наименьшими массой и стоимостью. Станины буровых лебедок изготавливают из стального проката: швеллеров, двутавровых балок и листовой стали. Форму станины определяет принятая конструктивная схема расположения валов и механизмов лебедки, а конструкцию -технологические возможности завода. Основанием станины служит рама-салазки, к которой крепят на сварке боковые стойки-стенки станины, усиленные подкосами или продольными балками. Цепные передачи заключаются в сварные кожухи из листовой стали, создающие масляную ванну для смазки цепей. 2.2.6. Техническая характеристика буровых лебедок ЛБУ-100М1. ЛБУ-1100М2; ЛБУ-1700Л. ЛБУ-1700Э: ЛБ ~ лебедка буровая; У - изготовлена на Уралмашзаводе; 1100 и 1700 - мощность, подводимая к подъемному валу в л.с; М1 - не применяется водяное охлаждение ленточных тормозов; М2 - предусмотрено водяное охлаждение ленточных тормозов; Д - для работы с дизельным приводом; Э -для работы с электроприводом. Таблица 1.1. 3. МОНТАЖ ЛЕБЕДОК Лебедки монтируют на основаниях вышечно - лебедочного блока на уровне пола буровой (установки БУ-75Бр, БУ-3000, БУ-ЗД-76) или ниже его (БУ2500, БУ-4000, БУ-5000). Верхнее и нижнее расположение лебедки зависит от конструкции оснований. При агрегатном методе монтажа лебедки обычно монтируют на отдельных металлических основаниях, которые устанавливают на бетонные фундаменты и крепят к ним анкерными болтами. На основания лебедки устанавливают при помощи крана КП-25М или КИ 40, используя при этом стропы соответствующей грузоподъемности и длины. Для монтажа лебедок на высокие основания, когда вылет стрелы крана не обеспечивает их подъем, под тележки стрелы крана делают насыпь из расчета высоты подъема лебедок. Лебедку устанавливают строго по заданным в чертежах координатам, при этом основная база—центр подвышенного основания, являющийся центром ротора, а также продольные и поперечные оси барабана лебедки. Для буровых установок с цепным приводом ротора от лебедок (У2-5-5, У'2-2-11) место установки лебедки определяют по расстоянию от центра ротора до средней плоскости между зубьями цепного колеса приводного вала. У большинства роторов это расстояние равно 1370 мм. Лебедку устанавливают так, чтобы цепное колесо, передающее вращение ротору, находилось в той же плоскости. При отсутствии ротора по пересечению диагоналей ног вышки определяют центр скважины и от него на поперечной оси отмеряют расстояние до средней плоскости цепного колеса лебедки, передающей вращение ротору. Расстояние от центра скважины по продольной оси до барабанного вала лебедки не должно быть менее 3000 мм. В случае монтажа лебедки после ротора место ее установки определяют по цепным колесам ротора и лебедки и центрируют при помощи шнура. Горизонтальность лебедки проверяют по уровню с точностью 0,5—0,8 мм на 1 м. На буровых установках с индивидуальным приводом ротора место монтажа лебедок определяют по продольной оси буровой с таким расчетом, чтобы она находилась на середине барабана лебедки. После монтажа лебедки и ротора на цепные колеса надевается цепь и передача огораживается металлическим щитом. Щит крепят к полу буровой так, чтобы его можно было снять в случае ремонта цепи или смене цепных колес. При нижнем расположении лебедки и карданной передаче от лебедки на ротор от двух последовательных карданных валов (установки БУ-4000Д-1, БУ-5000ДГУ) нужна менее точная центровка лебедки относительно ротора. Место расположения лебедки и угловых редукторов карданной передачи определено конструкциями оснований. Тормозную рукоятку, расположенную у пульта бурильщика, соединяют системой рычагов и тяг с тормозным валом ленточных тормозов лебедки. Коробки передач одновальных и двухвальных лебедок монтируют после установки и крепления лебедок. Центрируют коробки по цепным колесам передачи при помощи шнура. Гидравлические тормоза и холодильники монтируют после проверки и крепления лебедки к основанию. Соосность барабанного вала лебедки с гидротормозом или электромагнитным трмозом проверяют по торцовому и радиальному биению установленных на валах муфт, которое не должно превышать 0,5— 0,8 мм. Холодильник соединяют шлангами с гидротормозом и водопроводом. Лебедка буровых установок БУ2900/175 ЭПБМ1 и БУ 2900/200 ЭПК-БМ устанавливается в модуле. Модуль представляет собой цельнометаллическую конструкцию вагонного типа, внутри которой смонтированы узлы буровой лебедки, ее привод и все остальное оборудование, обеспечивающее работу лебедки. Модуль устанавливается и закрепляется на основании вышечного блока. 4. ЭКСПЛУАТАЦИЯ БУРОВЫХ ЛЕБЕДОК Хотя буровые лебедки и рассчитаны на длительную работу в тяжелых условиях, нормальная, безаварийная и безопасная эксплуатация их возможна только при условии регулярного и тщательного ухода. Наибольшее количество несчастных случаев в бурении происходит во время спуско - подъемных операций и других работ, производимых при помощи лебедки. Это объясняется тем, что лебедка имеет много движущихся частей, рядом с которыми находятся рабочие. Несчастные случаи в основном происходят вследствие неграмотной эксплуатации лебедок и нарушения рабочими правил техники безопасности. Одним из условий безопасной работы на лебедке является содержание ее всегда в исправном состоянии, своевременное выявление и устранение всех дефектов. Ни в коем случае не допускаются смазка и ремонт лебедки во время работы. Все наружные, движущиеся и вращающиеся части лебедки должны быть ограждены прочными железными щитами. Работа на лебедках без щитов на цепных передачах недопустима. Перед пуском лебедок необходимо проверить следующее. 1. Правильность их сборки и установки. Лебедка должна быть закреплена на фундаменте болтами. Валы ее должны быть горизонтальными, а оси параллельными между собой. Цепные колеса (пара) устанавливаются строго в одной плоскости. 2. Регулировку ленточного тормоза. Необходимо добиться равномерного прилегания лент к тормозным шайбам и расположения конца тормозной ручки при полном торможении на расстоянии 40—50 см от пола буровой; при расторможенном состоянии ленты не должны прикасаться к поверхности тормозных шкивов 3. Состояние подшипников. Подшипники должны быть промыты и заполнены свежей соответствующей смазкой. 4. Зазоры между шинно-пневматическими муфтами и соответствующими шкивами. При отсутствии воздуха зазор между бакелитовыми колодками муфт и шкивами должен быть в пределах допустимого (не менее 2—3 мм) и равномерным по всей окружности. 5. Герметичность системы воздухопровода и пусковых устройств— пропуски воздуха недопустимы. 6. Надежность работы противозатаскивателя. 7. Установку гидродинамического тормоза и механизм его включения и отключения. 8. Закрепление талевого каната на барабане лебедки и его неподвижного конца. 9. Наличие на лебедке предохранительных щитов и качество их крепления. 10. Работу лебедки и ее отдельных узлов без нагрузки. После пуска лебедки в эксплуатацию, при приеме и сдаче вахт необходимо производить ее внешний осмотр, а также опробование отдельных узлов. Обнаруженные неисправности немедленно должны устраняться, а в вахтовом журнале должна быть сделана соответствующая запись. Кроме того, при эксплуатации лебедки необходимо выполнение следующих требований. 1. Проверить состояние шкивов тормозных и шинно-пневматических муфт. 2. Следить за состоянием тормозных колодок. Запрещается работа с изношенными больше допустимого размера колодками. 3. Предупреждать попадание масла и воды на рабочую поверхность тормозных шкивов и муфт. 4. Проверять и регулярно крепить болтовые соединения. 5. Проверять состояние смазки цепных передач и в соответствии с инструкцией осуществлять их смазку. 6. Следить за подшипниками Все подшипники должны работать бесшумно и плавно. Температура нагрева подшипников не должна превышать 80 °С. 7. Наблюдать за работой ленточного тормоза и ло мере необходимости регулировать его. 8. Регулярно осматривать и проверять цепи. 9. Проверять исправность фрикционной катушки и периодически регулировать ее. 10. Регулярно проверять пневматическую систему управления лебедки и обнаруженные недостатки устранять. 11. Каждую вахту проверять исправность противозатаскивателя. К техническому обслуживанию лебедки относится: — контроль за износом тормозных колодок на лентах (подтягивание производить в заторможенном положении до исходного положения рукоятки); — производить регулировку балансирного узла, добиваясь равенства обоих зазоров; — производить регулировку возвратной пружины, рекомендуемый размер на регулировку 45+2 мм; — производить регулировку пружины стопорного устройства, размер которой должен быть 96+2 мм; — производить замену тормозных лент при износе колодок до толщины 10 мм; — проверить деформацию тормозных лент по шаблону, при неприлегании более 1 мм произвести правку; — проверить износ тормозных шкивов (тормозные шкивы считаются непригодными для дальнейшей эксплуатации и подлежат замене на новые в двух случаях; радиальный износ по рабочей поверхности достигает 10 мм на сторону, и длина трещины на рабочей поверхности более 50 мм, ширина более 0,5 мм). — произвести контроль состояния цепей, центровку, пневмомуфт, вертлюжков, разрядников, смазки. 5. ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ ЛЕБЕДКИ Вспомогательные лебедки предназначены для вспомогательных работ, подтаскивания и подъема в буровую грузов с приемных мостков, свинчивания и развинчивания бурильных и обсадных труб. Ими комплектуются буровые установки, имеющие буровые лебедки без фрикционных катушек (БУ-80, БУ-2500, БУ-5000). Вспомогательная лебедка состоит из сварной металлической рамы с двумя вертикальными стойками, на которых смонтирован редуктор, электродвигатель, трансмиссионный вал, колодково-грузовой тормоз с электромагнитом, катушечный вал, направляющие ролики, закрепленные в специальном кронштейне, образованном из двух планок. При помощи этих роликов создается возможность работы грузовыми канатами под необходимым углом. В полках планок имеется ряд отверстий, в которые устанавливаются ролики в зависимости от необходимого направления каната. Безопасная шпилевая катушка посажена неподвижно на консольный конец катушечного вала. Барабан лебедки посажен на катушечный вал на подшипниках и подключается к валу зубчатой муфтой с помощью рукоятки. Трансмиссионный вал соединен с катушечным валом цепной передачей. Лебедка управляется с пульта, установленного на стойке. В некоторых конструкциях вспомогательных лебедок имеются два барабана различных диаметров. Один из барабанов применяется для свинчивания и развинчивания труб, а второй - для подтаскивания и подъема груза. При монтаже лебедка устанавливается на основании вышечно-лебедочного блока и надежно закрепляется с помощью болтов. Рама лебедки должна быть зафиксирована от смещения ее в плоскости пола буровой к центру скважины, которое может возникнуть во время свинчивания и развинчивания труб. Место расположения лебедки выбирается с таким расчетом, чтобы ось барабанного вала находилась перпендикулярно к оси скважины и работающий на лебедке мог видеть расположенные на приемных мостках грузы. Лебедка вспомогательная ЛВ Лебёдка вспомогательная ЛВ буровых установок БУ 2900/175 ДЭП и БУ 2900/200 ЭПК-БМ предназначена для вспомогательных работ, подтаскивания и выбрасывания труб, для свинчивания и развинчивания труб машинными ключами и без них. Вспомогательная лебедка (рис. 5.1) состоит из двухскоростного электродвигателя, тормоза колодочного, редуктора, тягового и грузового барабанов, основания, кожуха, муфты втулочно-пальцевой, ролика, ручки переключения. Вращение от электродвигателя через втулочно-пальцевую муфту и редуктор передается на барабан тяговый и барабан грузовой, свинчивание труб производится канатом, который закрепляется на тяговом барабане. На грузовом барабане закрепляется канат, предназначенный для подтаскивания и подъема грузов. Для предотвращения падения поднятого груза и обеспечения безопасности работы лебёдка вспомогательная снабжена тормозом, колодочным с электрогидравлическим толкателем. Тормоз отрегулирован на надежное торможение и удержание груза массой 30 кН. Рис.5.1. Лебедка вспомогательная 1 - электродвигатель; 2 - барабан грузовой; 3 - ручка переключения; 4 барабан тяговый; 5 - ролик обводной; 6 - редуктор; 7 - муфта; 8 -основание; 9 - тормоз колодочный Включение и выключение тормоза сблокировано с включением и выключением приводного электродвигателя. Для изменения направления тягового каната лебедка оборудована обводным роликом, установленным на основании. Таблица 5.1. Технические характеристики Управление привода Электротехническое, дистанционное с пульта Тяговый барабан Максимальное тяговое усилие, кН Скорость навивки каната, м/с Диаметр барабана, мм Грузовой барабан Максимальное тяговое усилие, кН Скорость навивки каната, м/с Диаметр барабана, мм Диаметр рабочего каната, мм Передаточное отношение редуктора Двигатель двухскоростной Число оборотов, об/мин. Тормоз Тип Тормозной момент, Нм 15 0,26; 0,53 335 30 0,2; 0,39 245 13,5 51,8 750; 1500 ТГ200 200 Барабан грузовой (рис. 5.2) смонтирован на подшипниках, установленных в опорах, закрытых крышками. Подключение барабана производится с помощью зубчатой муфты, скользящей вдоль вала барабана на шпонках и входящей в зацепление с полумуфтой тягового барабана. В зубчатой муфте имеется подпружиненный штифт, который при отключении грузового барабана входит в радиальные пазы на крышке и стопорит барабан. В реборде барабана имеется специальное отверстие, через которое выводится конец каната и закрепляется планками, Тяговый барабан установлен на тихоходном валу редуктора и состоит из полумуфт, дисков, размещенных на полу муфте, барабана, гаек, шайб, пружины; шпилек, шпонки. С помощью гаек осуществляется регулировка момента проскальзывания барабана. Рис.5.2. Барабаны тяговый и грузовой 1 - редуктор; 2 - барабан тяговый; 3 - шпонка; 4 - ступица с полумуфтой; 5 гайка; 6 - муфта; 7 - штифт; 8, 13 - крышка; 9 - планка; 10 - барабан грузовой; 11 - опора; 12 - подшипник; 14 - муфта включения; 15 - шайба; 16-пружина; 17, 19-диски; 18-шпильки. Управление зубчатой муфтой осуществляется вручную с помощью специально смонтированной системы рычагов, называемой управлением муфтой. Зубчатая муфта перемещается с помощью вилки, которая жестко соединена с валом. Всю систему рычагов замыкает ручка переключения, которой осуществляется движение зубчатой муфты, и тем самым происходит включение и отключение грузового барабана. Ручка фиксируется в трёх положениях пальцем, находящимся внутри рукоятки. В первом положении ручки зубчатая муфта находится в зацеплении с полумуфтой тягового барабана, при этом грузовой барабан связан с редуктором. При среднем положении рукоятки грузовой барабан имеет возможность свободного вращения. В третьем положении зубчатая муфта выключена, подпружиненный штифт стопорит грузовой барабан, препятствуя его проворачиванию под тяжестью каната. Монтаж вспомогательной лебёдки производится грузоподъёмными средствами. После установки она крепится к основанию и подключается к электрической цепи. При техническом обслуживании необходимо проверять надёжность крепления всех резьбовых соединений, наличие масла в редукторе, гидравлическом толкателе, смазку шарниров колодочного тормоза, опор грузового барабана, обводного ролика и зубчатой муфты. В процессе эксплуатации температура подшипников не должна превышать 70 'С. Утечки масла из редуктора не допускаются. При замене узлов лебёдки необходимо произвести регулировку параллельности и перекоса осей. Допуск параллельности и перекоса от барабана для подъёма груза и редуктора - не более 0,1 мм на диаметр зубчатой муфты; осей электродвигателя и редуктора — не более 0,2 мм на диаметр 200 мм. Регулировку производят прокладками. Центр тормоза должен совпадать с центром корпуса муфты, отклонение не должно превышать 0,2 мм. Допуск параллельности и перекос колодок относительно поверхности шкива не должен превышать 0,3 мм по ширине колодки. В процессе эксплуатации периодически проверяют момент проскальзывания тягового барабана. Тяговый барабан должен проскальзывать при нагрузке на канате в пределах 14,7 ... 15,7 кН. При необходимости регулировку производят поднятием гаек. Выступление гаек на торцевой поверхности полумуфты должно быть одинаковым, разница — не более 0,5 мм. Места смазки, характерные неисправности и методы их устранения приведены в табл. 5.2 и 5.3. Таблица 5.2 Карта смазки Место смазки Сорт смазки летом и зимой Указание Подшипники БНЗ-3 Ручным насосом через барабана и ролика масленки 1 раз в неделю Зубчатая муфта ТУ 38 УССР 201357-80 Примечание: Допускается замена смазки БНЗ-3 ТУ 38 УССР 201357-80 на смазку «Литол-24» ГОСТ 21150-75. Таблица 5.3 - Характерные неисправности и методы их устранения Наименование неисправности, внешнее Вероятная причина Метод устранения проявление и дополнительные признаки Повышенный нагрев Разрушение деталей Сменить подшипник подшипников барабана подшипника Недостаточное Добавить смазку количество смазки Повышенный шум Нарушена центровка Проверить и вала редуктора с отцентрировать вал барабаном редуктора с барабаном