Конструкция и назначение талевых систем
Талевая система – это совокупность устройств, которые должны обеспечивать спускоподъемные операции в грузоподъемном механизме.
Пример схемы талевой системы изображен на рисунке ниже.
Рисунок 1. Пример схемы талевой системы. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
В нефтегазовой отрасли талевые системы используются для различных операций, таких как:
- Замена изношенного долота бурильной установки (подъем старого и спуск нового).
- Подъема, удержания и спуска бурильных колонн для отбора керна.
- Спуска обсадных колонн.
- Производство ловильных работ.
- Извлечения прихваченной бурильной установки.
- Для подъема оборудования во время аварий.
Талевая система состоит из подвижного блока (талевого), кронблока, талевого каната, механизма крепления неподвижного конца каната, бурового крюка. Подвижный блок и кронблок служат для размещения шкивов, через которые проходит талевый канат (обычно он изготавливается из стали). Система, состоящая из кронблока и талевого блока представляет собой конструкцию, где смонтированы свободно вращающиеся шкивы, чьи оси закрепляются на раме. Конструкция подшипниковых опор шкивов и их самих выполняются одинаково в обоих случаях. Буровой используется для подвешивания на весу обсадных и бурильных колонн. Во время процесса бурения удерживает на штропе вертикально перемещающийся вертлюг с бурильной колонной. Сам вертлюг состоит из трех рогов – одного центрального и двух боковых.
Талевые системы характеризуются числом рабочих струн каната, его диаметром и максимально допустимой нагрузки. В талевых системах используются только канаты круглого сечения двойной свивки из абсолютно одинаковых канатов. Обычно, на практике применяют талевые системы, при которой количество слоев навивки каната не превышает двух-трех штук. Под оснасткой талевой системы подразумевается навеска каната на шкивы талевого блока и кронблока в определенной последовательности, которая должна исключать возможность трение струн каната друг о друга, а также его перекрещивание. Существует два основных вида оснастки талевой системы. Параллельная оснастка представляет собой конструкцию, при которой ось подвижного блока параллельна оси кронблока. При крестовой оснастке оси кронблока и подвижного блока перпендикулярны по отношению к друг другу. Преимуществом крестовой оснастки талевой системы является то, что она исключает риск закручивания каната, а также трение его струн.
Выбор талевого каната
Талевый канат – это стальной канат специальной конструкции, который изготавливается из тонких проволок, свитых в особые пряди, обвитые вокруг общего сердечника.
Пример схемы талевых канатов с металлическим и органическим сердечниками изображены на рисунке.
Рисунок 2. Пример схемы талевых канатов с металлическим и органическим сердечниками. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
В процессе эксплуатации талевые канаты подвергаются многочисленным и многократным перегибам на шкивах кронблока, на барабане лебедки, на шкивах подвижного блока, а также растяжению. Все перечисленные факторы способствуют усталостному разрушению каната и механическому изнашиванию на барабане лебедке и шкивах.
Талевые канаты, которые используются в нефтегазовой отрасли изготавливаются только в трех исполнениях, которое зависит от типа сердечника. Сердечник каната может быть:
- Пластмассовый.
- Металлический.
- Органический трех пряденный.
Для подбора талевого каната в первую очередь рассчитывается масса обсадной колонны:
Рисунок 3. Формула. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
где, H – глубина бурения; q – масса одного погонного метра обсадной колонны.
Далее расчету подвергается максимальная нагрузка на крюке с учетом расхаживания. Данное значение высчитывается по следующей формуле:
Рисунок 4. Формула. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
где, g – ускорение свободного падения.
Потом рассчитывается число рабочих струн талевой системы, по формуле:
Рисунок 5. Формула. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
где, $n_{шк.тб}$ – количество шкивов подвижного (талевого блока); $n_{шк.кб}$ – количество шкивов кронблока.
Далее рассчитывается натяжение ходового хода талевого каната:
Рисунок 6. Формула. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
где, Qоб – масса поднимаемого оборудования; В – коэффициент сопротивления шкива.
Затем определяется натяжение неподвижного конца талевого каната:
Рисунок 7. Формула. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Коэффициент полезного действия талевой системы в этом случае рассчитывается по формуле:
Рисунок 8. Формула. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Разрывное усилие талевого каната определяется из условия его прочности на разрыв. Данное условие имеет следующий математический вид:
Рисунок 9. Формула. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
где, Кзп – коэффициент запаса прочности, значение которого находит в пределах от 3,5 до 4.
Далее в соответствии с ГОСТ 16853-88 (таблица № 2) и результатами расчетов определяются тип талевого каната, его маркировка, диаметр, а также разрывное усилие. После этого определяется натяжение рабочих струн каната:
Рисунок 10. Формула. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
где значение I находит от 2 до n.
И нагрузка на ось кронблока высчитывается по формуле:
Рисунок 11. Формула. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
