Талевый блок с заданной нагрузкой

Виды талевых блоков

К основным операциям по бурению скважины относится процесс разрушения горной породы и ее вынос на поверхность. К вспомогательным операциям относят подъем и спуск оборудования, смена долот, измерение кривизны. Все эти операции осуществляются при помощи талевой системы.

Талевый блок оборудован автоматическим элеватором или крюком, используемыми для подвешивания обсадных труб или колонн. Нагрузка на талевый блок распределяется между струнами каната, количество которых зависит от шкивов талевого блока кронблока. Предназначение талевой системы заключается в уменьшении усилия на канат от веса поднимаемого груза.

В талевом блоке число шкивов на один меньше, чем в кронблоке. Талевый блок не подвергается нагрузкам из-за натяжения ходовой и неподвижной струны, таким образом его грузоподъемность меньше по сравнению с кронблоком. Масса талевого блока зависит от необходимой скорости спуска, из-за чего обычно они массивнее, чем кронблоки. Талевые блоки могут быть двух видов: двухсекционные и односекционные. Односекционные талевые блоки обычно состоят из следующих элементов:

• Пара щёк.
• Накладки.
• Траверс.
• Болтовые стяжки.
• Ось шкивов.
• Пара гаек.
• Стопорная пленка.
• Шкивы на оси талевого блока.
• Подшипники качения.
• Кожухи.

Кожухи талевого блока изготавливаются литыми или из листовой стали. Схема односекционного талевого блока изображена на рисунке ниже.

Рисунок 1. Схема односекционного талевого блока. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Двухсекционные талевые блоки используются для ручной расстановки свеч и работы с комплексом механизмов, используемых для автоматизации процесса спуска и подъема. Он состоит из двухблочной и трехблочной секций, которые соединяются между собой при помощи желоба, функция которого заключается в направлении талевого блока во время его перемещения вдоль свечи. Для расстановки свечей на пару подсвечников (находятся у противоположных граней буровой установки) используется поворотная муфта. Расположение и установка шкивов, креплений в щеках, подшипников, а также кожухов такое же, как в односекционном талевом блоке. В двухсекционных талевых блоках, в отличии от односекционного, имеется дополнительный кожух, задача которого заключается в защите от ударов, а также резиновый буфер, на который ложится центратор механизмов автоматизированного управления спуском и подъемом. Схема двухсекционного талевого блока изображена на рисунке ниже.

Рисунок 2. Схема двухсекционного талевого блока. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

1 – шкив; 2,5 – секции (двухблочная и трехблочная); 3 – желоб; 4 – резиновый буфер; 6 – ось; 7 – траверса; 8 – валик; 9 – скоба-подвеска; 10 – кожух шкивов; 11 – дополнительный кожух; 12 – стопорное устройство; 13 – подшипник качения; 14 – стакан.

К основным характеристикам талевого блока относятся:

• Габариты (высота, ширина, ширина по диаметру щеки).
• Масса.
• Нагрузка на шкив.
• Количество шкивов.
• Расположение шкивов.
• Диаметр оси шкивов.
• Профиль желоба.
• Диаметр шкива.

Расчет нагрузки на талевый блок

Схема талевой системы, для которой будет производиться расчет нагрузки на талевый блок изображена на рисунке ниже.

Рисунок 3. Схема талевой системы. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Исходными данными в этом случае будет служить нагрузка на крюк (Q = 1000 кН). Для начала надо определить натяжение в ходовой ветви оснастки. Формула выглядит следующим образом:

$P_x = Q • (ß^m • (ß – 1)) / (ß^m – 1)$

где, $ß^m$ – коэффициент, который учитывает преодоление трения в подшипниках шкивов талевого блока в ручьях шкивов и представляет собой величину обратную коэффициенту полезного действия всей талевой системы.

Данный коэффициент высчитывается по формуле:

$ß^m = 1 / ŋ$

где, $ŋ$ – коэффициент полезного действия (0,98); $m$ – число рабочих струн (8), определяемых по рисунку.

Отсюда:

$ß^m = 1 / 0,98 = 1,02$

Зная значение данного коэффициента, подставляем его в формулу для натяжения в ходовой ветви оснастки:

$P_x = 1000 • (1,02^8 • (1,02 – 1)) / (1,02^8 –1) = 1000 • (1,175 • 0,02) / (1,175 –1) = 134,28 кН$

Далее определяется натяжение в отдельных частях талевой системы (S). Формула выглядит следующим образом:

$S= P_x / ß^x $

В данном случае натяжение на отдельных участках талево системы равняется: 162 кН, 159 кН, 157 кН, 152 кН, 150 кН, 147 кН, 145 кН, 140 кН.

В случае статического состояния всей талевой системы, все ее ветви нагружены одинаково:

$S = Q / m = 1000 / 8 = 125 кН.$

Отсюда, усилия, которые действуют на канатные шкивы и их подшипники определяются по следующим формулам:

$P_1 = S_1 + S_2 = 162+159 = 321$ кН

$P_2 = S_3 + S_4 = 157+152 = 309$ кН

$P_3 = S_5 + S_6 = 150 + 147 = 297$ кН

$P_4 = S_7 + S_8 = 145 + 140 = 285$ кН

Таким образом нагрузка, которая действует на талевый блок представляет собой сумму усилий, действующих на канатные шкивы и их подшипники, в этом случае формула определения нагрузки выглядит так:

$Р = Р_1 + Р_2 + Р_3 + Р_4 = 321 + 309 + 297 + 285 = 1212$ кН