Приводы буровых установок

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Ижевский Государственный Технический Университет им. М.Т. Калашникова»

 

 

 

 

Курсовая работа на тему:

«Приводы буровых установок.»

 

 

 

 

 

Выполнил:                                                            студент гр. 8-66-1 Бармин М.А.

Проверил:                                                                                            Волохин А.В.

 

 

Ижевск 2013

Содержание

Введение…………………………………………………………………………...3

1.Теоретический раздел………………………………………………..……...….4

Общие сведения………………………………………………………………...…4

Требования к буровым установкам…………………………………………….6

Привод с ДВС…………………………………………………………………......8

Конструкция приводов буровых установок…………………………………....10

Гидропередачи буровых установок…………………………………………….12

Регулирование температуры охлаждающей жидкости………………………..15

Силовые передачи……………………………………………………………….16

2.Технический раздел (расчетная часть проекта)…………………….……..18

Заключение……………………………………………………………………….24

Список литературы………………………………………………………………25

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

В России более 50% всех установок работает с дизельным приводом. Такие установки используют для бурения разведочных и эксплуатационных скважин самых различных глубин в районах, где нет электроэнергии.

За последние годы технический уровень силовых приводов буровых установок значительно возрос. Увеличилось и число дизелей в приводе.

Для освещения и питания электроэнергией мелких двигателей, приводящих в работу механизм приготовления и очистки буровых растворов, центробежные насосы, компрессор пневмосистемы, каждая буровая установка укомплектована двумя электростанциями мощностью 100—200 кВт (в зависимости от класса установки). Такие станции, как правило, устанавливают в силовом отделении, и они обслуживаются дизелистами.

Рассмотрим отдельные конструкции современных буровых установок с дизельным приводом.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Теоретический раздел

Общие сведения

Приводом буровой установки называется совокупность двигателей и регулирующих их работу трансмиссий и устройств, преобразующих тепловую или электрическую энергию в механическую, управляющих механической энергией и передающих ее исполнительному оборудованию- насосам, ротору, лебедке и др. Мощность привода (на входе в трансмиссию) характеризует основные его потребительские и технические свойства и является классификационным (главным) параметром.

В зависимости от используемого от используемого первичного источника энергии приводы делятся на автономные, не зависящие от системы энергоснабжения, и неавтономные, зависящие от системы энергоснабжения, с питанием от промышленных электрических сетей. К автономным приводам относятся двигатели внутреннего сгорания (ДВС) с механической, гидравлической или электропередачей. К неавтономным приводам относятся: электродвигатели постоянного тока, питаемые от промышленных сетей переменного тока через тиристорные выпрямительные станции управления; электродвигатели переменного тока с гидравлической либо электродинамической трансмиссией или регулируемые тиристорными системами.[1]

В соответствии с кинематикой установки привод может иметь три основных исполнения: индивидуальный, групповой и комбинированный или смешанный.

Индивидуальный привод - каждый исполнительный механизм (лебедка, насос или ротор) приводится от электродвигателей или ДВС независимо друг от друга. Более широко этот вид привода распространен с электродвигателями. При его использовании достигается высокая маневренность в компоновке и размещении бурового оборудования на основаниях при монтаже.[1]

Групповой привод - несколько двигателей соединены суммирующей трансмиссией и приводят несколько исполнительных механизмов. Его применяют при двигателях внутреннего сгорания.

Комбинированный привод- использование индивидуального и группового приводов в одной установке. Например, насосы приводятся от индивидуальных двигателей, а лебедка и ротор от общего двигателя. Во всех случаях характеристики привода должны наиболее полно удовлетворять требуемым характеристикам исполнительных механизмов.

Потребителями энергии буровой установки являются:

-в процессе бурения- буровые насосы, ротор, устройства для приготовления и очистки бурового раствора от выбуренной породы; компрессор, водяной насос и др.;

-при спуске и подъеме  колонны труб -лебедка, компрессор, водяной насос и механизированный ключ.

Приводы также делятся на главные (приводы лебедки, насосов и ротора) и вспомогательные (приводы остальных устройств и механизмов установки). Мощность, потребляемая вспомогательными устройствами, не превышает 10-15% мощности, потребляемой главным оборудованием.[3]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Требования к приводам буровых установок

С учетом технологии бурения нефтяных и газовых скважин и условий, в которых эксплуатируются буровые установки, можно сформулировать основные требования, которым должны отвечать современные силовые приводы.

В период непосредственного бурения привод насосов осуществляется от двигателей с постоянной нагрузкой в пределах 60-100% их суммарной номинальной мощности. Время непрерывной работы двигателей при таком режиме колеблется от 45 минут до 8-10 часов и более. В процессе роторного бурения на вращение бурильных труб затрачивается мощность от 200 до 600 кВт. Во время спуско-подъемных операций двигатели имеют резко переменную нагрузку- от холостого хода до максимальной величины, при чем нагрузки от минимума до максимума изменяются через 2-3 минуты, а в отдельных случаях чаще и чаще. При таком режиме двигатель непрерывно работает 10-12 часов. Во время вспомогательных работ (промывка скважины , наращивание колонны, смена долота и др.) двигатели, как правило, загружены не полностью. Наилучшие результаты при бурении скважин могут быть достигнуты, когда привод имеет широкий диапазон регулирования от 0 непродолжительное время или до максимальной частоты вращения, требуемой условиями бурения. Особенно это необходимо для насосов при включении их в параллельную работу и при восстановлении циркуляции после наращивания или после прихватов и осложнений в скважине, а также для ротора при вращении колонны труб. Привод насосов и ротора должен обеспечивать длительную работу с высоким КПД при частоте вращения, составляющей 20-50%, а иногда и менее своей номинальной величины. [4]

Наиболее тяжелые условия создаются при ликвидации аварий в скважинах. В этих условиях привод эксплуатируется с резко переменными нагрузками, часто требуются реверс и передача мощности, превышающей расчетную.

Во избежание воспламенения газа или нефти при газопроявлениях в скважине двигатели должны быть оборудованы искрогасителями, позволяющими в отдельных случаях работать при фонтанных проявлениях в данной скважине или вблизи фонтанирующей скважины. Силовые приводы на буровых в районах с умеренным климатом устанавливают в легких щитовых помещениях, которые не утепляют. В районах Севера и Сибири зимой при низких температурах воздуха применяют утепленные помещения, т.к. в легких и неотапливаемых помещениях при длительных остановках ДВС температура помещения опускается ниже 0, а в районах с жарким климатом, наоборот, температура летом поднимается иногда до +60°С. Как в том, так и в другом случаях ухудшаются условия эксплуатации ДВС.[1]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Привод с ДВС

В нашей стране около половины всех буровых установок, используемых при бурении нефтяных и газовых скважин, имеют привод от ДВС. Эти двигатели применяют в тех случаях, когда в районе нет достаточно мощного источника снабжения электроэнергии. В приводах буровых установок зависимости от глубины бурения применяют групповые приводы: 2-4 ДВС различной мощности ( от 430 до 785 кВт) с частотами вращения 1000-1600 об/мин.

Применяемые в буровых установках ДВС работают на тяжелых топливах или газе. Двигатели, работающие на легких топливах ( бензине или керосине), в бурении не применяются вследствие их неэкономичности. Соответствие ДВС заданным условием работы определяется их внешней характеристикой и конструкцией.[1]

Внешней или  механической характеристикой ДВС называется изменение мощности, крутящего момента и удельного расхода топлива в зависимости от частоты вращения коленчатого вала. Для восстановления нарушенного равновесия между моментом сопротивления исполнительного механизма и крутящим моментом двигателя требуются воздействие специальных регуляторов на источник энергии, который изменяет количество подаваемого горючего и воздуха.

ДВС могут работать при изменении массового соотношения количества воздуха и топлива в сравнительно небольшом диапазоне - от 15: 1 (бедная смесь) до 11:1 (богатая смесь). Этим и объясняется то  факт, что крутящий момент, развиваемый этими двигательными, почти постоянен. Если подача топлива ограничена и применяется бедная смесь, то частота вращения уменьшается и двигатель не развивает полной мощности. Такую характеристику называют частичной.

Приемистость и приспособляемость ДВС определяется конструкцией системы подвода топлива и воздуха, а так же динамическим моментом инерции вращающихся частей поршневой группы. У быстроходных двигателей шатунно-поршневая группа облегчена, поэтому они имеют большую приемистость, чем тихоходные. С увеличением коэффициента собственной приспособляемости двигателя возрастает устойчивость его работы при переменных режимах нагрузки, что особенно важно для двигателей, приводящих в движение буровые лебедки.[5]

К недостаткам ДВС относится невозможность их запуска под нагрузкой. По этому надо устанавливать в трансмиссиях фрикционные муфты. Кроме того, мощность двигателя зависит, от давления, температуры и влажности окружающего воздуха. Наиболее широко  распространены дизели с наддувом, однако не любой их тип можно использовать в буровой установке.[5]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Конструкция приводов буровых установок

Групповые силовые приводы с ДВС

Буровые установки снабжаются групповыми приводами, состоящими из 2-5 агрегатов, сблокированных между собой цепной или клиноременной передачей. В основном приняты 2 схемы расположения агрегатов в приводе; два-четыре агрегата установлены вместе на общей раме и предназначены для привода лебедки, ротора, двух насосов и вспомогательной лебедки; по такой схеме выполнены установки для бурения скважин глубиной 1600-5000 метров;

три агрегата соединены вместе, установлены на общей раме и предназначены для привода лебедки, ротора и одного бурового насоса; один два других агрегата установлены на другой раме и кинематически не связаны с первыми тремя, они предназначены для привода второго бурового насоса; по такой схеме выполнены привода буровых установок БУ3200БД и БУ650ДГ – ІV.

Групповой силовой дизельный привод буровой установки БУ2500ДГУ состоит из трех силовых агрегатов САТ-4М, соединяемых с цепным суммирующим редуктором, а через карданные валы и МШ500- с насосной трансмиссией и коробкой переменных передач (КПП). Цепная суммирующая трансмиссия при помощи муфты МШ700 соединяется с КПП, которая передает мощность одного или двух агрегатов САТ-4М на буровую лебедку, а так же ротора.

Мощность насосам передается от суммирующего редуктора при помощи муфт МШ500 и клиноременных передач со шкивом диаметром 500 мм. Компрессов и регулятор подачи РПД соединены трансмиссиями с суммирующим редуктором.

Коробка переменных передач является самостоятельным агрегатом, соединенным с лебедкой и силовым приводом цепной передачи с помощью цепного колеса установленного на консольной части ее ведомого вала.

В буровой установке БУ5000ДГУ-1 применен привод с четырьмя силовыми агрегатами СА-10 сблокированными в суммирующем редукторе трехрядными цепными передачами. Для удобства монтажа валы двигателей соединены с валами суммирующего редуктора карданными валами. На обоих концах суммирующего редуктора размещены валы привода насосов, а на первом валу – и цепная передача привода лебедки через трех-ступенчатую цепную КПП. Привод ротора осуществляется карданным валом от КПП.[1]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Гидропередачи буровых установок

Турбопередачи подразделяются на турбомуфты и турботрансформаторы. Турбомуфта – простейший вид турбопередачи. Она состоит из двух колес: ведущего – насосного, соединенного с валом двигателя, и турбинного, закрепленного на входном валу с полумуфтой на противоположном конце. С помощью этой муфты ведомый вал турбопередачи через последующие механизмы связывается с лебедкой, ротором и насосами. На колёсах имеются лопасти, образующие радиальные каналы. Насосное колесо, соединенное с валом двигателя, сообщает энергию рабочей жидкости, которая затем поступает на лопасти турбинного колеса, передавая энергию и заставляя его вращаться в ту же сторону. Затем жидкость по специальным каналам возвращается к насосному колесу.[4]