Буровые роторы, проектирование и изготовление роторов

Министерство образования  и науки Российской Федерации 
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение 
высшего профессионального образования 
«Ижевский государственный технический университет им М.Т. Калашникова» 
Факультет «Машиностроительный» 
Кафедра «Тепловые двигатели и установки»

 

 

 

 

 

Курсовой  проект

на тему:

Буровые роторы, проектирование и изготовление роторов

 

 

 

 

 

 

Выполнил 
студент гр. 8-66-1                                                                        Р.Р. Закиев

 

Проверил                                                                                     А.В. Волохин

профессор, д.т.н.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ижевск 2013

Содержание:

Введение…………………………………………………………………………………..…..2

1. Буровой ротор. Назначения и основные требования………………………….…...3
2. Конструкция ротора…………………………………………………………….……5
1. Р560-Ш8……………………………………………………………….………5
2. У7-520-2……………………………………………………………….………7
3. Р-700…………………………………………………………………………..8
3. Индивидуальный привод ротора…………………………………………………..10
1. Индивидуальный привод на ротор ПИРЗ-4М………………….................10
2. Определение мощности привода ротора…………………………………..11
3. Нагрузки на роторный стол………………………………………..12
4. Монтаж ротора………………………………………………………………………13
5. Смазка ротора………………………………………………………………………..14
6. Конструкция элементов ротора…………………………………………………….16
1. Станина………………………………………………………………………16
2. Стол ротора…………………………………………………………………..16
3. Вкладыши и зажимы………………………………………………………...16
4. Коническая зубчатая передача……………………………………………...17
5. Подшипники стола ротора………………………………………………….18
6. Пневматический клиновый захват………………………………………....19
7. Расчет бурового ротора и его параметров…………………………………………20
1. Диаметр проходного отверстия…………………………………………….21
2. Допускаемая статистическая нагрузка……………………………………..21
3. Частота вращения стола ротора…………………………………………….22
4. Мощность ротора……………………………………………………………23
5. Максимальный вращающий момент……………………………………….24
6. Базовое расстояние…………………………………………………………..24
8. Расчет долговечности ротора……………………………………………………….25
1. Конические зубчатые колеса……………………………………………......25
2. Расчет главной опоры ротора……………………………………………….25

Вывод………………………………………………………………………………………...27

Список литературы………………………………………………………………………….28

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение.

 

Для обеспечения программ добычи нефти и газа в Российской Федерации с каждым годом повышается объем бурения. Это требует увеличения не только числа буровых установок, но и их эффективности, изменения параметров и конструкции, так как меняются глубины скважин и условия их бурения.

Буровая установка — сложный комплекс агрегатов, машин и механизмов, выполняющих различные, но связанные между собой функции в процессе бурения скважины. Проектирование этого оборудования — специфичный' сложный процесс, и от конструктора требуется не только умение конструировать машины и их элементы, но и знание техники для специфики бурения скважин на нефть и газ.

Буровое оборудование, применяемое в нефтяной н газовой промышленности, претерпело значительные изменения за последние 15—20 лет. Появились установки для бурения скважин глубиной 7—12 тыс. м, установки для бурения на море при глубинах 20—1500 м и более, для бурения кустов скважин на болотах и др. Изменились технология бурения, конструкция скважин, усовершенствован породоразрущающий инструмент и увеличилась длительность его работы в скважине.

Произошли изменения в теории машин и механизмов, основах расчета и конструирования машин и оборудования. При разработке новых машин приобретают все большее значение вопросы надежности, экономики, эргономики, экологии, инженерной психологии, технической эстетики. Развитие электронно-вычислительной техники резко изменило методы расчета и конструирования машин. В настоящее время ставится вопрос о переходе к системам автоматического проектирования (САПР).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Буровой ротор. Назначение и основные требования.

Применяемые при бурении скважин роторы предназначаются для передачи вращения бурильным трубам, поддержания на весу колонны бурильных и обсадных труб при их свинчивании и развинчивании, а также для выполнения ловильных операций.

При турбинном бурении ротор удерживает колонну бурильных труб от вращения в сторону, противоположную направлению вращения долота, и используется для периодического проворачивания инструмента.

Схема устройства ротора показана на рис. 1. Ротор получает движение от лебедки с помощью цепной передачи. На ведущем валу 2 ротора монтируется на шпонке цепное колесо 1. Ведущий вал 2 находится на двух самоустанавливающихся роликовых подшипниках 3. На левом консольном конце ведущего вала наглухо насаживается коническая шестерня 4, находящаяся в постоянном зацеплении с коническим зубчатым венцом 5, связанным со столом 6 ротора.

Стол ротора опирается на основную опору 10, воспринимающую нагрузку от веса колонны обсадных или бурильных труб. Дополнительная опора 9 воспринимает нагрузки, действующие в обратном направлении, возникающие при вибрациях инструмента и при проработке ствола. Внутри стола ротора монтируются вкладыши 11 и зажимы 12. Все детали ротора монтируются в станине 7, которая воспринимает и передает на фундамент ротора все нагрузки как в процессе бурения, так и при спуско-подъемных операциях.

Ротор имеет невращающийся кожух 8. Привод на ротор осуществляется либо при помощи цепной передачи, либо при помощи карданного вала, тогда вместо звездочки 1 на вал ротора устанавливается карданное  сочленение.

Основные функции, выполняемые ротором, определяют требования к его конструкции.

Прежде всего ротор должен быть надежным в работе, ибо выход его из строя может привести к серьезным осложнениям в процессе бурения. Для этого необходимо обеспечить прочность основной и вспомогательной опоры и других его деталей. Трущиеся элементы ротора должны работать в герметической масляной ванне достаточного объема. Следует предусмотреть надежные лабиринтовые устройства, предотвращающие попадание

Рис. 1. Кинематическая схема ротора.

глинистого раствора во внутреннюю полость ротора. Ротор должен иметь приспособление для стопорения стола. Основной исходный размер ротора — диаметр отверстия (без вкладышей), через которое проходит долото (проходное отверстие).

В связи с переходом на бурение скважин уменьшенных и малых диаметров размер проходного отверстия будет уменьшаться, что приведет к уменьшению габаритов и веса роторов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Конструкция ротора

1. Р560-Ш8

Ротор Р560-Ш8 предназначается для бурения 'глубоких скважин.

Стальная станина 1 ротора отлита за одно целое с кожухом ведущего вала (рис. 2). Внутренняя полость станины служит масляной ванной зубчатой передачи.

Рис. 2. Ротор Р560-Ш8 .

 

Стол 2 ротора представляет собой цельную стальную отливку с центральным отверстием диаметром 560 мм для пропуска бурильного инструмента и колонны обсадных труб и имеет в верхней части квадратный вырез под роторные вкладыши 3.

Между столом ротора и станиной устроено лабиринтное уплотнение, образуемое двумя кольцевыми выемками! на столе и соответствующими выступами на станине. Стол ротора имеет в нижней части резьбу, на которую

навинчивается гайка 4 нижнего радиально-упорного подшипника 5, предназначенного для восприятия вертикальных усилий и толчков, а также частичного восприятия горизонтальных усилий, действующих на стол ротора.

Нижняя опора крепится специальной гайкой, которая снабжена передвижной шпонкой 7. Двадцать прорезей в нижней части стола ротора, в которые заходит передвижная шпонка гайки, позволяют регулировать люфт в подшипниках ротора.

Подшипник 5 состоит из двух колец и шариков в стальном сепараторе.

Основная опора 6 представляет собой шаровой радиально-5^гпорный подшипник, на котором вращается стол ротора, воспринимающий нагрузку от веса колонны обсадных или бурильных труб.

Коническая зубчатая передача состоит из конического колеса 8, надетого на стол ротора горячей посадкой, и шестерни 9, насаженной на ведущий вал на шпонке 10.

Передача помещается в масляной ванне, защищенной от проникновения грязи.

Зацепление конической зубчатой пары при сборке регулируется подбором прокладок.

Ведущий вал ротора 11 монтируется на двух двухрядных радиально-сферических роликовых подшипниках 12, помещенных в общем корпусе и обеспечивающих правильную установку и работу конического зацепления.

На консольном конце ведущего вала насаживаются сменные цепные колеса 13, приводимые в движение от трансмиссионного вала лебедки. Выступающая головка шпонки цепного колеса закрывается хомутом 14 из двух половин, стягиваемых двумя болтами.

В центральное отверстие стола ротора вставляется вкладыш 3, а в отверстие вкладыша — зажим 15 для рабочей трубы, состоящий из двух половин. Для удержания вкладыша 3 ротора и зажима 15 при подъеме инструмента или в процессе бурения служат защелки 1,6, вмонтированные в столе ротора.

При транспортировке и установке на место в станине предусмотрены специальные окна для подъема и спуска ротора.

Остановка стола при отвинчивании долота осуществляется защелкой 17 непосредственно через стол, в котором имеется шесть фрезерованных окон.

Благодаря конструкции кожуха 18 открытая вращающаяся часть стола остается минимальной и на одном уровне со столом создается неподвижная площадка, достаточная для установки элеватора при спуско-подъемных операциях. Кожух обеспечивает также сток грязевого раствора без разбрызгивания, раствор сливается на стол ротора при подъемных операциях.

Подшипники роторного вала имеют отдельную, изолированную лабиринтами ванну, которая наполняется жидкой смазкой через специальное отверстие у горловины ротора. Смазка всех остальных частей ротора — зубчатой передачи, верхнего и нижнего подшипников — производится из общей ванны, заполняемой через специальный отвод, находящийся со стороны, противоположной горловине ротора. Как верхний, так и нижний подшипники предварительно заливают маслом до определенного уровня. Коническая шестерня, вращаясь, зачерпывает масло из своей ванны и подает его на зубчатый венец. Стекая с венца, часть масла возвращается в ванну зубчатого колеса, часть попадает в ванну верхнего подшипника.

При переполнении ванны верхнего подшипника излишки масла, попадающие туда с венца ротора, будут переливаться и по специальным желобкам направляться в нижний подшипник. Числа оборотов стола ротора при различных передачах лебедки приведены в табл. 1.

 

Таблица 1.

Число оборотов в минуту стола ротора при работе от лебедки

 

Число оборотов ведомого вала редуктора	Передача от редуктора к лебедке	Число оборотов трансмиссионного вала	Передача от лебедки на ротор	Число оборотов ведущего вала ротора	Коническая передача ротора	Число оборотов стола ротора
243	36/40-36/57	220-155	49/20	539-380	21/58	96-138

 

         2.2     У7-520-2

Ротор Уралмашзавода У7-520-2 (рис. 3)

 

Основная шаровая опора 1, на которой вращается стол 2 и которая воспринимает нагрузку от веса колонны обсадных или  бурильных труб,  расположена в  нижней части станины и представляет собой радиально-упорный подшипник. Верхнее кольцо подшипника насаживается на стол ротора, а нижнее установлено на кольцевой площадке станины; тем самым исключается необходимость в нижней гайке, которая имеется в роторе Р560-Ш8.

Верхняя шаровая опора 3, также представляющая шариковый радиально-упорный подшипник, лежит на зубчатом венце 4. Коническая зубчатая передача состоит из стального венца 4, посаженного на стол ротора горячей посадкой, и шестерни 5, посаженной на шпонке на ведущий вал 6.

Сменные цепные колеса крепятся на консольном конце ведущего вала на шпонке, головка которой прикрывается колпаком 7.

Для застопоривания стола ротора имеется храповое устройство, колесо 8 которого наглухо насажено на ведущий вал ротора между его опорами. Две собачки стопорного устройства расположены по бокам храпового колеса.

На верхнюю часть стола надевается с натягом диск 9, в выемки которого входят выступы крышки 10, создавая лабиринтное уплотнение в верхней части ротора.

Вкладыши ротора 11 и зажим под квадрат 12, состоящие из двух половин каждые, предохраняются от вертикального перемещения защелками 13, которые при помощи осей 14 могут быть повернуты на 90°, чем достигается захват или освобождение вкладыша или зажима. Проходное отверстие в столе ротора равно 520 мм. Выпускаются также малогабаритные роторы для буровых установок меньшей грузоподъемности.

 

3.   Р-700