Анализ существующих конструкций буровых лебедок

С левой стороны барабана на подъемном валу на подшипниках качения установлено цепное колесо 16 с кулачковой полумуфтой. Через это колесо подъемный вал цепной передачей связан с автоматом подачи долота на забой. Соосно с подъемным валом установлен гидродинамический тормоз 14. Кулачковая муфта 15 включает в работу или гидродинамический тормоз во время спуска колонн, или автомат подачи долота в процессе бурения.

Лебедка У2-2-11 предназначена для комплектации буровых, установок БУ-3000 с дизельным или электроприводом. Кинематическая схема ее приведена на рисунке 1.3. Лебёдка состоит из двух валов: подъемного вала 13 с барабаном и трансмиссионного вала 5. Из-за отсутствия катушечного вала необходима установка на буровой вспомогательной лебедки. Привод лебедки осуществляется от цепной коробки перемены передач, которая имеет три скорости.

 

Рисунок 1.2 Кинематическая схема лебедки У2-5-5

 

Имея две собственных скорости, лебедка вместе с коробкой передач располагает шестью скоростями. Первая включается на коробке передач, остальные — с пульта бурильщика с помощью шинно-пневматических муфт. Реверсионное вращение валов лебедки в установках с дизельным приводом включается на коробке скоростей. В установках с электроприводом частота вращения вала лебедки изменяется с пульта бурильщика за счет реверса электродвигателей.

Цепная коробка передач кинематически связана с трансмиссионным валом лебедки цепной передачей 4, по которой передаются три прямые и одна обратная скорости. При включенной шинно-пневматической муфте 2 (ШПМ-1070) и выключенной 7 (спаренная ШПМ-700) с трансмиссионного вала 5 на подъемный вал 13 цепной передачей 3 передаются I, II и III скорости. Эти же скорости передаются цепной передачей 15 на трансмиссионный вал привода ротора, с которого включением скоростей муфты 11(ШПМ-500) через цепную передачу 12 движение передается приводному валу ротора.

Выключив муфту 2 и включив муфту 7, через цепную передачу 8 на подъемный вал передаются IV, V и VI скорости. Цепными передачами 16 и 6 подъемный вал с барабаном соединяется с регулятором подачи долота. РПД включается в работу кулачковой муфтой 14. Вал гидродинамического тормоза 10 соединяется - с подъемным валом путем включения кулачковой муфты 9. Подъемный вал цепной передачей соединен с командоаппаратом 1. Цепные передачи подвода мощности к подъемному валу — трехрядные с шагом цепи 50,8 мм, для привода ротора и включения РПД — двухрядные с тем же шагом.

Лебедка ЛБУ-1100 состоит из собственно лебедки III, коробки скоростей II, регулятора подачи долота I и трансмиссии привода ротора IV (рисунок 1.4). Одновальная однобарабанная лебедка установлена на отдельной раме, которая с помощью стяжек соединяется с общей рамой коробки скоростей и РПД. Трансмиссия привода ротора также смонтирована па отдельной раме.

 

Рисунок 1.3 Кинематическая схема лебедки У 2-2-11

 

Подъемный вал 25 лебедки с барабаном смонтирован на подшипниках качения, корпуса которых установлены на раме. Справа на валу на подшипниках качения смонтировано двойное цепное колесо с z = 40, которое сблокировано с шинно-пневматической муфтой 27. На конце вала посажена кулачковая полумуфта 28, которая соединяет подъемный вал с валом электромагнитной тормозной машины 29. Электромагнитный тормоз включается в работу путем передвижения на тормозном валу ответной кулачковой полумуфты. Привод полумуфты — пневматический с дистанционным управлением. Слева на подъемном валу на подшипниках качения установлено цепное колесо с z = 81, сблокированное с шинно-пневматической муфтой 2. На конце вала установлена звездочка для соединения его цепной передачей с тахогенератором 1.

Приводной блок лебедки состоит из цепной коробки скоростей и регулятора подачи долота. В коробке скоростей смонтированы на подшипниках качения трансмиссионный вал 21 и промежуточный вал 24. На трансмиссионном валу жестко посажены два цепных колеса с z = 27 и на подшипниках качения установлено цепное колесо с z = 30, сблокированное с кулачковой полумуфтой 18. Вторая полумуфта 19 сблокирована с зубчатым колесом 20, С правой стороны трансмиссионного вала находится шинно-пневматическая муфта 22 для включения привода. С левой стороны на этом же валу смонтирован шкив тормозной шинно-пневматической муфты 11, которая предназначена для быстрого торможения валов и их фиксации при переключении скоростей кулачковыми муфтами и зубчатым зацеплением. Для смазки подшипников и цепей установлен масляный шестеренчатый насос 10, привод которого осуществляется от трансмиссионного вала с помощью клиноременной передачи.

На промежуточном валу на подшипниках качения смонтированы цепные колеса с z = 52 и z = 34, сблокированные соответственно с кулачковыми полумуфтами 13 и 15. На этом же валу неподвижно посажены цепные колеса с z=27 и z = 39 и зубчатое колесо 23. Левый конец промежуточного вала 24 соединяется соосно с помощью шинно-пневматической муфты 9 со вторым промежуточным валом 4, на котором неподвижно посажено цепное колесо с z=21 и шинно-пневматическая муфта 5 для соединения его с валом редуктора РПД. Регулятор подачи долота смонтирован на общей раме с коробкой скоростей и состоит из редуктора 6, колодочного тормоза 7 и приводного электродвигателя 8.

Трансмиссия привода ротора состоит из цепной передачи 30, передающей мощность с подъемного вала через спаренную шинно-пневматическую муфту 31 коническому редуктору 32. От него передача осуществляется через вертикальный карданный вал к верхнему коническому редуктору, который связан горизонтальным карданным валом непосредственно с приводным валом ротора.

 

Рисунок 1.4 Кинематическая схема лебедки ЛБУ-1100

 

Прямые I, II и III скоростей передаются с трансмиссионного вала 21 через цепные передачи 12, 16 и 17 путем поочередного включения кулачковых муфт 13, 14, 15 и 18, 19. С промежуточного вала 24 через шинно-пневматическую муфту 9, цепную передачу 3 и шинно-пневматическую муфту 2 скорости передаются на подъемный вал барабана лебедки. Скорости IV, V и VI с промежуточного вала 24 передаются цепной передачей 26 через шинно-пневматическую муфту 27 подъемному валу 25. Обратное вращение подъемного вала осуществляется при введенных в зацепление зубчатых колесах 20—23. Цепные передачи 3 и 26 обеспечивают две обратные скорости барабана лебедки.

Промышленностью выпускаются две модификации лебедок типа ЛБУ: ЛБУ-1100М1 и ЛБУ-1100М2, Отличие их заключается в том, что во второй модификации применено водяное охлаждение тормозных шкивов. Лебедки ЛБУ-1100 предназначены для комплектации установок БУ-5000. При этом в установках с электроприводом трансмиссия ротора обычно отсутствует, а привод ротора осуществляется от отдельного электродвигателя.

Лебедка ЛБУ-3000 принципиально отличается от всех других отечественных буровых лебедок. В отличие от лебедок с механическими трансмиссиями частота и направление вращения подъемного вала с барабаном в этой лебедке изменяются легко и плавно (бесступенчато) по кривой постоянства мощности. Это достигается за счет непосредственного подсоединения к подъемному валу двух электродвигателей постоянного тока. При спуске колонн приводные электродвигатели работают в режиме генераторов и выполняют функции тормозных машин.

В лебедку ЛБУ-3000 входят три закрытых цепных редуктора,, смонтированных на общей раме и служащих одновременно опорами для валов. Кроме них промежуточный и подъемный валы имеют по одной дополнительной подшипниковой опоре, смонтированной на раме. РПД и двигатели привода установлены на отдельных рамах, соединенных с рамой лебедки стяжными болтами. Весь лебедочный агрегат устанавливается на бетонном фундаменте. На раме лебедки с задней стороны находится масляная станция, предназначенная для смазки подшипников и цепей редукторов.

Лебедки ЛБУ-3000 (У2-300) в буровых установках Уралмаш 300ДЭ, Уралмаш 300Э и БУ-15000 установлены под полом буровой. Тормозная рукоятка, расположенная у пульта бурильщика, соединена системой рычагов и тяг с тормозным валом ленточных тормозов.

 

 

1.2 Анализ конструкций  буровых лебедок зарубежного  производства

 

Фирмы США выпускают лебедки, рассчитанные на самую различную глубину бурения (табл. 1.2), с механическим, дизель-гидравлическим и электрическим приводами ([2], табл. II.11). Обычно на лебедках применяют ленточный тормоз, который способен к самозатягиванию и хорошо поддается ручному управлению. Дизельный привод для лебедок выполняется в трех вариантах: передача мощности с помощью цепной трансмиссии, через гидротрансформатор (дизель-гидравлический привод) и через муфтовые передачи (табл. 1.3) ([2], табл. II.12).

 

Таблица 1.2 Технические характеристики лебедок, выпускаемых фирмами США

 

Фирма Braden Winch, отделение фирмы Braden Industries, Inc., предлагает широкий выбор лебедок, используемых при разработке нефтяных и газовых месторождений. Эти лебедки устанавливают на автомобилях, транспортирующих буровые установки. Фирма производит также автомобили, тягачи, сварочные машины и транспортные средства общего назначения (более подробное описание продукции фирмы приведено в рекламном разделе сборника).

 

Таблица 1.3 Техническая характеристика муфтовых передач лебедок, выпускаемых фирмами США

 

1.3 Описание выбранного  прототипа

 

По заданию прототипом в нашей работе является буровая лебедка ЛБУ-1100, кинематическая схема которой приведена на рисунке 1.4.

Техническая характеристика лебедки приведена в таблице 1.1

На рисунке 2.1 ([3], с. 174-175)показана буровая лебедка ЛБУ-1100, основные конструктивные элементы которой повторяются в других моделях современных отечественных и зарубежных лебедок для эксплуатационного к глубокого разведочного бурения. Лебедка монтируется на сварной металлической раме 4, приспособленной для ее перевозки и перемещения подъемным краном при монтажно-демонтажных 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.

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 рамс 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 18. 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. На стойке 1 установлен командоаппарат комплекса АСП для блокировки перемещений механизма захвата свечи и талевого блока. Привод командоаппарата осуществляется от цепной звездочки на подъемном валу лебедки.

К раме крепится воздухопровод 6 системы пневматического управления лебедкой.

Подъемный вал (Приложение А) —основа буровой лебедки. Между коренными подшипниками 15 подъемного вала 19 напрессованы ступицы дисков барабана 18. В правом более доступном для работы диске имеется внутренний прилив (сечения А—А и С—С) для крепления талевого каната планкой 32 и болтами 33. В буровых лебедках канат крепится с внутренней либо наружной стороны диска. Узел крепления должен быть надежным и удобным в работе. 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.

Наиболее распространены простые в изготовлении барабаны с гладкой наружной поверхностью. Для улучшения намотки барабан лебедки снабжается съемными накладками, имеющими параллельные и переходные спиральные канавки для укладки витков каната. 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.

 

Рисунок 2.1 Буровая лебедка ЛБУ-1100

 

К дискам барабана крепятся тормозные шкивы 16 (Приложение А). В рассматриваемой конструкции тормозные шкивы снабжены кольцевой рубашкой для охлаждающей воды. Вода в тормозных шкивах циркулирует по замкнутому циклу. Для этого через устройство 8 на торце вала и трубку, установленную внутри вала, по трубам 20 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 17 в тормозных шкивах служат для слива воды во избежание ее замерзания при длительных остановках лебедки.

Коренные роликовые радиально-сферические подшипники 15 подъемного вала, установленные в расточках корпуса масляной ванны, смазываются густой смазкой через тавотницы 34. Внутренние обоймы роликоподшипников фиксируются па валу распорными втулками, а наружные — торцовыми крышками корпуса подшипника. Для компенсации температурных удлинений вала между корпусом 35 и наружной обоймой 36 одного из подшипников имеется необходимый зазор (узел 1 Приложение А). Радиальные и торцовые лабиринтные уплотнения в крышках служат для удержания смазки в подшипниках.

Цепное колесо 1 тихоходной передачи и шкив шинно-пневматической муфты 12 имеют общую ступицу 2, посаженную на вал на свободно вращающихся роликовых радиально-сферических подшипниках, подобных подшипнику 21. На валу внутренние обоймы подшипников фиксируются втулками. Наружная обойма правого подшипника в расточке ступицы фиксируется от осевых перемещений пружинным кольцом и крышкой. Левый подшипник в ступице устанавливается свободно. Обод 10 шинно-пневматической муфты 12 планшайбой 5 крепится к ступице 6, напрессованной на вал.