Гидродинамический тормоз буровой лебедки

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Функциональное назначение и конструкция гидродинамического тормоза

гидродинамический тормоз механический трение ротор

Гидродинамические тормоза буровых лебедок относятся к вспомогательным и используют для ограничения скорости спуска бурильных и обсадных труб в скважину. Гидродинамические тормоза представляют собой лопаточное гидравлическое устройство, состоящее из вращающегося ротора и неподвижного статора, рабочая полость которых заполнена жидкостью. Гидродинамический тормоз действует подобно гидромуфте в тормозном режиме, при котором турбинное колесо заклинивается и скольжение становится равным 100 %. При вращении радиальные лопатки ротора отбрасывают жидкость от центра к периферии и направляют ее на лопатки статора. Пройдя по межлопаточным каналам статора, жидкость вновь попадает на лопатки ротора и, таким образом, устанавливается замкнутая циркуляция жидкости между ротором и статором.

Силы гидравлических сопротивлений, обусловленные трением жидкости в межлопаточных каналах и потерей напора на удары в вихревых зонах между лопатками ротора и статора, создают тормозной момент, противодействующий вращению ротора. Величина тормозного момента зависит от диаметра и частоты вращения ротора и регулируется уровнем наполнения гидродинамического тормоза рабочей жидкостью. Механические потери, вызываемые трением в опорах и уплотнениях вала ротора, не влияют существенно на величину тормозного момента. Механическая энергия, поглощаемая в процессе торможения, превращается в тепловую и вызывает нагрев рабочей жидкости и деталей гидродинамического тормоза.

Допустимая температура нагрева зависит от физических свойств рабочей жидкости. При использовании воды температура нагрева не должна превышать 90 °С, так как при температуре, более близкой к точке кипения, возникает угроза кавитации. Для охлаждения рабочей жидкости используется холодильник, который одновременно служит для регулирования уровня наполнения тормоза жидкостью.

Рисунок 1. Гидродинамический однороторный тормоз буровой лебедки: 1 - стойка; 2 - втулка; 3, 9 - роликоподшипники; 4, 7 - стаканы фланцевые; 5 - колесо лопастное; 6 - статор; 8 - вал; 10 - канал; 11 - патрубок; 12 - болт; 13 - прокладка.

Ротор гидродинамического тормоза, представленного на рисунке 1, состоит из вала 8 и отлитого из чугуна двухлопастного насосного колеса 5 с радиальными плоскими лопатками, наклоненными под углом 45° в сторону их рабочего вращения, совпадающего с направлением вращения барабана лебедки при спуске. Толщина лопаток определяется из требований литейного производства и в зависимости от диаметра ротора составляет 12--25 мм. Число лопаток принимается равным 20-28. Дальнейшее увеличение числа лопаток существенно не влияет на величину тормозного момента и приводит к неоправданному увеличению массы гидродинамического тормоза. Для предохранения от проворачивания под действием крутящих моментов, передаваемых ротором, насосное колесо соединяется с валом ротора прессовой посадкой и шпонкой. Статор 6 состоит из двух симметричных частей, образующих корпус гидродинамического тормоза со стойками 1 для крепления к раме буровой лебедки. Обе части статора отливают из чугуна. Они имеют радиальные лопатки, наклоненные в сторону, противоположную наклону лопаток насосного колеса. Вал 8 на роликоподшипниках 3, 9 и фланцевых стаканах 4 и 7 устанавливается в сквозных расточках статоров. Соосность отверстий обеспечивается центрирующим буртиком в соединении статоров. Стыкуемые плоскости статоров уплотняются паронитовой либо картонной прокладкой 13, затягиваемой крепежными болтами 12. В рассматриваемой конструкции вал ротора устанавливается на роликовом радиальном и радиально-сферическом двухрядном подшипниках в отличие от более распространенных конструкций, в которых оба подшипника роликовые радиальные. Осевое положение вала фиксируется радиально-сферическим подшипником, наружное кольцо которого затягивается торцовой крышкой с регулировочной прокладкой, а внутреннее - закрепительной втулкой 2. Свобода противоположного конца вала обеспечивается перемещением роликов по беговой дорожке внутренней обоймы подшипника. Осевые зазоры между ротором и статором составляют 4-4,5 мм и регулируются набором металлических прокладок, установленных между фланцевыми стаканами и наружными торцами отверстий статоров. Подшипники вала смазываются 6 консистентной смазкой, набиваемой ручным шприцем через масленки. Для предупреждения утечек масла фланцевые стаканы и крышка снабжены щелевыми (жировыми) канавками. Выводной конец вала используется для сцепной муфты, соединяющей гидродинамический тормоз с подъемным валом буровой лебедки. Для уплотнения вращающегося вала применяются сальниковые и торцовые уплотнения. Сальниковые уплотнения благодаря простоте и дешевизне более широко распространены и состоят из плетеной асбестопроволочной набивки В, промежуточной распорной втулки, грундбуксы и нажимных болтов с контргайками. Износ сальникового уплотнения контролируется по утечке рабочей жидкости через каналы 10. При чрезмерной утечке сальники равномерно подтягиваются нажимными болтами. Нельзя допускать перетяжки сальника, так как это приводит к перегреву и преждевременному выходу сальника из строя. Для повышения долговечности сальники вала ротора регулярно смазываются графитовой смазкой, подаваемой через масленки. Смазка снижает коэффициент трения, и в результате этого уменьшаются нагрев и износ сальника. Сальниковую набивку осматривают и заменяют после снятия фланцевых стаканов. Для ускорения этих операций используются два болта, вставляемые в резьбовые отверстия фланца стакана. При ввинчивании болтов фланцевый стакан вместе с подшипником и крышкой снимают с вала ротора. Известны конструкции гидродинамических тормозов, в которых подшипники вала установлены на выносных опорах. Вследствие этого улучшается доступ для осмотра и замены сальниковых набивок, а подшипники вала полностью изолируются от рабочей жидкости. Недостаток этих конструкций -- увеличение длины вала, требующее для установки тормоза соответствующего удлинения рамы лебедки. В качестве рабочей жидкости обычно используют воду, поступающую из холодильника через патрубки 11 в кольцевые камеры статора. По радиальным и тангенциальным каналам А в теле и лопатках статоров вода направляется в межлопаточные полости Б тормоза. Тангенциально направленный поток способствует самовсасыванию, и поэтому поступающая из холодильника вода интенсивно перемешивается с горячей водой в полости тормоза, нагреваемой в результате торможения. Для увеличения проточных сечений тормоза часть лопаток ротора укорочена. 7 Из гидротормоза вода отводится в холодильник через верхний патрубок. Необходимый для этого напор создается углублениями на наружной цилиндрической поверхности ротора либо сужением радиального зазора между ротором и статором у верхнего патрубка, что достигается смещением фланцевых стаканов подшипников ротора относительно оси статора (эксцентриситет равен 6 мм). После охлаждения жидкость самотеком переливается из холодильника в гидротормоз. Создаваемый тормозной момент зависит от уровня воды в холодильнике, устанавливаемого с помощью ступенчатых и бесступенчатых регуляторов. На рисунке 2 показан ступенчатый регулятор уровня, который состоит из вертикальной трубы 8, установленной в холодильнике 1. По высоте трубы 8 смонтированы шесть переливных клапанов 7, управляемых рукоятками 9. При повороте рукоятки эксцентрик с прорезью выдвигает шток 10 и открывает клапан сливного отверстия, на уровне которого холодильник и сообщающийся с ним тормоз заполняются водой. Для предотвращения опорожнения холодильника в случае прекращения подачи воды вентиль 6 водопровода устанавливается на высоте 600 мм от дна холодильника. Нагретая вода поступает в холодильник через патрубок 2 и по патрубку 3 направляется в тормоз. Вода, поступающая в холодильник сверх установленного уровня, сливается через патрубок 4. Кран 5 используется для слива воды. Бесступенчатый регулятор уровня жидкости, представленный на рисунке 3, Волгоградского завода буровой техники имеет поворотную трубу 3, установленную в холодильнике 2. Уровень жидкости в холодильнике и тормозе 1 регулируется углом наклона трубы, поворачиваемой рычагом 5. Вода, поступающая в холодильник сверх установленного уровня, через верхний торец поворотной трубы 3 и трубу 4 сливается в приемную емкость. В бесступенчатых регуляторах завода им. лейт. Шмидта используется поворотная труба складывающейся конструкции, позволяющая уменьшить габариты холодильника. В зарубежных гидродинамических тормозах уровень жидкости регулируется встроенным в холодильник сливным дроссельным клапаном.

Рисунок 2. Ступенчатый регулятор уровня жидкости тормоза: 1 - холодильник; 2 - патрубок; 3, 4 - трубы; 5 - кран; 6 - вентиль; 7 - клапан переливной; 8 - труба вертикальная; 9 - рукоятка; 10 - шток

Гидродинамический тормоз используется при спуске бурильных труб, когда вес колонны превышает 100--200 кН. При подъеме труб и спуске незагруженного элеватора гидродинамический тормоз необходимо отключать, так как действие его является отрицательным. При подъемных операциях работа гидродинамического тормоза вызывает излишние затраты мощности и износ уплотнений и подшипников 9 вала ротора, что сокращает срок службы тормоза. При спуске незагруженного элеватора скорость спуска уменьшается и в результате этого возрастает общая продолжительность спускоподъемных операций. Для сокращения времени, затрачиваемого на частые включения и отключения, подъемный вал лебедки соединяется с валом гидродинамического тормоза посредством сцепных муфт. Наиболее эффективна фрикционная муфта, позволяющая оперативно соединять тормоз с лебедкой при спусках бурильных свечей. Основные параметры гидродинамических тормозов представлены в таблице 1.

Рисунок 3. Бесступенчатый регулятор уровня жидкости в гидродинамическом тормозе: 1 - тормоз; 2 - холодильник; 3, 4 - трубы поворотные; 5 - рычаг

Таблица 1. Техническая характеристика гидродинамических тормозов

Таблица 2. Область применения, типы гидротормозов и их основные размеры

2. Эксплуатация

Необходимо следить за правильной намоткой каната на барабан

Появление ударов при включении барабана указывает на удлинение одной из цепей. Поэтому в растянутой цепи нужно заменить одну пару рядовых звеньев одним замковым звеном, при этом категорически запрещается излишняя натяжка цепи. Если такая замена не удается, то надо продолжать работу на цепи.

При использовании буровых лебедок, не имеющих фиксатора положения тормозной рукоятки, для укрепления последней должны применяться устройства в виде цепи, прочно прикрепленной к полу, или мягкого троса, пропущенного через пол, с привязанным к нему грузом необходимой массы.

Тормозные ленты буровой лебедки после прекращения торможения должны оттягиваться пружинами так, чтобы в нерабочем состоянии тормозные колодки не соприкасались с поверхностью тормозного шкива (обода).

Запрещается работать изношенными тормозными колодками и колодками ШПМ.

Буровая лебедка (рисунок 5) должна быть оборудована устройством, обеспечивающим правильную укладку витков наматываемого на барабан талевого каната; направлять канат на барабан лебедки ломом или другими предметами запрещается.

Выполнять все регламентные работы проверок при приеме смены; достоверно и в полном объеме давать информацию о состоянии оборудования.

Запрещается работать с неисправной или плохо отрегулированной тормозной рукояткой; при полном торможении лебедки тормозная рукоятка должна находиться на расстоянии 80-90 см от пола буровой.

Необходимо систематически следить за исправностью пневмосистемы; запрещается производство каких-либо работ при нарушении геометричности воздухопроводов, идущих к пневмоцилиндру тормоза лебедки.

Регулярно производить осмотр и чистку мест под балансиром и коленчатым валом тормозной системы; не допускать обледенения тормозной системы Спуск колонны бурильных или обсадных труб с включением гидротормоза производить с глубины, указанной в технической характеристике буровой установки.

Рисунок 4. Схема наматывания-сматывания каната на барабан

Рисунок 5. Буровая лебедка: 1 - колодка с лентой; 2 - зубчатый венец; 3 - сателлит; 4 - вал; 5 - барабан; 6 - стакан; 7- полумуфта лебёдка; 8 - полумуфта включения лебёдки и вращателя; 9 - промежуточный вал; 10 -полумуфта вращателя; 11 - трубы с упором; 12 - клин; 13 - тяга; 14 - стойка; 15 - водило; 16 - крышкамуфты коробки передач; 17 - полумуфта промежуточного вала; 18 - крышка; 19 - шкив

3. Ремонт

При ремонте лебедки необходимо выполнять все требования, предъявляемые к ответственным подъемным механизмам. Все детали должны соответствовать чертежам завода-производителя, а собираемые при ремонте узлы -- техническим условиям на их изготовление и сборку. Узлы лебедки, ротора, редуктора подлежат замене при появлении трещин, деформации отколов, при негерметичности и утечках в картерах, при нарушении крепления и появлении разбалансировки вращающихся деталей.

При смене шиннопневматических муфт центровки не требуется, нужно только, чтобы борт обода муфты входил в заточку диска и плотно прилегал к его торцу. Чтобы избежать дополнительной развертки отверстий, перед разборкой муфты следует отметить ее положение по отношению к диску.

При любом ремонте, связанном со снятием валов, нельзя удалять планки, фиксирующие корпуса подшипников. При последующей установке валы должны лечь в гнезда между планками. Никакой дополнительной выверки не требуется.

Сварочные ремонтные работы выполняются квалифицированными сварщиками. Рекомендуется применять обмазанные электроды марки Э42. Изготовленные из специальной стали валы лебедки не допускают сварки. Если в мастерских нельзя достигнуть необходимой точности обработки тормозных шкивов, то при замене их следует проточить поверхности торможения непосредственно на лебедке.

При ремонте надо проверять межцентровые расстояния между валами лебедки и их параллельность, которая должна быть в пределах 0,5--0,8 мм на длине валов. Обработка поверхностей зубьев цепных колес (звездочек) свыше 1 мм нарушает равномерную работу цепных передач и вызывает частые разрывы цепей. Звездочки с износившимися зубьями при капитальном ремонте обязательно заменяются. После среднего или капитального ремонта для приработки деталей и выявления недостатков лебедку обкатывают вхолостую в течение нескольких часов.

При ремонте лебедки У2-5-5 наибольшее значение имеет центровка валов редуктора с валом барабана, с трансмиссией V скорости и трансмиссией ротора, которая должна быть в пределах 0,5--0,8 мм. Необходимо периодически осматривать зубчатые колеса в редукторе, проверять, нет ли трещин на приводном валу шестерни со стороны барабана лебедки. При обнаружении трещин вал шестерни надо немедленно заменить.

Гидродинамические тормоза буровых лебедок, используемые для ограничения скорости спуска бурильных и обсадных труб в скважину, представляют собой лопаточное гидравлическое устройство, состоящее из вращающегося ротора и неподвижного статора, рабочая полость которых заполнена жидкостью.

Гидродинамический тормоз действует подобно гидромуфте в тормозном режиме, при котором турбинное колесо заклинивается и скольжение становится равным 100 %. Величина тормозного момента зависит от диаметра и частоты вращения ротора и регулируется уровнем наполнения гидродинамического тормоза рабочей жидкостью. Механическая энергия, поглощаемая в процессе торможения, превращается в тепловую и вызывает нагрев рабочей жидкости и деталей гидродинамического тормоза Дальнейшее увеличение числа лопаток существенно не влияет на величину тормозного момента и приводит к неоправданному увеличению массы гидродинамического тормоза.

Статор состоит из двух симметричных частей, образующих корпус гидродинамического тормоза со стойками / для крепления к раме буровой лебедки. Выводной конец вала используется для сцепной муфты, соединяющей гидродинамический тормоз с подъемным валом буровой лебедки. Известны конструкции гидродинамических тормозов, в которых подшипники вала установлены на выносных опорах. Для увеличения проточных сечений тормоза часть лопаток ротора укорочена.

При повороте рукоятки эксцентрик с прорезью выдвигает шток 10 и открывает клапан сливного отверстия, на уровне которого холодильник и сообщающийся с ним тормоз заполняются водой. Нагретая вода поступает в холодильник через патрубок 2 и по патрубку 3 направляется в тормоз.

Ступенчатый регулятор уровня жидкости тормоза сверх установленного уровня, сливается через патрубок.

Уровень жидкости в холодильнике и тормозе регулируется углом наклона трубы, поворачиваемой рычагом. В зарубежных гидродинамических тормозах уровень жидкости регулируется встроенным в холодильник сливным дроссельным клапаном. Гидродинамический тормоз используется при спуске бурильных труб, когда вес колонны превышает 100--200 кН.

Бесступенчатый регулятор уровня жидкости в гидродинамическом тормозе необходимо отключать, так как действие его является отрицательным. При подъемных операциях работа гидродинамического тормоза вызывает излишние затраты мощности и износ уплотнений и подшипников вала ротора, что сокращает срок службы тормоза. Для сокращения времени, затрачиваемого на частые включения и отключения, подъемный вал лебедки соединяется с валом гидродинамического тормоза посредством сцепных муфт. Наиболее эффективна фрикционная муфта, позволяющая оперативно соединять тормоз с лебедкой при спусках бурильных свечей.

Список использованных источников

1. Алексеевский Г.В. Буровые установки Уралмаш завода. - М.: Недра.

2. Поляков, Буровые установки завода Баррикада.

3. Эфендиев Т.Х. Лопастные гидродинамические тормоза буровых лебедок. М.: Недра, 1980.

Размещено на Allbest.ru