Материал: Система пневмоуправления буровой установки

.9 Клапанные краны

Клапанные краны применяют в системе пневмоуправления буровой установки. Они являются воздухораспределительными устройствами и служат для оперативного управления шинно-пневматическими муфтами (ШПМ) и пневмоцилиндрами. В буровых установках применяют проходные двух и четырёх клапанные краны.

Двухклапанный служит для оперативного управления ШПМ и цилиндрами. При повороте рукоятки эксцентрик давит на шток, который перемещается вниз и отжимает клапан от седла. Воздух из коллектора пульта управления через соединённое отверстие поступает к исполнительному механизму, при повороте рукоятки в исходное положение, шток и клапан пружинами возвращается обратно. Клапан прижимается к седлу, разъединяет отверстия, а шток, отходя от клапана, соединяет отверстия; воздух от исполнительного отверстия уходит в атмосферу.

Четырёхклапанный кран предназначен для управления двумя ШПМ лебёдки и блокировки одновременного их включения. Четырёхклапанный кран состоит из двух двухклапанных кранов, объединённых в одном корпусе и управляющихся одной рукояткой. Среднее положение рукоятки - нейтральное положение, при котором оба клапана закрыты. При переводе рукоятки в одно из крайних положений включается одна из секций крана, работа секций аналогичная работе двухклапанного крана. На рисунке 10 изображен проходной одноклапанный кран.

- корпус; 2 - головка; 3 - эксцентрик; 4 - рукоятка; 5 - клапан; 6 - винты; 7 - шток; 8 - втулка; 9 - пружина; 10 - штуцер

Рисунок 10 - Проходной одноклапанный кран

.10 Пневматические кнопки

Пневматические кнопки предназначены для сброса влаги из масловлагоотделителя и сброса давления из тормозного цилиндра лебедки.

Воздух поступает в корпус через отверстие А. При нажатии на кнопку шток перемещается вниз, отверстие А соединяется с отверстием Б, и воздух поступает в устройство для сброса конденсата масловлагоотделителя. В исходное положение шток возвращается пружиной. На рисунке 11 представлена пневматическая кнопка.

- кнопка; 2 - шток; 3 - корпус; 4 - крышка; 5 - пружина

Рисунок 11 - Пневматическая кнопка

.11 Пульты управления

Пульт бурильщика

Пульт бурильщика устанавливается на вышечном блоке около рукоятки тормоза. На оперативной панели расположены краны управления муфтами барабанного вала лебедки, электромагнитного и аварийного тормоза, силовыми агрегатами. На неоперативной панели установлены краны переключения скоростей лебедки, управления вспомогательного привода, ротора, компрессора с механическим приводом, пневмораскрепителя. Внизу корпуса установлен педальный кран клиньев ротора. На панели вспомогательных устройств расположены кнопки для сброса конденсата из масловлагоотделителя, для выпуска воздуха из цилиндра тормоза лебедки. На панели показывающих приборов установлены манометры общей сети пневмосистемы, тормозной системы, термометр охладителя вспомогательного тормоза и др.

Пульт насосов

Пульт насосов устанавливают на насосном блоке. На пульте размещены краны управления муфтами насосов, посты управления подпорными насосами и системы смазки, кран управления дроссельно-запорным устройством, сигнальные лампы.

Пульт компрессоров

Пульт компрессоров предназначен для управления компрессорами, влагоотделителем, охладителем. Имеется также переключатель для подогрева масла в картерах компрессоров перед запуском. Пульт устанавливается на компрессорном блоке, вблизи компрессоров. Пульты управления подключаются к исполнительным механизмам и к общей пневматической системе буровых установок трубопроводами при помощи быстроразъемных соединений.

.12 Шинно-пневматические муфты (ШПМ)

Шинно-пневматические муфты предназначены для соединения и разобщения, как на ходу, так и во время остановок вращающихся валов трансмиссий буровых установок. На рисунке 12 изображена шинно-пневматическая муфта.

- обод; 2 - гайка; 3 - ниппель; 4 - резиновый баллон; 5 - шпильки; 6 - колодки; 7 - фрикционные накладки; 8 - наружный слой резины; 9 - обкладка из корда; 10 - внутренняя резиновая камера; 11 - металлические планки; 12 - винты

Рисунок 12 - Шинно-пневматическая муфта

Муфты обеспечивают возможность дистанционного включения механизма, смягчения ударов при включении и при работе и компенсируют небольшие перекосы и несоосности соединяемых валов, допущенных при монтаже.

ШПМ являются гибкими сцепными фрикционными муфтами обжимного типа со съемными резиновыми баллонами.

При поступлении воздуха в баллон он расширяется и прижимает фрикционные накладки к шкиву. Происходит сцепление ведущего вала с ведомым.

.13 Конечный выключатель (противозатаскиватель)

- груз; 2 - трос; 3 - паровая рубашка; 4 - клапанный кран; 5 - корпус

Рисунок 13 - Конечный выключатель

Груз крана удерживается в верхнем положении тросом 2, протянутым по одной мачте вышки и на расстоянии 6…7 м от кронблока прикрепленным к другой мачте вышки между струнами талевого каната. К рычагу крана трос крепят при помощи карабина и шплинта. В верхнем положении рычага кран противозатаскивателя должен быть закрыт. При подъеме талевого блока выше установленного троса выдергивается шплинт из проушины рычага, груз опускается вниз и включает кран. Происходит одновременное отключение шинно-пневматической муфты привода барабана лебедки и его торможение.

3. РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

пневмоуправление буровая установка

3.1 Расчет диаметра пневмоцилиндра

Исходные данные:

 2300 кН наибольшая нагрузка на крюке от веса наиболее тяжелой бурильной колонны (вес бурильной колонны в воздухе);

          0,9 м (расчетный диаметр барабана лебедки);

120 кН (вес подвижных частей талевой системы);

0,825 (КПД талевой системы);

12 (число подвижных струн талевой системы);

1м/с (максимальная скорость спуска колонны в момент начала торможения);

3 с (время торможения спускаемой колонны);

1,85 кН·м (приведенный к расчетному диаметру барабана момент инерции вращающихся масс подъемного вала и элементов талевой системы при спуске колонны);

1,45 м (диаметр тормозного шкива);

600 кН/ (давление в пневмосистеме);

 0,3 м/ (замедление колонны при спуске);

310° (угол обхвата шкива лентой);

5,09;

1,2 (коэффициент запаса торможения);

0,6;

23° (угол между направлением усилия в шатуне и усилием в сбегающем конце ленты);

0,04 м (длина шатуна);

0,128 м (длина рычага, соединяющего шток пневмоцилиндра с тормозным валом).

Схема пневмоцилиндра представлена на рисунке 14.

Рисунок 14 - Схема пневмоцилиндра

Диаметр пневмоцилиндра можно определить, исходя из условия формулы:

,  (1)

где  - необходимое усилие на штоке пневмоцилиндра, кН;

 - усилие на штоке, которое может развить пневмоцилиндр, кН.

Расписав формулу (1), получим:

.  (2)

Из формулы (2) выразим :

, (3)

где  - усилие в шатуне, кН;

 - длина шатуна, м;

 - давление в пневмосистеме, кН/;

 - длина рычага, соединяющего шток пневмоцилиндра с тормозным валом, м.

Натяжение ходового конца каната определяется по формуле:

, (4)

где - наибольшая нагрузка на крюке от веса наиболее тяжелой бурильной колонны (вес бурильной колонны в воздухе), кН;

 - вес подвижных частей талевой системы, кН;

 - КПД талевой системы;

 - число подвижных струн талевой системы.

кН.

Натяжение ходового конца каната при спуске колонны определяется по формуле:

.  (5)

кН.

Статический момент на барабане лебёдки определяется по формуле:

,  (6)

где  - расчетный диаметр барабана лебедки, м.

 кН·м.

Динамические моменты определяются по формулам:

,  (7)

где  - динамический момент на барабане лебедки от натяжения ходового конца каната при торможении вращающихся масс подъемного вала и талевой системы;

 - максимальная скорость спуска колонны в момент начала торможения, м/с;

 - время торможения спускаемой колонны, с;

 - ускорение свободного падения, м/.

 кН·м.

, (8)

где  - динамический момент на барабане лебедки от дополнительного натяжения ходового конца каната при торможении поступательно движущихся масс колонны и талевой системы;

 - приведенный к расчетному диаметру барабана момент инерции вращающихся масс подъемного вала и элементов талевой системы при спуске колонны, кН·м;

 - замедление колонны при спуске, м/.

 кН·м.

Момент, необходимый для остановки колонны определяется по формуле:

,  (8)

где  - коэффициент запаса торможения.

Окружное усилие на каждом из двух тормозных шкивов определяется по формуле:

,  (9)

где  - диаметр тормозного шкива, м.

 кН.

Натяжение сбегающего конца ленты определяется по формуле:

, (10)

где - основание натурального логарифма, е = 2,718;

 - коэффициент трения пары «колодка - тормозной шкив» (ретинакс ФК-24А - сталь),  = 0,3...0,5. Чем больше , тем лучше условия работы, меньше все усилия;

 - угол обхвата шкива лентой, рад, = 290° - 330°.

 кН.

Усилие в шатуне определяется по формуле:

,  (11)

где  - угол между направлением усилия в шатуне и усилием в сбегающем конце ленты, градусов, (= 23...25°).

 кН.

Диаметр пневмоцилиндра определяется по формуле (3):

м.

Исходя из расчетных данных, принимаем стандартное значение диаметра пневмоцилиндра  м.

4. ЭКСПЛУАТАЦИЯ И РЕМОНТ СИСТЕМЫ ПНЕВМОУПРАВЛЕНИЯ БУРОВОЙ УСТАНОВКОЙ

Рассмотрим возможные неисправности при эксплуатации пневматической системы управления и способы их устранения

Таблица 1 - Возможные неисправности пневматической системы управления и способы их устранения