Силовий привід бурової установки

Винахід відноситься до гірничої галузі для буріння роторним способом глибоких свердловин на нафту і газ буровими верстатами, які мають єдиний силовий привод бурової лебідки і ротора. Сучасний технічний рівень будівництва нафтових свердловин в межах СНД базується на широкому використанні бурових установок, які для управління лебідкою і ротором використовують сумісний силовий привод. Такий привод виготовляється у двох видах: електричний і дизельний. Електричний силовий привод має два виконання: в першому - в якості основного двигуна використовується синхронній електродвигун, в др угому використовуються два асинхронних електродвигуна великої потужності. Дизельний силовий привод використовує в якості основних двигунів - двигуни внутрішнього згорання (сирої нафти, природного газу, дизельного пального) великої потужності. Силовий привід складається з основного (електричного або дизельного) і додаткового (дизель-електричного) приводів. Кожен привід складається з енергоустановки живлення регуляторів і самих регуляторів. Регулятори основного приводу складають таку кінематичну схему: двигун, шина-пневматична муфта зв'язку двигуна з механічним регулятором швидкості, який з'єднується з лебідкою силовим і швидкісним карданними валами, зубчаста передача включення-виключення додаткового приводу, яка розташована на вхідному валу механічного регулятора швидкості. Регулятори додаткового приводу складають наступну кінематичну схему: двигун, який з'єднується зубчастою передачею включення-виключення з механічним регулятором швидкості. В обох видах виконання силових приводів в складі основного приводу використовується однаковий механічний регулятор швидкості, який має п'ять ступенів швидкості обертання карданних валів лебідки прямого ходу і одну ступень зворотного для ротора. Енергоустановки силового привода здійснюють живлення двигунів основного і додаткового привідів відповідною постійною напругою змінного струму. Силовий привід працює в двох режимах: основному і додатковому (аварійному). Основний режим роботи здійснюється від двигунів великої потужності (два електричних, або три дизельних). Регулювання швидкості обертання ротора і підіймального валу лебідки виконується механічним регулятором швидкості, який має чотири фіксовані ступені швидкості обертання силового карданного вала лебідки. Додатковий режим роботи здійснюється від резервної дизель-електричної енергоустановки малої потужності, коли виникає аварійна ситуація в роботі основного приводу [1]. Наведений силовий привід бурової установки, обраний як прототип, має низькі коефіцієнти використання встановленої потужності і корисної дії при регулюванні швидкості обертання ротора і підіймального вала лебідки. Цьому сприяє складний кінематичний зв'язок між основними двигунами і лебідкою, основними елементами якого є шино-пневматична муфта і чотирьох ступінчастий механічний регулятор швидкості. Механічна система управління таким регулятором потребує зупинки привода відключенням шино-пневматичної муфти, великих фізичних навантажень бурильника при переключенні швидкостей регулятора. Конструкція такого регулятора швидкості має шість прямо-зубчастих передач, які приводять до значних енергетичних втрат і витрат мастильних матеріалів під час його роботи, що знижує коефіцієнт корисної дії привода і ефективне використання встановленої потужності і створює підвищений шум і вібрацію на буровому майданчику, та ін. В основу винаходу поставлено задачу підвищити ефективність використання встановленої потужності енергоустановки і коефіцієнт корисної дії силового приводу при його роботі в основному і додатковому режимах роботи шляхом удосконалити конструкцію силового привода зміною кінематичних зв'язків між основним двигуном і лебідкою, а також між додатковим приводом і основним. Поставлена задача вирішується тим, що в силовому приводі бурової установки, який включає основний привід, що складається з енергоустановки, двигуна і зв'язаного з ним через муфту з'єднання механічного регулятора швидкості, і додатковий привід, що складається з енергоустановки, двигуна і додатковий привід, що склабається з енергоустановки, двигуна і редуктора, зв'язаного з механічним регулятором швидкості, згідно винаходу, в основному приводі енергоустановка і двигун обрані з плавним регулюванням потужності, зокрема, двигун з підвищеним обертовим моментом, який зв'язаний з механічним регулятором швидкості, виконаним як одноступінчастий редуктор, муфтою з'єднання постійного зачеплення, при цьому, зв'язок редуктора додаткового приводу з механічним регулятором швидкості здійснюється за допомогою муфти включення-виключення, встановленої на вхідному валу механічного регулятора швидкості. Дана конструкція силового привода дозволяє здійснити прямий зв'язок основного двигуна з лебідкою і тим самим усунути енергетичні витрати, які виникали в кінематичних передачах п'яти ступінчастого механічного регулятора швидкості. Запропонована схема силового приводу зображена на кресленні, де зображені основний привід: плавнорегульована енергоустановка 1, плавнорегульований двигун 2 з підвищеним обертовим моментом, муфта з'єднання 3 постійного зачеплення, муфта включення-виключення 4, механічний регулятор швидкості одноступінчастий редуктор 5, силовий карданний вал лебідки 11, швидкісний карданний вал лебідки 12, і додатковий привід: редуктор 6 додаткового приводу, муфта 7 з електромеханічними гальмами 8, двигун 9, енергоустановка 10. Запропонований силовий привід працює в дво х режимах: основному і додатковому (аварійному). В основному режимі силовий привід працює наступним чином: енергоустановка 1 плавно регулює вихідн у потужність, яка передається двигуну 2, вал якого через муфту з'єднання 3 транзитом без втрат передає за допомогою редуктора 5 цю потужність силовому карданному валу 11 і швидкісному карданному валу 12 одночасно. Муфта включеннявиключення 4 відключена. В додатковому режимі силовий привід працює при виникненні аварійної ситуації в роботі основного приводу, тоді: енергоустановка 1 виключається, а енергоустановка 10 включається і здійснює живлення двигуна 9, який через муфту 7 і редуктор 6 через включену муфту включення-виключення 4 передає потужність включеної енергоустановки силовому карданному валу лебідки 11 і швидкісному карданному валу 12 одночасно. Запропонована конструкція силового привода дозволяє: підвищити ефективність використання встановленої потужності енергоустановки і коефіцієнт корисної дії передачі енергії від основного двигуна до лебідки і ротора, здійснювати гальмування барабану лебідки при спуску бурильного інструменту у свердловину за рахунок використання двигуна з підвищеним обертовим моментом, контролювати оберти і обертовий момент ротора, при незмінній потужності енергоустановки додаткового приводу вдвічі підвищити швидкість підіймання бурильної колони із свердловини. Джерела інформації 1. Алексеевский В.Г. Буровые установки Уралмашзавода. – М.: Недра, 1981г., с.309.