Введение к работе
Актуальность проблема Буровые установки как один из видов горных машин, применяют для решения специфических задач горной и ряда других отраслей промышленности в различных гео-дого-технических условиях.
Усложняющиеся условия бурения - увеличение глубин скважин, повышение пластовых давлений, разведка и освоение новых труднодоступных месторождений обусловливают применение более совершенного оборудования и технологии бурения, рост единичной мощности агрегатов буровых установок. Это привело к созданию буровой техники со следующими показателями : допускаемая нагрузка на крюке 4000-5000 кН, глубина бурения 6500-15000 ы, мощность привода-буровой установки 3000-4000 кВт, мощность буровых насосов 950-1250 кВт, давление буровых насосов 32-40 МПа.
Буровой насос с приводом - буровой насосный агрегат (БНА) является одним из важнейших агрегатов буровой- установки и основнім потребителем энергии (70-80 %). Его надежная работа в решающей степени определяет эффективность процесса бурения и способствует безаварийной и долговечной работе отдельных узлов, бурового оборудования и сохранении ствола скважины."- Буровые насосы производства Уралмашзавода имеют приводную мощность 600-1250 кВт. Потери при передаче таких мощностей в случае нерационального выбора параметров трансмиссии могут достигать 8-10 %1и их уменьшение является актуальной задачей. Для передачи мощности на трансмиссионный вал буровых насосов используют в основном кдиноремешше трансмиссии.
Повышение мощностей приводимого бурового оборудования, требования по увеличению надежности, снитению металлоемкости и габаритных размеров, особенно для морских буровых установок, уменьшению потерь выдвигают задачу создания более совершенных передач буровых установок, удовлетворяющих этим условиьы.
Наиболее перспективным направлением в решении этой задачи является использование в приводе буровых насосов новых прогрессивных конструкций трансмиссий с узкими клиновыми ремнями (УКР).
Применение трансмиссий с УКР вместо трансмиссий с ремнями нормальных сечений (НКР) в приводе буровых насосов, наметившееся за рубежом, позволило уменьшить габариты и вес передач и повысить их эффективность.
В отечественных буровых насосных агрегатах трансмиссии с УКР не применялась. Для их внедрения необходим сравнительный анализ работоспособности передач с УКР и НКР применительно к приводу буровых насосов с учетом его специфики.
Специфическими чертами клиноременных передач (КРП) буровых насосных агрегатов, отличающими их от общепромышленных передач, являются :
большие передаваемые мощности (600-1250 кВт);
большие натяжения ремней (2-5 кН);
относительно большое количество ремней в передаче (16-24 шт.)*,
динамический характер нагрузок.
Следует отметить, что такие моыдости цепи отечественного изготовления передавать ке могут. Применение НКР приводит к неоправданно большим габаритам передач.
Таким образом, совершенствование трансмиссий БИЛ на основе использования передач с УКР является актуальным и перспективным направлением горного машностроения.
Дедь работы : исследование основных характеристик трансмиссий БНА с узкими клиновими ремнями для определения возможности их применения в приводе буровых насосов и получение объективной информации для их правильного проектирования и эксплуатации.
Идея работы : уменьшение веса и габаритов, а также повышение эффективности клиноременных трансмиссий БНЛ за счет использования передач с ремпями узкого сечения вместо передач с ремнями нормального сечения.
Научная новизна работы. Впервые проведены теоретические и экспериментальные исследования характеристик тяжелонагружениых КРП (скольжения, КПД, передаваемой мощности, долговечности) и установлены их зависимости от конструктивных и эксплуатационных параметров при нагрузках, соответствующих работе в буровых установках и в более вироком их диапазоне.
Установлены закономерности изменения скольжения и КПД передач с увеличением числа ремней.
Впервые определены тяговые характеристики КРП привода бу-
рового насоса УНБТ-950 и оценен запас ее тяговой способности.
Впервые получены уравнения выносливости ремней больших сечений в вероятностном аспекте.
Определена возможность и эффективность использования передач с узкими клиновыми ремнями в приводе буровых насосов.
Представлена методика расчета КРП буровых установок, усовершенствованная на основе результатов теоретических и экспериментальных исследования. Расчет по методике проводится по экспериментальным уравнениям выносливости ремней с учетом их упругих свойств. Методика реализована программой расчета на ЭВМ и позволяет оперативно проводить многовариантный расчет КЖ Методика также позволяет оценить тяговую способность проектируемых передач.
Разработана методика определения остаточного ресурса многоручьевых клиноременных передач, учитывающая специфику привода буровых насосов; показана путем апробации возможность ее практического применения.
Достоверность результатов обеспечивается :
корректным использованием математического аппарата и апробированных научных методов исследования ;
применением современных методов экспериментальных исследований и регистрирующей аппаратуры ;
проверкой полученных результатов на реальных объектах.
Научное значение работы состоит в установлении зависимостей основных характеристик работоспособности клиноременных передач от их конструктивных и эксплуатационных параметров, заключающихся в том, что получены аналитические выражения и графические зависимости передаваемой моїцности от диаметра шкивов, скорости, натяжения и количества ремней, КПД - от натяжения и количества ремней, долговечности - от напряжений в ремне.
Практиче.кое значение работы состоит :
в разработке и реализации методов и средств исследования характеристик КРП, создающих нагрузки, адекватный реальь~ш ;
в разработке методики расчета клиноременных передач буровых . установок и методики оценки остаточного ресурса многоручьевых клиноременных передач ;
в определении возможности и эффективности ^пользования передач с узкими клиновыми ремнями в приводе тяжелых буровых
- 4 -насосов, что позволит осуществить перевод всех клиноременных трансмиссий БНА на новый тип приводных ремней.
Реализация результатов работы. Результаты исследования внедрены в НИИтяжмаш Уралмашзавода при разработке методики расчета клиноременных передач бурових установок , при проектировании бурового насосного агрегата буровой установки ППБУ-6500/300 "Север" и практически реализованы в конструкции клиноременяой передачи привода буровых насосов УКВТ-950 буровой установки БУ 6500 ЭУМ.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсувдены на научно-технических конференциях молодых специалистов "Проблемы качества и совершенствования оборудования тяжелого, энергетического, транспортного и химического мапиностроения" (Свердловск,1988) и "Проблемы качества и совершенствования тяжелого машиностроения" (Свердловск,1990); на секции нефтебуровых установок научно-технического совета НИИтяжмаш Уралмашзавода (Свердловск,1988-1991).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 работ.
Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и основных выводов, изложенных на 213 страницах машинописного текста, содержит 57 рисунков, гг таблицы, список ислользованнной литературы из 96 наименований и 4 приложения.