Дослідження параметрів спільної роботи допоміжного та основного гальма бурової лебідки
Аналіз умов спільної роботи основного та допоміжного гальм
Гранична температура поверхонь тертя не повинна перевищувати 250-300ºС, оскільки при вищих температурах фрикційні властивості гальмівних колодок сильно погіршуються. При роботі лише одного стрічкового гальма різко зростає знос колодок і шківів (аварійні розриви), набагато збільшується зусилля оператора, яке необхідно прикладати до ручки стрічкового гальма, і в результаті спуск інструменту стає небезпечним, а час, що витрачається на нього в процесі буріння нафтових і газових свердловин, значно збільшується, що економічно не вигідно.
При спільній роботі стрічкового і гідродинамічного гальм знос колодок і шківів стрічкового гальма знижується до мінімуму і тим самим подовжується термін його служби. Процес спуску бурильного інструменту стає безпечним, створюються сприятливі умови роботи оператора і значно скорочується доля непродуктивного часу в процесі буріння. Застосування гідродинамічного гальма дозволяє виключити ударні навантаження і вібрації бурової установки в процесі спуску, в результаті подовжуються терміни служби і надійність установки в цілому.
Гідродинамічні гальма характеризуються зовнішніми параметрами: гальмівним моментом (потужністю, що поглинається), що розвивається, частотою обертання ротора, відносною масою і внутрішніми параметрами: напором і витратою рідини. Величина гальмівного моменту визначається формулою
|
|
|
MГ=(H∙Q∙γ)/ω. (4.1)
Потужність, що поглинається
N=MГ∙ω. (4.2)
Тут Н - напір, м; Q - витрата рідини, м3/с; γ - питома вага рідини кН/м3; w - кутова швидкість, с-1.
У сучасних гідродинамічних гальмах діаметр ротора перевищує 1,5 м, тому під час роботи в роторі виникають відцентрові сили, що досягають значних величин. Крім того при високій частоті обертання ротора розвивається великий гальмівний момент, що неприпустимо. У зв'язку з цим частоту обертання ротора обмежують, і вона є додатковим характеризуючим параметром. Зазвичай максимально допустима частота обертання ротора знаходиться в межах 350-700 хв.-1.
По мірі збільшення активного діаметру ротора допустима частота обертання його зменшується.
Коефіцієнт корисної дії гідродинамічного гальма відсутній. Для оцінки досконалості конструкції гальма приймається його відносна маса, яка є відношенням маси гальма до його гальмівного момента.
Спільна робота основного і допоміжного гальм при спуску навантаженого елеватора
З усіх підпроцесів СПО спуск завантаженого елеватора в найменшій мірі залежить від характеристик бурової установки: потужності приводу, кінематики, степені механізації і т. д.
|
|
|
Взаємодія органів управління при спуску завантаженого елеватора, в порівнянні з іншими підпроцесами, мінімальна. Режим управління визначається тільки характером використання стрічкового і допоміжного (зокрема, гідродинамічного) гальм лебідки. Проте відсутність обмежень з боку бурової установки, широка можливість варіювання параметрами процесу за допомогою гальм лебідки роблять його цілком залежним від суб'єктивних якостей бурильника. Усе це говорить про те, що з точки зору управління спуск завантаженого елеватора - найбільш складний і відповідальний процес.
Повним відображенням режиму спуску завантаженого елеватора є графік управління, що включає тахограму руху елеватора (барабанного валу лебідки), і графік положення стрічкового гальма.
Графіки управління, що мають переважаюче поширення на практиці, приведені на рисунку 4.1.
На рисунок 4.1, а представлена двохперіодна (трикутна) тахограма спуску завантаженого елеватора на довжину свічки. Такий режим спуску реалізується за допомогою стрічкового гальма, яке накладається тільки на ділянці уповільнення.
|
|
|
а – двохперіодна (стрічковим гальмом, яке накладається тільки на ділянці уповільнення);
б – трьохперіодна (стрічковим гальмом, яке накладається для зупинки системи та підтримки сталої швидкості руху υy.е.c=υс.mах);
в – трапецевидна (спільна робота гідродинамічного і стрічкового гальм; останнє накладається тільки на ділянці уповільнення)
Рисунок 4.1 - Різновиди тахограм спуску бурильної колони на довжину свічки
Приведений на рисунку 4.1, б режим спуску по трьохперіодній (трапецеїдальній) тахограмі реалізується теж за допомогою стрічкового гальма. Проте в цьому випадку гальмо накладається не лише для зупинки системи, але і для підтримки сталої швидкості руху υy.е.c=υс.mах.
Трапецеїдальна тахограма (рисунок 4.1, в) характеризується спільним використанням гідродинамічного і стрічкового гальм, причому останній накладається тільки на ділянці уповільнення.
Для розгляду найбільш загальних закономірностей спуску завантаженого елеватора можна допустити деяке спрощення форми фактичних тахограм, вважаючи, що їх елементи є прямими лініями.
Трикутна тахограма (рисунок 4.1, а) має два періоди руху елеватора. У 1-й період елеватор під дією ваги колони з прискоренням ар.е.с розганяється до максимальної швидкості υс.mах. У 2-й період внаслідок накладення стрічкового гальма відбувається його зупинка з уповільненням аз.е.с.
|
|
|
При режимі спуску по трапецеїдальній тахограмі (рисунок 4.1, б, в) існують три періоди руху елеватора. У 1-й період відбувається його розгін з прискоренням ар.е.с, в другий - рух з постійною швидкістю υy.е.c=υс.mах, в третій - зупинка з уповільненням аз.е.с. Таким чином, при будь-якому виді тахограми режим спуску завантаженого елеватора визначається максимальною швидкістю спуску і значеннями ар.е.с і аз.е.с, що характеризують інтенсивність розгону і гальмування
, (4.3)
З виразу (4.3) видно, що в процесі оперативного управління бурильник не може чинити вплив на діюче значення прискорення розгону ар.е.с. Його значення залежить від поточної ваги колони Q, типу лебідки Iб.в, талевой системи i. ηT, типу свердловини Ксв, характеристики гідрогальма КГТ.
Це дає основу вважати, що керованими параметрами процесу спуску завантаженого елеватора на довжину свічки є тільки максимальна швидкість спуску υс.mах=υy.е.c і інтенсивність гальмування аз.е.с.
Різні співвідношення цих двох керованих параметрів визначають кінець кінцем ефективність операції, яка характеризується витратами часу; режимом експлуатації устаткування; мірою задоволення технологічним вимогам; фізичним завантаженням бурильника.
Розробка раціонального режиму спуску завантаженого елеватора вимагає комплексного обліку усіх вказаних чинників. Проте для вирішення цього завдання необхідно знати закономірності впливу керованих параметрів на кожного з відмічених основних, показників процесу.
Розглянемо розподіл роботи між стрічковим і гідравлічним гальмами при спуску завантаженого елеватора на довжину свічки.
Розглянемо виведення основних співвідношень, що дозволяють розглядати об'єм роботи гальм при спуску завантаженого елеватора на довжину свічки, як функцію керованих параметрів процесу υy.е.c(ωу.е.с) і аз.е.с(εз.е.c).
Отримані проміжні залежності також можуть представити практичний інтерес. Рівняння динамічної рівноваги при спуску завантаженого елеватора має вигляд
МСТ–МГ–МЛ=Іб.в × 
, (4.4)
де МСТ - статичний момент на барабанному валу лебідки від ваги бурильної колони; МГ - гальмівний момент гідрогальма; МЛ - гальмівний момент стрічкового гальма; Іб.в - момент інерції барабанного валу лебідки і приведених до нього мас; ω - кутове прискорення (уповільнення) барабанного валу лебідки.
Розглядаючи рівняння (4.4), можна дійти висновку, що в процесі оперативного управління бурильник може впливати на характер протікання процесу тільки за рахунок зміни значень МГ і МЛ. В результаті міняється форма тахограми процесу, тобто закон зниження швидкості системи від сталого значення до нуля.
Аналіз великого числа фактичних тахограм показав [21], що усе різноманіття режимів спуску завантаженого елеватора при спільному використанні гальм може бути зведене до трьох типів, приведених на рисунку 4.2, а, б, в, які відрізняються характером зміни моменту стрічкового гальма (крива 1) і, отже, формою тахограми на ділянці уповільнення (крива 2).
а – тахограма І-го типу; б – тахограма ІІ-го типу; в – тахограма ІІІ-го типу
1 – крива зміни моменту стрічкого гальма;
2 – форма тахограми на ділянці уповільнення
Рисунок 4.2 - Осцилограми характерних режимів управління процесом зупинки завантаженого елеватора при спуску бурильної колони
Тахограма на рисунку 4.2, а (1 тип) характеризується лінійним законом зниження швидкості на ділянці уповільнення, тобто
ωІ=ωу.е.с × 
, (4.5)
де ωІ і t - поточні значення швидкості і часу на ділянці уповільнення.
У тахограмах II типу (рисунок 4.2, б) зміна ω на ділянці уповільнення наслідує косинусоїдальний закон і може бути апроксимоване рівнянням [21]
ωIІ=ωу.е.с ×cos2 
× 
, (4.6)
Проведений аналіз показав, що тахограми уповільнення III типу (рисунок 4.2, в) в загальному випадку описуються рівнянням
МТ.З=МСТ–Іб.в × . (4.7)
Форма тахограми на ділянці уповільнення визначається кінець кінцем діючим значенням сумарного гальмівного моменту МТ.З=МЛ+МГ, який, відповідно до рівняння (4.4), має вигляд
МТ.З=МСТ–Іб.в × 
. (4.8)
Використовуючи вирази (4.4)-(4.8), можна отримати закономірності, що відбивають зміну основних параметрів режиму гальмування в часі стосовно трьох типів тахограм, зокрема: прискорення ε, сумарного гальмівного моменту МТ.З, моментів, що створюються стрічковим МЛ і гідродинамічним МГ гальмами, сумарної роботи гальм АТ.З, роботи, що поглинається стрічковим АЛ.З і гідродинамічним АГ.З гальмами.
Дата добавления: 2019-01-14; просмотров: 202; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!