Расчет шпиндельной секции

Расчет соединения ротора и выходного вала

Исходными данными для расчёта являются i, е, Р, М, n. Осуществляется по формулам, изложенным в [Балденко].

Производят на основе известных методов конструирования забойных двигателей. Исходными данными для расчёта являются: F₀, М, n.

2. 6. Выбор компоновки двигателя.

После выбора параметров и расчёта основных узлов двигателя выполняют чертежи его общего вида и определяют габаритную длину ВЗД и длину шпинделя. Если они превышают заданные допускаемые значения, то производят корректировку геометрии РО (уменьшают шаги РО) или конструктивные изменения других узлов (размещение гибкого вала в расточке ротора, уменьшение длины торсиона или подшипников и т.д.), направленных на уменьшение осевых габаритов ВЗД.

Лекция № 24

ЭЛЕКТРОБУРЫ

Литература: Фоменко Ф.Н. Бурение скважин электробуром. – М.: Недра, 1974. – 272 с.

Электробур состоит из асинхронного заполненного маслом электродвигателя с короткозамкнутым ротором и заполненного маслом шпинделя с мощными упорными и радиальными подшипниками. Конструкция электробура приведена на рисунке 24.1.

Корпусы двигателя и шпинделя соединяются с помощью конических резьб. Вращающий момент двигателя передается на вал шпинделя через зубчатую муфту.

Основными частями двигателя являются статор и ротор. В корпусе статора запрессованы 11…13 пакетов из магнитопроводных листов. Между ними расположены короткие пакеты из немагнитопроводного материала. Они служат опорой для подшипников ротора.

Ротор двигателя состоит из секций с короткозамкнутыми клетками. Последние выполнены путем заливки алюминия в пазы пакетов магнитопроводных листов или сварены из медных стержней, заложенных в пазы, и короткозамыкающих колец. Секции насажены на полый вал и предохранены от проворота шпонками.

В промежутках между секциями ротора установлены радиальные подшипники, которые наружной обоймой опираются на немагнитопроводные пакеты статора. Через центральное отверстие в валу проходит буровой раствор, который поглощает значительную часть тепла ротора.

В верхней части электробур заканчивается шейкой под элеватор. В корпусе расположен компенсатор, в котором содержится запас масла для компенсации утечек через уплотнения и создания избыточного давления в полости двигателя. Избыточное давление создается пружиной, действующей на поршень.

Рис. 24.1 – Конструкция электробура

1 – кабельный ввод; 2 – переводник; 3 –диафрагма компенсатора;

4 – поршень компенсатора; 5 – пружина; 6 – цилиндр компенсатора;

7 – верхний корпус статора; 8 – верхний сальник; 9 – верхний клапан;

10 – верхняя обмотка статора; 11 – вал двигателя; 12 – пакет магнитопровода; 13 – корпус статора; 14 – немагнитопроводный пакет; 15 – подшипник

двигателя; 16 – секция ротора; 17 – нижняя обмотка статора; 18 – нижний подшипник; 19 – нижний сальник; 20 – клапан; 21 – нижний корпус статора; 22 – корпус шпинделя; 23 – втулка; 24 – зубчатая муфта; 25 – клапан;

26 – верхний подшипник; 27 – упорный подшипник; 28, 29 – обоймы распределителя осевой нагрузки; 30 – поршень компенсатора; 31 – пружина

компенсатора; 32 – нижний подшипник; 33 – пробка; 34 – сальник шпинделя; 35 – вал шпинделя; 36 – переводник на долото.

Компенсаторы в электробуре содержат запас масла, необходимый для пополнения полости электробура при работе; дают возможность маслу расширяться или сокращаться в объеме, не допуская чрезмерных противодавлений в защищаемой полости.

Основные схемы конструкций поршневых компенсаторов элек­тробуров представлены на рис. 24.2.

Компенсаторы с поршнем могут быть изготовлены в одном (рис. 24.2, б) и в 2-х концентрических цилиндрах (рис. 24.2, а).

Пружинный компенсатор закрытого типа отличается тем, что масло двигателя отделено от бурового раствора не только поршнем 4, но и резиновой диафрагмой 8 (рис. 24.2, в).

Рис. 24.2 – Схемы поршневых компенсаторов

1, 2 – соответственно наружный и внутренний цилиндры; 3 – пружина;

4 – поршень; 5, 6 – уплотнительные резиновые кольца; 7 – перепускное

отверстие (канавка); 8 – резиновая диафрагма; 9 – клапан

Избыток давления создается пружиной 3. Поршень с цилиндром уплотняются круглым резиновым кольцом 5.

Компенсаторы верхнего и нижнего сальников двигателя заполняют машинным маслом в процессе их сборки после удаления воздуха.

Шпиндель электробура служит для передачи на долото осевой нагрузки, создаваемой весом двигателя и утяжеленных труб.

Осевую нагрузку, передаваемую на долото, воспринимает многорядная

пята из упорных подшипников с резиновыми подушками.

Шпиндель после присоединения к двигателю заполняют авиационным маслом через клапан, расположенный в верхней части шпинделя. Объем компенсаторов составляет 3…4 л. Добавлять масло в двигатель можно на буровой при смене долота.

В ниппеле переводника под элеватор размещен контактный стержень кабельного ввода, который при навинчивании на электробур погружного контактора присоединяется к кабельной системе.

!!! Питание электробура осуществляется по системе «два провода – бурильные трубы» (рис. 24.3).

Контактная муфта бурильных труб представляет собой резиновое тело, в котором завулканизированы медные контактные кольца с шинками (рис.23.4), Контактный стержень состоит также из резины, контактных колец и шинок (рис.23.5), к которым припаиваются жилы кабеля.

Компоновка бурильного инструмента и схема питания по системе два провода – трубы (ДПТ) показаны на рис. 24.6.

Нижний конец колонны бурильных труб подсоединяется с по­мощью погружного контактора к одной из фаз обмотки статора электробура.

Погружной контактор (рис. 24.7) смонтирован в корпусе 1, в котором на опорах 3 и 7 установлен маслонаполненный контейнер 6 с электромагнитным механизмом 5. Подвижные контакты заземлены, неподвижные изолированы от корпуса и соединены с третьим кольцом 3-х контактной муфты кабельного ввода 8.

Токоприемник предназначен для ввода кабеля внутрь бурильной колонны и создания непрерывной электрической цепи, как при вра­щающейся, так и при неподвижной бурильной колонне.

Токоприемник (рис. 24.8) состоит из полого ствола 1 со смонтированными на нем токоприемными контактными кольцами 2 и кабельным вводом 4, корпуса 3 с токоподводящим устройством, осуществляющим при помощи щеток 6 непрерывный контакт с контактными кольцами, которые установлены на изоляторах. К двум контактным кольцам посредством наконечников присоединяют концы двух проводов кабельного ввода. Третье кольцо заземляется на ствол токоприёмника.

Токоприемник электробура монтируется непосредственно под вертлюгом. К щеткам контактных колец токоприемника с помощью линейного контактора подключается напряжение от вторичной обмотки силового трансформатора (сеть). К двум контактным кольцам подсоединены провода двухжильного кабеля токоподвода.

Источником питания электробура служит трансформатор типа ТМТБ-560/6. Для питания электробуров при бурении разведочных скважин используются дизель-электрические установки, состоящие из синхронного генератора СГ4 1352-6, приводимого в движение спаренными дизелями В2-450.

Для снижения скорости вращения долота и повышения вращающего момента на выходном валу в современных электробурах применяются редукторы-вставки, устанавливаемые между двигателем и шпинделем (рис. 24.9).

Редуктор-вставка присоединяется к двигателю и шпинделю с помощью корпусных конических резьб. Входной вал редуктора 4 присоединяется к валу двигателя с помощью соединительной зубчатой муфты 1, а ведомый выходной вал 8 – с помощью такой же муфты 9 к валу шпинделя.

Рис. 24.3 – Бурильная труба с двухпроводной кабельной секцией

1 – бурильная труба; 2 – ниппель замка; 3 – муфта замка; 4 – двухжильный шланговый кабель; 5 – двухконтактный стержень; 6 – двухконтактная муфта; 7 – сухарь; 8 – опора стержня; 9 – опора муфты

Рис. 24.4 – Двухконтактная муфта.

Рис. 24.5 – Двухконтактный стержень.

Рис. 24.6 – Компоновка бурильного инструмента и схема питания

1 – вертлюг; 2 – токоприемник; 3 – ведущая труба; 4 – обратный клапан;

5 – бурильные трубы; 6 – УБТ; 7 – погружной контактор; 8 – электробур;

9 – долото

ДПТ с погружным контактором

Рис. 24.7 – Погружной электромагнитный контактор

1 – внешний корпус; 2 – двухконтактный стержень кабельного ввода;

3, 7 – опоры; 4 – компенсатор; 5 – электромагнитный механизм;

6 – маслонаполненный контейнер; 8 – трехконтакткая муфта

кабельного ввода.

Рис. 24.8 – Токоприемник электробура.

1 – полый ствол; 2 – контактные кольца; 3 – корпус; 4 – кабельный ввод;

5 – кабель; 6 – щётки

Рис. 24.9 – Редуктор-вставка

1 – соединительная муфта; 2 – верхний сальник; 3 – компенсатор;

4 – входной вал редуктора; 5 – водило; 6 – неподвижная шестерня;

7 – нижний сальник; 8 – ведомый вал; 9 – соединительная муфта.

Валы редуктора 8 и 4, вращающиеся с различной скоростью, герметизируются между собой торцовыми уплотнениями 2.

В верхней части со стороны двигателя редуктор-вставка не имеет уплотнений. В нижней части со стороны шпинделя редуктор-вставка герметизируется торцовым уплотнением 7.

Пример обозначения электробуров: Э290-10; Э215-8М; Э164-8МР.

Э – электробур, 1-я цифра – наружный диаметр, 2-я – номер модели; М – модернизированный; Р – с редуктором-вставкой.

Скорости вращения без редукторов 455…685 с редукторами – 145…220 об/мин.

Дата добавления: 2014-01-04