CC BY
29
УДК 621.876
Ш. М. Мерданов, А. Л. Егоров
КАНАТОУКЛАДЧИК ПОДЪЕМНОГО АГРЕГАТА
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЕГАЗОВЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Sh. M. Merdanov, A. L. Egorov THE ROPE GUIDEPLATE OF THE DRILLING TRUCK FEDERAL STATE BUDGETARY EDUCATIONAL INSTITUTION OF HIGHER EDUCATION «TYUMEN STATE OIL AND GAS UNIVERSITY»
Аннотация: Рассмотрены вопросы модернизации подъемного агрегата с целью уменьшения расхода тросов для талевой системы, проведен патентный анализ, выявлен основной путь снижения расхода тросов - модернизация канатоукладчика талевой системы подъемного агрегата. С целью решения поставленной задачи предлагается оригинальное устройство для укладки каната талевой системы агрегатов для ремонта скважин.
Ключевые слова: канатоукладчик; модернизация подъемного агрегата; уменьшение расхода тросов.
Шахбуба Магомедкеримович Мерданов
Shakhbuba Magomedkerimovich Merdanov
доктор технических наук,
профессор
Введение. Многие виды работ, выполняемых на скважинах, связаны с проведением спускоподъем-ных операций. Эти работы проводят при обустройстве скважин, их капитальном и текущем ремонте, ликвидации аварий и пр.
Для проведения спускоподъемных операций используют передвижные подъемные агрегаты и комплексы подъемного оборудования, смонтированные с вышкой на тяжелых автомобилях высокой проходимости и тракторах. В промысловой практике принято называть подъемной установкой (или агрегатом) оборудование, состоящее из вышки, лебедки, талевой системы и других вспомогательных элементов. Это оборудование предназначено для выполнения текущих ремонтных работ, не требующих разбуривания цементных пробок, интенсивных промывок под высоким давлением и других сложных операций.
В настоящее время сложилась тяжёлая ситуация с эксплуатацией и ремонтом подъёмных агрегатов отечественного производства. Изношенность парка на 74 % создаёт предпосылки к увеличению количества простоев и, как следствие, увеличению времени ремонта скважин.
Abstract: The questions of modernization of the drilling truckto reduce the consumption of ropes for the hoisting tackle were reviewed, the patent analysis was held, the main way to reduce the flow of cables was revealed. It is the modernization of the rope guide plate of the hoisting tackle for the drilling truck. In order to solve this problem the original device for laying the ropeof the hoisting tackleof the drilling trucks for head well repairing is offered.
Key words: rope guide plate; modernization of the drilling truck; reduction of the flow of cables.
Андрей Леонидович Егоров
АМгеу Leonidovich Egorov кандидат технических наук, доцент [email protected]
В данной работе рассматриваются вопросы модернизации подъемного агрегата с целью уменьшения расхода тросов для талевой системы. Агрегат подъемный для ремонта скважин АПРС-40 предназначен для производства спуско-подъемных операций при ремонте скважин, не оборудованных вышечными сооружениями, для производства тартальных работ, для чистки песчаных пробок желонкой и для возбуждения скважин сварбированием.
Кроме того, с его помощью промывочным агрегатом и ротором с индивидуальным приводом можно проводить промывку скважин и разбуривание песчаных пробок.
Агрегат является самоходной нефтепромысловой машиной, смонтированной на шасси трехосного автомобиля высокой проходимости, и состоит из од-нобарабанной лебедки и двухсекционной телескопической вышки с талевой системой.
Методика. Проведенный патентный анализ выявил основной путь снижения расхода тросов - модернизация канатоукладчика талевой системы подъемного агрегата.
Известен канатоукладчик [1], содержащий силовой гидроцилиндр двухстороннего действия, гидравлический распределитель с рычагом, который взаимодействует с канатом. При наматывании (разматывании) канат смещается относительно барабана, поворачивая рычаг, который перемещает золотник гидрораспределителя, соединяя одну из полостей гидроцилиндра с источником давления, а другую со сливом, вынуждая шток гидроцилиндра перемещаться в ту или другую сторону, и, тем самым, укладывает канат по поверхности барабана.
Причины, препятствующие достижению требуемого технического результата, следующие: реверсирование привода барабана осуществляется за счет усилия в канате, воздействующего на рычаг, но при ненагруженном канате управление процессом укладки каната за счет рычага практически невозможно и в итоге возникает нарушение равномерной укладки каната на барабане. Невозможна синхронизация между укладкой каната и перемещением каретки при реверсировании привода лебедки в случае остановки каретки в среднем положении. Как известно, скорость намотки каната зависит от двух факторов: усилия в грузовом (тяговом) канате и расхода жидкости, подаваемой на гидродвигатель. В случае заклинивания рычага с канатом произойдет рассогласование между перемещением устройства укладки каната и направлением навивки каната на барабан.
Известна конструкция кабелеукладчика для многослойной укладки кабеля на барабан [2]. Кабелеу-кладчик содержит каретку с направляющими и поддерживающими роликами и привод перемещения каретки. Привод состоит из установленного на опоре гидроцилиндра двухстороннего действия с двухсторонним штоком, концы которого жестко соединены с упорами. В гидролинии установлены регулируемые дроссельные устройства. Каретка закреплена на корпусе гидроцилиндра.
Причиной, препятствующей достижению требуемого технического результата, является то, что изменение направления перемещения гидроцилиндра осуществляется за счет возрастания давления в гидролинии при упирании поршня в крышку гильз гидроцилиндра, но во время срабатывания клапана реверсирования кабель продолжает наматываться на барабан, что приводит к рассогласованию скоростей наматывания кабеля (каната) и передвижения каретки. Причем погрешность увеличивается с увеличением слоев укладки.
Известен канатоукладчик [6], являющийся прототипом заявленного технического решения, содержащий силовой гидроцилиндр двухстороннего действия, гидравлический распределитель с механической и гидравлической системой его переключения. При наматывании (разматывании) канат смещается
относительно барабана, в конечных точках воздействует на гидравлические переключатели, изменяющие положение золотника-распределителя и перенаправляющие поток жидкости в другую полость гидроцилиндра. Синхронность количества подаваемой жидкости и скорости наматывания каната обеспечивается механической связью барабана лебедки и реверсивного гидронасоса.
Причиной, препятствующей достижению требуемого технического результата, является сложность конструкции, множество датчиков управления, а также требуется установка дополнительного масляного бака.
Техническим результатом предлагаемой конструкции является автоматизация процесса укладки каната на барабан и повышение эффективности работы лебедки.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном канатоукладчике лебедки, содержащем каретку с направляющими и поддерживающими блоками, которая перемещается вдоль барабана по направляющим, и гидросистему, особенностью является то, что канатоукладчик лебедки включает тахогенератор с приводом от барабана, взаимодействующий с пропорциональным гидрораспределителем, имеющим катушки управления, тяговый гидроцилиндр, соединенный с кареткой тяговым канатом, проходящим через систему блоков, концевые электрические переключатели, взаимодействующие с кареткой и электрически соединенные с пропорциональным гидрораспределителем, переключающим линии магистрали гидросистемы тягового гидроцилиндра, ручной пропорциональный гидрораспределитель с датчиком управления направления вращения барабана, при этом датчик соединен с катушками управления пропорционального гидрораспределителя.
Результаты. С целью решения поставленной задачи предлагается устройство для укладки каната талевой системы агрегатов для ремонта скважин УПА-60 А. В данном случае под термином «устройство» следует понимать совокупность технологических процессов, механизмов и изделий, которые спроектированы и изготовлены для рационального использования каната талевой системы агрегатов УПА-60 А.
В целом, при анализе конструкций канатоуклад-чиков лебедок были выявлены причины, влияющие на синхронность навивки каната на барабан, среди которых большая вероятность сбоя синхронной работы механизма, необеспеченность равномерной навивки каната по длине барабана, не обеспеченность автоматизации процесса укладки каната на барабан.
Предлагаемая конструкция канатоукладчика [3] предусматривает устранение выявленных недостатков аналогов путем введения в его кинематическую и
гидравлическую схемы дополнительных элементов: тахогенератора с приводом от канатного барабана, ручного пропорционального гидрораспределителя с датчиком управления вращения барабана, пропорционального гидрораспределителя, концевых электропереключателей.
Конструкция лебедки (рисунок) представляет собой каретку 1, перемещающуюся вдоль барабана 2 по направляющим 3. На каретке 1 установлены направляющие 4 и поддерживающие блоки 5, между которыми находится грузовой канат 6, наматываемый на
барабан 2. Тяговый гидроцилиндр 7 соединен с кареткой 1 тяговым канатом 8, проходящим через систему блоков 9. Тахогенератор 10, в зависимости от частоты вращения барабана 2, вырабатывая различные по величине напряжения, подаёт их на катушки управления пропорционального гидрораспределителя 11, в результате чего обеспечивается синхронность скорости движения каретки 1 канатоукладчика со скоростью вращения барабана 2 за счет электрической связи между тахогенератором 10 и пропорциональным гидрораспределителем 11.
а
б
Рисунок - Конструкция канатоукладчика (а) и гидравлическая схема (б)
Для достижения технического результата автоматизации процесса укладки каната на барабан и повышения эффективности работы лебедки в гидросистему механизма дополнительно вводятся: ручной пропорциональный гидрораспределитель с датчиком управления направления вращения барабана, концевые переключатели 17, тахогенератор 10.
Канатоукладчик работает следующим образом [4; 5]. При включении насоса 18 рабочая жидкость подается посредством ручного пропорционального гидрораспределителя 14 с датчиком управления направления вращения барабана 15 на гидроразмыкатель тормоза 12, гидродвигатель привода лебедки 13, через блок регулирования расхода 16, состоящий из обратного, предохранительного клапанов и регулируемого дросселя, обеспечивая вращение барабана 2. Когда грузовой канат 6 доходит до края барабана 2, каретка 1 упирается в концевой переключатель 17, подающий электрический сигнал на пропорциональный гидрораспределитель 11, который переключает линии магистрали гидросистемы, в результате чего рабочая жидкость подается в другую полость тягового гидроцилиндра 7, и каретка 1 перемещается в обратную сторону. При нахождении грузового каната 6 в промежуточном положении на барабане 2 направление движения каретки 1 задается электродатчиком, подающим сигнал на катушки пропорционального гидрораспределителя 11, который переключает линии магистрали на обратное перемещение каретки 1.
Таким образом, обеспечивается синхронность укладки со скоростью вращения барабана 2 в соответствии с нагрузкой на грузовом канате 6 лебедки во всех положениях каретки 1.
Техническим результатом данного изобретения является автоматизация процесса укладки каната на барабан и повышение эффективности работы лебедки.
Талевый блок и кронблок мачты агрегата имеют соответственно три и четыре ролика для обеспечения максимальной оснастки. Подвижный конец каната закрепляется на барабане основной лебедки при помощи двух прижимных планок. Неподвижный конец каната закрепляется на специальном приспособлении, состоящем из барабана и четырех прижимных планок. Приспособление жестко связано с площадкой агрегата и находится в основании мачты.
Выводы. В процессе работы агрегата происходит износ каната талевой системы и, как следствие, его замена. Наибольшему износу канат подвержен вследствие трения соседних слоев каната при его намотке на барабан основной лебедки. Намного меньше изнашивается канат вследствие трения его о ролики талевого блока и кронблока мачты.
При проведении спускоподъемных операций талевый блок поднимается на высоту до 11 м, при этом на барабан основной лебедки наматывается 55-65 м каната. Таким образом, из 200 м каната талевой системы интенсивному износу подвержены только 60 м каната, и при замене каната около 140 м имеют степень износа от 10 до 20 процентов.
Оставить в эксплуатации неизношенные 140 м каната можно в том случае, если за приспособлением крепления неподвижного конца каната будет находиться 60 м «дополнительного» каната, который при его перепуске относительно барабана приспособления и удалении 60 м «изношенного» каната позволит оставить длину каната талевой системы неизменной и равной 200 м. При этом «дополнительный» канат должен быть неразрывен с канатом талевой системы.
Список литературы
1 Устройство для равномерной намотки каната на барабан лебедки / АС СССР № 1730019, МКИ 5 B66D 1/36., опубл. 1992.
2 Кабелеукладчик / АС СССР № 1698180, МКИ 5 B66D 1/36., опубл. 1991.
3 Канатоукладчик лебедки / Патент на изобретение № 2384518. Бюл. № 8 от 20.03.2010
4 Пути совершенствования строительных машин / Ш. М. Мерданов [и др.] / под общ. ред. Ш. М. Мер-данова. - Тюмень : Экспресс, 2005. - 280 с.
5 Технические основы создания машин : учебное пособие / Ш. М. Мерданов [и др.]. - Тюмень : Тюм -ГНГУ, 2013. - 260 с.
6 Устройство для равномерной намотки каната на барабан лебедки / Patent specification 1066992, B66D., опубл. 1967.
