Меню Рубрики

Двигатели для бурильных установок

Принцип работы мотора редуктора для буровой установки

Бурение скважины состоит из двух основных движений буровой установки: перемещение бурового инструмента по вертикали – вверх и вниз, параллельно штоку, и непосредственно вращательного движения бура.

Вследствие этого, ямобур переносит два вида нагрузки: усилие подачи (сопротивление грунта при заглублении, либо поднятии инструмента), и сопротивление породы крутящему движению бура.

Мотор редуктор для буровой установки

То, какую эффективность обеспечит мотор буровой установки в отдельно взятом случае, зависит не только от его характеристик – мощности, крутящего момента, оборотов, но и от параметров грунта, в которых выполняется бурение скважины.

1 Назначение

В процессе бурения и обустройства скважин, переход на высокую передачу, и увеличение оборотов вала, далеко не всегда гарантирует ускорение погружения бура, так как сопротивление грунтовых пород может превышать усилие привода, вследствие чего будет повышаться стрессовая нагрузка на мотор, что будет причиной его преждевременного износа.

Особенности процесса бурения скважин обуславливают необходимость использования на буровой аппаратуре специальных приводов, которые, одновременно соединяют мотор (электрический, либо бензиновый) и редуктор для буровых установок.

Наличие редуктора в приводе позволяет преобразовать крутящий момент, который выдает двигатель, и придать валу меньшую скорость на выходе – то есть, мотор переключается на более высокую передачу, но при этом, частота оборотов бура не растет, а увеличивается усилие его подачи и мощность. Как результат — процесс бурения скважин будет идти быстрее.

В буровых установках усилие привода передается на буровой инструмент посредством трансмиссии: передачи могут быть зубчатыми, цепными, либо карданными.

В крупных промышленных буровых машинах в основном используются цепные передачи, в то время как для малогабаритной установки (например, портативного мини бензобура) наиболее оптимальным вариантом являются зубные передачи.

Бур, вал двигателя, и сам привод связаны в одну жесткую конструкцию, которая позволяет достичь высокого КПД работы. Единственным минусом такой системы является то, что бурение предусматривает непостоянный режим работы привода, так как при углублении меняются породы грунта, вследствие чего изменяется сила сопротивления буровому инструменту.

Планетарные мотор-редукторы ЗМП для буровых установок

На практике изменение нагрузок всегда происходит внезапно, что становится причиной ударов, чрезмерной вибрации, а иногда и заклинивания привода.

Редуктор для буровой установки позволяет оператору, в зависимости от воздействия внешних факторов, выполнять своевременную смену режимов работы мотора, что позволяет минимизировать стрессовые нагрузки на буровое устройство.

Также моторредуктор обеспечивает оптимальные показатели частоты вращения, крутящего момента и усилия подачи бура, вследствие чего ямобур показывает максимальную эффективность, при нормальном режиме эксплуатации мотора. Вдобавок ямобур будет работать и надежнее, и дольше.
к меню ↑

2 Какой принцип работы мотора редуктора?

Мотор-редуктор представляет собою привод, который в одном корпусе соединяет два разных устройства – мотор и редуктор. Они соединены в один блок, при этом, ведущая «зубчатая передача» редуктора, смонтирована на вал мотора. Это предельно простой механизм, который, на практике доказывает свою надежность и эффективность.

В сфере бурения скважин, в основном, используются моторы-редукторы трех типов:

Эти редуктора отличаются друг от друга в первую очередь типом передачи.

Теперь — перейдем к подробностям. Для начала рассмотрим цилиндрический зубчатый мотор-редуктор.

Буровая установка с планетарным редуктором

Наряду с планетарным, зубчатый редуктор является оптимальным вариантом для малогабаритной буровой установки, либо бензобура. Его конструкция состоит из двух скрепленных между собой шестеренок, на которые передается усилие привода, и вследствие вращательных движений механизма выполняется преобразование скоростей.

В буровых установках наиболее востребованными являются цилиндрические редуктора, в которых оси шестерней располагаются параллельно друг другу.

Главным преимуществом таких устройств является высокий КПД работы – вследствие преобразования не теряется стартовое усилие привода. А также мини размеры, что позволяет создавать на основе таких редукторов мобильные буровые установки – бурильные бензобуры и мотобуры.

Червячный мотор-редуктор устроен по-другому.

В таких конструкциях преобразование крутящего момента двигателя происходит посредством вращения винта («червяка»). В бурении чаще всего используется двухступенчатый червячный моторредуктор.

К их достоинствам можно отнести плавность хода, бесшумность, и, что более важно, возможность автоматической остановки двигателя при предельном сопротивлении грунта, что гарантирует безопасную работу в проблемных грунтах. Червячный мотор — оптимальный вариант привода, которым может комплектоваться небольшой ямобур.

Планетарный мотор-редуктор также имеет ряд особенностей.

Планетарный редуктор для буровых установок является основой практически каждой малогабаритной модели безнобура. Современные планетарные редуктора комплектуются частотными преобразователями, которые позволяют выполнять максимально точное регулирование работы двигателя.

Мотор редуктор ЗМП для буровой установки

Сам планетарный редуктор состоит из основной шестерни, и планетарных сателлитов (небольших зубчатых колес), которые установлены на водиле – оси, соединяющей все элементы редуктора.

У планетарных редукторов есть два преимущества, которые, в большинстве случаев, делают его использование в буровых установках предпочтительней аналогов: высокая эффективность преобразования крутящего момента привода и компактные габариты.
к меню ↑

2.1 Особенности моделей

Для начала рассмотрим двухступенчатые цилиндрические механизмы.

Мотор-редуктор 4МЦ23 80 — имеет следующие преимущества:

  • Широкий выбор настройки оборотов на выходном валу;
  • Конические роликовые подшипники делают конструкцию более устойчивой к осевым нагрузкам;
  • Вертикальное исполнение мотора.
  • Небольшой крутящий момент;
  • Без качественной смазки быстро выходит из строя;
  • «внутренности» корпуса достаточно хрупкие.
Читайте также:  Установка дизельного двигателя на газель в ростове

Мотор-редуктор ТСН 00.760 хорош по следующим причинам:

Мотор редукторы МЧ80-90-53 для буровых установок

  • Простая и надежная конструкция;
  • Компактные размеры;
  • «Выносливость»;
  • Ремонтопригодность;
  • Широкий выбор двигателей: 2.3, 3, 4 кВт.
  • Нормальная эксплуатация возможна только на наклонных установках;
  • Невысокие максимальные обороты – 51.6 об\мин;
  • Слабые подшипники;

Упомянем и планетарные механизмы.

Мотор-редуктор 3МП-40 имеет следующие плюсы:

  • Широкий диапазон передаточных чисел (3 передачи);
  • Бесшумная работа;
  • Проектировался для вертикальной установки;
  • Мини размеры (оптимальный вариант для портативного бензобура).
  • Нежная конструкция, которая слабо подходит для сложных условий работы;
  • Используются слабые шариковые подшипники.

источник

Электрические машины

ИА Neftegaz.RU . Для привода исполнительных механизмов буровых установок серийного производства используются следующие виды электрических машин:

— асинхронные электродвигатели с фазным ротором;

— асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором;

— электродвигатели постоянного тока;

Асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором мощностью до 75 кВт, напряжением 380 В используются для привода разнообразных вспомогательных механизмов; они являются электротехническими изделиями общепромышленного применения. Остальные электрические машины, используемые в приводе спускоподъемного агрегата, буровых насосов, ротора и регулятора подачи долота, являются либо модификациями машин единых серий, разработанными с учетом условий эксплуатации на буровых установках, либо разработаны специально для применения в буровом электроприводе. Электродвигатели приспособлены для монтажа и транспортировки в полевых условиях, устанавливаются на фундаментной плите, исполнение — горизонтальное, на щитовых подшипниках качения (1М 1001 — ГОСТ 2479), с одним свободным рабочим концом вала.

Режим работы машин — продолжительный S1 при работе с насосом, ротором и регулятором подачи долота; повторно-кратковременный с частыми пусками S5 или перемежающийся S6 (ГОСТ 183-74) при работе с лебедкой спускоподъемного агрегата.

Особенности условий эксплуатации различных типов электрических машин приведены выше (см. табл. 35).

Асинхронные электродвигатели

Асинхронные электродвигатели серии АКБ (АОКБ) и АКСБ с фазным ротором предназначе-ны для работы от сети переменного тока частотой 50 Гц, напряжением 6000 В. Охлаждение двигателей — воздушное, в режиме самовентиляции, способ охлаждения 1СА01 (ГОСТ 20459-75).

Структура условного обозначения: А — асинхронный; О — обдуваемый; К — с контактными кольцами (фазным ротором); С — специальный;

У2 (УХЛ2) — климатическое исполнение и категория размещения. Цифрами указывается условное обозначение габарита, длина сердечника статора (см); число полюсов (у АКСБ — дополнительно напряжение (кВ). В обозначении 4АОКБ-450Х-6УХЛ2: 4 — порядковый номер серии; 450 — высота оси вращения (мм), Х — условная длина двигателя.

Технические данные. Электродвигатели АКБ 13-62-8У2 и 4АОКБ-450Х-6УХЛ2 предназначены для привода механизмов с перемежающейся нагрузкой, частыми и тяжелыми условиями пуска, а также механизмов, требующих регулирования частоты вращения; используются для привода лебедки. Пуск двигателя осуществляется от полного напряжения сети при включенном в цепь ротора пусковом сопротивлении; правое и левое вращение осуществляется из состояния покоя.

Расположение коробки выводов — слева, если смотреть со стороны приводного механизма. По просьбе заказчика двигатели могут изготавливаться с расположением коробки выводов с правой стороны, что должно оговариваться при заказе.

Двигатели АОКБ имеют встроенные электронагреватели.

Электродвигатели АКСБ предназначены для привода насосов буровых установок с регулированием частоты вращения в диапазоне 1:2 при номинальном моменте по схеме вентильного каскада.

Основные технические данные электродвигателей при номинальном режиме приведены в табл. 38, габаритные размеры — на рисунке.


Габаритные размеры, асинхронных электродвигателей с фазным ротором мощностью 315? 1000 кВт

При заказе необходимо указать тип двигателя, расположение коробки выводов статора, номер технических условий (ТУ 16-510.321-79 для АКБ, ТУ 16-88 (ИАЕГ.528232.002ТУ) для АОКБ, ТУ 16-511 для АКСБ).

Изготовитель электродвигателей АКБ и АОКБ: Петербургский опытный электромашиностроительный завод

189631 г. Санкт-Петербург, ПО Металлострой

тел. 265-43-37 телеграф ФАЗА, телетайп АТ 321621

электродвигателей АКСБ: Тираспольский завод «Электромаш» 278000 г. Тирасполь, ул. Сакриера, 1

тел. 3-32-59 телеграф Альфа, телетайп АТ 315251,

Синхронные электродвигатели

Синхронные электродвигатели трехфазного тока с бесщеточной системой возбуждения предназначены для привода лебедок (с промежуточной электромагнитной муфтой) и насосов буровых установок. Специальная электрическая машина типа СМБО обеспечивает также работу в генераторном режиме и может быть использована для питания главных электроприводов и вспомогательного электрооборудования буровых установок. Охлаждение воздушное в режиме самовентиляции по замкнутому циклу с воздухоохладителем типа «воздух-воздух», расположенным сверху корпуса двигателя. Способ охлаждения машин — 1СА01 (ГОСТ 20459-75).

* Не включены данные синхронного электродвигателя СДБО-99/44-8УХЛ2 с номинальным напряжением 10 кВ (они идентичны СДБО-99/42-8УХЛ2 за исключением тока статора — 34 А; напряжения и тока возбуждения — 37 В и 142,5 А, массы — 5020 кг, длины — 1995 мм), а также машины СМБО в генераторном режиме.

Структура условного обозначения: С — синхронный; Д — двигатель (М — машина); Б — бесщеточный; О — обдуваемый; 99 — наружный диаметр сердечника статора (см); 42 — длина сердечника статора с каналами (см); 8 — число полюсов; УХЛ2 — климатическое исполнение и категория размещения. Для СМБО: 15 — условное обозначение габарита; 49 — длина сердечника статора с каналами (см).

Технические данные. Режим работы двигателя при работе с насосом — продолжительный, с лебедкой — перемежающийся. Двигатель допускает правое и левое вращение. Изменение направления вращения — только из состояния покоя.

Читайте также:  Установка подкрылок и защиты двигателя

Основные технические данные в номинальном режиме приведены в табл. 39, габаритные размеры — на рисунке.

Габаритные размеры синхронных электродвигателей (а) и шкафа управления (б)

Конструкция. Управление возбуждением машины осуществляется с помощью автоматического регулятора. Кроме того, предусмотрено управление возбуждением вручную, а также резервное возбуждение в качестве аварийного.

Вращающийся полупроводниковый преобразователь выполнен по трехфазной нулевой схеме на неуправляемых вентилях и устанавливается на опоре якоря возбудителя концентрично относительно вала.

Электродвигатель поставляется комплектно со шкафом управления, представляющим собой сварную конструкцию с двухсторонним обслуживанием. В нижней части шкафа расположены электронагреватели и трансформатор резервного питания, остальной объем занимают блоки электронной схемы управления и коммутационная аппаратура.

Габаритные размеры шкафа: ширина — 800 мм, глубина — 400 мм, высота — 1600 мм, масса не более 150 кг.

При формулировании заказа необходимо указать наименование и тип машины, номер технических условий (для СДБО-ТУ 16-528.292-84; для СМБО — ТУ 16-512.492-81).

Изготовитель: Сафоновский электромашиностроительный завод

215700 г. Сафоново Смоленской обл., ул. Строителей, 25

тел. 4-16-70, телеграф Чайка, телетайп АТ 781513,

факс (1095)291-42-81, телекс 411391 МЕТР СУ

Электродвигатели постоянного тока

Электродвигатели постоянного тока предназначены для привода основных механизмов буровых установок (лебедки, буровых насосов, ротора, устройства подачи долота), работа которых требует регулирования частоты вращения в широких пределах, частых реверсов и сопровождается большими кратковременными перегрузками по току при условии, что среднеквадратичный ток не превышает номинальный. Регулирование частоты вращения от нуля до номинальной производится изменением подводимого напряжения, а от номинальной до максимальной — током возбуждения.

Охлаждение двигателей — воздушное с принудительной вентиляцией от вентилятора типа «наездник» (для наземных буровых установок) или по замкнутому циклу через воздухоохладитель (для морских буровых установок). Способ охлаждения соответственно 1CAO1 или 1CW 37А86 (ГОСТ 20459-75).

Наряду с электродвигателями, предназначенными для наземных буровых установок, рассмотрены их модификации, используемые в морском бурении. В связи с большим разнообразием условных обозначений и конструктивных исполнений электродвигатели рассмотрены по группам. Все электродвигатели рассчитаны на питание от статических преобразователей, при этом амплитудное значение переменной составляющей тока якоря не должно превышать 7% от номинального.

Основные технические данные электродвигателей при номинальном режиме приведены в табл. 40, габаритные размеры — на рисунке.

Таблица 40

** В основном аналогичные данные у электродвигателя 4ПП-450280М2 (1000/1250 мин-1, КПД — 93,9%, масса — 4,65 т).

Электродвигатели серии 4П. Структура условного обозначения: 4 — порядковый номер серии;

П — двигатель постоянного тока; С — специальный для наземных буровых установок (для морских установок вместо С вводится М); 450 — габарит по ЕСКД; далее указывается номинальная мощность, климатическое исполнение и категория размещения. Пример: 4ПС-450-710-УХЛ2, 4ПМ-450-1000-ОМ2.

Для регуляторов подачи долота используют двигатели с иной структурой условного обозначения: 4 — порядковый номер серии; П — двигатель постоянного тока; Ф — защищенное исполнение с независимой вентиляцией (или П — продуваемое; О — обдуваемое с внутренней циркуляцией воздуха); 2Б — для буровых установок; 250 (280) — габарит; М(S) — условная порядковая длина сердечника якоря (М — вторая, S — первая), климатическое исполнение и категория размещения. Пример: 4ПФ2Б-280МУХЛ2.

Особенности конструкции и технических данных. Конструктивное исполнение по способу монтажа — 1М1001. Двигатели для регуляторов подачи долота (мощностью 55, 75 и 90 кВт) допускают работу в повторно-кратковременном режиме при условии, что среднеквадратичный ток не должен превышать номинальный за 10 мин работы. Способ охлаждения двигателей для наземных буровых установок — 1С06, для морских — 1С0555 (ГОСТ 20459-75). Для электродвигателя 4П02Б-280МОМ2 вентиляция осуществляется по замкнутому циклу без забора внутреннего воздуха извне.

Для электродвигателей серии 4ПС допускаются следующие внешние воздействия: вибрация и тряска основания с частотой 5 Гц и амплитудой 1,5мм или частотой 16,7 Гц и амплитудой 0,3 мм; одиночные удары с ускорением до 2,5 g при частоте повторения до 600 раз в год; крен и дифферент до 30 во время работы и до 120 при неработающем двигателе.

Для электродвигателей 4ПМ вибрация основания допускается с частотой до 35 Гц и виброуско-рением до 0,5 g; крен — до 7? и дифферент — до 5? во время работы двигателя.

Окружающая среда для двигателей, используемых на морских буровых установках — взрывоопасная категории 11А, группы ТЗ (ГОСТ 12.1.011-78). Для электродвигателей 4ПП и 4ПО параметры качки при работе следующие:

При формулировании заказа необходимо указать наименование и тип двигателя, исполнение по способу монтажа и номер технических условий (для 4ПС — ТУ 16-89 ИАЕГ 529.113.022ТУ, для 4ПМ — ТУ 16-19 ИАЕГ 529.117.002ТУ, для 4ПФ, 4ПП и 4ПО — ТУ 16-88 ИЖДЦ 527.513-013ТУ).

Изготовитель электродвигателей 4ПМ, АПС — Санкт-Петербургское

производственное электромашиностроительное объединение «Электросила»

196006 г. Санкт-Петербург, Московский пр., 158

тел. 297-96-50 телеграф МОТОР, телетайп АТ 322177

остальных — НПО «Электромашина»

310016 г. Харьков, ул. Муранова, 106

тел. 72-88-27 телеграф ВАЛ, телетайп АТ 125422

Электродвигатели серии Д предназначены для работы в подъемно-транспортных механизмах, электроприводах металлургических агрегатов и экскаваторов в условиях повышенной влажности, запыленности и вибрации; на буровых установках применены в приводе ротора. Характеризуются высокой кратностью пусковых и вращающих моментов и широким диапазоном регулирования частоты вращения.

Читайте также:  Установка доп опоры двигателя 2110

Структура условного обозначения: Д — условное обозначение серии; Э — экскаваторное исполнение; 816 — габарит; ХЛ1 — климатическое исполнение и категория размещения.

Особенности конструкции и технических данных. Приведенные технические данные (см. табл. 40) относятся к защищенному исполнению с независимой вентиляцией в продолжительном режиме ПВ = 100 %.В повторно-кратковременном режиме ток двигателя составляет: при ПВ = 60 % — около 125 %, при ПВ=40 % — около 150 % тока продолжительного режима. Возбуждение — параллельное, увеличение номинальной частоты вращения допускается путем уменьшения тока в параллельной обмотке в 2 раза (при этом максимальный вращающий момент составляет до 0,64 от номинального).

При заказе необходимо указать: тип двигателя, напряжение, климатическое исполнение и категорию размещения, систему возбуждения, мощность в номинальном режиме, частоту вращения, исполнение с одним концом вала (исполнение с двумя концами вала не оговаривается).

Изготовитель: Научно-производственное электромашиностроительное

109280 г. Москва, ул. Ленинская слобода, 26

тел. 275-14-72 телеграф ДИНАЗ, телекс АТ 112290,

Электродвигатель МПЭ-500-500 предназначен для работы на буровых установках и экскаваторах. В условном обозначении: М — машина; П — постоянного тока; Э — экскаваторная; 500 — но-минальная мощность (кВт); 500 — частота вращения (мин-1).

Модернизированный вариант этого электродвигателя выпускается под обозначением П245048ЛУХЛЗ, где П — машина постоянного тока; 245 — габарит; Л — условная порядковая длина сердечника якоря; УХЛЗ — климатическое исполнение и категория размещения.

Изготовитель: ЛПЭО «Электросила»

196006 г. Санкт-Петербург, Московский пр., 158

тел. 279-96-50 телеграф МОТОР, телетайп АТ 322177

Электродвигатель ДПЭ 99/85-6КМ2 для установок морского (исполнение М2) и наземного (УХЛ2) бурения выполняется с двумя концами вала: один приводной для соединительной муфты, второй для подвода воздуха к шинно-пневматической муфте (через центральное отверстие вала диаметром 40 мм). Вентиляция — принудительная, по разомкнутому циклу. Внешний вентилятор обеспечивает избыточное давление в оболочке двигателя на входе не менее 1250 Па при расходе воздуха не менее 4,5 мз/с, что позволяет обеспечить взрывозащиту уровня «повышенная надежность против взрыва» (вид взрывозащиты «продувка оболочки под избыточным давлением»),

Возбуждение двигателя — независимое, от сети постоянного тока напряжением 110 или 220 В.

Режим работы — продолжительный или повторно-кратковременный с ПВ = 60 %. Кратковременная перегрузка по току якоря в течение 15 с при основной частоте вращения должна быть 125 %, при максимальной — 80 %, отключаю-щая — 150 % от номинального значения. Двигатель допускает длительную работу с током якоря 115 % номинального значения.

Степень защиты — 1Р54, исполнение 1М 1109 (ГОСТ 2479-79).

Изготовитель: НПО «Уралэлектротяжмаш»

620040 г. Екатеринбург, ул. Фронтовых бригад, 22 тел. 34-28-41 телеграф УДАР, телетайп АТ 221209,

Электромагнитные муфты и тормоза

На буровых установках применяются электромагнитные тормоза и муфты двух типов: индукционные (со связью через магнитное поле) и ферропорошковые (с электромеханической связью).

Электромагнитный тормоз типа ЭМТ-4500 У1 с водяным охлаждением предназначен для интенсивного торможения барабана лебедки буровой установки при операциях спуска инструмента и обсадной колонны. Тормоз обеспечивает интенсивность и плавность торможения с регулируемой величиной тормозного момента путем изменения тока возбуждения.

Электромагнитный порошковый тормоз ТЭП 45 имеет аналогичное назначение и принцип управления; кроме того, тормоз обеспечивает удержание на весу спускаемого груза, что позволяет использовать его в качестве пассивного регулятора подачи долота.

Электромагнитная муфта типа ЭМС-750У2 представляет собой электрическую машину, предназначенную для передачи крутящего момента от синхронного электродвигателя к лебедке буровой установки, а также для оперативного управления приводом лебедки и защиты спускоподъемного агрегата от динамических перегрузок. Величина передаваемого момента плавно изменяется путем регулирования тока возбуждения.

Структура условного обозначения: ЭМС (ЭМТ) — электромагнитная муфта скольжения (электромагнитный тормоз); номинальный передаваемый (тормозной) момент (кг?м); климатическое исполнение и категория размещения. ТЭП 45 — тормоз электромагнитный порошковый;

нормальный тормозной момент (кН?м).

Техническая характеристика приведена в табл. 41, условия эксплуатации — см. табл. 35. Форма исполнения тормоза по монтажу JM1001, способ охлаждения JCW97 (ГОСТ 20459-87).

В комплекте с электромагнитным тормозом поставляется охладительная установка, имеющая устройство, обеспечивающее паровой подогрев воды в зимнее время. Высота бака охладительной установки — 2696 мм, диаметр — 1300 мм, длина (с насосом и электродвигателем А 42-2) — 1900 мм.

Электромагнитный порошковый тормоз использует железный порошок марки ПР-Ж1 ТУ 14-1-3337-82.

Тормоз ТЭП 45 должен выдерживать в течение 2 мин без повреждения и остаточных деформаций повышение частоты вращения до 600 мин-1, тор-моз ЭМТ 4500 — до 750 мин-1.

Шкафы управления электромагнитными муфтами и тормозами, обеспечивающие регулирование тока возбуждения, рассмотрены в разделе «Комплектные устройства управления».

При формулировании заказа указывается условное обозначение тормоза или муфты и номер технических условий (ТУ 16-538.147-72 для ЭМТ 4500 У1; ТУ 16-538.186-80 для ТЭП 45; ТУ 16-538.160-72 для ЭМС 750 У2).

Изготовитель: Карпинский электромашиностроительный завод НПО

624480 г. Карпинск Свердловской обл., ул. Карпинского, 1 тел. 2-23-42 телеграф СВЕТ, телетайп АТ 848014

источник