Диагностика буровой лебедки ЛБУ-1200

 

2.1. Расчет основных параметров буровой лебедки ЛБУ-1200

Основными параметрами буровых  лебедок считают мощность скорости подъема, тяговое усилие, длину и  диаметр барабана лебедки. От правильного  выбора указанных параметров зависят  производительность, экономичность, габариты и масса лебедки, которые существенно  влияют на эффективность бурения, транспортабельность  и монтажеспособность всей буровой установки.

Мощность лебедки определяется полезной мощностью на ее барабане, которая должна быть достаточной  для выполнения спускоподъемных  операций и аварийных работ при  бурении и креплении скважин  заданной конструкции. При недостаточной  мощности возрастает продолжительность  спускоподъемных операций, чрезмерная мощность недоиспользуется вследствие ограниченных скоростей подъема  и приводит к неоправданным материальным и эксплуатационным расходам. В результате накопленного опыта установлено, что  оптимальная мощность буровой лебедки  определяется из условий подъема  наиболее тяжелой бурильной колонны  для заданной глубины бурения  с расчетной скоростью 0,4-0,5 м/с;

 _кВт;

где N_Б- мощность на барабане лебедки, кВТ;

G_БК- вес бурильной колонны, кН;

G_T – вес подвижных частей талевого механизма, кН;

v_p – расчетная скорость подъема крюка, м/с;

      η_т.с – КПД талевого механизма.

Мощность лебедки уточняется после выбора двигателей и силовых  передач ее привода:

_%;

где N_дв – мощность, получаемая от вала двигателя, кВТ;

      η_тр – КПД трансмиссии (от вала двигателя до барабана лебедки).

В практических расчетах удобно пользоваться удельной мощностью буровой  лебедки, приходящейся на 1 кН поднимаемого груза либо 1 м глубины бурения.

Продолжительность спускоподъемных  операций в бурении и топливно-энергетические затраты, связанные с их выполнением, зависят от скорости и числа ступеней передач лебедки. Максимальная и  минимальная скорости выбираются с  учетом требований,

обусловленных технологией бурения, работой каната и безопасностью подъема.

Максимальная скорость подъема  ограничивается безопасностью управления процессом подъема и придельной скоростью ходовой струны, при  которой обеспечивается нормальная навивка каната на барабан лебедки. Для предотвращения затаскивания талевого блока под кронблок из-за ограниченного тормозного пути скорость подъема крюка, согласно требованиям безопасности, не должна превышать 2 м/с. Нормальная навивка каната на барабан лебедки, как показывает опыт, обеспечивается при скорости ходовой струны каната не более 20 м/с. При дальнейшем повышении скорости для нормальной навивки каната необходимо увеличить диаметр барабана, что нежелательно, так как пропорционально возрастают крутящие и изгибающие моменты в деталях и узлах лебедки.

Учитывая известную зависимость  скорости ходовой струны от скорости подъема крюка

_м/с;

согласно рассмотренным  требованиям, максимальную скорость подъема  выбирают из следующих условий:

для талевых механизмов с  кратностью оснастки

м/с;

для талевых механизмов с  кратностью оснастки

> м/с.

Минимальная скорость подъема  – резервная и используется для  технологических целей: при расхаживании колонн бурильных и обсадных труб;

при ликвидации осложнений и аварий, связанных с затяжкой и прихватом бурильных труб; при  подъеме колонны труб через закрытые превенторы; при подъеме колонны труб в случае отказа одного из двигателей привода лебедки. Величина минимальной скорости подъема принимается в установленных практикой бурения пределах:

м/с.

Отношение придельных скоростей  определяет диапазон регулирования  скоростей подъема лебедки

Число ступеней  передач (скоростей) зависит от типа привода  буровой лебедки. При использовании  электродвигателей постоянного  тока – бесступенчатое изменение  скоростей подъема в заданном диапазоне регулирования. В зависимости  от нагрузки G_i по условию полного использования выходной мощности N_дв двигателя промежуточные скорости подъема

6

 где η – КПД подъемного  механизма от двигателя до  крюка;

       G_T – вес талевого механизма.

В настоящее время в  приводе буровых лебедок преимущественно  используются дизели и электродвигатели переменного тока, обладающие жесткой  характеристикой. В этих случаях  число ступеней механических передач  буровой лебедки назначается  из условия достаточно полного использования  мощности двигателей. Степень использования  мощности характеризуется отношением мощности, необходимой для подъема  груза, к установленной мощности двигателей. В связи со ступенчатым  изменением веса поднимаемой колонны  труб степень использования мощности зависит от числа ступеней передач  лебедки.

 

 

 

2.2 Расчет передаточных отношений для буровой лебедки ЛБУ-1200

 

I, II и III скоростей передаются с  трансмиссионного вала 21 через цепные  передачи 12, 16 и 17 путем поочередного  включения кулачковых муфт 13, 14, 15 и 18, 19. С промежуточного вала 24 через шинно-пневматическую муфту 9, цепную передачу 3 и шинно-пневматическую муфту 2 скорости передаются на подъемный вал барабана лебедки.

 

I скорость:

 

 

 

II скорость

 

 

 

III скорость

 

 

 

Скорости IV, V и VI с промежуточного вала 24 передаются цепной передачей 26 через шинно-пневматическую муфту 27 подъемному валу 25.

IV скорость:

 

 

 

 

V скорость

 

 

 

 

VI скорость

 

 

 

 

2.3 Расчет надежности буровой  лебедки

Определить вероятность  безотказной работы механизма лебедки, если интенсивность отказов λ= 3*10 , время эксплуатации t = 10 лет.

 

R = e^λt

λ*t = 3*10 *87650 = 0.26

R = 0.77

0 < 0.77 > 1    

 

23 - раза откажет механизм  за 10 лет.

 

 

3.Техническая  диагностика буровой лебедки  ЛБУ-1200

3.1 Принципы диагностирования  неисправностей буровых лебедок.

Принципы диагностирования неисправности буровой лебедки основаны на анализе результатов измерений параметров. В основу технологии диагностирования неисправностей буровых лебедок положен метод вибродиагностирования. Операции измерения и контроля вибрационных параметров дают возможность количественно оценить общее техническое состояние насосного агрегата или другого оборудования. Кроме того, это позволяет сократить возникновение аварийных ситуаций. Однако, чтобы выяснить причины, вызывающие вибрации лебедки, необходимо провести диагностические работы. Причем частотный анализ вибраций играет основную роль при постановке диагноза.

Для правильной постановки диагноза необходимо соблюдать следующие  условия:

• для правильной интерпретации частотны составляющих вибрации с присущими неисправностями, возникающими в диагностируемом оборудовании, необходимо четко представлять его конструкцию;
• необходимо знать характерные частотные составляющие вибрации, сопутствующие каждому виду неисправности для диагностируемого оборудования;
• для диагностических работ требуется виброизмерительная аппаратура, которая позволяет определять необходимые частотные составляющие вибрации;

 

• требуется выработать определенную последовательность (алгоритм) поиск неисправности (диагноза) для сложных машин, какими являются буровые лебедки.

Одним из наиболее широко применяемых  методов оценки технического состояния  является метод исключения из рассмотрения те неисправности, которые не проявляются при анализе вибросостояния. Для этого необходимо глобально сгруппировать неисправности (дефекты) лебедки таким образом, чтобы можно было при достаточном объеме измерений однозначно исключить одну из групп из рассмотрения. Поэтому сгруппируем все неисправности на три группы:

-неисправности, связанные  с нарушением жесткости крепления  буровой лебедки  на раме и фундаменте;

-дефекты электромагнитного  происхождения;

-неисправности механического  и гидродинамического происхождения.

Разбиение на три большие  группы неисправностей позволяет упростить  постановку диагноза. Так, например, нарушение  жесткости крепления, выделенное в  первую группу неисправностей, легко  обнаружить при проведении контурного обследования интенсивности вибрации лебедки.

Всем дефектам электромагнитного  происхождения характерна закономерность того, что при «снятии» электрического питания с электродвигателя вибрация резко уменьшается. Таким образом, измеряя вибрацию на выбеге электродвигателя, их можно обнаружить. Если не обнаружены дефекты первых двух групп, то можно  утверждать, что причины повышенной вибрации вызваны наличием неисправностей механического или гидродинамического происхождения.

 

Возможны варианты, когда  присутствует несколько неисправностей. В таком случае необходимо вначале  определить и устранить причины  электромагнитного происхождения, чтобы предотвратить возможную  аварию, затем необходимо устранить  плохое крепление лебедки , если оно обнаружено. После этого приступить к выяснению причин механического и гидродинамического происхождения.

Рассмотрим характерные  признаки неисправностей для нежесткого крепления буровой лебедки (первая группа неисправностей).

Основными дефектами установки  электродвигателя на раме являются: неплотные  прилегания и ослабления крепления. Эти факторы увеличивают вибрацию объекта вследствие уменьшения жесткости  установки, а также уменьшения общих  масс, колеблющихся вместе с объектом. При достаточной жесткости системы  «машина - рама - фундамент» величина вибрации крышки подшипника в 5 – 7 раз и более  превышает величину вибрации рамы рядом  с анкерными болтами. Если жесткость  системы по каким-либо причинам нарушена, то это соотношение уменьшается. Кроме того, происходит скачкообразное изменение величины вибрации в месте  нарушения жесткости. Например, если величина вибрации на лапе подшипниковой  опоры составляет порядка 7 мм/с, а на раме рядом с лапой порядка 3 мм/с и меньше, то можно говорить о плохом креплении лапы к раме. Таким образом, если происходит изменение вибрации в 2 и более раза в локальной точке системы, можно считать, что это связано с плохой жесткостью крепления.

Плохая жесткость крепления  рамы к фундаменту из-за некачественной подливки бетона или его разрушения в процессе эксплуатации, коробление фундаментной плиты или «отставания» анкерного болта от фундамента легко  обнаруживается при снятии контурной  характеристики. Например, если вибрация на раме рядом с анкерным болтом составляет порядка 4 мм/с, а набетоне фундамента около 0,5 – 0,8 мм/с и меньше, то можно утверждать, что анкерный болт плохо залит в бетоне фундамента.

Если убедились, что жесткость  буровой лебедки нормальная, можно приступить к дальнейшему анализу причин вибрации. Для этого необходимо убедиться, что неисправности электромагнитного происхождения отсутствуют. Как отмечалось выше, всем неисправностям электромагнитного происхождения характерно то, что уровень вибрации резко падает при отключении электродвигателя от сети. Например, если вибрация на подшипниковой опоре электродвигателя была порядка 7 мм/с, а при отключении электродвигателя от сети вибрация уменьшалась до 4 мм/с и более, то есть в 1,5 – 2 раза и более, тонеисправности однозначно связаны с электромагнитными дефектами. Если неисправности электромагнитного происхождения не обнаружены, то причины повышенной вибрации вызваны механическими или гидродинамическими дефектами. Группа неисправностей механического происхождения чаще других встречается при эксплуатации буровой лебедки. Поэтому кратко отметим характерные признаки основных видов неисправностей буровой лебедки механического происхождения.

Рисунок 1 - Концептуальная структура  аналитической модели диагностики  отказов

 

3.2 Методы и  средства контроля технического  состояния буровой лебедки.

В основу технологии диагностирования неисправностей буровых лебедок  положен метод амплитудно - частотного анализа вибропараметров. Операции измерения и контроля вибрационных параметров дают возможность количественно оценить общее техническое состояние буровой лебедки или другого оборудования. Кроме того, это позволяет сократить возникновение аварийных ситуаций. Однако, чтобы выяснить причины, вызывающие вибрации буровой лебедки, необходимо провести диагностические работы. Причем частотный анализ вибраций буровой лебедки играет основную роль при постановке диагноза.

Одним из наиболее широко применяемых  методов оценки технического состояния  является метод исключения из рассмотрения те неисправности, которые не проявляются  при анализе вибросостояния буровой лебедки. Для этого необходимо глобально сгруппировать неисправности (дефекты) буровой лебедки таким образом, чтобы можно было при достаточном объеме измерений однозначно исключить одну из групп из рассмотрения. Поэтому сгруппируем все неисправности на три группы:

 

-неисправности, связанные  с нарушением жесткости крепления  буровой лебедки  на раме  и фундаменте;

-дефекты электромагнитного  происхождения;

-неисправности механического  и гидродинамического происхождения.

Разбиение на три большие  группы неисправностей позволяет упростить