Буровой ротор. Назначение конструкция и классификация
Ротор является одним из важнейших узлов установок для бурения скважин на нефть и газ. Ротор применяется на установках грузоподъемностью от 10 до 500 тонн, позволяющие бурить скважины глубиной от 100 до 15000 м.
Роторы буровой установки предназначены для передачи вращения буровому инструменту при роторном бурении, периодическом проворачивания инструмента при бурении забойными двигателями, а также для удержания колонны бурильных и обсадных труб при спуско-подъёмных операциях. Ротор является редуктором, передающим вращение вертикально подвешенной колонне бурильных труб от горизонтального вала трансмиссий.
Роторы относят к числу основных механизмов буровой установки. Их различают по диаметру проходного отверстия, мощности и допускаемой статической нагрузке. По конструктивному исполнению роторы делят на неподвижные и перемещающиеся возвратно-поступательно относительно устья скважины в вертикальном направлении.
Привод ротора осуществляется посредством цепных, карданных и зубчатых передач от буровой лебедки, коробки передач либо индивидуального двигателя. В зависимости от привода роторы имеют ступенчатое, непрерывно-ступенчатое и непрерывное изменение скоростей и моментов вращения. Для восприятия реактивного крутящего момента их снабжают стопорными устройствами, устанавливаемыми на быстроходном валу либо на столе ротора. Подвижные детали смазываются разбрызгиванием и принудительным способом. Поставляют роторы в двух исполнениях – с пневматическим клиновым захватом (ПКР) для удержания труб и без него.
Конструкции буровых роторов
В буровых установках для эксплуатационного и глубокого разведочного бурения используют роторы, неподвижно устанавливаемые над устьем скважины. Типовая конструкция ротора (рис. 3) состоит из станины 9 и стола 2, приводимого во вращение от быстроходного вала 7 с помощью конических шестерни 10 и колеса 6. Межосевой угол передачи составляет 90°.
Станину ротора в большинстве случаев выполняют литой из конструкционных нелегированных сталей. Форма и ее геометрические размеры определяются конструктивными, эксплуатационными, технологическими и эстетическими требованиями. В станине имеются горизонтальная и вертикальная расточки для размещения быстроходного вала и стола ротора.
Стол 2 ротора представляет собой полую стальную отливку с наружным диском, прикрывающим вертикальную расточку станины. В верхней части он имеет квадратное углубление для разъемного вкладыша (втулки) 4. В свою очередь, вкладыши имеют квадратное углубление для зажима 5, переходящее в конус. При бурении во вкладыши вставляют квадратные либо роликовые зажимы ведущей трубы, а при спускоподъемных операциях – клинья, удерживающие колонну труб над ротором. Разъемная конструкция вкладышей и зажимов обеспечивает их установку в ротор в тех случаях, когда его отверстие занято трубой. Втулки и зажимы удерживаются в роторе с помощью поворотных защелок. Между зажимом и ведущей трубой возникает трение скольжения, вызывающее изнашивание поверхностей их контакта. При использовании роликовых зажимов ведущая труба перекатывается по роликам, установленным на подшипниках качения, и благодаря этому ее износ снижается.
Стол ротора с напрессованным коническим колесом устанавливают в вертикальной расточке станины на основной 3 и вспомогательной 12 опорах. В качестве опор используют упорно-радиальные шариковые подшипники, которые вследствие зеркального расположения и осевой затяжки способны воспринимать двусторонние осевые нагрузки.
На основную опору действуют собственный вес стола ротора и колонны труб, удерживаемый им при спускоподъемных операциях. В процессе бурения скважины бурильная колонна подвешивается к вертлюгу, и на основную опору действуют собственный вес стола и силы трения, возникающие в результате скольжения ведущей трубы относительно зажимов 5 ротора.
Рис. 3. Буровой ротор УР-560
Подшипники и стол ротора вращаются при роторном бурении и остаются в основном неподвижными при спускоподъемных операциях и бурении забойными двигателями, если не учитывать их вращения при периодическом проворачивании бурильной колонны.
Быстроходный вал с конической шестерней, закрепленной шпонкой, монтируют в стакане 8 и в собранном виде устанавливают в горизонтальную расточку станины. Стакан предохраняет станину от вмятин, образующихся при установке подшипников и их проворачивании под нагрузкой. Консольное расположение шестерни на быстроходном валу удобно для компоновки и сборки ротора. Однако при этом возрастают требования к жесткости вала, так как вследствие его деформации нарушается равномерное распределение контактных давлений в зацеплении шестерни и колеса, что приводит к снижению их долговечности.
С этих позиций шестерню лучше располагать между двумя опорами. Однако, учитывая удобство монтажа и ремонта, быстроходные валы во всех конструкциях роторов изготовляют с консольным расположением шестерни. При этом снижается изгибающий момент, так как шестерня максимально приближена к опоре вала. На наружном конце быстроходного вала установлена цепная звездочка 14 либо карданная муфта. Для безопасности и удобства обслуживания ротор закрывают крышкой 1.
При бурении с использованием забойных двигателей стол ротора стопорится и благодаря этому предотвращается вращение бурильной колонны под действием реактивного крутящего момента. Стопорение осуществляется фиксатором, который входит в радиальные пазы диска стола ротора.
В роторе, изображенном на рис. 4, на быстроходном валу установлено колесо 14 с пазами для зацепления со стопором 13, передвигающимся в направляющих втулках станины посредством рукоятки 11. Последняя соединяется с валиком 12, имеющим шестеренку, которая входит в зацепление с зубьями стопора. Шестеренка удерживает стопор от вращения, а рукоятка 11 фиксирует его крайние положения. Благодаря установке стопорного устройства на быстроходном валу крутящий момент, действующий на стопорное устройство, уменьшается. Однако коническая передача и подшипники ротора воспринимают действие реактивного момента, что приводит к снижению срока их службы.
Подшипники быстроходного вала смазывают жидким маслом, заправляемым в стакан через заливные отверстия. Уровень масла при заправке и эксплуатации контролируют с помощью жезлового маслоуказателя 7. Для предотвращения вытекания масла наружная торцовая крышка стакана снабжена гребенчатым лабиринтным уплотнением. Внутренний торец стакана имеет крышку с отражательным диском, предохраняющим масло от загрязнения промывочным раствором и продуктами изнашивания, попадающими в смежную масляную ванну, которую используют для смазывания конической передачи и подшипников стола ротора.
Рис. 4. Буровой ротор УР-760
Рис. 5. Быстроходный вал ротора в сборе
В роторе, представленном на рис. 4, применяют циркуляционную систему смазывания подшипников и зубчатой пары с помощью плунжерного насоса 16, приводимого от эксцентричной втулки 15 на быстроходном валу 9. Насос забирает масло из маслоотстойника А в станине ротора и по трубкам 5 через кран 17 подает его на верхний подшипник 4. Часть масла стекает на зубчатый венец и смазывает зубчатую пару, а другая часть проходит по каналам и поступает на нижний подшипник 10, с которого стекает в масляную ванну.
В роторе УР-760 используют стол сборной конструкции, состоящий из полой втулки 1, соединяемой с диском 3 болтами 2 с потайной головкой. Взамен стакана используют переходные гильзы 6 и 8.
Быстроходный вал 6 (см. рис. 5) монтируют в стакане 7 на спаренных радиально-упорных конических роликоподшипниках 5, расположенных со стороны шестерни 1, и на радиальном роликовом подшипнике 9, установленном на противоположном конце вала. Зеркальное расположение конических подшипников обеспечивает точную двустороннюю фиксацию вала, необходимую для надежной и бесшумной работы передачи. Роликовый подшипник – плавающий, он обеспечивает осевое перемещение вала при тепловой деформации.
В фиксирующей опоре внутренние кольца подшипников закреплены между заплечиком вала и маслоразбрызгивающим кольцом 4, которое упирается в торец шестерни. Наружные кольца подшипников 5 и 9 закреплены между внутренним 3 и наружным 11 фланцами стакана с помощью металлических прокладок и дистанционной втулки 8. Внутреннее кольцо роликового подшипника крепится между заплечиком вала и кольцом 10, затянутым торцовым фланцем 16 через промежуточные детали 13–15 и дистанционное кольцо 17.
Осевые зазоры подшипников регулируются дистанционным втулками 8, 14 и с помощью набора металлических прокладок 18, установленных между стаканом и его фланцами. Осевой зазор подшипников, контролируемый по осевому смещению вала относительно стакана, должен быть в пределах, устраняющих защемление и обеспечивающих равномерное распределение нагрузки между роликами.
Надежная и бесшумная работа конической пары обеспечивается при правильном контакте зубьев, достигаемом совмещением вершин начальных конусов колеса 2 и шестерни 1. Зацепление регулируют путем изменения осевого положения шестерни с помощью металлических прокладок 18, выполненных в виде полуколец с прорезями для болтов. Благодаря этому прокладки устанавливают без разработки уплотняемых деталей путем незначительного отвинчивания болтов 12, достаточного для прохода прокладок. Правильность регулировки зацепления обычно контролируют по пятну контакта зубьев. При сборке роторов пользуются менее точным, но более простым способом контроля – по плавности вращения стола ротора при проворачивании быстроходного вала усилием рук рабочего.
Роликовый зажим (рис. 6) состоит из корпуса 2 и откидной скобы 3.
Источник
Привод ротора буровой установки
Использование: в качестве привода ротора буровой установки. Сущность изобретения: привод ротора буровой установки состоит из основного двигателя, трансмиссии , включающий цепную передачу, которая связана с валом промежуточной передачи, и второй цепной передачи, связанной через муфту на валу промежуточной передачи с валом ротора. Дополнительный двигатель связан посредством фрикционной муфты с понижающим редуктором, на выходном валу которого размещена подвижная полумуфта с вилкой включения. Вал промежуточной передачи имеет неподвижную полумуфту для периодического взаимодействия с подвижной полумуфтой выходного вала понижающего редуктора. Между дополнительным двигателем и его понижающим редуктором, установлена фрикционная муфта с тормозом для регулировки крутящего момента. Указанная компоновка привода позволит повысить точность установки и фиксации отклоняющей компоновки в скважине при изменении направления последней. 1 ил.
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
K АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
О (21) 4756027/03 (22) 03.11.89 (46) 15.06.92. Бюл. М 22,. (71) Инженерный центр «Западная Сибирь»
«Сибнефтеавтоматика» (72) В.Н. Караберов.и В.Т. Пискунов (53) 622.242,83(088;8) (56) Установка буровая Уралмаш 3000 ЭУК1М, Привод лебедки, ротора и буровых насосов. Техническое описание и инструкция по эксплуатации, 14030. 08.000ТУ. —.Уралмашзавод. 1985.
Иночкин Il.Т., Прокшиц В.Л. Справочник бурового мастера. — Недра, 1968, с. 3441, (54) ПРИВОД РОТОРА БУРОВОЙ УСТАНОВКИ (57) Использование: в качестве привода ротора буровой установки. Сущность изобретения: привод ротора буровой установки
Изобретение относится к нефтяному машиностроению и может быть использовано в буровых установках для бурения нефтяных и газовых скважин с электрическим приводом ротора.
Известен привод ротора буровой установки Уралмаш 3000ЭУК-1М, имеющий трансмиссию ротора, две цепные передачи — горизонтальную и наклонную, промежуточную передачу с муфтой, осуществляю- щую передачу мощности от трансмиссии ротора через цепные передачи на ведущий вал ротора.
Однако при ведении работ по корректировке ствола в пространстве, а также для ведения аварийных и ловильных работ воз„„5U„„1740599 А1 состоит иэ основного двигателя, трансмиссии, включающий цепную передачу, которая связана с валом йромежуточной передачи, и второй цепной передачи, связанной через муфту на валу промежуточной передачи с валом ротора. Дополнительный двигатель связан посредством фрикционной муфты с понижающим редуктором, на выходном валу которого размещена подвижная полумуфта с вилкой включения.. Вал промежуточной передачи имеет неподвижную полумуфту для периодического взаимодействия с подвижной полумуфтой выходного вала понижающего редуктора.
Между дополнительным двигателем и его 3 понижающим редуктором, установлена фрикционная муфта с тормозом для регулировки крутящего момента. Указанная ком-. поновка привода позволит повысить точность установки и фиксации отклоняю- 2 щей компоновки в скважине при изменении направления последней, 1 ил.
Ъ никает необходимость в значительном по- . (Л нижении числа оборотов ротора, что не О обеспечивается. данной конструкцией привода ротора. Затруднена фиксация отклоняющей компоновки при повороте ее на заданный угол, так как муфта на валу промежуточной передачи не обеспечивает надежной фиксации.
Известен привод ротора буровой установки Уралмаш-125БД. состоящий из основного двигателя, трансмиссии, одна из цепных передач которой связана с валом промежуточной передачи,. который через муфту и вторую цепную передачу связан с валом ротора. Кроме того, привод ротора снабжен дополнительным двигателем, связанным
1740599 посредством фрикцион ной муфты с понижающим редуктором, на выходном валу которого размещена полумуфта включения.
Недостатком известной конструкции является невозможность плавного включения передачи, без рывков и уменьшения числа оборотов ротора до 5 об/мин, что затрудняет точную установку и фиксацию отклоняющей компоновки.
Цель изобретения — повышение точности установки и фиксации отклоняющей компоновки в скважине при корректировке направления бурения и проведении аварийных работ.
Длядостижения этой цели применяется привод ротора буровой установки, содержащий основной двигатель, трансмиссию, одна из цепных передач которой связана с валом промежуточной передачи, который через муфту и вторую цепную передачу связан с валом ротора, дополнительный двигатель, связанный посредством фрикционной муфты с понижающим редуктором, на выходном валу которого размещена полумуфта включения.
Отличительными признаками предлагаемого привода буровой установки является наличие полумуфты на валу промежуточной передачи, Полумуфта предназначена для периодического взаимодействия с полумуфтой выходного вала понижающего редуктора дополнительного двигателя, а установленная между дополнительным двигателем и его понижающим редуктором фрикционная муфта с тормозом — для регулировки крутящего момента.
Благодаря наличию индивидуального привода крутящий момент на ведущий вал ротора передается с электродвигателя индивидуального привода чеоез понижающий редуктор, соотношение диаметров шестерен в котором выбрано таким, что обеспечивает снижение оборотов ротора до 5 об/мин. При этом трансмиссия ротора в передаче крутящего момента не участвует. Наличие колодочного тормоза позволяет произвести фиксацию отклоняющей компоновки при повороте ее на заданный угол.
На чертеже изображена кинематическая схема привода ротора буровой установки.
Привод ротора буровой установки содержит трансмиссию ротора 1, две цепные передачи 2 и 3, промежуточную передачу 4 и ведущий вал 5 ротора, вал 6 промежуточной передачи 4 с муфтой 7 зацепляется с индивидуальным приводом ротора с помощью муфты, состоящей из подвижной полумуфты 8, неподвижной полумуфты 9 и вилки 10 включения, кроме того, содержит дополнительный двигатель 11, фрикционную муфт 12 с тормозом 13 и понижающий редуктор 14, Привод ротора буровой установки рабо5 тает следующим образом.
Передача мощности от двигателя лебед- ки ротору при бурении осуществляется с помощью основного привода ротора, который имеет общую кинематическую связь с
10 приводом лебедки. От трансмиссии ротора.
1 крутящий момент передается на цепную передачу 2. Промежуточная передача 4 передает крутящий момент с цепной передачи
2 на цепную передачу 3, с которой крутящий
15 момент передается на ведущий вал 5 ротора. При этом индивидуальный привод ротора отключен, Для ведения работ, требующих понижения числа оборотов ротора, из пневмосисте20 мы подается воздух в цилиндр вилки 10 включения. При этом происходит зацепление подвижной полумуфты 8, сидящей на валу понижающего редуктора 14, с неподвижной полумуфтой 9, жестко закреп25 ленной на валу 6 промежуточной передачи
4, Трансмиссия ротора 1 при этом работает вхолостую. При включении дополнительного двигателя 11 вращение на ведущий вал 5 ротора передается с помощью фрикцион30 ной муфты 12 и понижающего редуктора 14 на промежуточный вал 6 ротора, затем с цепной передачи 3 на ведущий вал 5 ротора.
Для фиксаци отклоняющей компоновки при проводке наклонных скважин, когда от35 клоняющая компоновка поворачивается на заданный угол, отключается дополнительный двигатель 11. При этом мгновенно срабатывает тормоз 13, так как сила инерции вращающейся с малым числом оборотов от40 клоняющей компоновки невелика. Отклоняющая компоновка мгновенно останавливается.
К индивидуальному приводу подключена автоматизированная система управль .
45 ния траекторией ствола скважины, состоящая из телеметрической системы, которая задает программу работы индивидуальному приплоду по корректировке ствола скважины и автомата управления ротором.
50 Технико-экономическая эффективность предлагаемого привода ротора буровой установки состоит в том, что обеспечивается точная установка и фиксация отклоняющей компоновки, сокращаются сроки аварийных
55 и ловильных работ, предотвращается обратное спиральное раскручивание отклоняющей компоновки.
С помощью автоматизированной системы производится автоматическая корректировка движейия ротора при наклонно
1740599 направленном бурении, что сокращает сроки бурения и снижает расходы.
Редактор M. Кобылянская Техред M,Моргентал Корректор M. Демчик
Заказ 2060 Тираж Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5
Производственно-издательский комбинат «Патент», г. Ужгород, ул.Гагарина. 101
Привод ротора буровой установки, включающий основной двигатель, трансмиссию, одна из цепных передач которой связана с валом промежуточной передачи, который в свою очередь посредством. установленной на нем муфты и второй цепной передачи связан с валом ротора, дополнительный двигатель, связанный посредством фрикционной муфты с понижающим редуктором, на выходном валу которого размещена подвижная полумуфта включения, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения точности установки и фиксации отклоняющей компоновки в скважине при корректи5, ровке направления бурения и проведении аварийных работ, вал промежуточной передачи имеет неподвижную полумуфту для периодического взаимодействия с подвижной . полумуфтой выходного вала понижающего
10 редуктора дополнительного двигателя, а установленная между дополнительным двигателем и его понижающим редуктором фрикционная муфта имеет тормоз для регулировки крутящего момента.
Источник
