Главная | Обратная связь

Шегендеу тізбектері 17 страница

 

8.4 Бұрғылау шығырларының тежегіш жүйесі

Бұрғылау шығырларының тежегіш жүйесі келесі жұмыстарға арналған: бұрғылау тізбектерін іліулі күйде ұстап тұруға; тізбекті бір свеча ұзындығына ең үлкен мүмкін жылдамдықпен түсіру кезінің соңында толық тежеуге; бұрғылау барысында ұңғыны қазу үшін, бұрғылау тізбегін жайлап жіберуге.

Өте ауыр бұрғылау тізбегін түсірерде, механикалық тежегіштерде үлкен қуат пайда болып, оның үйкеліс беттерінде шектік мүмкін болатын температура туындайды және ол тежегіштер арқылы бөлінетін жылу түрінде байқалады. Үйкелетін беттердің шектік температурасы әдетте 500^о С-мен шектеледі. Бұдан жоғары температураларда тежегіш қалыптардың үйкеліс сапасы төмендейді. Ауыр тізбектерді үлкен жылдамдықпен және кенет тежеудің арқасында үйкеліс бетінің лездік температурасы 1000 ^о С-ға көтеріліп кетеді.

Бұрғылау шығырларында тежегіштің екі түрі қарастырылған: басты тежегіш (тоқтатқыш), көмекші тежегіш, ол түсіру жылдамдығын реттеуші, осы ретте бөлінетін энергия бөлігін жұтушы және бұрғылау кезінде қашаудың беріліс жылдамдығын реттеуші арнайы механизм.

Тоқтатудың басты тежегіші – таспалы деп аталады және оның шкивтері қауіпсіздік талаптарына байланысты шығыр барабанының екі шетінде орналасқан. Бұрғылау шығырларындағы түсіру жылдамдығын бәсеңдететін көмекші тежегіштер гидравликалық және электродинамикалық болулары мүмкін.

Басты тежегіштер – кейбір жағдайларда қашауға беріліс беретін қондырғы функциясын атқарады. Қашауға беріліс беретін қондырғылар әр түрлі құрылымды болуы мүмкін, басты тежегіш жүйесіне әсер ететін немесе жеке механизм ретінде. Алайда, негізгі тежегіш 1 – 3 м/с жылдамдықпен қозғалатын және құбырлар тізбегін түсіруде 10000 кВт дейінгі қуатпен жылжитын ілмекті тежеуге арналған, ал қашауды бұрғылау тізбегі арқылы қазу процесінде жіберу жылдамдығы өте аз (0,03 м/с дейін), ал қуаты 5 -30кВт. Әрине, тежеудің бір механизмі қуаттың осыншама үлкен ауытқуындағы барлық шарттарға жауап бермейді, себебі төменгі жылдамдықтағы үйкелу коэффициенті тұрақты емес, сондықтан ауыр жағдайларда бұрғылау үшін, шығырды түсіру жылдамдығын және қазу процесіндегі берілісті реттей алатын қондырғымен қолданған жөн.

Бұрғылау шығырларының тежегіштері үлкен лездік қуатты тудырады, соның салдарынан жылудың үлкен бөлігі бөлінеді және үйкеліс бетін тез қыздырады. Соған байланысты тежеу кезінде бөлінетін жылуды жақсы қайтару - шығыр тежегіштерінің маңызды мінездемесі болып табылады. Сондықтан тежегіштің салқындату жүйесі бұрғылау шарттарына байланысты сумен немесе ауамен салқындатылатын болып жобалануы тиіс.

 

Таспалы тежегіштер

8.7-суретте шығыр барабанын, тежегіш шкивтерді қоршай орналасқан екі тежегіш таспалардан тұратын, қалыпты таспалы тежегіштің сұлбасы көрсетілген.

8.7-сурет. Бұрғылау шығырының типтік таспалы тежегіші

1 – тежегіш тұтқасы; 2 – иінтірек; 3 – тежегіш колодкасы; 4 – иінтіректі бекіткіш; 5 – тежеуіштің қосиінді білігінің тіреуі; 6 – тұтқалар; 7 – қосиінді білік; 8 – пневмоцилиндр; 9 – таспаның бекітілуінің топсалы серіппесі; 10 – балансир тіреуі; 11 – балансир; 12 – контргайка; 13 – тартқыш; 14 – ұстап тұрушы ролик; 15 – тежегіш таспасы.

 

Шкивтер барабанның екі жағында орналасқан, тежегіш таспаларының бір ұшы екі таспа арасында тежеу күшінің бірқалыпты бөлінуін реттейтін балансирмен байланысқан; таспаның екінші ұшы иінді білікпен байланысқан. Иінді біліктің сол жағында басқару иінтірегі, ал оң жағында – пневматикалық цилиндрмен байланысқан, тежеу күшін көбейтетін қосиінді білік орналасқан.

Таспаның қозғалмайтын ұшы балансирге орнатылған, ал қозғалатын ұшы иінді біліктің мойнына бекіген, ол оның бұрылысының арқасында, шкивтерді қоршап тұрған колодкаларды оған қысып ұстап қалып, соның арқасында тежеуді болдырады. Тежегішті басқару иінтірек жүйесіне бекітілген таспаның қозғалмалы ұшымен және иінді білікпен байланысқан тұтқалармен жүзеге асырылады.

Иінтіректі білікті басқару тұтқасымен немесе пневматикалық цилиндр поршенімен бұрып, айналдырады. Пневматикалық тежегішті басқару үшін тежегіш иінтірегінде орналасқан тұтқаны бұрады.

Тежегіш иінтірегі 90^о үлкен емес бұрылу бұрышына ие болуы керек, себебі 1,0 – 1,2 м иінтірек ұзындығында жұмысшының оны одан үлкен бұрышқа ауыстыруға мүмкіндігі жоқ. Таспалы тежегіштердің артықшылықтары – олардың құрылымының қарапайымдылығы және иінтіректі бұруға сәйкес тежеу моментінің көбеюі.

8.8-суретте тежеу күші бұрылу бұрышы және таспаның қозғалмалы бөлігінің орын ауыстыруына байланысы келтірілген. Тежеу иінтірегінің ұшы, Гостехнадзор ережелеріне сай, толық тежелуде бұрғылау еденінен 0,8 – 0,9 м кем емес қашықтықта болуы керек, иінтірек жүрісін азайту шкив беті мен тежегіш таспасы колодкалары арасындағы саңылауды реттеу арқылы жүзеге асады. Тұтқа тек тік жазықтықта орын ауыстыру керек.

 

 

8.8-сурет. Таспалы тежегіштің тежелу қуатының N, тұтқаның бұрыштық j орын ауыстыруына байланысты таспаның жылжымалы ұшының орын ауыстыруына Ds тәуелділігі.

А, Б – тұтқаның тік және көлденең жағдайына сәйкес нүктелер.

 

Тежегіш иінтірегі барабанның сырғып кетуінен, бұрғылау тізбегінің өздігінен түсіп кетуін болдырмайтын, тежегішті тоқтаған қалпында сенімді қалдыратын бекіту қондырғыларымен (бекітпе) жабдықталған.

Тежегіш шкив – ені b=0,15÷0,3м және диаметрі D_т =1,6 м дейінгі, шығыр барабанына бекітілетін тіректері бар, болаттан құйылған цилиндр дөңгелек. Бұл тіректер (реборда) шкив беріктігін арттыру үшін де қызмет етеді. Шкив барабанға қарағанда тезірек ескіреді және соған орай алынбалы болуы қажет.

Тежегіш шкивтерді безендіру құрылымына байланысты әртүрлі болуы мүмкін. Көп жағдайда олар құйылмалы. Біртұтас болып құйылған қабырғалы құрылымдағы, ауамен салқындатуға арналған шкивтің түрлері солтүстік аймақтарда пайдалануға бейімделген. Суытуға арналған құйылған салынбалы алюминий қабырғаларымен құрылымдалған барабандары бар шкивтер дайындалу қиындығына байланысты кең қолданыс таппаған. Құрылымы суыту камерасымен орындалған шкивті тежегіштер КТО саны көп емес және қоңыржай не ыстық климатты бұрғылау қондырғылары шығырларында тиімді пайдаланалады. Шкивтердің қалыңдығы δ осы қалыңдықтың тозғандағы ∆ шектік мөлшері 0,4 - 0,5 бөлігінен артпауымен анықталады. Ені b тежеуіш колодкаларынан 5 – 10 мм-ге үлкенірек болуы тиіс.

Тежегіш таспасын фрикционды материалдан дайындалған, таспаға ішкі жағынан бастары колодкаға батырылған болттар немесе болат тармақтар арқылы бекітілген тежегіш колодкалар орнатылған, ені 0,15 – 0,3 м, қалыңдығы 3-6 мм, болат жолақшадан жасайды. Жолақшаның екі ұшына таспаны балансирмен және иінді білікпен байланыстыратын сақиналық тұтқалар бекітіледі.

Тежегіш колодкалар стандартты өлшемдерімен әртүрлі фрикционды материалдардан; асбест талшықтарын темір тормен қабаттап жаншып тоқыған немесе арнаулы пластмассаны фрикционды материалдармен араластырып жасалады. Тежегіш колодкаларын жасайтын материалдар жоғарғы үйкеліс коэффициентіне (0,4-0,5), жоғары беріктікке, жылутұрақтылыққа, колодкалардың және тежегіш шкивтің үйкелістік тозуының аздығын мүмкін ететін сипаттамаға, жақсы жылусейілгіштікке ие болуы қажет.

Тежегіш колодкалар пресстелген қатты және тоқылған жұмсақ түрлері болуы мүмкін, сонымен қатар тоқылып пресстелген колодкалардың басқа да түрлері бар. Колодкалардың қаттылығы артқан сайын тозуы төмендеп, алайда тежегіш шкивтердің тез тозуына әкелуі мүмкін. Жұмсақ тоқыма колодкалар тез тозады, бірақ тежегіш шкивтердің тозуы азаяды. Жұмсақ колодклардың қаттылармен салыстырғандағы тозу коэффициенті жоғары. Терең бұрғылауға арналған шығырларға көбінесе престелген, орташа қаттылықтағы колодкалар қолдану тиімді болып табылады.

Колодкалар үшін асбестікаучукты 6КХ-1 және ретинакс ФК-24А материалдары таңдалып, оларды байланыстырушысы ретінде фенолформальдегидті смолалар қолданылады. Ретинакстан жасалған колодкаларды 5 - 6 МПа жеке қысымда, тежегіш шкивтің айналу жылдамдығы 50-60 м/с болғанда қолданыла береді. Бұл материалдың бетінің жылутұрақтылығы 1000^оС-ға дейін, ал қалың қабатына қарай 400-600^оС. Ретинакстың қаттылығы НВ 33, тығыздығы ρ = 2×10³ кг/м³.

Балансирлер – тежелу күшінің екі таспаға бір қалыпты берілуін және олардың бірігіп жұмыс жасауын қамтиды. Балансирлік құрылымсыз тежегішті үнемі реттеп тұру қажет болар еді, алайда бұл әрекет те тежегіштің бір қалыпты жүктемесін қанағаттандырмай тежегіш колодкаларының тозуы жиі болушы еді. Бұрғылау шығырында балансир міндетті түрде болуы керек.

Балансир өс жақтауына бекітілген құйылмалы болат немесе пісірілген белдік түріндегі жеңіл құрылымға ие; балансирдың ұшына тежегіш таспалары бекітілетін реттегіш болттар монтаждалған. Құйылмалы балансирлердің көміртекті болаттан жасалғаны дұрыс.

Негізгі тежегішті есептеу.Тежелу кезінде пайда болатын күшті қарастырайық. Ұңғыға әр түрлі салмақтағы тізбектерді әртүрлі жылдамдықпен түсіреді. Түсіру жылдамдықтары көмекші және негізгі тежегіштермен шектеледі. Тежеу кезіндегі тоқтатуды негізгі тежегіш ғана жүзеге асырады, ол сол моментте қозғалып келе жатқан тізбектің және онымен байланысқан бөліктердің барлық энергиясын өзіне қабылдайды.

Ілмектегі, арқанның жетекші тармағындағы жүктемені тоқтату уақытқа және тежелу жолына сонымен қатар осы жүктемеден пайда болатын динамикалық күштерге байланысты. Тежелу уақыты ештеңемен шектелмейді және тек қана оператор жұмысына байланысты болады. Арқанның үзіліп кетуіне әкелетін шектік динамикалық күштердің пайда болмауы үшін, айналмадағы тежегіш күштен F барабанға арқанның үзіліп кету мүмкіндігінен кем жүктеме R_д түсіру керек, мына шарт орындалуы тиіс:

 

(8.2)

 

мұндағы: R_Д – өлшемі Н;

z=2 тежегіш таспаларының саны;

D_T - тежегіш шкивінің диаметрі, м;

D_i - барабанның тиімді диаметрі, м;

F_CT - тізбек қозғалмайтын кезіндегі шкив бетінің үйкелу күші, Н;

F_Д – динамикалық күші, Н;

k_T – тежелудің қор коэффициенті (Гостехнадзор ережелеріне сай ілмекке түсетін үлкен жүктемеде 1,5 – 2 шамасында орнатылған);

 

(8.3)

 

мұндағы: P_T - тәл арақанының тармақтарына түсетін статистикалық жиынтық жүктеме;

h_т.ж – түсіру кезіндегі барабанның және тәл жүйесінің ПӘК;

u_T – полиспастың жұмыс тармағының саны.

V_T.T – жылдамдықпен түсетін тізбектің тежелуі кезіндегі пайда болатын кинетикалық энергияны қабылдайтын F_д – динамикалық күш келесі формуламен анықталады:

 

(8.4)

 

мұндағы: g – ауырлық күші үдеуі, м/с²;

– шығыр барабаны және онымен байланысқан жылжымалы элементтердің инерциялық күштері жиынтығы, Н;

w - барабанның бұрыштық жылдамдығы, с^-1;

I – айналмалы бөлшектердің инерция моменті, Н×м с²;

j₀ = h_k u_T D_T/D_i – тежегіш шкивтің тежелу жолы, м;

h_к = v_к.т. t_т/2 = v_і²_.т./3 - ілмектің тежелу жолы, м.

Жуықтап есептеу үшін, тежелу жылдамдығының түзу сызықты өзгеру заңдылығын қолданса болады; онда тежелу уақыты, с,

 

t_т = 2I₀ ω/М_үст, (8.5)

 

мұндағы: I₀ - қозғалатын тізбектің және айналатын бөлшектердің барабан білігіне телінген инерция моменті, Н×м×с²; I₀ = ∑ I + m_тv_т²/ω² ;

М_үст. – тежегіштің үстеме моменті, Н×м;

m_т – тізбек пен оның қозғалатын бөліктерінің салмағы, кг;

Белгілі бір арқан диаметріне арналған бұрғылау шығырларында кіші немесе үлкен диаметрдегі арқандарды қолдануға болмайды. Бірінші жағдайда статикалық жүктемеге қатысты арқан диаметрі дұрыс таңдалғанмен, лездік тежелуде оның үзіліп кету қаупі бар. Екінші жағдайда арқан беріктігі есептік жүктемеге сай болса да жеткіліксіз тежелу моментінен тежелу жолы ұзарады.

Тежегіш колодканың және шкивтердің әртүрлі жұптарының үйкелу коэффициенті мәні Ғ төменде келтірілген:

Болат – құрғақ шойын......................................................................0,25 – 0,45 (0,5 дейін)

Болат немесе шойын – құрғақ феррадо не райбест..........................................0,35 – 0,45

Шойын – майланатын феррадо...............................................................................0,8 – 0,1

Болат – құрағах ретинакс ФК – 24 А..................................................................0,35 – 0,65

Болат – майланатын ретинакс ФК – 24А...............................................................0,9 – 0,1

Шойын – ұнтақ металдық құрғақ колодка ........................................................0,35 – 0,55

Бұрғылау шығырлары тежегіштерін былай есептеу керек; түсіру кезінде ілмектің тежелу жолы h_к = v_і.т./3 мәнінен аспауы керек.

мұнда v_і.т. – ілмекті түсіру жылдамдығы, м/с.

Тежегіш иінтірегі механизміне әсер ететін күш.Бұрғылау шығыры тежегіштері таспаларының тартылмайтын ұштарын қозғалмайтын етіп балансирге, таспаның тартылатын ұштарын күш алуға арналған кривошипке бекіткенде, тежегіш тұтқасында М_Т және пневмоцилиндр тартқышында М_Ц момент пайда болады.

V_N + V_W =2S_N× r×cosg (8.6)

 

мұнда r=0,04¸0,06м - қозғалмайтын шарнирдан таспаның жылжымалы ұшына бекітілетін нүктеге дейінгі кривошип радиусы, м;

g - иінтіректің бұрылу бұрышы;

S_T - тәл арқанының тартылатын тармағының керілу күші.

Таспаның жылжымалы ұшы толық тежелуі кезінде кривошип өсіне 90⁰ жуық бұрышпен орналасады. Бұл кезде тежеу моменті тұтқадағы М_Т және пневмоцилиндрдегі М_Ц моменттермен теңеседі.

 

М_ст £М_т +М_ц (8.7)

М_ц =0 болғанда тұтқадағы жүктеме,

 

, (8.8)

 

мұнда l- тежегіш иінтірегінің ұзындығы, м;

h=0,9¸0,95 - тартқыш жүйенің ПӘК;

b - таспаның тартылатын ұшы мен кривошип өсі арасындағы бұрыш;

y - тартқыш өсі мен таспаның арасындағы бұрыш (тежеудің басталарында 80⁰ –тан тежеудің соңында 10⁰ дейін өзгереді).

Қолмен тежеу процесі кезінде бұрғышының иінтірекке беретін жүктемесі 250 Н болуы тиіс. Пневматикалық тежеу жүйесінің беретін шектік моменті М_Ц ³ 0,8 М_ст болуы тиіс.

 

8.5 Гидродинамикалық тежегіш

Бұрғылау шығырларының гидродинамикалық тежегіші – ұңғыға бұрғылау және шегендеу құбырларын түсіргенде олардың жылдамдығын шектеуге арналған, жұмыс қуысы сұйықтықпен толған, ротор мен жылжымайтын статордан тұратын қалақшалы гидравикалық қондырғы (8.9 – сурет). Ротордың радиалды қалақшаларының айналуы кезінде сұйықты центрден шетке лақтырып, статор қалақшаларына бағыттайды. Статор қалақшалары арасындағы арналардан өткен сұйық қайта ротор қалақшаларына соғылады, соның арқасында ротор мен статор арасында сұйықтың тұйық циркуляциясы пайда болады.

Құйынды аймақтардағы соққыдан қысымның өзгеруі әсерінен пайда болатын статор мен ротордың қалақшалары арасындағы арналардағы сұйықтың гидравликалық ілініс күштері тежегіш моментін тудырады, оның мөлшері ротордың диаметріне және айналу жиілігіне, гидродинамикалық тежегішке құйылған сұйықтың деңгейіне байланысты. Ротор білігі тіректері мен тығыздағыштарында пайда болатын механикалық қарсылықтар тежегіш моментіне айтарлықтай әсерін тигізбейді. Тежелу кезінде жойылатын механикалық энергия жылуға айналып, жұмыс сұйықтығы мен гидродинамикалық тежегіштің бөлшектерінің қызуына әкеледі.

Қыздырудың шектік температурасы жұмыс сұйықтығының физикалық қасиеттеріне байланысты. Суды қолданған жағдайда қыздыру температурасы 90⁰С градустан аспауы тиіс.

8.9-сурет. Бұрғылау шығырының бір роторлы гидродинамикалық тежегіші

 

Гидродинамикалық тежегіштің роторы біліктен 8 және қалақшалары түсіру кезіндегі шығыр барабаны айналу бағытына сәйкес келетін, радиалды жалпақ 45⁰ бұрышқа жантайтылған шойыннан құйылған екі жақты қалақшалы сораптық дөңгелектен 5 тұрады. Қалақшалардың қалыңдығы, құйылатын өндірістің шарттарына сай, ротор диаметріне байланысты 12 – 25 мм болады. Қалақшалар саны 20¸28ге тең болып қабылданады. Бұдан әрі қалақшалар санын көбейту тежегіш моментінің шамасына әсер етпейді және гидродинамикалық тежегіштің қажетсіз салмағын арттыруға алып келеді.

Ротор арқылы берілетін бұрау моменті әсерінен айналып кетуден сақтау үшін, қалақшалы дөңгелек ротор білігіне престік әдіспен кілтекпен бірге жалғанады.

Статор 6 симметриялы екі бөліктен тұрады, ол бұрғылау шығырының жақтауына гидродинамикалық тежегіштің тіреулерінен тұратын тұрқысын 1 құрайды. Статордың екі бөлігі де шойыннан құйылады. Олардың радиалды бағытта, сорап дөңгелегінің қалақшаларына қарама қарсы жантайтылған қалақшалары бар. Роликті 3, 9 мойынтіректердегі және 4, 7 фланецті стақандардағы білік 8 статордың екі жақтық ойықтарында орналастырылады. Статор ойықтары өстестігі оның беттесетін қабырғаларындағы қырымен қамтамасыз етіледі. Статордың түйісіп беттесетін бөлігі парониттік немесе картондық төсемемен 13 нығыздалады, бекіту болттармен 12 тартылады.

Келтірілген құрылымда ротордың бiлiгi роликтi радиалды және радиалды - сфералық екi катарлы мойынтіректерге бекiтiлген, ал көп таралған түрлерінде екi мойынтірегі де роликтi радиалды болып келеді. Бiлiктiң өстік жағдайы радиал сфералық мойынтірекпен, оның сыртқы сақинасы реттегіш төсемi бар шеткі қақпақпен, iшкiсi - бекiткiш төлкесiмен 2 бекiтiліп тартылады. Қарама-қарсы бiлiк ұшының еркін тұруы, мойынтiректің роликтерi iшкi құрсамасының жүгiру жолы бойынша орын ауыстыруымен қамтамасыз етiледi.

Ротор және статордың өстік саңылауы 4-4,5 мм құрайды және металл стақандар мен статордың сыртқы беті арасына орнатылған метал төсемдердiң жиынтығымен реттеледi. Бiлiктiң мойынтіректері консистеннті маймен майтесік арқылы қол сорап көмегімен майланады. Май ақпауын болдырмау үшiн фланецтік стақандар және қақпақ май тежегіш ойықтармен жабдықтаған. Біліктің шығарылған ұшы бұрғылау шығыры көтергіш білігін гидродинамикалық тежегішпен жалғастыратын ілінісу муфтасы үшiн қолданылады. Айналмалы бiлiктi май тамшылатпай нығыздау үшiн сальниктік және шеттік тығыздағыштар қолданылады.

Тоқылған асбестсымды тығыздағыш сальниктер В қарапайым және арзандықтарына байланысты кең таралған және аралық кергiш төлкелерден, грундбуксалардан, тартып бекітетін болттар мен контргайкалардан тұрады. Тығыздағыш сальниктердің тозуы жұмыс сұйығының арна 10 арқылы ағуы арқылы тексерiледі. Шамадан тыс сұйық ағу кезінде сальниктер қысқыш болттармен бiр қалыпты тартылады. Сальникті шамадан тыс тарту, оның қызып кетуіне және мерзімінен бұрын істен шығуына алып келедi.

Ротор бiлiгi сальниктерi ұзақтұрақтылығын жоғарылату үшiн майтесік арқылы берілетін графитті маймен майланады. Май үйкелес коэффициентін төмендетедi және осының нәтижесінде сальниктердің қызып тозуларын азайтады. Тығыздағыш сальниктерді фланецтік стақандарды алғаннан кейiн, тексереді және қажет болса алмастырады. Гидродинамикалық тежегiштердiң кейбір түрлерінде бiлiк мойынтіректері сыртқа шығып тұрған тiректерде орнатылады. Нәтижесінде бiлiк мойынтіректері жұмыс сұйықтарынан толық қорғалынады және оларды тексеру мен сальниктерін алмастыру оңайлайды. Бұндай құрылымдардың кемшiлiгі - бiлiктiң ұзаруы, соның салдарынан тежегiш қондырғысын орнату үшiн соған сәйкес шығыр рамасын ұзарту керек болады.

Жұмыс сұйығы ретiнде, әдетте, статордың сақиналық камераларына тоңазытқыш түтiгі арқылы 11 берілетін суды пайдаланады. Статор ішіндегі және қалақшаларындағы радиалды және тангенциалды арналар А бойынша су тежегiштiң қалақша аралық Б арналарына бағытталады. Тангенциалды бағытталған ағыс өзі соруға жағдай жасайды, сондықтан тоңазытқыштан келетiн су тежелу әсерінен тежегiш ішінде қыздырылған ыстық сумен тез араласады. Тежегiштiң ағындық қималарын молайту үшiн ротор қалақшаларының бiр бөлiгi қысқа етіп жасалған.