Понятие ротора (стр. 2 из 3)

Ширина зубчатых колес для конических передач b≤0,2 Е, где Е — конусная дистанция; ширина шестерен b = (0,15÷0,2)A, где А — межцентровое расстояние передачи.

В опорах ведущего вала применяют роликовые подшипники почти всех типов. Наиболее нагруженными радиальными усилиями являются подшипники, установленные у ведущего конического колеса. Осевые усилия в ведущем валу воспринимаются сдвоенным коническим или сферическим радиальным роликоподшипниками, которые ограничивают от осевых перемещений. При применении конических подшипников ведущий вал монтируют в стакане, так как необходимо осуществлять регулировку конической передачи и осевого зазора подшипника. Регулировку обычно осуществляют набором тонких металлических пластин, устанавливаемых между фланцем стакана и крышкой.

Действующие на опоры нагрузки определяются общепринятыми в деталях машин методами. Размеры опор стола ротора выбираются по конструктивным соображениям, в зависимости от диаметра проходного отверстия ротора, а число шаров и их диаметр — в зависимости от величин действующих нагрузок. Долговечность подшипников определяется по эквивалентным нагрузкам, по которым затем находят условную нагрузку, действующую на подшипник.

Для роторов динамический коэффициент k₁ = 2÷2,5.

3.2 Определение частоты вращения стола ротора при приводе от вала буровой лебедки ЛБУ-1400

Число зубьев ведущего цепного колеса лебедки трансмиссии ротора z_бз=27.

Частота вращения этого колеса (в об/мин):

на 1-й скорости n₁ = 211,

на 2-й n₂=324,

на 3-й n₃=513.

Частота вращения стола ротора (в об/мин) соответственно будет

,

— число зубьев звездочки на роторном валу; u_p = 2,76— передаточное отношение конической передачи ротора;

об/мин;

Меняя соответственно величину частоты вращения звездочки на трансмиссионном валу, можно определить n_P2 и n_P3:

об/мин;

об/мин.

Если при ловильных работах необходимо уменьшить частоту вращения роторного стола до 50 об/мин, то, чтобы не изменять кинематическую схему лебедки, надо увеличить число зубьев на цепном колесе приводного вала ротора (в нашем случае на колесо с большим числом зубьев). Определяем, с каким числом зубьев следует поставить новое цепное колесо:

Откуда:

,

3.3 Расчет главной опоры ротора

Подшипник стола ротора так же, как и зубчатая передача, является основным элементом, определяющим долговечность и надежность ротора.

В опорах ведущего вала применяются стандартные роликоподшипники качения, их расчет аналогичен расчету опор валов общего машиностроения. Для выбора подшипников и определения их срока службы сначала рассчитывают действующие на опоры усилия (рис. 5). Для этого надо найти усилия, действующие в зацеплении: окружное усилие Р, радиальные Q и осевые N.

Рисунок 5 – Расчетная схема ротора

При расчете роторов обычно условно принимают, что привод ведущего вала всегда осуществляется цепной передачей при минимальном диаметре ведущей звездочки, к. п. д. ротора η = 0,9, коэффициент запаса k_з =2÷4. За расчетный режим принимается частота вращения стола n_p=100 об/мин, срок службы L_h= = 3000 ч при длительно действующем эквивалентном моменте на столе ротора M₂.

Для определения долговечности опор ротора устанавливают исходные параметры для расчета.

Расчетная частота вращения стола ротора n_p=100 об/мин; расчетный крутящий момент на столе ротора M₂, Н•м.

Например, для бурения скважины глубиной 5000 м с использованием ротора У7-560-6 необходима мощность N=500кBт. Крутящий момент на столе ротора при частоте вращения n_p = 100 об/мин:

Здесь

— угловая скорость вращения стола ротора. Усилия (в Н), действующие в зубчатом зацеплении:

окружное:

осевое шестерни:

радиальное шестерни:

где M₁ и M₂— крутящий момент на ведущем и ведомом валах, Н•м; d₁ и d₂ — средний расчетный диаметр шестерни колеса, м; α —угол профиля зуба; в нормальном сечении обычно α =20°.

В формуле (VI.6) знак « + » берется, когда направления наклона зуба и вращения создают осевое усилие, направленное от вершины к основанию конической шестерни; знак « – » — при противоположном направлении этого осевого усилия.

Осевая N₂ и радиальная Q₂ составляющие нагрузки на коническом колесе соответственно равны и противоположны по знаку составляющим M₁ и Q₁ на сопряженной шестерне.

Окружное усилие для ротора У7-560-6:

Диаметр конического колеса ротора У7-560-6 d₂ =0,975 м.

Так как плоскость действия силы Р почти совпадает с плоскостью центров тел качения главной опоры, можно принять, что радиальное усилие, действующее на опору, равно окружному усилию на колесе, т. е.

Расчетное осевое усилие, действующее на главную опору стола:

где G = 20 кН — вес стола и вкладышей ротора У7-560-6; N_p — осевое усилие, создаваемое трением ведущей трубы о вкладыши, Н:

где f_c = 0,25÷0,3 — коэффициент трения ведущей трубы о зажимы ротора; при скольжении; R = 0,1 м — радиус приложения нагрузки между ведущей трубой и зажимами; k₃ =0,6 — коэффициент эквивалентности нагрузки.

F_a= 20 + 90=110 кН.

Главная опора стола ротора и одна из опор ведущего вала рассчитываются из условия одновременного действия радиальной и осевой нагрузок.

Для упорно-радиальных подшипников стола ротора расчетная эквивалентная нагрузка:

Q = (XF_p + YF_a) k₃,

где X и У—коэффициенты радиального и осевого усилий; они определяются по общей методике расчета подшипников в зависимости от соотношения

и типа подшипника. Для главной опоры при угле α≥40° принимают Х=0,35, У=0,57, k₃ =3. Для стола ротора:

Номинальная долговечность опоры:

где С₀ =900 кН — динамическая нагрузка подшипника ротора У7-560-6; р — показатель степени, для шариков р=3, для роликов p=10/3. В роторе У7-560-6 опора шариковая.

Долговечность в часах:

В соответствии с нормами АНИ динамическая нагрузка (в Н) главной опоры должна быть:

Фактически в данном примере для ротора У7-560-6

0,9 ≥ 0,25•1,6 = 0,4.

Вес бурильной колонны для скважины глубиной 5000 м Q_бк =1,6 МН.

Главная опора также проверяется на статическую нагрузку, поскольку на нее устанавливают колонны в период спуска и подъема.

Требуемая допустимая статическая нагрузка подшипника:

Допустимая статическая нагрузка главной опоры ротора У7-560-6 С_a=5,2 МН.

Фактический коэффициент запаса по допустимой нагрузке:

что вполне достаточно.

На стол ротора может устанавливаться обсадная колонна весом до 3,2 МН при коэффициенте запаса 1,6.

Если допустимые динамическая и статическая нагрузки подшипника главной опоры не известны, то их определяют по общеизвестной методике.

4 ЭКСПЛУАТАЦИЯ И МОНТАЖ РОТОРОВ

Надежная и длительная работа ротора во многом зависит от правильности его монтажа и эксплуатации. Ротор устанавливается в специальных пазах блока вышечного основания, а там, где есть шахтовые брусья, то в пазах этих брусьев. Глубина базы должна быть не менее 100 мм. Горизонтальность стола следует тщательно проверять уровнем. Центр проходного отверстия ротора должен строго совпадать с геометрическим центром вышки и скважины.

При монтаже ротора необходимо обращать внимание на то, чтобы ведущее цепное колесо на валу лебедки и ведомое колесо, закрепленное на роторном валу, находились в одной плоскости. Параллельное смещение допускается не более 0,5 мм на 1 м длины цепи.