автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.07, диссертация на тему:Исследование поперечных колебаний ходовой струны и разработка технических решений по обеспечению упорядоченной навивки каната на барабан

^

а Г-

I ^^

1%

ПОДАРСТНЮШАЯ ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЕ РЕВОЛЮЦИИ 11 ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ АКАДЕМ НЕФТИ И ГАЗА им. И. М. ГУБКША

На праЗах рукописи Уда 622.242.5:62'.86-:.001

ЕРМЕКОВ !Ш!ЛТ МУХЛГЖЕТКЛЯИЕВИЧ

ИООЛВДОЬЛШК ПОПЕРЕЧНЫХ КОЛЕБАНИИ Х0Д0В0Л СТРУГА .! ! 'А^РАБОТКА ТКХИКЧКСКИХ РЫ!М!Ш НО ОБЕСПЕЧЕН.'.)

;-::ог>!Дочкшил! ндшыад каната на .''лрабан

Специальность 05. 04. 07 - Маашщ / агрегаты нефтяной

и газово" ррож^снноста.

Авторе ферэт диссертации на со/, ссание учешЛ ст<л:'л;и кандидата технических наук

Москва - 1993

Работа выполнена в Государственной ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного Знамени академии нефти и газа имени И. М. Губкина.

Научный руководитель - кандидат технических наук,

доцент БАГРЛМОВ Р. А. Научный консультант - доктор технических наук,

профессор КОЛОСОВ Л. В. Официальные оппоненты - доктор технических паук,

профессор КОЗОБКОВ А. А., кандидат технических наук, БОГАТЫРЕВ А. Г.

Ведущее предприятие - ВНИИнефтемаш.

Защита состоится " 14 " 'Ъек а'ь^я_1993 года, в

__часов на заседают Специализированного Совета К 053.27.02

в Государственной академии нефти и газа им. И. М. Губкина но адресу: 117917, Москва, ГСП - 1, Ленинский проспект, 65.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГАНГ им. И. М. Губкина.

Автореферат разослан "_"_1993 года.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Непрерывное увеличение глубин и объемов бурения предъявляют повышенные требования к прочности и долговечности талевых канатов. Вследствие недостаточной дол г м.мчи->сти возрастают потребление -алоних канатов и вынуж-деншл; простои буровых установок в ожидании смены изношенных канатов, снижающих технике -экономические показатели бурения. Из оолие чем С:0 (л:0 т. годового производства стальных канатов в бывшей СССР, нефтедобывающая промышленность потребляет свыше 5 %, т.е. более 25 ООО т. Только в Казахстане в ряде случаев расход каната в разведочном и эксплуатационном бурении достигает б кг на 1 м проходки.

Анализ показывает, что одной из причин чрезмерного расхода талевых канатов является нрездеьг. ;>&шшй их износ ни '-.а 'упорядоченной навииш на барабан буровой лебедки, вызываемой пр'.-етранственными поперечными колебаниями (вибрацией) у.'!,о вой струни (Г1КХС). Наихудшая (рыхлая) навивка с характер;;;;:,: ¡¡крушением шага и большими зазора:/- мевду витками каната происходит при подъеме незагруженного элеватора. Ото приводит к врезанию каната в нижелекало слои при подвешивании на кр:ек тяжелых колонн. В дальнейшем, в пг- чоссе спуска колони натянутый канат вырывается из нижележащих слоев подвергаясь износу и преждевременным усталостным повреждениям. Поэтому разработка эффективных способов гашения ПК ХС, способ-с: , 1'.'шнх упорядоченной навивке каната на барабан лебедки является ва.;;шм резервом човьшюния долг--" .¡чностн и снижения

расхода талевых канатов в бурении.

Целью работы является исследование ПК ХС и разработка эффективных технических решений по обеспечению упорядочений! навивки каната на барабан буровой лебедки, устраняющей преждевременные повреждения и способствующей сокращению расход; талевых канатов в бурении.

Научная новизна работы. Разработан метод анализа I оценки величин максимально возможных амплитуд ПК ХС талевогс каната в зависимости от режима подъема крюка. Разработана расчетная схема и математическая модель взаимодействия канатг с поверхностью барабана, учитывающая ПК ХС. Уточнена зависимость минимального шага навивки (глубины канавки) от параметров талевой системы и навивки. Приводе™ результаты анализ? контактных напряжений, возникающих в местах сопряжения канатг с поверхностью барабана и желобчатой накладки.

Практическая значимость работы. Результаты исследование могут быть использованы в проектных и научно-исследовательских организациях, занимающихся исследованием и разработкой бурового оборудования, а также на буровых предприятиях, эксплуатирующих буровое оборудование. Разработана методика выбора к расчета конструктивных параметров съемной желобчатой накладки (СНГ) барабана, а также техническая документация на ее изготовление, которые могут быть использованы при проектировании и модертшзяции буровых лебедок.

Реализация работы. Методика выбора и расчета конструктивных параметров СЖН барабана буровых лебедок, а также техническая документация на ее изготовление используются в Атырау-

ском управлении оурогых работ (А У Б Р) ПО "Эмбанефть".

Апробация работы. Материалы диссертации доложены, обсуждены и одобрены на 2-ой Республиканской научно-технической конференции "Научно - технический прогресс и экология", г. Актау, 1992 г.

публикации. По теме диссертации опубликовано б печатных расот.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит и:.: введении, четырех глав, заключения, списка использованной литературы и приложений. Полный объем составляв? 1Y2 страниц, который содержат 115 страниц те.¡та, 38 рисунков и таблиц, 11 страниц использованной литературы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы диссертации, определены цель работы и основные направлен исследование .

л^ппоП_гл_аьо_ приведен обзор и анализ литпп.тгури по tun'.'j исследования и на основе чего формулируются основные задачи, подлежащие решению.

Анализ литературных источников свидетельствует о достаточно глубоком исследовании динамики и продольно-поперечных колебаний шахтных подъемных канатов. Большинство псследований по талевым канатам посвящены рассмотрению их конструкции, технологии изготовления и условий эксплуатации. На основе этих исследований даны рекомендации по выбору диаметра каната,

размеров огибаемых шкивов и барабана, кратности оснастки талевой системы и оптимальных скоростей навивки каната на барабан. Отдельные авторы рассматривают динамические процессы в ветвях талевой системы, и в основном, продольные колебания каната при бурении и СПО. Поперечные колебания талевых канатов, в частности ХС, недостаточно изучены. В известных литературных источниках имеются ограниченные сведения об источниках и возможных амплитудах ПК ХС в зависимости от параметров талевой системы и навивки.

Анализ промысловых наблюдений свидетельствует, что использование станционарного канатоукладчика на лебедке и успокоителей талевых канатов не устраняют источников ПК ХС, а следовательно, не в полной мере обеспечивают равномерной и упорядоченной навивки каната на барабан. Металлические желобчатые накладки для укладки канатов на барабан не получили распространение в отечественной практике из-за технических трудностей их изготовления.

В результате анализа состояния вопроса были сформулированы следующие основные задачи диссертационной работы:

- исследовать и дать оценки величин максимально возможных амплитуд ПК ХС, вызванные особенностями многослойной навивки талевого каната на барабан в зависимости от режима подъема;

- провести натурные исследования ПК ХС талевого каната;

- исследовать взаимодействие каната с поверхностью барабана с учетом полученной оценки вынужденных ПК ХС и установить зависимость минимального шага навивки (глубины канавки) от

б

параметров талевой системы и навивки;

-- разработать технические решения, позволяющих устранить ПК ХС и обеспечивающих упорядоченную навивку каната на Оарабан.

Во второй главе приводится математическая модель

продольно-поперечных колебаний ходовой струны (ПИК ХС) исходя из у слов;;;!, многослойной навивки каната на барабан.

На рис.1 показана развернутая расчетная схема талевой системы буровой установки с число:,: 2т рабочих струн, определяющим крат.:. ' оснастки, При атом таловнй канат первоначальной длины i наматывайся на вращающийся барабан со скоростью v(t).

Анализ многослойной навивки канат?: на рл\:.;-:<Я барабан показывает, что причинами простри. .-¿ъешш: ÎIK ХС могут являться: односторонне') увеличишю (выпучивание) диаметра навивки; скачкообразное перемещение витков каната вдоль образующей барабана; скачкообразное изменение направления движения каната у реборд барабана; изменение натяжения ХС (изменение длины талевого каната в оснастке); переходные режимы работ лебедки, т.е. период разгона и торможения, момент пуска и остановки барабана; крутящий момент, возникающий в сечениях ХС при ее натяжении.

При составлении расчетной схемы и математической модели ПИК ХС приняты следующие допущения: ХС моделируется абсолютно гибкой весомой растяжимой нитью; угол наклона ХС к горизонту принимается равным 90*; пренебрегается рассеиванием энергии колебаний ХС; но учитывается ударное нагрукение ХС в моменты

перехода каната со слоя на слой; Ж ХС в двух взаимно перпендикулярных плоскостях рассматриваются независимо друг от друга; не учитывается влияние ПК ХС на продольные.

На основе исследований Савина - Горошко, выполненных для шахтного подъема, дифференциальные уравнения совместных ППК ХС талевого каната длиной х. имеют вид

Я_ в

8

Я_ 8

2

atc

at2

a*z

at1

ар

ax

T(x.t);

a ax

a

ax

[p—3

<- ax J

Г 1

lP-1

L ax J

0;

0,

(1)

(2)

(3)

где l(t) < x ^ x1 + l(t); u(x,t), y(x,t), z(x,t) - соответственно продольное и поперечные перемещения в двух взаимно порпиндикулярных плоскостях элемента <±г; q/g - масса единицы длины каната; f(x,t) - внешняя продольная распределенная нагрузка, действующая на ХС; P(x,t) - полное натяжение ХС, определяемое по формуле

P(x,t) = Q + qkti(lQ - l - ХА) + EF aQco3 vt; (4)

Q + Ч&цС^о - I - cc^) - квазистатическое натяжение ХС; -коэффициент натяжения ХС; Q = ka(QK + Q0): QK - вес груза на крюке; Qq - суммарный вес штропов, элеватора, крюка и талевого блока (крюкоблока); l(t) - длина каната, намотанный на барабан в момент времени i; EF aQcos vt - динамическая составляющая натяжения;

üq - амплитуда продольных колебаний хс; v(t) - собственная частота основного тона продольных колебаний ХС.

Граничные услоеия для дифференциальных уравнений (2), (3) при наличии внешнж возмущающих факторов ПК ХС получены в виде y(l,t) = A 3ln pt; y(l + x^,t) = О; (5)

zy(l,t) = vQt - (Ь/2з) sin ô1 î; z:(l + x,,í,> -- 0; (6)

Z.JI.L) - —— - С У —o— coa mô0t; z0fl + x.,t) = 0, (7) 2 J- m1- 1

т=1

где r = 4L6 / %2; 02 = vb / (L6DJ; m = 1, 3, 5, ...; Д - выпучивание диаметра навивки каната; р = 2vs / D -частота внешнего возмущения в плоскости, перпендикулярной к образующей барабана; а - число смещений витков кзната вдоль образующей барабана за один ого оборот; D - диаметр навивки; V ^ vb /(%D) - средня.' скорость перемещения каната вдоль образующей барабаня; Ь - шаг навив:-'.;; Ô1 - vr: /fr.DJ -частота смещений витков каната вдоль образующий барабана.

В тритьий главе приводятся результаты анализа вынужденных ПК ХС при различных режимах подъема кр'с'--а.

Уравнения ПИК ХС (1) и (2) представляют собой систему трех нелинейных дифференциальных уравнений в частных прон?-водных с граничными условиям! (5) - (7), решение которой в аналитическом виде невозмошо получить. Ее íj тему с помощью вариационного метода Галеркина эти дифференциальные уравнения в частных производных приводятся к конечной система обыкновенных дифференциальных уравнений для координатных (собственных) функций, формально совпадающие с формами ПК ХС при фнксн-

рованной длине талевого каната в оснастке и удовлетворяющие граничным условиям. При этом используется .свойство ортогональности координатных функции с "нагрузкой". Для исследования IIK применяются асимптотические методы нелинейной механики (метод Боголыбова-Митропольского), которая аргументируется наличием в системе малого параметра е, обусловлешюго медленностью изменения длины талевого каната в оснастке в течение одного периода основного тона собственного колебания концевого груза. В результате получаются системы обыкновенных дифференциальных уравнений для определения амплитуды и расстройки (разности фаз) ПК XG. Тогда полученную систему можно проинтегрировать с помощью численных методов, в частности методом Рунге-Кутта 4-го порядка на IBM PC. ПК ХС при подъеме крюка с постоянной скоростью были исследованы на параметрический и внешние резо-нансы, так как в этих случаях амплитуда колебаний достигают своих максимальных значений.

Вдали от резонансных зон поперечные и продольные колебания ХС определяются амплитудами внешних возмущающих факторов и не превосходят 20 - 35 мм.

Анализ полученных зависимостей и графиков роста амплитуд IIK ХС при прохождении через зоны резонансов для буровых установок с различными параметрами подъемной системы позволяет сделать следующие выводы:

- наибольшую опасность на упорядоченность навивки каната на барабан представляют внешние резонансы ПК первого тона ХС при подъеме незагруженного элеватора, обусловленные скачкообразным перемещением витков каната вдоль образующей барабана и

скачкообразным измененном направления движения каната у реборд. При этом максимальные амплитуды ПК ХС могут возрастать соответственно в 3-4 и до 10-12 раза по отношеную к начальной и достигают от 60 до 420 мм;

- изменение скорости навивки ХС, длины и диаметра барабана, в пределах, принятых в существующее буровых установках, незначительно влияет на величину амплитуды ПК ХС;

- при подъеме незагруженного элеватора на рост амплитуды ПК ХС при внешних резонансах существенные влияния сказывают длина ходовой струны , вес подвижных частей талевой система (3 , а такие число смещений витков каната здоль образующей барабана за один его оборот а. Длина х1 ограничена высотой ылшеи и длиной свечи бурильных тру о, а увеличении веса некилател;.:^, поэтому целесообразно увеличить число з. Оптн-малышм считается навивка маната на барабан п.: .-пстеме

при котором смещение витков каната . . один его оборот происходит на двух диаметриально противоположных участках барабана, т. е. а = 2. Используя барабан с тахок навивкой моякэ уменьшить ашиштуды продольных и ПК ХС в среднем в два раза по сравнению с навивкой каната на гладкий барабан;

- спи:к".':ие амплитуды ПК ХС можно добиться путе" установки успокоителя талевых канатов (УТК) на вышке. Установка УУК на середине ХС позволяет уменьшить амплитуды ПК в среднем 1 раза по сравнению с ХС без У'"Ч;

- значительное возрастание амплитуды ПК ХС (порядка 0,5 - I,Ь м) с продолжительностью около 10 секунд наблюдается, когда условие параметрического ретианса приходится на место

остановки крюка. Этот вывод подтверждается данными исследования ППК ХС на этапе торможения и остановки барабана с учетом вращающихся масс шкивов талевой системы и барабана. Такие колебания не оказывают влияния на упорядоченную укладку каната на барабан, однако приводят к росту контактных давлений в местах сопряжения ХС с поверхностью барабана и с ходовым шкивом кронблока.

Экспериментальные исследования ПК ХС проводились на действующей буровой установке БУ 1600/100 ДГУ скважины разведочного бурения "Сазанкурак", Прикаспийской нефтегазораз-ведочной экспедиции ИГО "Атыраунефтегазгеология". При этом была применена видеосъемка. Положения сечений ХС в пространстве при колебаниях фиксировались в двух взаимно перпендикулярных плоскостях: перпендикулярной и параллельной к образующей барабана. Видеосъемка производилась двумя видеокамерами "Sony" с автономным приводом в трех сечениях ХС как при наличии станционарного канатоукладчика на лебедке, так и без него. Отснятая видеокассета обрабатывалась на видеомагнитофоне и были построены видеограммы ПК ХС (рис.2).

Кроме того, был проведен замедленный просмотр качества укладки каната на барабан с гладкой поверхностью при подъеме незагруженного элеватора. При отсутствии станционарного канатоукладчика канат, навиваясь на барабан, в моменты перехода с нижних слоев на верхние в случаях внешних резонансов ПК из-за интенсивных раскачиваний ХС перескакивает через одну - две витков нижележащего слоя, образуя неупорядоченную навивку у реборд. Такая же картина происходит при навивке каната с

помощью канатоукладчика. В результате этого нарушается шаг навивки и образуются большие зазоры между отдельными витками, в которыо в дальнейшем врезаются располагающиеся выше витки каната при подвешивании на крюк тяжелых колонн. 3 процессе спуска колонн канат вырывается из нижележащих слоев, что вызывает износ и преждевременные усталостные поломки проволок.

В четвертой главе приведены результаты теоретического исследования взаимодействия талевого каната с поверхностью барабана при его навивке.

Ранее было показано, что наиболее опасным источником нарушения упорядоченной укладки каната на гладкий барабан является резкий переход каната на последующий слой навивки. Исходя из этого, разработана расчетная схема и математическая модель взаимодействия каната с поверхностью барабана с учетом полученной оценки вынужденных ПК ХС с целью установлег-сгя зависимости минимального шага навивки (глубины канавки) ст параметров талевой системы и навивки.

Минимальным шагом навивки понимается такой шаг, при пре-вышешш которой канат, переходя со второго слоя на третий ложится, но перескакивая, в канавку, образованную двумя соседними витками нижележащего слоя - предкосдед,':*л' У р^орда: барабана и рядом лежащим. В качестве основного критерия определения минимального шага навивки принято условие упсрядочзжс£ укладки каната на третьем и в последующих слоях навивки.

Задача определения минимального шага навивки сводится к рассмотрению устойчивого положения равновесия сечения каната в точке его набегания на поверхность канавки барабана с учетом

влияния вынужденных 11К и отклонения ХС от плоскости вращения ходового шкива кронблока. При составлений расчетной схемы и математической модели приняты следующие допущения: ХС моделируется круглым стержнем, обладающим только изгибной жесткостью ¿'I, растянутым постоянной продольной силой и совершающим вынужденные ПК; при минимальном шаге навивки рассматриваемое сечение каната способно перекатываться без скольжения по наклонной шероховатой поверхности канавки влево-вверх, т. е. происходит чистое качение; не учитывается крутильная жесткость каната. Эти допущения в полученных формулах учитываются коэффициентом трения качения сечения каната.

Минимальный шаг навивки определяется из выражения

ьтш / \1 7 * «еЧш • (а)

1'Де

Л ±

*в атЬ ---—-¿ГТ72

I

гДг + с4 - с2с/ + г)

(9)

^ = ру - - + (10) / = (Ру - ау) + + (11)

с = (Му + м„)/г; (12)

г - радиус каната; 0 , - проекции силы натяжения ХС

соответственно на оси, перпендикулярные и параллельные к образующей барабана; к - коэффициент трения качения; Р , Р„, 11 , Ы„ - перерезывающие силы и изгибающие моменты, возникающие в сечении каната при вынуждешшх ПК ХС соответственно в плоскостях, перпендикулярной и параллельной к образующей барабана.

Определение Р , ?2, М , сводится к исследованию вынук-дешшх ПК ХС с учетом изгибной жесткости каната, т.е. к интегрированию дифференциального уравнения

и 2 2

0 У а У Ч ° У

Е1--- - - 0 -¡у- +---= О, (13)

ад4 ¿э?- в ¿1

при граничных и начальных условиях

х = О; у(0,г) = А 3in.pt; ¿у(0,г) / ах = 0;

(К)

х = х,; у(хлЛ) = О; / ох = О.

Перерезывающие силы и изгибающие моменты в произвольном

сечении ХС определяются из уравнений

3 2

а У д У

Рч(х,г) = Е1 -'¡¿х,г) = 21 -(15)

^ адг ох~

Получены выражения максимальных значений Р„(0, г. № (0,1) при х = О, т. е. в точке набегания каната на барабан. В плоскости, параллельной к образующей барабана

рго.г) = 2 р (ол); 1 (огХ) -- с м (о,г), Об)

¿У А У

гдо 2 - коэффициент, учитывающий увеличение .тлузкулг гъ'луа-

денных ПК ХС при скачкообразном изменении направленна дзляенкя каната у реборд барабана с учетом внешних резонансоз по сравнению с ПК в плоскости хОу.

Расчеты и анализ графиков зависимостей позволяют сделать следующие выводы:

- изменение диаметра и длины барабана, скорости навивки ХС в небольших пределах в незначительно«! степени в.жет 1П величину минимального шага навивки

- величина Ьп. в значительной море зависит от числа смещений витков каната о, а следовательно, от г-еличины ксоф-

фициента г. Так, например, для подъемной системы БУ 1600/100 ДГУ при к = О,11 и, з = 2 и 2 = 6 получается Ьт;1п = 27,4 мм, что соответствует принятой на практике шагу нарезки канавок на барабанах Ь = 27 -г 28 мм, тогда как при з = 1 и 2 = 12 получается Ът1п = 34,6 мм. Отсюда следует, что всего лишь двухкратной увеличение а позволяет осуществить упорядоченную навивку каната у реборд барабана;

- техническим решением, обеспечивающий двухкратное увеличение з является использование на барабанах параллельной навивки каната со смещением витков на двух диаметриально противоположных участках барабана по системе Ье-Виз, при котором а = 2;

- установка У'ГК на вышке выше лебедки позволяет уменьшить величину коэффициента 2. В среднем 1,5 кратное уменьшение 2 можно добиться путем расположения УТК на середине ХС.

В моменты остановки крюка в верхнем и нижнем крайним положении при СГ10 ПК ХС с большими амплитудами (порядка 0,5 - 1,5 м) приводят к локальным повреждениям талового каната в местах его сопряжения с поверхностью барабана и с ходовым шкивом кронблока. Опасность дополнительных контактных напряжений от ПК ХС связана как значительной величиной перерезывающих сил Р , Рп и небольшим числом проволок, находящихся в

«У

контакте каната с названными элементами, так и переменным характером этих напряжений.

Дополнительное усилие, обусловленное ПК ХС, действующее на наиболее нагруженную проволоку каната на поверхности барабана или шкива является усилием одного порядка с усилием.

действующим на проволоку при статическом контактном взаимодействии .

Если не учитывать разброс координат места остановки крюка у ротора при СПО, то при торможении канат всегда останавливается на одном и том же участке ходового икива, поверхности барабана или желобчатой накладки (при использовании части первого нерабочего слоя навивки в качестве рабочего). При этом в контакте с названными элементами находятся постоянно, практически, одни и те же проволоки. Вследствие этого, дополнительные усилия и вызываемые ими контактные давления из-за высокой частоты пульсации функции Р (О,г) от 0 до Р (О,г) приводят к износу и усталостному разрушению проволок каната, накладки и ходового шкива кронблока. Наличие станционарного канатоукладчика на лебедке не устраняет износ каната, вызванные ПК ХС, так как канат в этом случае взаимодействует с его роликами.

Поэтому, для уменьшения локального повреждения талевого каната в ¡листах его сопряжения с поверхностью барабана (накладки) и шкива необходимо добиться ограничения ПК ХС, а следовательно, снижения величины Р Г О, ^ • Одним из конструктивных вариантов уменьшения Ру(0,итах является установка УТК на вышке. Максимальное уменьшение (в 1,5 раза)

можно получить, если расположить УТК на середине1 ХС.

Другим эффективным способом улучшения условий работы талевого каната путем уменьшения контактных давлений в паре проволока каната - желобчатая накладка является изготовление накладки из материалов с малым модулем упругости. Для изготов-

дения желобчатых, накладок нами предлагается использовать полиамиды, например 11А - 610.

Предлагаемая конструкция барабана со съемной желобчатой накладкой (СЖН) по сравнению с барабанами с гладкой поверхностью или с металлическими накладками имеет следующие преимущества: СЖН состоит из отдельных одинаковых футеровочшх элементов, изготовленные из полиамида, имеет малый вес и достаточную прочность, технологична в изготовлении и удобна в монтаже-демонтаже; использование схемы навивки системы Ъе-Виа и упоров создает упорядоченную и надежную укладку второго и третьего слоя навивки, а также уменьшает дополнительные динамические нагрузки в талевой системе и вибрацию барабана; изготовление СЖН из полиамида улучшает условие работы талевого каната вследствие уменьшения контактных давлений в паре канат-желобчатая накладка; применение СЖН из полиамида позволяет уменьшить число нерабочих слоев (витков) навивки каната, а также диаметр барабана.

Методика выбора и расчета конструктивных параметров СЖН в инженерной практике позволяет определить все необходимые ее геометрические размеры, массу и момент инерции, а также параметров многослойной навивки.

На примере буровой установки БУ 1600/100 приведены сопоставление вариантов СКН барабана лебедки с футеровочными элементами из серого чугуна СЧ 35 (1 вариант) и из полиамида ПА - 610 (2 вариант), а также сопоставление параметров многослойной навивки каната на барабан с гладкой поверхностью (1 вариант) и со СЖН из полиамида ПА - 610 (2 вариант).

Полученные результаты рекомендуются для использования при проектировании и модернизации буровых лебедок.

Основные выводы и рекомендации.

1. Наиболее опасным источником ПК ХС, нарушающим упорядоченную навивку каната на барабан, является скачкообразное изменение направления движения каната у реборды, наблюдаемого при переходе каната на последующий слой навивки. Результаты теоретических исследований подтверждают, что условие упорядоченной навивки выполняется, если использовать на барабанах параллельный способ укладки каната со смещением витков на двух диамотриалыю противоположных участках (системы Ъе-Виз) в сочетании с УТК, установленного на вышке.

2. На основе теоретических и экспериментальных исследований получены формулы для оценки величин максимально возможных амплитуд ПК ХС талевого каната при подъеме крюка, а также зависимость минимального шага навивки (глубины канавки) от параметров талевой системы и навивки.

3. Установленные экспериментальным путем закономерности удовлетворительно согласуются с результатами теоретических исследований, отличие данных натурных исследований от расчетных не превышает 10 % по частоте и ГГ % по амплитуде.

4. Предлагается конструкция барабана со СШ, состоящий из отдельных одинаковых футоровочных элементов, изготовляемые из полиамида, что обеспечивает малый вес и достаточную прочность, технологичность ее изготовления и легкость монтажа-демонтака. СЖН позволяет устранить ПК ХС, благодаря этому обеспечить упорядоченную навивку каната на барабан, способствует

снижению динамических нагрузок в талевой системе и вибраци барабана. Кроме того, СЖН позволяет снизить контактные напря кония в паре канат - накладка, уменьшить число нерабочих слое (витков) навивки каната и диаметр барабана.

5. Разработанная методика выбора и расчета конструктивны параметров СЖН, а также техническая документация на ее изгс товление переданы и используются в Атырауском управдени буровых работ (А У Б Р) ПО "Эмбанефть".

Научные публикации по диссертационной работе.

1. Ермеков М.М. Исследование продольно-поперечных коле баний ходовой струны талевого каната буровых установок / Нефтяная и газовая промышленность. Сер. Строительство нефтянь и газовых скважин на суше и на море: Экспресс - информация. М., ВНИИОЭНГ, 1992. - Вып. 5. - с. 5 - 10.

2. Ермеков М.М. О внешнем резонансе поперечных колебаш ходовой струны талевого каната буровых установок // Научно технический информационный сборник. Сер. Строительство нефт* 1шх и газовых скважин на суше и на море. - М., ВНИИОНГ, 199i

- Вып. 5. - с. 16 - 18.

3. Ермеков М.М. О поперечных колебаниях ходовой crpyi талевого каната при постоянном натяжении. - М., 1992. - 11 <

- Доп. в ВИНИТИ 05.02:92, Л 1963. - нг 92.

4. Колосов Л.В., Ермеков М.М. Продольно-поперечные кол< бания ходовой струны талевого каната буровых установок , 2 Респуб. научн.-техн.конференция "Научно-технический прогре< и экология": Тез. докладов. - Актау, 1992. - с. 25.

5. Колосов Л.В., Баграмов P.A., Ермеков М.М. Применен]

съемных желобчатых накладок на барабанах буровых лебедок // 2 Респуб. научн. - техн. конференция "Научно-технический прогресс и экология": Тез. докладов. - Актау, 1992. - с. 26.

6. Ермеков М.М. Экспериментальные исследования поперечных колебаний ходовой струны талевого каната // Нефтяная и газовая промышленность. Сер. Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море: Экспресс-информация.- М., ВНИИОЭНГ, 1993. -Вып. 10. - с. 8 - 11.

ф

НС

2т

<*к

°1С = 'о

Рис.1. Развернутая расчетная схема талевой системи Оурових установок.

ХС

у(хЛ)

ХИЦХ, I )'

]Х(х,I)'

а) а, ми

700 600 500 400 300 200 100

0 2 б) а, ш

Г

N

н,

\ г/ я/ г

/

<г

I 1 1 1

/ л

.щ "I/ 1 * 1

8 12

14 16 20 22 26 28 30 34 X, сок

14 16 20 22 26

:0 34 1, сек

Рис.2. Видоопшмыц поперечных колебания сечения ходовой стсу;:>:, находящийся на расстоянии 5 м от точки набегания каната" нч ба^сан лебидк:' Ш 1(йШ/1Ш ДГУ. пои подъеме незагоу::-:.на о еливатоаа и идискосг/., параллельной а) и поачлидикулярксй Ь) к оспазу^щий барабана. " * 23