СТЕНД ДЛЯ СБОРКИ И РАЗБОРКИ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ЗАБОЙНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Полезная модель относится к области машиностроения, а именно к оборудованию для сервисного обслуживания гидравлических забойных двигателей (ГЗД) и предназначена для закрепления и раскрепления резьбовых соединений ГЗД, извлечения ротора из статора двигательной секции ГЗД, вала из корпуса шпинделя ГЗД, монтажа ротора в статор и вала в корпус шпинделя ГЗД.
Известен механический ключ КТ-400 конструкции АзНИИбурнефть, включающий силовую часть, предназначенную для создания крутящего момента, зажимную часть, предназначенную для задержки неподвижной части детали резьбовой пары и рольганг, на котором размещается ГЗД. Рольганг состоит из рельс-швеллеров и роликов, установленных на них. (В.А.Добкин, Г.М.Никитин, А.А.Утробин Обслуживание и ремонт гидравлических забойных двигателей, М., Недра, 1983 г., с.83-85).
Недостатком ключа является невозможность осуществления операций по извлечению ротора из статора двигательной секции ГЗД, вала из корпуса шпинделя ГЗД, монтаж ротора в статор и вала в корпус
шпинделя ГЗД (операции сборки и разборки) в виду отсутствия привода перемещения зажимной части ключа по рельсам-швеллерам.
Недостатком ключа также является то, что регулировка поддерживающих роликов по высоте и их перемещение вдоль рельс-швеллеров ключа осуществляется вручную.
Недостатком ключа также является визуальный контроль момента закрепления и раскрепления резьбовых соединений ГЗД с помощью манометра и отключение силовой части ключа вручную при достижении необходимой величины момента.
Недостатком ключа является также две частоты вращения патрона силовой части. Частота вращения, равная 4,5 об/мин, не обеспечивает гарантированной надежности и целостности резьбового соединения двигателя в процессе закрепления и раскрепления.
Недостатком ключа также является величина максимального крутящего момента равная 4000 кГс м, что не обеспечивает возможность раскрепления резьбовых соединений зашламованных ГЗД диаметром 195-240 мм.
Недостатком механического ключа также является то, что операции закрепления и раскрепления резьбовых соединений возможно осуществить для ГЗД, но невозможно для ГЗД-отклонителей (ГЗД в
компоновке отклонителей) в виду невозможности перемещения задержки в поперечном направлении относительно горизонтальной поверхности рамы стенда неподвижности зажимной части ключа относительно рольганга ключа в поперечном направлении.
Известен стенд МСТ конструкции ПФВНИИБТ-прототип, включающий силовую установку привода патрона, задержку, раму, привод перемещения задержки, поддерживающее устройство и захваты. (В.А.Добкин, Г.М.Никитин, А.А.Утробин Обслуживание и ремонт гидравлических забойных двигателей, М., Недра, 1983 г., с.85-89).
Недостатком стенда в прототипе является две частоты вращения патрона силовой установки привода равные 2,4 об/мин и 5,8 об/мин. Частота вращения равная 2,4 об/мин, не обеспечивает гарантированной надежности и целостности резьбового соединения ГЗД в процессе закрепления и раскрепления резьбы на больших моментах. При закреплении резьбового соединения ГЗД и создании необходимого натяга по торцам резьб типа МК, РКТ, 3 - момент закрепления растет резко (пиково). Для сохранения целостности резьбы и обеспечения надежности резьбового соединения на больших моментах необходимо иметь частоту вращения порядка 0,1 об/мин. Такую же частоту вращения необходимо иметь и в начальный момент при раскреплении резьбы. Частота вращения, равная 5,8 об/мин, непроизводительна в начале
свинчивания и в конце развинчивания резьбового соединения ГЗД, когда не нужны большие крутящие моменты, а важна высокая производительность.
Недостатком стенда в прототипе также является визуальный контроль момента закрепления и раскрепления резьбовых соединений ГЗД с помощью манометра и отключение силовой установки привода патрона стенда вручную с пульта управления при достижении необходимой величины момента. Использование большего или меньшего (по сравнению с указанными в инструкции по сборке) момента закрепления резьбового соединения приводит к нарушению распределения осевого люфта турбины и износу последней по высоте лопаток. При закреплении резьбовых соединений с недостаточным усилием в процессе бурения нарушается взаимная неподвижность деталей роторной и статорной систем, детали проворачиваются, в результате чего происходит их износ по торцевым поверхностям.
Недостатком стенда в прототипе также является величина максимального крутящего момента равная 6144 кГс м, что не обеспечивает возможность раскрепления резьбовых соединений зашламованных ГЗД диаметром 195-240 мм.
Недостатком стенда в прототипе также является наличие двух отдельных зон работы. В зоне между патроном силовой установки привода и задержкой выполняются операции закрепления и
раскрепления резьбовых соединений ГЗД. В зоне за задержкой, где установлены захваты на задержке и на раме стенда, выполняются операции по сборке и разборке ГЗД. Наличие двух зон работы, расположенных в разных концах стенда приводит к необходимости переноса с помощью кран-балки ГЗД из одной зоны в другую.
Недостатком стенда в прототипе также является большая длина рамы стенда, составляющая 20 м, при максимальной длине растягивания равной 7500 мм.
Недостатком стенда в прототипе также является необходимость использования не менее трех поддерживающих устройств, одного в зоне между патроном силовой установки привода и задержкой, двух других за задержкой в зоне сборки и разборки ГЗД, причем регулировка поддерживающих устройств по высоте и их перемещение вдоль станины стенда осуществляется вручную.
Недостатком стенда в прототипе также является невозможность осуществления операций закрепления и раскрепления резьбовых соединений ГЗД-отклонителей в виду невозможности перемещения задержки стенда относительно рамы стенда в поперечном направлении.
Задача настоящего изобретения заключается в повышении качества и надежности резьбовых соединений ГЗД, расширении технологических возможностей проводимых на стенде операций, увеличении производительности выполняемых на стенде работ по
закреплению и раскреплению резьбовых соединений, сборке и разборке ГЗД, их автоматизации и экономии производственных площадей.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в известной компоновке стенда для сборки и разборки гидравлических забойных двигателей, включающей силовую установку привода патрона, задержку, раму, привод перемещения задержки, поддерживающее устройство и захваты, согласно полезной модели силовая установка привода патрона включает двухскоростную коробку передач, систему задания, измерения, индикации и контроля момента закрепления резьбовых соединений ГЗД с применением не менее двух тензометрических датчиков и частотно-регулируемый электропривод, который состоит из транзисторного преобразователя частоты и асинхронного короткозамкнутого электродвигателя, задержка выполнена с возможностью перемещения в поперечном направлении относительно рамы стенда и ограниченного поворота относительно поверхности рамы на угол, равный углу отклонения двигательной секции относительно шпиндельной секции ГЗД, поддерживающее устройство выполнено с гидроприводом подъема и опускания и приводом перемещения вдоль рамы стенда, захваты для сборки и разборки ГЗД выполнены с гидроприводом, причем не менее двух захватов размещены в зоне между патроном силовой установки привода и задержкой, управление коробкой передач, захватами, поддерживающим устройством и приводом перемещения
поддерживающего устройства осуществляется с пульта управления, причем управление системой задания, измерения, индикации и контроля момента закрепления резьбовых соединений ГЗД осуществляется с помощью компьютера, установленного в пульт управления.
На фиг.1 показан вид сверху стенда для сборки и разборки ГЗД На фиг.2 - общий вид стенда для сборки и разборки ГЗД. Показанный на фиг.1, 2 стенд включает силовую установку привода 1 патрона 2, задержку 3, раму 4, привод перемещения 5 задержки 3 и привод перемещения 6 поддерживающего устройства, пульт управления 7, захваты 8 и поддерживающее устройство 9.
un
Силовая установка привода 1 патрона 2 включает частотно-регулируемый электропривод, который состоит из транзисторного преобразователя частоты 10 и асинхронного короткозамкнутого электродвигателя (М=20кВт, n=1400об/мин) 11, двухскоростную коробку передач 12 с бесконтактными электромагнитными фрикционными муфтами (на чертеже не показаны), специальный крановый редуктор РК-500 13 и двухрядную цепную передачу (I=2.2) 14.
Задержка 3 состоит из основания 15 и задерживающего устройства 16. Задерживающее устройство 16 перемещается по поверхности основания 14 на роликовых опорах 17. Задерживающее устройство 16 в процессе выполнения работ по закреплению и раскреплению резьбовых соединений ГЗД удерживает от опрокидывания зацепы 18, закрепленные
кр.
на задерживающем устройстве 16 и установленные в пазы основания 15. На валу патрона задерживающего устройства 16 закреплено опорное плечо, опирающееся на два тензометрических датчика 19 контроля крутящего момента. На задерживающем устройстве 16 закреплен гидроцилиндр 20 управления предварительным зажимом ГЗД. Задержка 3 перемещается вдоль рамы 4 стенда с помощью привода 5, который состоит из мотор-редуктора (М=15 кВт, М=372 кгм) с электромагнитной фрикционной муфтой, приводного вала с двумя звездочками, двух цепных передач, закрепленных на задержке 3 и ведомой станции с двумя звездочками. Управление работой гидроцилиндра 20 задержки 3, привода перемещения 5 задержки 3 осуществляется с пульта управления 7.
Поддерживающее устройство 9 состоит из ложемента 21, четырех стоек 22 и гидроцилиндра 23. Стойки 22 соединены х-образно попарно осями. Ложемент 21 закреплен на одной паре стоек 22 неподвижно, на другой паре стоек 22 установлен нижней поверхностью на подвижной опоре с возможностью поступательного движения по ней. В нижней части поддерживающего устройства 9 установлен гидроцилиндр 23, шток которого закреплен на оси, соединяющей одну пару стоек 22, а корпус закреплен на другой оси, соединяющей вторую пару стоек 22. Оси, соединяющие стойки 22 в нижней части, установлены на подвижные опоры, обеспечивающие перемещение поддерживающего
кр
устройства 9 вдоль рамы 4 стенда. На оси, к которой крепится корпус гидроцилиндра 23, с противоположных сторон крепится трос привода перемещения 6 поддерживающего устройства 9. Привод перемещения 6 поддерживающего устройства 9 состоит из мотор-редуктора (N=0.25 кВт, М=13,5 кгм), приводного и натяжного роликов и троса. Управление работой гидроцилиндра 23 поддерживающего устройства 9 и привода перемещения 6 осуществляется с пульта управления 7.
Захваты 8 включают два гидроцилиндра (на фиг.1,2 не показаны), установленные на рамные конструкции симметрично относительно продольной оси стенда штоками навстречу друг другу, и закрепленные на штоках гидроцилиндров призмы, обеспечивающие охват ГЗД в габарите от 80 до 240мм. Один захват 8 (на фиг.2) установлен на раме 4 стенда под патроном 2 силовой установки привода 1, второй захват 8 (фиг.1) установлен на задержке 3. Управление работой захватов 8 осуществлено с пульта управления 7.
Техническая характеристика стенда для сборки и разборки ГЗД. Диаметр закрепляемой детали, мм:
наибольший
240
наименьший
80
Частота вращения, об/мин
0,1; 20
Максимальный крутящий момент, кНм:
при n=0,1 об/мин
100
при n=20 об/мин
15
Суммарная, мощность приводов патрона стенда,
задержки и подъемника, кВт
35,25,
Максимальное усилие развиваемое приводом
задержки, МН
0,05
Максимальная длина растягивания, мм
8000
Скорость растягивания, м/мин
13,6
Скорость перемещения поддерживающего устройства 9,
м/мин
5,7
Габариты стенда, мм:
длина
10000
ширина
2400
высота
1500
Стенд сборки и разборки ГЗД работает следующим образом. ГЗД укладывается с помощью кран-балки на ложемент 21 поддерживающего устройства 9. С пульта управления 7 включается привод гидроцилиндра 23 поддерживающего устройства 9. Ложемент 21, с уложенным на нем ГЗД, поднимается или опускается, обеспечивая совпадение оси ГЗД с осью стенда. С пульта управления 7 включается привод перемещения б поддерживающего устройства 9 и ГЗД задвигается в патрон 2 силовой установки привода 1 до места необходимого зажима. Включается привод перемещения 5 задержки 3.
Перемещением задержки 3 вводится ГЗД в задержку 3 до места необходимого зажима. С пульта управления 7 включается привод гидроцилиндра 20 задержки 3, осуществляется предварительный зажим ГЗД.
Включается силовая установка привода 1 патрона 2 силовой части и осуществляется процесс закрепления или раскрепления резьбовых соединений ГЗД. В силовой установке привода 1 патрона 2 применен регулируемый электропривод в следующем составе:
- частотно-регулируемый привод, состоящий из транзисторного преобразователя частоты 10 и асинхронного короткозамкнутого электродвигателя 11. Преобразователь частоты 10 выбран с векторным управлением и разомкнутым контуром регулирования скорости, что позволяет применить для силовой установки привода 1 патрона 2 обычный, более простой, надежный и дешевый асинхронный электродвигатель без специального электромеханического или цифрового датчика обратной связи по скорости. Для снижения установленной мощности силовой установки привода 1, а, соответственно, весогабаритных и стоимостных показателей, выбор электродвигателя и преобразователя частоты привода произведен с учетом их перегрузочной способности.
- система задания, измерения, индикации и контроля момента закрепления резьб с применением двух тензометрических датчиков 19 контроля крутящего момента на 20 т, цифрового микропроцессорного индикатора с сигнализацией, компьютера и принтера. Система измерения выдает сигнал, пропорциональный величине момента свинчивания, для сигнализации достижения заданной величины момента и отключения силовой установки привода 1 патрона 2, а также для дальнейшего его документирования с помощью компьютера и принтера, установленных на пульте управления 7.
двухскоростная коробка передач 12 с бесконтактными электромагнитными фрикционными муфтами новой серии Э1ТМ с улучшенными силовыми и другими эксплуатационными характеристиками. Управление коробкой передач осуществляется с пульта управления 7.
Улучшение качества изготовления и эксплуатации резьбовых соединений ГЗД имеет наиважнейшее значение. В ГЗД применяются конические и цилиндрические резьбы типа ПK, PKT, 3 с крупным шагом. В процессе бурения резьбовые соединения ГЗД подвергаются интенсивным динамическим нагрузкам и вибрациям, кроме того повышенным перепадам давления. Некачественное выполнение операций закрепления резьбовых соединений приводит к деформации витков резьбы, что вызывает уменьшение натяга. Уменьшение натяга приводит к снижению прочности закрепления резьбового соединения, а это ведет к преждевременному износу, потере герметичности и самоотвинчиванию при бурении. Для предотвращения деформации резьбы и самоотвинчивания при эксплуатации необходимо при закреплении резьбового соединения строго выдерживать натяг, и контролировать момент свинчивания, указанный в инструкции по сборке ГЗД на каждый типоразмер ГЗД конкретно.
Использование частотно-регулируемого электропривода силовой установки привода 1 патрона 2 совместно с двухскоростной коробкой передач 12 и системой задания, измерения, индикации и контроля момента закрепления "резьбовых соединений ГЗД обеспечивает следующие преимущества:
Максимальная частота вращения патрона 2 стенда повышается до 20 об/мин (режим быстрого вращения), что соответственно значительно увеличивает производительность стенда в начале выполнения операции свинчивания и при завершении операции развинчивания конических резьбовых соединений ГЗД.
Частота вращения патрона 2 снижается до 0,1 об/мин в завершающей стадии закрепления резьбового соединения при больших моментах, вследствие чего многократно уменьшается отклонение момента закрепления от заданного момента, пропорционального частоте вращения. Это предотвращает повреждение резьб, обеспечивает качество резьбового соединения, его надежность и герметичность.
Кроме того, снижение частоты вращения патрона до 0,1 об/мин, а также использование генераторного торможения электропривода, позволяет отказаться от установки механического тормоза, необходимого для снижения влияния инерционности привода при его отключении на величину отклонения контролируемого момента закрепления от заданного, что упрощает конструкцию привода вращения патрона 2.
Использование в силовом приводе электродвигателя 11 и преобразователя частоты 10 силовой установки привода 1 патрона 2 значительно (до 8 раз) уменьшает мощность электродвигателя без снижения производительности ключа, вследствие применения двухскоростной коробки передач 12.
Бесконтактные электромагнитные фрикционные муфты (предохранительные) коробки передач 12 предохраняют патрон 2 стенда, элементы ГЗД и кинематической цепи привода (двигатель 11, редуктор 13, цепная передача 14) от максимальных нагрузок при раскреплении зашламованных ГЗД. Максимальный крутящий момент равен 100 кНм (10000 кГс м). Подача сигнала осуществляется пропорционального величине момента закрепления резьбового соединения ГЗД, для сигнализации достижения заданной величины момента и отключения силовой установки привода 1 патрона 2, а также для дальнейшего его документирования с помощью компьютера и принтера, установленных в пульт управления.
При необходимости осуществления зажима ГЗД в задержке 3 достаточно близко от патрона 2, включается привод гидроцилиндра 23 и складывается поддерживающее устройство 9 в раму 4 стенда. В сложенном состоянии поддерживающее устройство 9 не мешает перемещению задержки 3 вдоль рамы 4 стенда. При необходимости включается привод перемещения 6 поддерживающего устройства 9, перемещается поддерживающее устройство 9 за задержку 3, и включается привод гидроцилиндра 23, ложемент 21 поднимается и обеспечивает поддержку, свисающей за задержкой 3 части ГЗД, освобождая работу кран балки.
После выполнения операции раскрепления резьбового соединения ГЗД, с помощью привода перемещения 5 задержки 3 отводится задержка 3 до выхода из нее ГЗД. Лежащий на ложементе 21 поддерживающего устройства 9 ГЗД, с помощью привода гидроцилиндра 23, опускается на уровень расположения захватов 8. С помощью привода перемещения б поддерживающего устройства 9 ГЗД вводится в захват 8, установленный под патроном 2. Приводом перемещения 5 задержки 3 захват 8, установленный на задержке 3, подводится к ГЗД. Включается с пульта управления 7 привод гидроцилиндров захватов 8, осуществляется зажим ГЗД. Включается привод перемещения 5 задержки 3, производится операция разборки ГЗД. Проведя операции в обратном порядке, осуществляются операции сборки ГЗД и закрепления резьбового соединения ГЗД. Тем самым, все операции по закреплению, раскреплению резьбовых соединений ГЗД, сборке и разборке ГЗД осуществляются с пульта управления 7, что увеличивает производительность и удобство выполняемых работ. Все операции осуществляются в зоне между патроном 2 силовой установки привода 1 и задержкой 3, что дает возможность изготавливать раму 4 стенда минимальной длины, к минимуму сведена работа с кран-балкой.
Задержка 3 обеспечивает возможность выполнения на стенде операций свинчивания и развинчивания резьбовых соединений ГЗД -отклонителяей. Задержка 3 выполнена с возможностью перемещения в поперечном направлении относительно рамы стенда и ограниченного поворота относительно поверхности рамы на угол, равный углу отклонения двигательной секции относительно шпиндельной секции ГЗД-отклонителей. При выполнении операций предварительного зажима ГЗД-отклонителя в патроне с эксцентриковыми кулачками задержки 3, под действием усилий, создаваемых приводом гидроцилиндра 20, эксцентриковые кулачки, имея ширину не менее, чем 70 мм и прямолинейную образующую цилиндрической поверхности, стремятся принять в осевом направлении направление прямолинейной образующей наружной поверхности ГЗД-отклонителя, перемещают и разворачивают задерживающее устройство 16 относительно основания 15. Свободное перемещение и поворот задерживающего устройства 16 на роликовых опорах 17 относительно основания 14 обеспечивает гарантированно точное совпадение угла отклонения двигательной секции относительно шпиндельной секции ГЗД-отклонителя и. оси задерживающего устройства 16 задержки 3 в пределах 3°, и тем самым гарантированно предотвращает возможность разрушения резьбовых соединений ГЗД-отклонителя в процессе его закрепления и раскрепления.
В прототипе стенд имеет две частоты вращения патрона силовой установки привода. Частота вращения равная 2,4 об/мин, не обеспечивает гарантированной надежности и целостности резьбового соединения в процессе его закрепления и раскрепления на больших моментах. Частота вращения равная 5,8 об/мин непроизводительна в начале свинчивания и в конце развинчивания резьбового соединения ГЗД.
В прототипе агрегатный стенд оснащен визуальным контролем момента закрепления и раскрепления резьбовых соединений ГЗД с помощью манометра и отключением силовой установки привода стенда вручную при достижении необходимой величины крутящего момента.
В прототипе агрегатный стенд развивает максимальный крутящий момент равный 6144 кГс м, что не обеспечивает возможность раскрепления резьбовых соединений зашламованных ГЗД диаметром 195-240 мм.
В прототипе задержка неподвижно закреплена на раме стенда, тем самым на стенде невозможно выполнение операций закрепления и раскрепления резьбовых соединений ГЗД в компоновке отклонителей (ГЗД-отклонителей) ввиду неподвижности задержки относительно рамы в поперечном направлении.
В прототипе агрегатный стенд имеет две отдельные зоны работы. В зоне между патроном силовой установки привода и задержкой выполняют операции закрепления и раскрепления резьбовых соединений ГЗД. В зоне за задержкой, где установлены захваты на задержке и на раме стенда выполняют операции по сборке и разборке ГЗД. Наличие двух зон работы, расположенных в разных концах стенда приводит к необходимости переноса с помощью кран-балки ГЗД из одной зоны в другую.
В прототипе агрегатный стенд имеет длину станины стенда равную 20 м.
В прототипе агрегатный стенд имеет не менее трех поддерживающих устройств, одно в зоне между патроном силовой части и задержкой, два других в зоне сборки и разборки ГЗД за задержкой, причем регулировка поддерживающих устройств по высоте и их перемещение вдоль рамы стенда осуществляется вручную.
В предлагаемой полезной модели применение частотно-регулируемого электропривода силовой установки привода 1 патрона 2 совместно с двухскоростной коробкой передач 12 и системой задания, измерения, индикаций и контроля момента закрепления резьбовых соединений ГЗД обеспечивает повышение максимальной частоты вращения патрона 2 силовой установки привода 1 до 20об/мин (режим быстрого вращения), что соответственно значительно увеличивает производительность стенда в начале выполнения операции свинчивания и при завершении операции развинчивания конических резьбовых соединений ГЗД, снижение частоты вращения патрона 2 силовой установки привода 1 до 0,1 об/мин в завершающей стадии закрепления резьбового соединения при больших моментах, что предотвращает повреждение резьб, обеспечивает качество резьбового соединения, его надежность и герметичность, максимальный крутящий момент равный 100 кНм (10000 кГс м) и контроль величины момента закрепления резьбового соединения ГЗД для отключения силовой установки привода 1 патрона 2. Задержка 3 выполнена с возможностью перемещения в поперечном направлении относительно рамы стенда и ограниченного поворота относительно поверхности рамы на угол, равный углу отклонения двигательной секции относительно шпиндельной секции ГЗД в компоновке отклонителей. Захваты 8 для сборки и разборки ГЗД установлены в зоне между патроном 2 силовой установки привода 1 и задержкой 3, что значительно уменьшает длину рамы 4 стенда и экономит производственные площади. Захваты 8 оснащены гидроприводом. Поддерживающее устройство 9 выполнено с гидроприводом подъема и опускания, уложенного на него ГЗД и приводом перемещения 6, обеспечивающим перемещение ГЗД вдоль оси. стенда, причем в сложенном состоянии поддерживающее устройство 9 укладывается в раму 4 и не мешает передвижения задержки 3 вдоль рамы 4 стенда. Управление коробкой передач 12, поддерживающим устройством 9, захватами 8, приводом перемещения 5 задержки 3, приводом перемещения 6 поддерживающего устройства 9 и системой задания, измерения, индикации и контроля момента закрепления резьбовых соединений ГЗД осуществляется с пульта управления 7, что исключает ручной труд и повышает производительность труда.
Все вышеперечисленное повышает качество и надежность резьбовых соединений ГЗД, значительно расширяет технологические возможности проводимых на стенде операций, значительно увеличивает производительность выполняемых на стенде работ по закреплению и раскреплению резьбовых соединений ГЗД, сборке и разборке ГЗД, в том числе в компоновке отклонителей - обеспечивает возможность выполнения всех операций одним оператором и экономит производственные площади.
Предлагаемая компоновка стенда для сборки и разборки ГЗД проста в изготовлении и эксплуатации, обладает высокой ремонтопригодностью и простотой обслуживания, удобна при монтаже.