СИСТЕМА ТОРМОЖЕНИЯ БУРОВОЙ ЛЕБЕДКИ ПРИ СПУСКО-ПОДЪЕМНЫХ ОПЕРАЦИЯХ

Полезная модель относится к машиностроению, а именно к оборудованию модуля буровой лебедки, применяемому для вспомогательного торможения при спуске в скважину колонны бурильных и обсадных труб.
В качестве ближайшего аналога выбрана система торможения буровой лебедки при спуско-подъмных операциях. Сведения о данном средстве известны из книги автора Г.В.Алексеевского «Буровые установки Уралмашзавода, изд. Москва «НЕДРА», 1981, стр.127, 129. Известная система включает гидродинамический тормоз с ротором, заключенным в корпус, который выполнен их двух частей статора. Кроме того, устройство содержит предназначенную для сообщения с внешним источником данной жидкости основную емкость, приводной барабан лебедки с подъемным валом, которой связан с валом указанного тормоза. Система торможения включает трубопровод подвода рабочей жидкости из основной емкости в нижние полости статора и ротора. Трубопровод подвода выполнен с двумя ветками, каждая из которых сообщается с нижними боковыми полостям статора (подвод со стороны боковых частей статора). Заполнение всех полостей статора и ротора происходит по принципу сообщающихся сосудов, в качестве которых в известной системе торможения служит основная емкость и корпус тормоза.
В системе торможения предусмотрена циркуляционная система, выкидная труба которой, предназначенная для выброса нагреваемой при спуске бурильной колонны воды, установлена сверху корпуса тормоза, и связана с основной емкостью. При этом по трубопроводу подвода рабочей жидкости из основной емкости в нижние полости статора и ротора поступает такое же количество воды.
Основная емкость снабжена шестью пробными кранами, регулирующими и контролирующими уровень рабочей жидкости в системе торможения. Таким образом, уровень расположения каждого пробного крана является указателем необходимого объема рабочей жидкости, предназначенного для заполнения основной емкости.
Данная конструкция является сложной, т.к. в ней содержится разветвленный трубопровод подачи рабочей жидкости. Используемый для заполнения полостей тормоза принцип сообщающихся сосудов обеспечивает подвод рабочей жидкости снизу, что требует затрат времени по сравнению, например, с заполнением рабочей жидкости тех же полостей самотеком под действием силы тяжести, т.к. рабочая жидкость, поступающая в полости корпуса снизу, преодолевает силу тяготения собственного объема.
Средство для контроля уровня жидкости представляет собой сложную систему с пробными кранами, которые необходимо открывать и закрывать вручную.
Объем рабочей жидкости, отводимый по выкидной трубе, компенсируется поступлением рабочей жидкости снизу по трубопроводу подвода. Следовательно, при подъеме порожнего элеватора для преодоления сопротивления рабочей жидкости, находящейся в полости тормоза, необходимо дополнительная мощность привода буровой лебедки.
Задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, заключается в упрощении конструкции устройства, снижении мощности привода буровой лебедки при подъеме ненагруженного элеватора за счет исключения сопротивления рабочей жидкости.
Поставленная задача решается тем, что система торможения буровой лебедки при спуско-подъемных операциях включает гидродинамический тормоз с ротором, заключенным в корпус, который образуют две части статора, предназначенную для сообщения с внешним источником рабочей жидкости основную емкость, средство для контроля уровня рабочей жидкости, барабан лебедки с подъемным валом, связанным с валом гидродинамического тормоза. Новым в заявляемом устройстве является то, что корпус гидродинамического тормоза выполнен с двумя парами вертикальных патрубков, расположенных диаметрально противоположно, причем верхняя пара патрубков служит в качестве патрубков подвода рабочей жидкости в полости статора и ротора, нижняя пара патрубков - в качестве патрубков отвода рабочей жидкости из указанных полостей, каждый патрубок пары установлен на соответствующей одной части статора; основная емкость установлена на патрубках подвода и выполнена сообщающейся с данными патрубками, причем объем основной емкости выбран исходя из возможности максимального заполнения полостей статора и ротора, под патрубками отвода установлена сливная емкость, предназначенная для сообщения с внешним источником рабочей жидкости, в патрубках подвода и отвода установлены дисковые затворы; средство для контроля уровня рабочей жидкости выполнено в виде датчика уровня, установленного в основной емкости.
В системе торможения каждый патрубок подвода рабочей жидкости выполнен с боковым фигурным отводом, который сообщается с полостью соответствующей одной части статора.
В системе торможения днище основной емкости выполнено прямоугольным и соединено с корпусом гидродинамического тормоза посредством дополнительных опор в виде двух пар стоек, при этом каждая пара стоек установлена на соответствующей одной части статора.
Сущность полезной модели поясняется следующим образом.
Выполнение корпуса гидродинамического тормоза с вертикальными патрубками подвода и отвода рабочей жидкости, установленными диаметрально противоположно, обусловливает подачу рабочей жидкости в полости тормоза сверху, соответственно отвод рабочей жидкости из полостей тормоза снизу. При этом полость каждого патрубка подвода/отвода сообщается с полостями тормоза. Такое решение приемлемо для однороторных и двухроторных гидродинамических тормозов, т.к. корпус этих типов тормозов состоит из двух частей, соответственно на каждой части статора установлены диаметрально противоположно патрубок подвода/патрубок отвода.
Для заполнения полостей тормоза (полостей статора и ротора) сверху каждый патрубок подвода установлен на соответствующей одной части статора, что обеспечивает подачу рабочей жидкости самотеком двумя потоками, распределяющимся внутри корпуса по полостям статора и ротора. Таким образом, наличие двух патрубков подвода объясняется как конструктивными особенностями корпуса, так и целесообразностью заполнения полостей тормоза минимум двумя потоками.
В патрубки подвода рабочая жидкость поступает из основной емкости, установленной непосредственно на указанных патрубках. При этом в основную емкость рабочая жидкость нагнетается из внешнего источника, в качестве которого может служить, например, емкость с рабочей жидкостью циркуляционной системы.
Заполнение полостей тормоза рабочей жидкостью самотеком сверху является оптимальным по времени.
Расположение патрубков отвода рабочей жидкости снизу обеспечивает опорожнение полостей тормоза путем отвода данной жидкости самотеком двумя потоками (по числу патрубков отвода).
Таким образом, наличие патрубков подвода/отвода рабочей жидкости приводит к упрощению заявляемого устройства ввиду отсутствия необходимости в подводящем разветвленном трубопроводе и пробных кранах, регулирующих уровень рабочей жидкости. Кроме того, заполнение полостей тормоза и опорожнение (отвод) рабочей жидкости из данных полостей происходит самотеком без преодоления сопротивления силы тяжести жидкости, что оптимизирует время заполнения/опорожнения полостей тормоза.
Наличие вертикальных патрубков подвода дает еще одно преимущество, заключающееся в возможности установить основную емкость непосредственно на патрубках подвода без использования опор. Основная емкость к данным патрубкам может быть закреплена, например, с помощью сварочного соединения. Из этого следует, что патрубки подвода выполняют помимо основной функции - дополнительную функцию опор.
Для повышения надежности устройства основная емкость может быть соединена с корпусом гидродинамического тормоза посредством дополнительных опор. В качестве дополнительных опор могут использоваться металлические стойки в количестве четырех, что целесообразно для основной емкости, выполненной с прямоугольным днищем. Таким образом, для устойчивого положения основной емкости по две стойки установлены на соответствующей одной части статора.
Патрубки подвода снабжены дисковыми затворами, которые находясь в положениях «открыто» - «закрыто», обеспечивают заполнение полостей статора и ротора рабочей жидкостью, поступающей из основной емкости, либо предотвращают ее доступ в соответствующие полости.
Основная емкость сообщается с атмосферой, поэтому избыточного давления в ней нет, что не противоречит вышеуказанному утверждению о том, что жидкость самотеком поступает в полости тормоза.
Для заполнения полостей статора и ротора рабочей жидкостью необходимым условием является выбор объема основной емкости. Так, ее объем не должен быть меньше объема полостей статора и ротора.
Для предотвращения (отвода) рабочей жидкости из полостей тормоза патрубки отвода снабжены дисковым затворами (в положении «закрыто»). При необходимости опорожнения, когда дисковые затворы находятся в положении «открыто», рабочая жидкость самотеком поступает в сливную емкость, установленную непосредственно под патрубками отвода.
Отвод рабочей жидкости снизу самотеком из полостей тормоза обеспечивает опорожнение данных полостей, следовательно, не требуется дополнительной мощности привода буровой лебедки для преодоления сопротивления рабочей жидкости при подъеме порожнего элеватора.
Сливная емкость предназначена для сообщения с внешним источником. Связь основной и сливной емкостей с внешним источником рабочей жидкости обеспечивает циркуляцию рабочей жидкости, предотвращая ее потери.
Средство для контроля уровня рабочей жидкости выполнено в виде датчика уровня, установленного в основной емкости. Возможно применения датчика уровня поплавкового типа, способного передавать сигнал об изменении уровня жидкости в приемное устройство, установленное на пульте оператора.
Наличие датчика уровня также приводит к упрощению конструкции заявляемой полезной модели, т.к. в этом случае нет необходимости в пробных кранах, регулирующих уровень рабочей жидкости в основной емкости.
Эти и другие особенности заявляемого устройства поясняются чертежами.
На фигуре 1 - изображена система торможения (главный вид), на фигуре 2 - продольный разрез А-А гидродинамического тормоза.
Система торможения буровой лебедки при спуско-подъемных операциях включает гидродинамический тормоз 1 с одним ротором 2 (фиг.1, 2), двумя частями статора 3, закрывающими ротор 2 с двух противоположных сторон. Две части статора 3 образуют корпус 3 гидродинамического тормоза. Ротор 2 установлен на валу 4, который через муфту 5 взаимодействует с подъемным валом 6 буровой лебедки. Другие элементы буровой лебедки на чертеже не изображены.
Корпус 3 тормоза выполнен с двумя вертикальными патрубками подвода 7 рабочей жидкости и двумя вертикальными патрубками отвода 8 рабочей жидкости, патрубки 7, 8 расположены диаметрально противоположно.
Для равномерного заполнения полостей тормоза 1 каждый патрубок 7 подвода установлен на одной части статора 3, при этом полость одного патрубка 7 подвода сообщается с полостями статора 3 и ротора 2 (см. фиг.2).
Каждый патрубок отвода 8 рабочей жидкости сообщается с полостями статора 3 и ротора 2.
Основная емкость 9 для рабочей жидкости установлена на патрубках подвода 7, при этом полость основной емкости 9 сообщается с полостями патрубков 7 подвода. Закрепление основной емкости 9 на патрубках 7 подвода выполнено с помощью сварочного соединения. Основная емкость 9 выполнена с днищем прямоугольной формы.
Датчик 10 уровня рабочей жидкости поплавкового типа установлен в основной емкости 9. Датчик 10 предназначен для контроля уровня рабочей жидкости в основной емкости 9 путем передачи информации (сигнала) на пульт оператора, управляющего системой торможения.
Под патрубками отвода 8 установлена сливная емкость 11, которая может располагаться на металлической конструкции модуля буровой лебедки (на чертежах не показан).
Основная емкость 9 и сливная емкость 11 сообщаются посредством трубопроводов 12 с внешним источником 13 рабочей жидкости, выполненным в виде емкости 13 хранения воды в циркуляционной системе. В емкость 9 рабочая жидкость нагнетается посредством насоса (на чертежах не показан), из емкости 11 рабочая жидкость откачивается также с помощью насоса (на чертежах не показан).
Дисковые затворы 14 установлены в патрубках подвода 7 и патрубках отвода 8; дисковые затворы срабатывают от пневмопривода.
Для сокращения времени заполнения полостей тормоза рабочей жидкостью служат боковые отводы 15, каждый из которых сообщается с соответствующим патрубком подвода 7; дисковые затворы 14 установлены выше уровня боковых отводов 15.
Основная емкость может быть установлена на дополнительные стойки. При прямоугольном днище основной емкости 9 целесообразно использовать четыре дополнительных стойки (на чертежах не показаны) в виде отрезков металлопроката (швеллеров). Таким образом, две дополнительных стойки могут быть установлены на соответствующей одной части статора 3.
Система торможения работает следующим образом.
Предварительно перед подводом рабочей жидкости в полости тормоза 1, в основную емкость 9 нагнетается посредством насоса рабочая жидкость из емкости 13 циркуляционной системы. На пульт оператора, управляющего системой торможения, датчик 10 уровня передает сигнал об объеме рабочей жидкости в основной емкости 9. В зависимости от величины тормозного момента оператор определяет объем рабочей жидкости, необходимый для заполнения полостей тормоза. Подача необходимого объема рабочей жидкости в полости тормоза осуществляется, когда затворы 14 в патрубках подвода 7 находятся в положении «открыто».
Рабочая жидкость в необходимом объеме, контролируемом с помощью датчика 10 уровня, самотеком под действием силы тяжести через патрубки подвода 7 и боковые отвода 15 заполняет полости тормоза 1 (статора 3 и ротора 2) Перед спуском бурильной колонны в скважину дисковые затворы 14 в патрубках 7 подвода устанавливаются в положение «закрыто», подвод рабочей жидкости в полости тормоза 1 прекращается.
Во время спуска бурильной колонны при прямом вращении вала гидродинамического тормоза 1 создается тормозной момент, который замедляет спуск бурильной колонны, при этом движение колонны становится равномерным.
После спуска бурильных труб в скважину дисковые затворы 14 в патрубках 8 отвода приводятся в положении «открыто» и рабочая жидкость поступает из полостей тормоза 1 в сливную емкость 11 до полного опорожнения полостей тормоза 1, после этого затворы 14 в патрубках отвода 8 приводятся в положение «закрыто».
При подъеме ненагруженного элеватора при обратном вращении вала тормоза 1 происходит снижение мощности привода буровой лебедки на 15-20% по сравнению с мощностью привода в устройстве, выбранном в качестве ближайшего аналога.