БУРОВАЯ МАЧТА С ОТКРЫТОЙ ПЕРЕДНЕЙ ГРАНЬЮ

Полезная модель относится к буровому оборудованию, а именно к конструкциям мачт с открытой передней гранью.
Известны традиционные конструкции мачт с открытой передней гранью, например, из описания к авторским свидетельствам: SU №950670, B66F 11/02; SU №1033695 E21B 15/00, из описания к патенту: US №2656023, а также из каталога фирмы Dreco (Derrick & Rig Equipment Company), 1986-7 Catalog, стр.1558-1659.
Указанные устройства содержат конструктивные элементы: установленная на основании конструкция буровой мачты, соединенная со стороны задней грани с порталом; буровая мачта выполнена в виде объемной фермы с четырьмя несущими стойками. Боковая сторона мачты, которую принято называть «ногой», выполнена традиционно: в нижней части она содержит наклонную несущую стойку - подкос. Таким образом, нижняя часть боковой стороны мачты - «ноги» выполнена V-образной асимметричной формы. Боковые стороны мачты соединены с опорными шарнирами основания и с порталом.
Недостатком известных технических решений является отрицательное воздействие опрокидывающего момента, действующего при подъеме мачты и приводящего к опрокидыванию мачты. Это происходит вследствие того, что центр масс мачты смещен относительно опорного шарнира в сторону задней грани.
В качестве прототипа выбрана конструкция буровой мачты с открытой передней гранью, выполненная традиционно (к материалам заявки приложены копии страниц из Руководства по эксплуатации 44035.25.000 РЭ Вышка М46/400 ОГ-А, ЗАО «Уралмаш - буровое оборудование», стр.92, рис.1.4, стр.90, рис.1.2 Т, У-У, рис.1.5, Б, Р-Р). Буровая мачта в виде объемной фермы, содержащей четыре несущих стойки, соединена с порталом, выполненным в виде средства для удержания мачты в рабочем вертикальном положении. Портал установлен на основании и расположен со стороны задней грани мачты.
Каждая боковая сторона - «нога» мачты выполнена с изгибом, определяющим две смежные грани, а именно: в верхней части боковой стороны несущие стойки, установленные параллельно, образуют наклонные боковые грани, а в нижней части несущие стойки, соединенные V-образно, образуют вертикальные грани. При этом несущие стойки нижней V-образной части соединен с опорным шарниром основания.
В известном устройстве конструкция V-образной части каждой боковой стороны такова, что ее образует соответствующая вертикальная несущая стойка (со стороны передней грани мачты), и наклонная несущая стойка-подкос. При такой взаимосвязи несущих стоек ось опорного шарнира основания совпадает с осью вертикальных несущих стоек передней грани.
Кроме опорного шарнира, установленного на основании, устойчивое положение мачты обеспечивается за счет дополнительного опорного шарнира, соединяющего портал и несущие стойки задней грани в месте их соединения со стойками-подкосами. Дополнительное шарнирное соединение выполнено с использованием кронштейнов-проушин, в отверстие которых устанавливается палец, при этом на портале выполнены опорные места, на которых, в свою очередь, установлены регулировочные прокладки. К опорным местам на портале кронштейны прикрепляются с помощью болтов.
При подъеме мачты и ее эксплуатации обнаруживается ряд причин, приводящих к новой технической задаче и возможности ее решения.
В частности, выполнение каждой боковой стороны - «ноги» мачты в разных плоскостях вызывает изгибающий момент, действующий из плоскости «ног», следовательно, возникают дополнительные напряжения в месте соединения верхней и нижней частей «ног» буровой мачты. Для восприятия действия изгибающего момента и снижения напряжений узел соединения содержит дополнительные элементы, придающие прочность, но усложняющие конструкцию данного узла. В качестве дополнительных элементов узел содержит, например, кронштейны-проушины, в отверстиях которых установлен палец.
Кроме того, как при монтаже, так и при эксплуатации для центрирования мачты - отклонения в заданном направлении необходимо демонтировать дополнительное опорное шарнирное соединение, т.е. ослабить большое количество болтов, установить или убрать определенное количество прокладок и вновь затянуть болты. В это время мачта удерживается полиспастом и демпфирующим средством. Следовательно, операция центрирования мачты характеризуется трудоемкостью, а конструкция дополнительного шарнирного соединения - сложностью выполнения и недостаточной надежностью из-за большого количества соединительных деталей (болтов) и вспомогательных средств (прокладок).
При подъеме мачты возникает опасность ее произвольного опрокидывания. Причиной тому является расположение центра масс мачты относительно опорного шарнира смещенным в сторону задней грани, поэтому при подъеме мачты при переходе
линии действия центра масс через ось вращения опорного шарнира происходит смена знака опрокидывающего момента.
Для плавного завершения подъема мачты, предотвращающего действие ударной нагрузки на портал, используются различные демпфирующие средства. Как правило, для этого применяется система с гидроцилиндрами.
Задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, заключается в упрощении конструкции, а также в упрощении операций монтажа и центрирования буровой мачты за счет снижения величины опрокидывающего момента.
Поставленная задача решается тем, что буровая мачта с открытой передней гранью, выполненная в виде объемной фермы, содержащая шарнирно соединенное с ней средство для подъема и удержания буровой мачты, при этом буровая мачта и указанное средство установлены на основании, каждая боковая сторона - «нога» буровой мачты содержит несущие стойки, в верхней части установленные параллельно и образующие наклонные боковые грани, а в нижней части соединенные V-образно, причем конец нижней части V-образной части соединен с опорным шарниром основания, средство для подъема и удержания буровой мачты распложено со стороны задней грани, согласно полезной модели в буровой мачте несущие стойки нижней V-образной части выполнены симметрично сходящимися относительно продольной оси наклонной боковой грани и расположены в одной плоскости с наклонной боковой гранью.
В заявляемой полезной модели средство для подъема и удержания буровой мачты выполнено в виде двух идентичных опор.
При этом буровая мачта соединена с каждой из идентичных опор с помощью винтовой тяги с крюком.
Буровая мачта содержит боковые стороны - «ноги» буровой мачты. Как указывалось выше, данный тип мачты относится к буровым мачтам с открытой передней гранью, при этом со стороны задней грани мачта шарнирно соединена с порталом, иначе называемым средством для подъема и удержания буровой мачты, причем мачта удерживается в вертикальном рабочем положении. Далее в описании в зависимости от контекста используются термины: средство для подъема и удержания мачты или портал.
Новым в конструкции буровой мачты является выполнение нижней V-образной части, расположенной в одной плоскости с наклонной боковой гранью мачты, т.е. каждая боковая сторона (боковая грань) мачты расположена в одной наклонной плоскости.
Выполнение несущих стоек нижней V-образной части боковых граней симметрично сходящимися относительно их продольной оси определяет и симметричную форму выполнения боковых граней мачты. Данное обстоятельство приводит к следующим преимуществам заявляемого устройства.
Центр масс заявляемой конструкции мачты смещен незначительно, следовательно, при выполнении боковых граней - «ног» мачты симметричной формы происходит равномерная передача вертикальной нагрузки от талевой системы на несущие стойки и на опорный шарнир. Для удержания мачты в рабочем вертикальном положении достаточно наличия одного опорного шарнира, при этом нет необходимости в дополнительном опорном шарнире, соединяющем несущие стойки задней грани мачты и портал. Таким образом, исключив дополнительный опорный шарнир, устойчивость мачты обеспечивается за счет одного опорного шарнира основания и шарнирного соединения с порталом в виде винтовой тяги с крюком, традиционно используемого в качестве средства для соединения мачты с порталом.
Исходя из вышеизложенного, при подъеме мачты обеспечивается заявленный технический результат: упрощение монтажа, следовательно, сокращение времени монтажа мачты за счет исключения дополнительного опорного шарнирного соединения, а это обстоятельство приводит, к упрощению конструкции портала, т.к. в данной конструкции не требуется выполнение места для установки кронштейнов-проушин. То есть, при монтаже и эксплуатации мачты возможно избежать трудоемкой операции центрирования мачты. Следовательно, в качестве портала, выполняющего функции средства для подъема и удержания мачты в вертикальном рабочем положении, становится возможным использовать более простое средство, например, две идентичные несущие опоры, каждая из которых установлена напротив несущей стойки задней грани и соединена с ней с помощью известного средства, например, винтовой тяги, иногда называемого в технической литературе фиксатором.
Кроме того, при симметричной форме боковых граней мачты линия действия центра масс смещена незначительно относительно оси опорного шарнира. Поэтому при подъеме мачты при переходе линии действия центра масс через ось вращения опорного шарнира величина опрокидывающего момента существенно не влияет на сохранение устойчивого положения мачты. Таким образом, величина ударной нагрузки, действующей на средство для удержания мачты, снижена, т.е. в качестве демпфирующего средства возможно использовать, например, гидравлический демпфер, рассчитанный на меньшую мощность и меньшую величину хода поршня.
Эти и другие особенности заявляемого устройства поясняются с помощью чертежей:
- на фигуре 1 изображен вид со стороны боковой грани буровой мачты;
- на фигуре 2 вид со стороны передней грани.
Устройство представляет собой собственно буровую мачту 1, соединенную со средством 2 для подъема и удержания мачты 1 в вертикальном рабочем положении. Мачта 1 и указанное средство 2 установлены на основании 3.
Мачта 1 состоит из секций - монтажно-сборочных единиц полной заводской готовности. Все секции мачты 1 соединены таким образом, что боковые стороны или грани мачты 1 расположены в одной плоскости.
Нижняя или первая секция 4 со стороны боковой грани - «ноги» мачты 1 (см. фиг.1) содержит параллельные несущие стойки 5, соединенные с наклонными несущими стойками 6, образующими V-образную нижнюю часть данной секции 4; конец нижней секции 4 соединен с опорным шарниром 7 основания 3.
При выполнении верхней и нижней частей боковых граней мачты 1 в одной плоскости исключается действие изгибающего момента из плоскости «ноги», следовательно, секции мачты 1 по высоте соединены идентично с помощью проушин и установленного в них пальца. Нижняя секция 4 соединена со смежной верхней секцией без каких-либо дополнительных соединительных элементов.
Средство 2 выполнено, например, в виде двух идентичных пространственных опор, каждая из которых содержит стойку 8 и подкос 9, соединенных горизонтальной связью 10.
Шарнирное соединение буровой мачты 1 со средством 2 осуществляется с помощью фиксатора 11, выполненного в виде винтовой тяги с крюком, зацепляемым за установочный палец стойки 8. Описание конструкции, подобной средству 2, содержится в книге «Буровые комплексы. Современные технологии и оборудование, изд. УГГГА г.Екатеринбург, 2002 г., стр.397. Фиксатор 11, выполненный в виде винтовой тяги с крюком, известен из описания к охранному документу SU №589359 «Устройство для соединения буровой мачты с порталом».
Стойка 8 оснащена демпфирующим средством 12, выполненным в виде рычажной системы с гидроцилиндром, также традиционно применяемым в буровом оборудовании.
Элементы мачты - несущие стойки 5 выполнены из металлических открытых профилей - двутавров на протяжении всей высоты мачты 1.
Жесткость и устойчивость заявляемой конструкции обеспечивается выполнением ее нижней секции 4 со стороны задней грани усиленной. Для этой цели несущие стойки 5, 6 (со стороны задней грани) выполнены с увеличенной площадью поперечного сечения. Кроме того, горизонтальные связи 13, соединяющие несущие стойки 5 нижней секции (со стороны задней грани), снабжены дополнительными стойками и раскосами (на чертеже позициями не обозначены).
Для подъема мачты 1 на основание 3 устанавливают две идентичные опоры 2, служащие для удержания мачты 1 в вертикальном положении. С помощью подъемного механизма буровую мачту 1 поднимают и устанавливают из горизонтального в рабочее вертикальное положение. При этом демпфирующее средство 12, установленное на стойке 8, воспринимает меньшие нагрузки в связи с тем, что действие опрокидывающего момента минимально.
Установив мачту 1 в вертикальное положение, производят ее центрирование за счет вращения винта фиксатора 11 до заданного положения «ноги» мачты 1. При эксплуатации мачта 1 шарнирно опирается на основание 3 и удерживается в рабочем положении благодаря шарнирному соединению с помощью фиксатора 11 со средством 2.
Заявляемое устройство приводит к сокращению времени монтажа буровой мачты, кроме того, обеспечивает упрощение конструкции, а также упрощение операции центрирования, осуществляемой как непосредственно после подъема мачты, так и при ее эксплуатации.