Талевої системи

При нерухомому талевому блоці струни каната під дією підвішеного вантажу розтягуються однаковим зусиллям:

(10.1)

де — вага талевого блока і підвішеного вантажу;

— кратність оснастки;

— число шківів талевого блока.

При підйомі і опусканні талевого блока зусилля в струнах каната змінюються із-за опорів, врахованих коефіцієнтом корисної дії шківа. На ККД шківів найбільший вплив створює тертя в опорах і між канавкою шківа і канатом. Незалежно від діаметра ККД шківа на підшипниках ковзання = 0,95 ¸ 0,96, на підшипниках кочення = 0,97¸0,98.

В розрахунках талевих канатів зручно користуватися коефіцієнтом опору шківа . Тоді натяг збігаючої і набігаючої струни

(10.2)

На рис. 10.5 натяг першої робочої струни каната, що слідує за нерухомою струною , позначимо , а натяг наступних струн і т.д. При кратності оснастки талевої системи натяг останньої робочої струни позначимо .

Згідно формули (10.2), натяг окремих струн при підйомі складає

Суму сил, діючих в робочих струнах каната, приймаємо рівною сумарній вазі рухомих частин талевого механізму і підвішеної колони труб:

або, використовуючи формулу (10.3),

Вираз в дужках являє собою геометричну прогресію.
Після визначення суми геометричної прогресії одержимо

звідки натяг в першій робочій струні

(10.4)

Натяг ходової струни

чи

(10.5)

Натяг нерухомої струни

(10.6)

При опусканні вантажу максимальний натяг буде в нерухомій струні:

а мінімальне — в ходовій струні

Коефіцієнт корисної дії талевої системи визнача-ється відношенням корисної роботи до затраченої роботи . Підставляючи значення з формули (10.5) і враховуючи, що , одержимо

(10.7)

де — висота підйому вантажу .

Використовуючи формули (10.5) і (10.7), натяг ходової струни при підйомі можна визначити залежно від :

(10.8)

Натяг в деяких струнах каната для заданої кратності оснастки зручно визначати із виразу, одержаного на основі формул (10.3) і (10.4):

(10.9)

де — порядковий номер робочої струни каната із сторони нерухомої струни (рис. 10.5);

— коефіцієнт натягу.

В табл. 10.3 приведені значення ККД талевої системи і коефіцієнтів натягу струн для різних кратностей оснастки, розраховані по формулі (10.9). Коефіцієнт опору шківа приймають рівним 1,03.

Таблиця 10.3 — ККД талевої системи і коефіцієнти натягу струн

ККД талевої системи при підйомі і спуску приймається однаковим.

Довжина каната, необхідна для оснастки талевого механізму бурових установок:

(10.10)

де — висота бурової вишки, м;

— кратність оснастки;

— довжина каната, згинаючого шків діаметром , м;

— число шківів талевого блока і кронблока;

— довжина витків каната, які залишаються на барабані при опущеному до помосту бурової талевому блоці, м.

Довжина каната, який намотується на барабан лебідки, залежить від кратності оснастки і висоти підняття талевого блока:

На шківах талевого блока і кронблока канат згинається при набіганні і випрямляється при збіганні, здійснюючи при цьому по одному перегину на кожному шківі. Число перегинів каната на шківах дорівнює числу струн, на яке зміщується розглядуваний переріз при підніманні талевого блока:

(10.11)

де — число перегинів каната на шківах талевого і крон-
блока;

— номер робочої струни, на якій розташовується заданий переріз після переміщення талевого блока на висоту ;

— номер робочої струни, на якій розташовується заданий переріз каната при початковому розташуванні талевого блока.

Номери струн каната, в яких розташовується розгляданий переріз каната, визначаються з умови його однакової віддаленості від нерухомої струни до і після переміщення талевого блока. Якщо не враховувати довжини каната, який огинає шків, то, згідно рис. 10.5, маємо:

звідки

(10.12)

Формула показує, що число струн, на яке зміщується канат, розташоване на ділянці струни , залежить від відношення висоти підйому до висоти вишки. Видно, що кінцевий номер робочої струни обмежується кратністю оснастки .

Якщо в результаті розрахунку за формулою (10.12) виявляється, що , це вказує на те, що розгляданий переріз каната, проходячи ділянку ( )-і струни, намотується на барабан лебідки і до числа його перегинів на шківах додається половина перегину на барабані. Число перегинів при цьому складає: .

Важливо відмітити, що число перегинів по довжині намотуваного на барабан каната розподіляється нерівномірно. Найменше число перегинів мають ділянки, які межують з нерухомою і ходовою струнами та розташовані на останніх витках каната при опущеному талевому блоці.

Технічний ресурс і наробка талевого каната вимірюються в одиницях виміру роботи (кДж, МДж). При спуску кожної свічки виконується робота, яка витрачається на спуск бурильної колони і рухомих частин талевого механізму, а також на підйом незавантаженого талевого блока на довжину свічки. При спуску колони бурильних труб, яка складається з n свічок, робота каната на кожну опущену свічку дорівнює:

1-а свічка —

2-а свічка —

n-а свічка —

Сумарна робота, що виконується при спуску n свічок:

Приймаючи і , одержимо

(10.13)

де — приведена вага 1 м бурильних труб;

— вага рухомих частин талевої системи;

— довжина свічки;

— число свічок, які спускаються;

— вага однієї свічки;

— довжина бурильної колони.

Робота , що витрачається на підйом n свічок, визначається аналогічним шляхом: . Загальна робота А, що витрачається на спуско-підіймальні операції за період буріння свердловини, дорівнює сумі робіт, що виконуються за кожний окремий рейс:

де — число рейсів за період буріння свердловини.

Наближено робота каната за один рейс

де — робота, що витрачається на спуск і підйом бурильної колони довжиною ;

— вага бурильної колони.

Робота при виконанні спуско-підійомальних операцій з бурильною колоною складає основну частку сумарної роботи, виконуваної талевим канатом. На нарощування і подачу бурильної колони в процесі механічного буріння, а також на спуск обсадних колон припадає не більше 1-2% усієї роботи каната. Для вимірювання поточної і обліку кумулятивної роботи талевого каната створено спеціальні лічильники.

Роботоздатність (умовна довговічність) талевих канатів оцінюється середнім технічним ресурсом, що вимірюється в одиницях роботи. Досвід показує, що технічний ресурс талевих канатів залежить від якості їх виготовлення і умов експлуатації. Середні значення, одержані за даними промислових спостережень, наведено в табл. 10.4.

Таблиця 10.4 — Технічний ресурс талевих канатів

• 1
• 2
• 345