УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОГРАНИЧЕНИЯ ПОДЪЕМА ТАЛЕВОГО БЛОКА БУРОВОЙ УСТАНОВКИ Российский патент 1995 года по МПК E21B19/00 

Изобретение предназначено для использования в спуско-подъемных агрегатах буровых установок для предохранительного торможения подъемного вала и предотвращения удара талевого блока о стрелу механизма расстановки свечей или кронблок при выполнении спуско-подъемных операций.

Известны устройства для ограничения подъема талевого блока буровой установки [1]
Наиболее близким по технической сущности из известных устройств для ограничения подъема талевого блока является устройство, описанное в [2] Оно состоит из тормозных лент с приводным механизмом, пневмоцилиндра, пневмораспределителя с электромагнитным вентилем, крана для выпуска сжатого воздуха из шинно-пневматических муфт лебедки, системы контроля за положением стрелы механизма расстановки свечей и реле, замыкающие контакты которого заведены в цепь питания катушки электромагнитного вентиля пневмораспределителя. Для избежания резкого затормаживания подъемного вала лебедки установлена на входе пневмоцилиндра дроссельная шайба. Критерием при выборе темпа торможения подъемного вала лебедки в режиме подъема талевого блока буровой установки, как и для других грузоподъемных механизмов с гибким тяговым органом, является сохранение синхронности движения подъемного вала и талевого блока путем ограничения тормозного момента. Превышение предельно допускаемого значения тормозного момента приводит к появлению излишней слабины в ходовой ветви каната, нарушению укладки каната на барабан, захлестыванию каната, что может привести к раскрытию элеватора, смятию каната и его обрыву. Дроссельная шайба препятствует возникновению этих явлений. Недостатком известного устройства является его низкое быстродействие, обусловленное ограничивающим влиянием дроссельной шайбы. Наличие дроссельной шайбы на входе пневмоцилиндра приводит к снижению эффективности торможения, из-за того, что давление в пневмоцилиндре нарастает плавно с самого начала наполнения его сжатым воздухом, выбор зазоров в кинематических звеньях приводного механизма и сближения тормозных лент со шкивами подъемного вала происходит в медленном темпе, тормозной момент, плавно нарастая в процессе замедления подъемного вала, остается меньше предельно допускаемого значения. В результате возрастает тормозной путь, что сопряжено с необходимостью увеличения высоты вышки, уменьшения рабочей зоны перемещения талевого блока при выдвинутой на ось скважины стрелы механизма расстановки свечей. Недостатком известного устройства является также то, что эффективность его работы зависит от давления сжатого воздуха в магистрали. При снижении давления в допускаемых пределах с 8 до 6 атм тормозной момент уменьшается примерно на 25% и увеличивается соответственно тормозной путь.

В известном устройстве регулировка тормозного момента носит дискретный характер, производится путем подбора соответствующей дроссельной шайбы, что затрудняет процесс настройки устройства.

Целью изобретения является повышение быстродействия устройства для ограничения подъема талевого блока, получение стабильного тормозного момента, создаваемого устройством на подъемном валу лебедки в период замедления талевого блока, обеспечение возможности плавного регулирования тормозного момента при настройке устройства.

Достигается это тем, что в устройство введено реле времени с выдержкой времени на размыкание, катушка которого получает питание через размыкающие контакты электромагнитного реле, в линии подачи воздуха, между пневмораспределителем и пневмоцилиндром установлены электромагнитный вентиль с клапаном максимального давления таким образом, что входы их соединены с выходом пневмораспределителя, а выходы со входом пневмоцилиндра, причем, дроссельная шайба установлена на выходе электромагнитного вентиля, в цепь питания катушки электромагнитного вентиля заведены последовательно соединенные размыкающие контакты электромагнитного реле и замыкающие контакты реле времени.

Для доказательства соответствия критерию изобретательского уровня следует указать на то обстоятельство, что известное устройство применяется на протяжении многих лет, в целом удовлетворяет требованиям эксплуатации и принято официальными органами технадзора. Однако оно неудобно в настройке, т.к. нет удобных аппаратов для регулировки скорости изменения давления. Приходится менять дросселирующую шайбу, что крайне неудобно. В предлагаемом устройстве используется несколько иной график тормозного усилия. Вначале создают постоянное (но далеко не максимальное усилие), некоторое вpемя выдерживают его до полной остановки талевого блока, а затем увеличивают до максимальной величины (постепенно, через дроссельную шайбу). При этом и величина постоянного усилия, и его длительность могут легко регулироваться, а приложение максимального усилия происходит уже при неподвижном талевом блоке, т. е. не вызывает никакие неприятности с запутыванием каната и т.д. Исходя из этого, можно утверждать, что введенные элементы вместе с известными образуют новую совокупность признаков, что и свидетельствует о наличии изобретательского уровня.

На чертеже представлена структурная схема устройства.

В предлагаемом устройстве схема контроля за положением стрелы механизма расстановки свечей и талевого блока с исполнительным органом в виде электромагнитного реле 1 связана электрическими каналами управления с электромагнитным вентилем пневмораспределителя 2 и с электромагнитным реле времени 3, которое в свою очередь связано с электромагнитным вентилем 4. На чертеже электрические каналы управления показаны пунктирной линией, пневматические сплошной линией.

Вход пневмораспределителя 2 соединен с магистралью, наполненной сжатым воздухом, один из выходов его соединен с краном 5 для выпуска воздуха из шинно-пневматической муфты 6, другой соединен с входом электромагнитного вентиля 4 и входом клапана максимального давления 7, выходы аппаратов 4 и 7 соединены с входом пневмоцилиндра 8, который через приводной механизм и тормозные ленты 9 приводит к торможению подъемного вала 10 лебедки. Дроссельная шайба 11 установлена на выходе электромагнитного вентиля 4.

Устройство работает следующим образом. При нормальной работе спуско-подъемного агрегата, когда талевый блок перемещается вне опасной зоны, электромагнитное реле системы контроля 1 находится во включенном состоянии, с участием контактов этого реле замкнуты цепи питания электромагнитного вентиля пневмораспределителя 2 и электромагнитного вентиля 4. Воздух в пневмоцилиндре 8 находится при атмосферном давлении, тормозные ленты не касаются тормозных шкивов. В случае подъема талевого блока в опасную зону отключается электромагнитное реле системы контроля 1, его замыкающие контакты снимают питание с электромагнитного вентиля пневмораспределителя 2, который через пневматический канал управления подает команду крану 5 на выпуск сжатого воздуха из шинно-пневматической муфты 6 лебедки и одновременно открывает доступ сжатого воздуха через клапан максимального давления 7 в пневмоцилиндр 8. При увеличении давления воздуха в пневмоцилиндре 8 до некоторого значения Р_доп, соответствующего уставке клапана максимального давления 7, последний срабатывает и отсекает пневмоцилиндр от магистрали сжатого воздуха. Под действием давления Р_доп тормозные ленты создают момент М_доп, равный предельно допускаемому для режима подъем незагруженного талевого блока. Давление Р_доп в пневмоцилиндре остается постоянным весь период замедления подъемного вала.

Спустя некоторое время t_т, необходимое для торможения подъемного вала с максимальной скорости до остановки в режиме подъема незагруженного талевого блока, происходит размыкание контактов реле времени 3 в цепи питания катушки электромагнитного вентиля 4, последний срабатывает и через него, дроссельную шайбу 11, пневмоцилиндр 8 заполняется сжатым воздухом, давление и соответственно тормозной момент возрастают до максимального значения.

Величины момента М_доп и давления Р_доп, зависящие от ряда конструктивно-кинематических параметров подъемной системы, могут быть найдены расчетным путем, например с использованием формул, полученных в работе ([3] Радченко В. Н. Условия синхронного движения в переходных режима элементов подъемной системы буровой установки, сб.научн.трудов "Проектирование и испытание буровых установок Уралмашзавода", НИИтяжмаш, Свердловск, 1990, с.56-68). Исследования [3] показали, что для буровых установок момент М_доп существенно меньше номинального и он недостаточен для фиксирования подъемного вала в неподвижном состоянии при нагрузке на кpюк, превышающей 30.50% номинального значения. Для надежного стопорения подъемного вала, в пневмоцилиндр, спустя t_т 2.4 с, подается сжатый воздух из магистрали при максимальном давлении, тормозной момент возрастает до максимального значения. Расчетное время t_т действия тормозного момента М_доп может быть найдено с использованием соотношений [3]
Эффективность работы предлагаемого устройства не зависит от изменения давления в магистрали, поддерживаемого автоматически в пределах 6.8 атм, поскольку допускаемое давление Р_доп существенно ниже и составляет 1.2 атм.

Конструктивно-кинематические параметры подъемных систем буровых установок в реальных условиях могут отличаться от расчетных. Необходимая в этом случае корректировка тормозного момента М_доп осуществляется в процессе настройки устройства путем изменения уставки клапана максимального давления.

Предлагаемое устройство по сравнению с известным обладает большим быстродействием за счет более быстрого наполнения сжатым воздухом пневмоцилиндра тормоза. В то же время давление в пневмоцилиндре и связанный с ним тормозной момент дозированы с учетом требования сохранения правильной навивки каната на барабан. Благодаря лучшему быстродействию тормозной путь в режиме подъема незагруженного талевого блока уменьшается в зависимости от класса установки на 1.3 м. На эту величину может быть уменьшена высота вышки.

Использование: в буровых установках. Сущность изобретения: устройство для ограничения подъема талевого блока буровой установки содержит систему контроля за положением талевого блока и стрелы механизма расстановки свечей, пневмораспределитель, кран для выпуска воздуха из шинно-пневматической муфты, дроссельную шайбу, пневмоцилиндр тормоза, приводной механизм, тормозные ленты. В линии подачи воздуха, между пневмораспределителем и пневмоцилиндром тормоза установлены параллельно друг другу клапан максимального давления и электропневматический клапан, катушка которого получает питание через замыкающие контакты реле времени. Дроссельная шайба установлена на выходе электропневматического клапана. Предлагаемое устройство обладает более высоким быстродействием за счет быстрого наполнения сжатым воздухом пневмоцилиндра тормоза. В то же время, за счет клапана максимального давления тормозной момент дозирован с учетом требования сохранения правильной навивки каната на барабан. Благодаря лучшему быстродействию сокращается тормозной путь и соответственно может быть уменьшена высота вышки. 1 ил.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОГРАНИЧЕНИЯ ПОДЪЕМА ТАЛЕВОГО БЛОКА БУРОВОЙ УСТАНОВКИ, содержащее тормозные ленты с приводным механизмом, линию подачи воздуха, пневмоцилиндр, дроссельную шайбу, пневморапределитель с электромагнитным вентилем, кран для выпуска сжатого воздуха из шинно-пневматических муфт лебедки и систему контроля за положением стрелы механизма расстановки свечей и талевого блока с исполнительным органом в виде электромагнитного реле, замыкающие контакты которого заведены в цепь питания катушки электромагнитного вентиля пневмораспределителя, отличающееся тем, что оно снабжено реле времени с выдержкой времени на размыкание и электромагнитным вентилем с клапаном максимального давления, при этом катушка реле времени запитана через размыкающие контакты электромагнитного реле, электромагнитный вентиль с клапаном максимального давления установлен в линии подачи воздуха между пневмораспределителем и пневмоцилиндром, входы электромагнитного вентиля и клапана максимального давления соединены с выходом пневморапределителя, их выходы с входом пневмоцилиндра, дроссельная шайба установлена на выходе электромагнитного вентиля, а в цепь питания катушки электромагнитного вентиля заведены последовательно соединенные размыкающие контакты электромагнитного рреле и замыкающие контакты реле времени.