Способ контроля технического состояния талевого каната Российский патент 2022 года по МПК G01N3/56 

Способ относится к горной и нефтяной промышленности и, прежде всего, к подъемной системе буровых установок, предназначенной для спуска, подъема и удержания на весу бурильных и обсадных колонн при строительстве скважин. В предложенном способе конкретизирован способ определения жесткости талевого каната путем измерения угла поворота барабана буровой лебедки в период с момента начала нагружения каната до его завершения.

В зарубежной литературе опубликованы результаты ряда экспериментов польского ученого Яна Ханкуса [Hankus J. Mechanische Eigenschaften von Drahtseilen//Draht-Welt. 1989. Nr. 4. S. 9-17], на основании которых предполагается контролировать техническое состояние канатов по их относительному удлинению под нагрузкой. Удлинение каната под нагрузкой связано с его жесткостью, которая при длительной эксплуатации каната подвержена изменениям. На поздней стадии эксплуатации каната изменение жесткости становится более заметным, что позволяет судить об ухудшении состояния каната и может служить критерием его замены.

Известен способ контроля технического состояния канатов шахтных подъемных установок, заключающийся в определении модуля упругости каната, когда подъемный канат удлиняется под действием силы тяжести предварительно загруженного подъемного сосуда [см. патент №2578732]. Данный способ принят за прототип.

Недостатком указанного способа контроля технического состояния подъемного каната является то, что, в данном виде, он не применим для полиспастных систем буровых установок. В способе принятом за прототип, вес груза, под действием которого удлиняется канат, измеряют или он должен быть известен, а удлинение каната определяют по перемещению подъемного сосуда в процессе его загрузки. В предлагаемом способе нагружение каната определяют путем измерения натяжения неподвижной ветви талевой системы, а величину удлинения каната рассчитывают по данным измерения угла поворота барабана буровой лебедки в процессе нагружения каната.

Признак прототипа, являющийся общим с заявленным способом - контроль технического состояния каната путем определения упругих свойств каната при его нагружении.

Задачей изобретения является повышение эффективности контроля технического состояния талевого каната посредством определения его жесткости путем измерения величины его относительного удлинения при нагружении. Контроль жесткости каната может осуществляться при спуско-подъемных операциях, т.е. во время работы спуско-подъемного комплекса буровой установки.

Поставленная задача в предлагаемом способе решается за счет того, что в момент изменения натяжения неподвижной ветви оснастки осуществляется измерение угла поворота барабана буровой лебедки. По величине угла поворота определяется длина навиваемого на барабан каната в зависимости от диаметра навивки каната. Жесткость каната определяется по величине изменения нагрузки и относительного удлинения каната.

Изобретение поясняется представленной на фиг. 1 схемой реализации способа контроля технического состояния талевого каната. Жесткость талевого каната 3 зависит от его рабочей длины - сумме длин всех участков каната от точки схода с барабана буровой лебедки 4 до механизма крепления неподвижного конца 5, которая определяется высотой буровой вышки, диаметром шкивов и кратностью оснастки.

Наиболее рационально определять жесткость каната при максимальной его рабочей длине, т.е. когда длина рабочих ветвей оснастки максимальна (фиг.1), что соответствует нижнему положению талевого блока.

При выполнении спуско-подъемных операций, например при подъеме бурильной колонны 6, опускают талевый блок с крюком 2 с закрепленным на штропах элеватором в нижнее положение, осуществляют захват бурильной колонны 6 элеватором. Бурильная колонна 6 подвешена на зажимном устройстве 7.

При навивке талевого каната 3 на барабан лебедки 4 происходит нагружение талевого каната 3. При этом датчиком угла поворота 9 измеряют угол поворота барабана буровой лебедки 4, а датчиком натяжения каната 8 измеряют усилие в талевом канате.

Удлинение талевого каната при увеличении натяжения талевого каната 3 определяется по углу поворота барабана буровой лебедки 4, при помощи датчика угла поворота 9:

где - диаметр барабана буровой лебедки, мм; - диаметр талевого каната, мм; - фактическое число слоев навивки каната на барабане буровой лебедки в момент расчета удлинения, мм; - коэффициент, учитывающий укладку каната при многослойной навивке; - изменение угла поворота барабана лебедки при расчете удлинения.

Жесткость талевого каната определяется как:

где - модуль упругости талевого каната, Н/мм²; - площадь поперечного сечения всех проволок талевого каната, мм²; изменение натяжения талевого каната при навивке каната на барабан, Н; максимальная рабочая длина каната в оснастке, м.

Максимальная рабочая длина каната вычисляется по формуле:

где - длина ходовой ветви талевой системы; длина неподвижной ветви талевой системы; - кратность оснастки (равна числу рабочих ветвей полиспаста); максимальная длина рабочих ветвей талевой системы при нижнем положении талевого блока; диаметр шкива блока.

В предлагаемой схеме реализации способа контроля технического состояния талевого каната вычисляется жесткость каната на растяжение по данным полученным с помощью датчика угла поворота барабана буровой лебедки и измерения изменения нагружения талевого каната с помощью датчика натяжения, установленного на неподвижной ветви.

Преимущество заявляемого способа состоит в том, что обеспечивается возможность постоянного контроля технического состояния талевого каната путем определения жесткости каната на растяжение при каждом цикле подъема талевого блока во время работы спуско-подъемного комплекса.

Изобретение относится к горной и нефтяной промышленности и, прежде всего, к подъёмной системе буровых установок, предназначенной для спуска, подъема и удержания на весу бурильных и обсадных колонн при строительстве скважин. Сущность: осуществляют контроль технического состояния талевого каната подъемных систем буровых установок путем определения упругих свойств каната при его нагружении, причем нагружение талевого каната определяют путем измерения натяжения его неподвижной ветви при выполнении спуско-подъемных операций, а удлинение рассчитывают по данным измерения угла поворота барабана буровой лебедки в процессе нагружения каната и величине диаметра навивки на барабан буровой лебедки. Технический результат: обеспечение возможности постоянного автоматизированного контроля технического состояния талевого каната при спуско-подъемных операциях. 1 ил.

Способ контроля технического состояния талевого каната подъемных систем буровых установок путем определения упругих свойств каната при его нагружении, отличающийся тем, что нагружение талевого каната определяют путем измерения натяжения его неподвижной ветви при выполнении спуско-подъемных операций, а удлинение рассчитывают по данным измерения угла поворота барабана буровой лебедки в процессе нагружения каната и величине диаметра навивки на барабан буровой лебедки.