Стальные канаты, являясь частью талевой системы буровой установки, осуществляют гибкую связь между буровой лебедкой и подъемным крюком. Они должны быть достаточно гибкими и иметь высокую механическую прочность. На буровых работах применяют канаты двойной свивки, состоящие из шести прядей, свитых вокруг органического или металлического сердечника.
Различают канаты с одинаковым или различным диаметром проволок в прядях типа ЛК-0 (рис. 12.2,а) и типа ТЛК-0 (рис. 12.2,г) диаметр проволок в слоях одинаков, в пряди типа ЛК-Р (рис. 12.2д) наружный слой имеет проволоки разного диаметра, в пряди типа ЛК-РО (рис. 12.2, б) расположены слои с проволоками одинакового диаметра и с проволоками разных диметров.
 |
Рис 12.2. Стальные канаты. А-типа ЛК-0 конструкции 6х19(1+9+9)+1ос; б - типа ЛК-РО конструкции 6ъ36(1+7+7/7+14)+1ом; в - типа ТК конструкции 6х19(1+6+12)+1ос; г - типа ТЛК-0 конструкции 6х37(1+6+15+15)+1ос; д - типа ЛК-Р конструкции 6х19(1+6+6/6)+1ос; е - свивка канатов; 1 - правая односторонняя; 2 - левая крестовая |
Канаты при работе подвергаются сложной нагрузке: растяжению, изгибу, вибрации, контактным напряжениям, поэтому они должны иметь высокую прочность. Надежность и долговечность каната во многом определяется соотношением диаметра барабана лебедки (шкива) Dб и диаметром каната dк.
В соответствии с принятыми нормами для установок геологоразведочного бурения Dб≥18 dк, а для установок с большим объемом спуско-подъемных операций Dб=(32-42)dк.
При Dб/dк>25 рекомендуются более жесткие канаты, с большим диметром проволок в пряди, а при Dб/dк<25 рекомендуются гибкие канаты.
Для геологоразведочных буровых установок, согласно правилам Госгортехнадзора, диаметр талевого каната выбирают в соответствии с расчетом на статическую прочность по формуле:
Рр=кз.пР, (12.11)
где Рр разрывное усилие каната, кз.п≥2,5 - коэффициент запаса прочности, (кз.п≥3 - при выполнении спускоподъемных операций с бурильными колоннами нефтяного сортамента); Р - максимальное усилие, развиваемое лебедкой на минимальной скорости (максимальное натяжение струны каната) кН:
(12.12)
где N - номинальная мощность двигателя, Вт; λ - коэффициент перегрузки
двигателя, для асинхронных электродвигателей λ= 1,8÷2,2, для двигателей
внутреннею сгорания λ= 1,1; η=ηзiηб - к.п.д. передачи от
двигателя до барабана лебедки; ηзi=0,98 - к.п.д. зубчатой передачи; i
- число передач в кинематической цепи; ηб=0,97 - к.п.д. барабана;
νmin - минимальная скорость навивки каната на барабан,
м/с.
Суммарное напряжение а, (МПа) в выбранном канате рассчитывают по
формуле
(12.12а)
где σр и σиз - предел прочности материала соответственно при растяжении и изгибе, МПа; S - площадь всех проволок в канате, см2; с=0,35÷0,75 - коэффициент, учитывающий напряжение кручения в проволоках, трение между отдельными проволоками и условия работы каната; Е=2,1·1011мПа - модуль продольной упругости материала каната; Q - вес бурового снаряда, Н; δп - диаметр проволоки каната, мм; Dш диаметр шкива, мм.
Для упрощения расчета Р при бурении на нефть и газ используется также соотношение
Р=Ртбku (12.13)
где Ртб - нафузка на талевый блок; ku - коэффициент, зависящий от оснастки, значения которого для различной талевой оснастки приведены ниже.
Для применения в качестве талевых на буровых установках нефтегазодобывающих предприятий рекомендуются следующие конструкции канатов:
- 6х31(1+6+6/6+12)+1о.с, ГОСТ 16853-88 (с органическим сердечником);
- 6x31 (1+6+6/6+12)+7х7(1+6)+1м.с., ГОСТ 16853-88 (с металлическим сердечником);
- 6х31(1+6+6/6+12)+1о.с, ТУ 14-4-1767-94 (с органическим сердечником);
- 6x31(1+6+6/6+12)+3х19(1+6+6/6)+3о.с., ТУ 14-4-1767-94 (с комбинированным сердечником).
 |
Отличительной особенностью канатов, изготавливаемых по техническим условиям ТУ 14-4-1767-94, (рис.12.3) является более рациональное соотношение диаметров проволок в наружных прядях канатов с органическим (рис. 12.3,а) и комбинированным (рис. 12.3, б) сердечниками. Рис. 12.3 Стальные канаты, изготовляемые по ТУ14-4-1767-94 |
При бурении скважин до глубины 3000 м рекомендуются к применению канаты всех четырех конструкций с предпочтительным применением канатов с органическим сердечником. При бурении скважин более 3000 м рекомендуется применение канатов с металлическими и комбинированными сердечниками, при этом более предпочтительны Канаты с металлическим сердечником и органическим заполнителем, изготавливаемые по ТУ 14-4-1767-94.
Талевые канаты должны соответствовать паспортным данным талевого блока, кронблока и буровой лебедки.
Диаметр шкива по канавке принимают в зависимости от диаметра каната. Для установок геологоразведочного бурения D≥dк, для тяжелых установок с большим объемом спускоподъемных работ D=(32÷42)dk.
 |
Шкивы талевых блоков и кронблоков имеют одинаковую конструкцию. Профиль канавки шкива показан на рис 12.4. Глубина канавки Н=1,75dк, ее радиус Rк=0,5dк+(0,02÷0,07),dк (12.14) что исключает заклинивание и вызванный этим износ каната. Боковые поверхности канавки должны быть касательными к дуге 5/6 π. ограничивающей дно канавки. Рис. 12.4. Профиль канавки шкива |
Диаметр шкива является одним из главных факторов, определяющих долговечность каната. С увеличение диаметра шкива уменьшается скольжение и износ проволок при изгибе каната, значение напряжения изгиба σи проволок и величина контактного давления р между канатом и шкивом
σи=Екδ/Dш,
p=2P/dк
Dш
(12.15)
где Ек=1,3·1011Па модуль упругости каната; δ - диаметр проволок, м; Dш - диаметр шкива,м; Р - натяжение каната, кН; dк - номинальный диаметр каната.
Пример 12.4. Выбрать талевый канат для следующих условий: грузоподъемность лебедки станки ЗИФ-1200МР, Рл = 53955 Н; диаметр барабана лебедки Dб=0,43 м;
Решение. Примем кз.п=3, тогда допустимое разрывное усилие талевого каната по формуле (12.11)
Рp=3·53955=161864Н≈162 кН.
Пользуясь табл. 12.1, выбираем талевый канат конструкции 6х19(1+6+12)+1о.с. типа ТК-0 диаметром 19,5 мм с разрывным усилием Рр= 173 кН, изготовленный из стали σв.р = 1570 МПа: диаметр проволоки центральной δп= 1,3 мм, а в слоях 1,2 мм.
Пример 12.5. Выбрать талевый канат для буровой установки с двигателем мощностью N=22 кВт и перегрузочной способностью λ=2; минимальная скорость навивки каната на барабан Vmin=0,5 м/с.
Решение: Приняв к.п.д. передачи от двигателя до барабана лебедки η=0,9 найдем максимальное усилие развиваемое лебедкой [см.формулу (12.12)]
Рл(max)=(22·103·20,9)/0,5=79,2 кН.
Находим Pр, приняв кз.п=2,5
Рр≥2,5·79,2≥190 кН.
Выбираем канат диаметром 21 мм двойной свивки типа ТК конструкции 6х19(1+6+12)+1о.с. с разрывным усилием Рр=202,5 кН.
