Автоматизированная система управления буровой установки

Автоматизированная система управления буровой установки

Гидравлическая буровая установка Drillmec (hydraulic hoist series)

Автоматизированная гидравлическая буровая установка Drillmec – это буровая IV поколения.

Управление всеми механизмами и агрегатами осуществляется при помощи гидравлики. Важным достоинством буровой установки Drillmec, является наличие:

— телескопической мачты,
— верхнего привода с горизонтальным перемещением,
— автоматический трубный манипулятор,
— консольный кран и вспомогательная лебёдка,
— вертикальная система стеллажей и подачи бурильных труб,
— гидроприводной трубный ключ и клиновой захват,
— встроенный вспомогательный кран,
— эргономичная кабина бурильщика и пульт управления,
— шумоизоляция блок дизель-генераторной установки, вентиляторной системы, системы охлаждения гидросилового блока буровой установки,

Основные преимущества гидравлической буровой установки Drillmec:

— уменьшение времени на спуско – подъёмные операции,
— улучшение эксплуатационных характеристик при бурении скважин,
— улучшенный контроль за технологическими параметрами бурения скважин,
— автоматизация буровых операций,
— уменьшенная площадка под сооружение буровой установки.

Преимущества гидравлических установок Drillmec перед «традиционными» буровыми установками:

— Автоматическое бурение обеспечивается одним человеком — бурильщиком; обеспечение автоматического контроля нагрузки на долото;
— Возможность создания дополнительной вертикальной нагрузки (вниз/на долото) до 40 т, с помощью главного рабочего цилиндра;
— Операции спуска-подъемов бурильного инструмента производится с помощью 1-го человека -бурильщика — оператора (плюс один помощник при спуске обсадной колонны);
— Скорость наращивания бурильной трубы — 3 минуты;
— На буровой установке НН — типа не требуется охлаждения тормозных шкивов лебедки;
— На буровой установке НН — типа не требуется электромагнитный или гидравлический вспомогательный тормоз и соответственно их охлаждение;
— Не происходит износ тормозных лент и тормозных накладок буровой лебедки, в связи с отсутствием таковой;
— На гидравлической буровой установке типа НН коэффициент эффективности использования мощности двигателя и использования крюка не ниже 0,8;
— С верхним приводом возможны спуско-подъемные операции труб с прямой и обратной проработкой и одновременной циркуляцией;
— На буровой установке НН — типа высота мачты гораздо ниже чем на стандартной установке, в связи с этим уменьшены ветровые нагрузки и соответственно уменьшены напряжения возникающие в конструкции мачты от ветровых нагрузок;
— Отсутствие балкона верхового рабочего исключает работы наверху и тем самым повышает безопасность работ;
— Автоматизированные операции с бурильными трубами снижают количество необходимого персонала и соответственно уменьшают травматизм и повышают безопасность условий труда;
— На буровой установке НН — типа максимальный уровень шума на рабочем полу не превышает 60 dB.
— Для размещения оборудования буровой установке НН – типа на местности требуется в два раза меньше территория по сравнению с традиционной установкой.

На отведённой площадке в пункте заложения скважины для выполнения работ монтируют буровую установку и возводят необходимые наземные сооружения.

Буровая установка представляет собой комплекс различных функционально взаимосвязанных машин, механизмов и конструкторских элементов для выполнения основных и вспомогательных работ при строительстве скважины.

Конструктивное исполнение буровой установки, её оснащённость, габариты и параметры зависят от многих факторов и в первую очередь от способа бурения, глубины и конструкции скважины.

При механическом бурении буровая установка, прежде всего, должна обеспечить выполнение трёх основных функций. Условно их можно подразделить на грузовую, приводную и циркуляционную.

Помимо оборудования, объединенного в технологические цепочки, буровая установка включает средства механизации вспомогательных работ и автоматизации процессов; органы управления агрегатами; приборы для контроля работы отдельных агрегатов буровой установки и аппаратуры технологического контроля процесса бурения; средства пожарной, противовыбросовой безопасности и безопасности жизнедеятельности.

Таким образом, современная буровая установка со всем вспомогательным оснащением представляет собой производственный объект для выполнения буровых работ в полевых условиях в любой погодно-климатической обстановке.

Буровое оборудование должно обеспечивать строительство скважины с высокими технико-экономическими показателями. Важнейшая особенность буровой установки – её эксплуатационно-техническая характеристика. К эксплуатационно-техническим показателям буровой установки относятся производительность, надёжность, ремонтоспособность, уровень исполнения технологических функции и его соответствие требованиям современной технологии, удельный расход энергии, относительная масса, простота обслуживания, удобство демонтажа, монтажа и транспортирования бурового оборудования в различных коммуникационных условиях.

Изучение системы управления буровой установки

Изучить систему управления буровой установки, а так же устройство ее элементов.

2 Назначение системы управления буровой установки.

Система управления буровых установок должна выполнять следующие функции:

пуск и остановку двигателей;

включение и выключение трансмиссий, блокирующих двигатели, передающих мощность на буровые насосы, ротор и лебедку;

включение и выключение буровых насосов, лебедки, ро­тора и других устройств;

изменение скорости вращения барабана лебедки и ротора;

торможение барабана лебедки;

включение и выключение устройств для свинчивания и развинчивания бурильных труб.

Управление работой клиньев.

3 Основные элементы системы пневматического управления

На рисунке 1 приведена типовая схема пневматического управления буровой установки.

Система управления сос­тоит из четырех основных агрегатов: ‘

1)управляющих пневматических устройств (клапанные краны различных типов);

2)регулирующих устройств и механизмов (кран машиниста и др.);

3)Исполнительных механизмов (пневматических муфт, цилиндров и других устройств);

4) Системы воздухоснабжения (компрессор и воздухосборник);

Рисунок 1- Схема пневматического управления —буровой установки :

KМ1-компрессор основной; КМ2 — компрессор аварийный; KO1, K02 -обратные клапаны; РД- регулятор давления; ФМ1- маслоотделитель; МН-манометр; КП- клапан предохранительный; PC-ресивер; ВН — вентиль; ФМ2-^влагоотделитель с автоматическим спуском конденсата; ФМ3-фильтр — маслоотделитель; ОВ — осушитель воздуха химическим способом; . КД — кран двухклапанный; КРК — клапан регулирующий; ВТА — вертлюжок; КРД — клапан разрядник; ПМ – шинно-пневматическая муфта сцепления; Ц — пневмоцилиндр одностороннего действия с возвратом штока пружиной; МН-манометр.

4 Характеристика узлов пневмосистемы управления.

Система воздухоснабжения состоит из компрессорной стан­ции с приводом, воздухосборника, устройства для очистки и осушки воздуха, предохранительного клапана, обратного клапана (рисунок 2), переклчательного клапана (рисунок 3) , конденсатора (рисунок 4), клапана разрядника (рисунок 5), маслоотделителя (рисунок 6)

Рисунок 2- Обратный клапан.

Рисунок 3- Переключательный клапан.

Рисунок 4- Конденсатор.

Рисунок 5- Клапан разрядник.

Рисунок 6- Маслоотделитель.

Компрессоры. Питание системы управления рабочим аген­том — сжатым воздухом — осуществляется двумя компрессорами произ­водительностью 3-5 м 3 /ч , каждый при давлении 8-9 кгс/см 2 .

Воздухосборник ресивер предназначен для сохранения в пневматической системе определенного объёма воздуха, сжатого до давления 8-10 кгс/см 2 воздухосборник компенсирует внезапный расход воздуха и выравнивает рабочее давление в системе. Он яв­ляется аккумулятором энергии, благодаря чему компрессор часть времени не работает. На резервуаре установлены манометр, предох­ранительный и обратный клапаны и маслоотделитель.

Вертлюжки предназначены для подвода воздуха к шинно-пневматическим муфтам через торцы валов.

Прямоточный вертлюжок(рисунок 7) состоит из корпуса, шпинделя, крышки, двух шариковых подшипников, уплотнительных манжет, распорного кольца, гайки, предназначенной для поджатия манжет. Шпиндель вертлюжка болтами прикрепляется к торцу вала.

Рисунок 7- Безманжетный вертлюжок с фланцевым креплением.

Двухклапанные краны (распределитель 2/2) предназначены для управления одной муфтой или цилиндром. С помощью двухклапанных кранов управляется ротор, пневмораскрепитель, насосы, трансмиссии и др.

Четырехклапанный кран(распределитель 3/3) предназначен для управления двумя муфтами, одновременное включение которых недопустимо, например, муфтами высшей и низшей скорости лебедки. Конструкцией клапана предусмотрена такая блокировка, которая исключает одновременное их включение. Состоит четырехходовой кран из корпуса и двух крышек, из которых нижняя имеет три ниппеля для приемного и двух нагнетательных шлангов ведущих к муфтам.

Шинно-пневматические муфты предназначаются для соединения и разобщения вращающихся валов, предназначенных для передачи кру­тящего момента, шинно-пневматическая муфта состоит из металлического обода и резинового баллона. По поверхности обода сверлятся отверстия для болтов, закрепляющих баллон, обод присоединяется к , диску также с помощью болтов, для чего по окружности борта обода просверлены отверстия.

5 Снятие характеристики шинно-пневматической муфты.

Характеристика шинно-пневматической муфты (ШПМ) представляет -собой зависимость скольжения от давления сжатого воздуха в баллоне. Известно, что работа ШПМ зависит, от давления сжатого воздуха, заполняющего баллон. Кроме этого на работу ШПМ оказывают влияние инерционные силы, вызывающие отжатие фрикционных накладок от бара­бана.

Характеристика ШПМ позволяет выявить факторы, повышающие эффективность работы муфт.

6 Описание установки.

Схема лабораторной установки дана на рисунке 8. Стенд пред­ставляет собой двигатель 1, приводящий во вращение через кли-ноременную передачу 2 и ШПМ 3 гидравлический тормоз 4, роль которого выполняет гидродинамическая муфта. К центральному сверлению вала 5, на котором посажена ступица 6 муфты, с помощью вертлюжка 7 подведен сжатый воздух от компрессора 8 и воздухосборника 9.

Для определения скорости вращения вала 5 и 10 используются тахометры 11 и 12 типа ЦАТ-2М, установленные на управ­ляющем пульте. Датчики тахометров 13 и 14 представляют собой фотоэлементы, связанные с показывающими приборами.

Подача сжатого воздуха производится от воздухосборника 9 через двухклапанные краны 15 и 16 и игольчатый дроссель 17. Контроль за давлением воздуха в баллоне ШПМ производится по образцовому манометру 18. Для контроля давления на воздухосборнике имеется манометр 19.

Пуск двигателя компрессора производится с помощью кноп­ки 20. Пуск двигателя установки осуществляется кнопкой 21.

Системы электроприводов исполнительных механизмов буровых установок

В связи с ростом требований к повышению производительности буровых установок все большее их число оснащается индивидуальными регулируемыми электроприводами исполнительных механизмов. Основным видом регулируемого электропривода, отвечающего в полной мере требованиям технологического процесса бурения, выпускаемых в настоящее время отечественных буровых установок является электропривод постоянного тока по системе тиристорный преобразователь — двигатель ТП — Д. Данный тип привода в настоящее время применяется на всех буровых установок для бурения на глубинах 2500 м и более, а также на некоторой части буровых установок для бурения на глубину 1600 м.
Указанная система электропривода обеспечивает требуемый диапазон регулирования скорости, в случае необходимости этот диапазон может быть расширен за счет ослабления магнитного потока двигателя. Однако при этом допустимый момент нагрузки электродвигателя уменьшается.
С конструктивной точки зрения основное преимущество системы ТП — Д состоит в отсутствии генератора постоянного тока, имеющего коллекторный узел и щеточный аппарат. Тиристорный преобразователь ТП является устройством статического типа, не содержит вращающихся частей и не требует мощных фундаментов.
Тиристорные преобразователи выполняются в виде унифицированных блочных конструкций с высокой степенью надежности, долговечности и ремонтопригодности. Благодаря малой мощности управления можно получить хорошие статические и динамические характеристики привода, а также обеспечить высокий уровень автоматизации.
Для тиристорных преобразователей характерны и некоторые недостатки, например, некоторое искажение формы напряжения в питающей сети, снижение коэффициента мощности при регулировании скорости вниз от номинального значения и др. Эти недостатки не всегда существенны и при необходимости могут быть скомпенсированы применением фильтро-компенсирующих устройств.
Электрооборудование, разработанное и выпускаемое для буровых установок, имеет усиленную конструкцию для тяжелых условий эксплуатации. Комплектные тиристорные преобразователи и системы управления выпускаются в контейнерах с необходимыми системами вентиляции, обогрева и освещения, что обеспечивает надежную работу и удобство обслуживания. Применительно к буровым установкам кустового бурения особо следует отметить такое важное преимущество электрического привода, как отсутствие жестких механических связей между блоками буровых установок, которые, по существу, заменяются гибкими кабельными связями. Контейнер с устройствами для питания электроприводов лебедки, ротора и регулятора подачи долота устанавливается в непосредственной близости к вышечно-лебедочному блоку и при переходе на новую скважину в кусте передвигается вместе с ним. Контейнер для питания привода буровых насосов устанавливается рядом с насосным блоком. В результате обеспечиваются дополнительные удобства при передвижках оборудования со значительной экономией времени. Кроме того, благодаря применению тиристорного электропривода достигается унификация оборудования буровых установок в электрическом и дизель-электрическом вариантах. Различие состоит только в части источников питания (соответственно это трансформаторная подстанция или автономная электростанция).
В настоящее время отмечается тенденция оснащения буровых установок электрооборудованием, рассчитанным на напряжение питания 690 В переменного тока, и двигателями постоянного тока на напряжение 800 В, что обеспечивает следующие преимущества:
снижение массы электрооборудования на 30 % по сравнению с использованием напряжения 400 В;
уменьшение площади, занимаемой оборудованием, экономия в массе и стоимости конструктивных блоков и модулей буровых установок;
уменьшение числа кабелей и монтажных соединений, в связи с чем повышается монтажно-транспортные показатели оборудования, что особенно важно для буровых установок повышенной транспортабельности.
Указанные мероприятия реализованы в буровой установке БУ-3900/225 ЭПК БМ
Направления развития электропривода основных механизмов буровых установок в основном совпадают с общей тенденцией развития электропривода на современном этапе — это постоянно расширяющаяся область применения регулируемого электропривода и компьютерных средств автоматизации при создании нового и модернизации действующего оборудования.
Применительно к буровым установкам следует отметить специфические требования в отношении безопасности работы персонала, надежности и взрывозащиты.
Конкретизируем направления совершенствования электропривода:
1. Широкое применение силовых полупроводниковых преобразователей новых поколений для регулирования координат (скорости, положения, момента и др.) электропривода.
2. Повышение мощности и снижение габаритов силовых полупроводниковых преобразователей энергии.
3. Стандартизация, унификация электрооборудования и повышение уровня его заводской готовности.
4. Повышение КПД и других технико-экономических показателей.
5. Создание серий комплектных электроприводов, включающих в себя силовое электрооборудование, системы автоматического управления, контроля и диагностики.
6. Унификация и миниатюризация аппаратуры управления.
7. Применение средств вычислительной техники, использование модульного построения систем управления.
8. Разработка типовых структур управления электроприводами на основе использования средств вычислительной техники.
9. Совершенствование конструкции электродвигателей и аппаратуры управления с целью повышения их уровня взрывозащиты и надежности.
1 0. Создание средств автоматизированного проектирования.
В настоящее время все ведущие электротехнические фирмы выпускают регулируемые электроприводы комплектно с компьютерными средствами автоматизации в виде гибко программируемых систем, адаптируемых к широкой области их применения.
Область применения различных типов регулируемых электроприводов в значительной степени определяется применяемой элементной базой силовых полупроводниковых преобразователей энергии. В связи с освоением промышленностью полностью управляемых силовых полупроводниковых приборов в модульном исполнении: мощных полевых транзисторов (MOSFET), биполярных транзисторов с изолированным затвором (IGBT) запираемых тиристоров с интегрированным управлением (IGCT) и запираемых тиристоров (GTO) разработаны полупроводниковые преобразователи, обеспечивающие плавное и экономичное регулирование скорости электродвигателей в широком диапазоне. На базе выпускаемых силовых полупроводниковых модулей создаются регулируемые электроприводы по системе преобразователь частоты — асинхронный короткозамкнутый двигатель (ПЧ — АД).
При мощности электропривода до 1 МВт для создания ПЧ в настоящее время используются модули IGBT, более 1 МВт — модули GTO или IGCT.
Создание надежных статических преобразователей частоты для управления асинхронными электродвигателями с использованием средств микропроцессорной техники привело к массовому применению электроприводов по системе ПЧ — АД в различных отраслях промышленности. Разработки в области частотно-регулируемых электроприводов нашли применение в электроприводах исполнительных механизмов ряда зарубежных буровых установок наземного и морского бурения.
С середины 90-х годов компанией АВВ начата комплектная поставка электрооборудования для буровых установок с частотно-регулируемыми электроприводами. В комплект входят электроприводы буровой лебедки, буровых насосов, верхнего привода (или ротора), а на морских буровых установок также якорных лебедок и гребных винтов. В качестве приводных двигателей применены асинхронные короткозамкнутые электродвигатели типа HXR, разработанные специально для использования в частотно-регулируемых электроприводах и приспособленные к условиям бурения. Электродвигатели — малошумные, с низким уровнем вибрации, с принудительной вентиляцией мощностью до 1400 кВт, не требующие водяного охлаждения.
Каждый привод имеет индивидуальный инвертор, работа которого основана на принципе широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Инверторы построены по мостовой трехфазной схеме, состоящей из шести полупроводниковых ключей.

Преимущества при применении частотно-регулируемого электропривода переменного тока

Преимущества при применении регулируемого электропривода переменного
тока

Буровой насос для создания
циркуляции промывочной
жидкости в скважине

От 300 до 1180
кВт

Наилучшее использование
установленной мощности и
работа в оптимальных режимах для каждого интервала бурения
Увеличение частоты вращения долота, средней мощности, подводимой к долоту
Возможность пуска насоса
под нагрузкой
Облегчение восстановления
циркуляции, сокращение
затрат времени на промывку скважины
Уменьшение числа рейсов в
связи с увеличением средней
проходки на долото

Буровая лебедка для подъема инструмента и подачи
долота на забой

Для подъема: от
320 до 1 000 кВт

Повышение производительности спуско-подъемных
операций
Сокращение числа механических передач
Повышение надежности механического оборудования
Сокращение энергетических затрат

Для подачи: от
32 до 90 кВт

Автоматическое регулирование подачи долота с по-
мощью регулятора активного типа не может быть
реализовано без использования полноуправляемого
электропривода

Ротор для передачи энергии
долоту с поверхности через
колонну бурильных труб и
производства вспомогательных операций при бурении

От 150 до
500 кВт

Повышение механической
и рейсовой скорости бурения
Ограничение напряжений в
трубах и защита от поло-

Комплект вспомогательных
механизмов для механизации трудоемких процессов.
В том числе пескоотделитель ПГ60/300; илоотделитель ИГ45/75; ситогидроциклонный сепаратор СТО
45/150 или 65/300; гидроциклонный глиноотделитель
ГУР-2; насосный агрегат
блока приготовления и об-
работки бурового раствора

Суммарная установленная
мощность электрооборудования циркуляционной системы от 200 до
770 кВт, потребляемая мощность не более
360 кВт

Выбор оптимального технологического режима
Сокращение энергетических затрат
Оперативное регулирование физических свойств
бурового раствора

Каждый инвертор имеет свою собственную микропроцессорную систему управления. Для управления системой имеется контроллер прикладного программного обеспечения, позволяющий одновременно управлять несколькими инверторами. Статическая точность регулирования частоты вращения с обратной связью от импульсного датчика — 0,01 %; без обратной связи от 0,5 до 3 %. Указанные типы частотно-регулируемого электропривода нашли широкое применение на буровых установках месторождений Северного моря.
С 1998 г. компанией АВВ поставляются многодвигательные асинхронные частотно-регулируемые электроприводы типа АС8600 Multy Drive. Компанией АВВ освоена также серия высоковольтных частотно-регулируемых электроприводов мощностью от 315 до 5000 кВт серий ACS1000. В качестве ключевых элементов в инверторах этой серии используются модули IGCT.
По сравнению с электроприводом по системе ТП — Д, частотно-регулируемый электропривод обладает следующими преимуществами:
сокращение массы и габаритов электрооборудования;
проще решается проблема обеспечения взрывозащиты электродвигателя;
более высокая точность регулирования скорости;
за счет прямого управления моментом достигаются требуемые показатели качества функционирования электропривода в динамических режимах;
уменьшение динамических нагрузок в КБТ и передаточном механизме, поскольку момент инерции ротора асинхронного короткозамкнутого двигателя значительно меньше момента инерции ротора двигателя постоянного тока;
более простыми средствами обеспечиваются сопряжение локальных систем автоматики с системой управления верхнего уровня;
повышается надежность и долговечность электропривода, работающего в тяжелых условиях эксплуатации;
благодаря встроенной системе диагностики сокращаются затраты на техническое обслуживание и простои технологического оборудования;
более высокое значение КПД за счет применения в преобразователях полупроводниковых приборов нового поколения с малыми внутренними потерями энергии и др.
Преимущества частотно-регулируемого электропривода конкретных исполнительных механизмов буровых установок приведены в таблице.

Разработка наиболее эффективной схемы управления привода вращателя бурового станка СБШ-250 МН-32, в условиях карьера «Мурунтау»

Хамзаев, А. А. Разработка наиболее эффективной схемы управления привода вращателя бурового станка СБШ-250 МН-32, в условиях карьера «Мурунтау» / А. А. Хамзаев, М. Э. Хайдарова. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2016. — № 14 (118). — С. 195-199. — URL: https://moluch.ru/archive/118/32862/ (дата обращения: 30.11.2021).

В данной статье предлагается замена системы электропривода вращения на систему гидропривода. На освободившееся пространство в машинном отделении, вместо тиристорного преобразователя устанавливается новая маслостанция, предназначенная для гидропривода вращения. В результате изучения конструкционных особенностей станка можно сделать заключение о возможности применения высокомоментного гидромотора вращательного действия и насоса с объемным регулированием подачи, который в свою очередь при необходимости сможет обеспечить работу других механизмов (передвижение станка).

Месторождение «Мурунтау» расположено в центральной части Кызылкумов, большая часть которого расположена в Навоийской области, и лишь крайняя западная часть — в Каракалпакстане. Северную часть Навоийской области занимает Тамдыниский район, на территории которого расположено рудное поле и месторождение. На рисунке 1 [4, ст. 28] приведена схема электроснабжения карьера «Мурунтау».

Рис. 1. Принципиальная электрическая схема электроснабжения карьера «Мурунтау»

Основными потребителями сетей 0,4кВ карьера являются буровые станки типа СБШ-250МН — 14 шт. Данный вид станка питается напряжением 380В TV1–6/0,4 и TV2–6/0,4 от передвижной трансформаторной подстанции 6/0,4кВ. Все механизмы станка имеют электрический привод. Общая установленная мощность электродвигателей равна 386кВт. Номинальное напряжение 380В.

Определяем расчетную нагрузку для СБШ-250МН-32 [2, ст. 184];

= 5486,85 кВА

= 14×386×0,65= 3512,6 кВт

= 3512,6×1,2=4215,12 квар

Станок буровой шарошечный марки СБШ-250МНА-32 служит для бурения вертикальных и наклонных (16 и 33 к вертикали) взрывных скважин при добыче полезных ископаемых открытым способом и других буровзрывных работ. Станок состоит из гусеничного хода, машинного отделения, кабины машиниста и мачты. Основным рабочим механизмом бурового станка является механизм вращения [2, ст. 354]. Данный станок в основном применяется для крепких и очень крепких горных пород с коэффициентом крепости 6–17 по шкале проф. Протодьяконова.

Технические характеристики бурового станка СБШ-250МН-32

Диаметр скважины, мм,

Глубина бурения, м

Напряжение питания, В

Мощность двигателя вращателя, кВт

90; 120 пост. ток

90; 120 пост. ток

Скорость спуска/подъема бур. снаряда, м/мин.

Скорость подачи бурового става на забой, м/мин.

Эффективность компрессора, м 3 /мин.

Частота вращ. бур. става, об/мин

Мощность двиг. привода хода, кВт

Рассмотрим работу электропривода головки бурового снаряда. Вращательное движение буровому инструменту передается буровой головкой, с помощью бурового става. Головка бурового снаряда состоит из: электрический двигателя, передающего вращающий момент редуктору; двухступенчатого редуктора с передаточным числом 11,05, предназначенного для передачи вращающего момента от электродвигателя к шинно-зубчатой муфте; шинно-зубчатой муфты прослеживающей для передачи вращающего момента от электродвигателя к опорному узлу и воспринимающей ударную нагрузку при бурении, тем самым предохраняя редуктор с электродвигателем от толчков и вибрации, возникающих при бурении; опорного узла, предопределенного для передачи осевого усилия и крутящего момента при бурении на буровой став и далее на долото, а так же подвода воздушно-водяной смеси для охлаждения долота и очистки скважины от буровой мелочи [3, ст. 136];.

На сегодняшний день привод вращения станков типа СБШ-250МНА-32 выполнен на основе использования электромотора постоянного тока типа ДПВ-52 и тиристорного преобразовательного агрегата типа ТЕЗ-160/460Р. Двигатель ДПВ-52 имеет специальные обмотки независимого возбуждения на напряжение 85–117В. Все четыре катушки возбуждения соединены последовательно и имеют два выходных конца. Номинальное напряжение якоря двигателя в системе Г-Д отличается от стандартных напряжений 220 или 440В. Управление электродвигателем ДПВ-52 вращателя бурового става осуществляется с помощью агрегата ТЕЗ-160/ 460Р. Буровой агрегат получает питание из трехфазовой сети переменного тока напряжением 380В [4, ст. 97].

Технические характеристики электрооборудования бурового станка СБШ-250МН

Тип

Напряжение

питания

U_н, В

Тип питающего кабеля, мм 2

Марка двигателя

Механизм

Вращения

Подачи

Хода

Привод по системе ТП-Д с двигателем ДТВ-52 (60кВт)

Два асинхронных двигателя с к. з. ротором (44кВт)

Электродвигатель постоянного тока ДПВ-52 имеет следующие технические характеристики: мощность — 60кВт; напряжение — 380В; ток — 220А; частота вращения: номинальная — 1230об/ мин, максимальная — 2200об/ мин; максимальный момент при трогании — 1130н×м; максимальный момент — 932н×м [2, ст. 355];

Использование электродвигателей постоянного тока ДПВ-52 обусловлено рядом их достоинств:

– рациональное регулирование скорости в обширных пределах;

– большой пусковой момент даже при пониженном напряжении сети;

– высокая перегрузочная способность. Двигатели могут совершенствовать максимальный момент во много раз превосходящий номинальный. Большие перегрузки не вызывают остановки двигателей;

– более надежная работа аппаратуры автоматического управления;

Несмотря на перечисленные достоинства электродвигателей постоянного тока (ДПВ-52) им присущи ряд недостатков:

а) меньшая безопасность электродвигателей. Двигатель постоянного тока (ДПВ-52) является конструктивно сложным [3, ст. 120]. Присутствие коллектора, щеток и связанного с ними искрения, особенно при ухудшении коммутации, создает большие осложнения в эксплуатации, требуя непрерывного квалифицированного надзора и частых ремонтов.

б) высокая ценность двигателей постоянного тока (ДПВ-52).

в) потери в лишней ступени преобразования электроэнергии желательность в использовании тиристорного выпрямителя (устройство ТЕЗ 160/460Р) для преобразования переменного тока в постоянный ток, вызывает помимо соответствующих капитальных затрат, постоянные потери энергии в тиристорном выпрямителе.

г) необходимость вследствие использования тиристорного преобразователя высокой инженерно-технической подготовки обслуживающего персонала.

д) большие объемные размеры и большой вес электродвигателя усложняют монтажные и ремонтные работы.

Все выше перечисленные недостатки приводят к мысли об использовании не электрической электроэнергии, а какой-нибудь другой, более удобной в эксплуатации, более простой в конструкции, вида энергии.

Рис. 2. Общий вид и конструкция гидромотора

Применение гидропривода позволяет производить прогрессивные конструкции машин, уменьшить их габаритные размеры, повысить прочность, распространить возможности автоматизации управления. Гидропривод обеспечивает возможность создания многоприводных систем, реализации большой мощности в ограниченных габаритах, больших пусковых моментов при надежной защите от перегрузки, точное управление перемещениями и скоростями механизмов, автономное энергоснабжение и высокую надежность. Применение гидропривода в буровых станках во многом определяет безопасность труда рабочих, что является одним из основных критериев, определяющих возможность внедрения систем гидропривода [4, ст. 112]. На рисунках ниже изображена конструкция гидромотора.

Ниже проанализируем работу гидропривода вращения. Задаемся нагрузкой на гидромоторе . Возьмем гидромотор типа МРФ-1000/25 со следующими техническими параметрами:

— рабочий объем гидромотора;

— переход давлений в гидромоторе;

— номинальное давление перед гидромотором;

— максимальное давление перед гидромотором;

— давление в сливной линии гидромотора;

— номинальная угловая скорость;

— максимальная угловая скорость;

— минимальная угловая скорость;

-момент на валу гидромотора;

— момент инерции гидромотора;

— гидромеханический КПД гидромотора;

— КПД гидромотора.

Суммарная мощность электродвигателей существующего привода равна

Суммарная мощность электродвигателей предлагаемого привода равна

Разница мощности при замене на предлагаемые приводы

Определим стоимость из расходованной электроэнергии за год

где =181сум. — стоимость потребляемой электроэнергии по данным “Узбекэнерго”.

Определяются годовые потери мощности:

где Т = 8800 — количество часов в году;

— коэффициент использования станка;

— коэффициент спроса оборудования;

;

;

Определили экономию электроэнергии:

В связи с вышеизложенными данными предлагаемая гидравлическая система обладает рядом преимуществ: отсутствие редуктора и электродвигателя основательно уменьшает и облегчает конструкцию буровой головки. Исключена еще одна ремонтная единица — редуктор. Все это облегчает ремонтные и монтажные работы; простота системы гидропривода вращения позволяет очень быстро найти неисправность и переводить ее экипажем станка, а не специальными специалистами; использование гидропривода позволяет максимально обезопасить ремонтные работы на мачте; конструкция станка и используемая на нем гидроаппаратура позволяет нам, использовать данную систему гидропривода не меняя основной конструкции станка.

Исходя из вышеизложенного, предлагаем заменить систему электропривода вращения на систему гидропривода. Что позволяет убрать из эксплуатации электродвигатель ДПВ-52, тиристорный преобразователь и заместить их на высоко моментный гидромотор и систему гидропривода к нему.

1. Плащанский Л. А. Основы электроснабжения горных предприятий. — Издательство МГГУ, 2002г.

2. Чеботаев Н. И. Электрооборудование и электроснабжение открытых горных работ. — Горная книга, 2006г.

3. Жуковский А.А и др. Привод и системы управления буровых станков. — М.: Недра, 1990г.

4. Хамзаев А. А. «Методика корректировки уставок устройств релейной защиты при изменении конфигурации электрической сети золоторудного карьера «Мурунтау», г.Зарафшан, Навойский горно-металлургический комбинат» УГГУ, 2010г.