Гидравлические системы буровых станков

Гидравлическая система буровой установки или станка представляет собой комплекс устройств, предназначенных для управления и приведения в действие исполнительных органов бурового оборудования рабочей жидкостью, нагнетаемой под давлением. Применение гидравлической системы позволяет упростить кинематику, повысить надежность работы оборудования, автоматизировать основные технологические операции при бурении. буровой давление станок гидравлический Гидравлическая система буровой установки или станка включает:

маслостанцию (маслонасосы и маслобак);

аппаратуру управления, распределения и контроля;

маслопроводы, соединяющие элементы гидросистемы между собой;

исполнительные механизмы (в зависимости от комплектации): силовые гидроцилиндры и зажимные гидропатроны механизма подачи, гидроцилиндр перемещения станка, гидроцилиндры подъёма мачты, опорные домкраты шасси самоходной установки, гидромоторы вращателя и труборазворота.

В гидроприводах буровых установок применяют объемные роторные (ротационные) маслонасосы: шестеренчатые и пластинчатые радиально-поршневые и аксиально-поршневые. Часто используются пластинчатые маслонасосы в сдвоенном исполнении, состоящие из двух одинарных насосов, имеющих один приводной вал. Большинство установок укомплектовано также ручным маслонасосом, применяемым в случае выхода из строя штатного насосного оборудования. В качестве рабочей жидкости гидропривода обычно используется индустриальное масло марки И-20А ГОСТ 20 799–75.

Аппаратура управления включает устройства для регулирования направления потока, количества и давления рабочей жидкости: золотники-распределители различных типов, дроссели, обратные клапаны, напорные золотники и предохранительные клапаны. Контроль давления осуществляется манометрами.

Применяемые в буровых установках силовые гидроцилиндры вне зависимости от их назначения имеют сходную конструкцию.

В буровых установках наибольшее распространение получили аксиальные гидромоторы роторно-поршневого типа. Конструктивно они выполняются либо с наклонным подшипником либо с наклонным блоком цилиндров.

В станках колонкового бурения со шпиндельным вращателем и гидравлическим механизмом подачи зажимные патроны и гидроцилиндры подачи конструктивно являются составной частью вращателя станка. В состав вращателя входят верхний нормально замкнутый и нижний нормально разомкнутый пружинногидравлические гидропатроны и два гидроцилиндра подачи. Захват бурового снаряда верхним гидропатроном осуществляется усилием пружин, освобождение — при подаче масла в полость гидропатрона. Захват бурового снаряда нижним гидропатроном осуществляется при подаче масла в полость гидропатрона, освобождение — усилием возвратной пружины. Верхний гидропатрон закреплен на траверсе вращателя, соединенной со штоками двух гидроцилиндров подачи, которые закреплены в корпусе вращателя. Нижний гидропатрон закреплен на корпусе вращателя. Вращающиеся части гидропатронов закреплены на пустотелом шпинделе и закрыты кожухами. Верхний гидропатрон вместе с траверсой может осуществлять поступательное движение и передавать вращение буровому снаряду. Нижний гидропатрон может осуществлять только передачу вращения буровому снаряду.

Верхний гидропатрон состоит из вращающейся и невращающейся частей. В верхней части вращающегося пустотелого шпинделя имеются пазы, в которые вставлены кулачки (плашки), зажимающие бурильную трубу. Усилие кулачкам передается от пакета пружин (тарельчатых или витых) через наклонную поверхность вращающейся обоймы, надетой на шпиндель. Обойма через шарикоподшипник взаимодействует с невращающимся поршнем. Этот шарикоподшипник разделяет вращающиеся и невращающиеся части гидропатрона. Поршень гидропатрона помещен в кольцевую полость, образованную цилиндром и стаканом. Цилиндр и стакан закреплены на корпусе. Назначение и основные элементы гидравлической системы вращаются. Уплотнение между цилиндром и поршнем обеспечивается круглыми резиновыми кольцами. При движении поршня в момент подачи масла в полость гидропатрона, одновременно перемещается и обойма, которая и отводит кулачки от бурильной трубы и сжимает пружины. После соединения полости гидропатрона со сливом пружины возвращают обойму и кулачки в исходное положение, и гидропатрон закрепляется.

Нижний гидропатрон также состоит из вращающейся и невращающейся частей. В нижней части вращающейся приводной муфты шпинделя имеются пазы, в которые вставлены кулачки, взаимодействующие с обоймой также как и в верхнем гидропатроне. В разжатом положении кулачки удерживаются усилием пружин. При подаче масла в полость нижнего гидропатрона подвижный невращающийся цилиндр вместе с кожухом перемещается вверх, скользя по неподвижному стакану, и, взаимодействуя с обоймой через шарикоподшипник, разделяющий вращающуюся и невращающуюся части, перемещает её вверх. При движении обоймы вверх одновременно сжимается и возвратная пружина. Обойма при движении скользит своими наклонными плоскостями по опорным поверхностям кулачков, сближая их и зажимая ими бурильную трубу. При снятии давления масла в гидропатроне обойма под действием усилия пружин перемещается в исходное положение. При движении обойма отводит кулачки от бурильной трубы и гидропатрон раскрепляется. Уплотнение элементов гидравлической части нижнего гидропатрона также осуществляется круглыми резиновыми кольцами.

Верхний и нижний гидропатроны комплектуются одинаковыми кулачками (зажимными плашками), обеспечивающими зажим ведущей бурильной трубы.

Гидросистемой буровых установок и станков в зависимости от их комплектации могут выполняться следующие операции технологического процесса бурения скважины:

Подъём, остановка и опускание шпинделя вращателя с буровым инструментом или без него в пределах рабочего хода цилиндров механизма подачи.

Подача бурового инструмента на забой при бурении с возможностью регулирования её как по осевой нагрузке, так и по скорости.

Определение веса бурового инструмента, установка осевой. Гидравлические системы буровых станков и установок нагрузки на породоразрушающий инструмент и контроль за осевой нагрузкой в процессе бурения.

Расхаживание бурового снаряда в скважине в пределах хода шпинделя.

Раскрепление (закрепление) и перекрепление гидропатронов.

Перехват и автоперехват бурового снаряда с быстрым подъёмом раскрепленного гидропатрона.

Управление тормозом станка для стопорения барабана лебедки при подвешивании бурового снаряда на крюке талевого блока или при аварийном отключении электроэнергии.

Прямое и реверсивное вращение гидромотора вращателя.

Перемещение станка по раме к устью скважины или от скважины.

Прямое и реверсивное вращение гидромотора труборазворота для свинчивания и развинчивания бурильных труб.

Подъём и опускание буровой мачты.

Устройство гидравлической системы бурового станка Гидравлическая система на буровых станках колонкового бурения даёт следующие преимущества: облегчает труд машиниста буровой установки и его помощников;

позволяет:

достаточно точно регулировать и контролировать нагрузку на породоразрушающий инструмент;

машинисту буровой установки фиксировать контакты пород различной крепости;

не допускать падения в скважину бурового инструмента при обрывах и встрече пустот;

использовать гидросистему как домкрат или как пресс;

механизировать и автоматизировать перекрепление патронов шпинделя;

применять труборазвороты с приводом от гидродвигателей;

в самоходных буровых установках поднимать и опускать мачты после или перед транспортировкой бурового оборудования;

перемещать буровой станок по раме при освобождении устья скважины;

облегчить ручной подъём снаряда от забоя при отключении электроэнергии или поломке двигателя.

Принципиальная схема гидравлической системы бурового станка (рис. 1) состоит из двух систем управления исполнительными органами: зажимных патронов вращателя, подачи вращателя и перемещения станка.

Рис. 1. Принципиальная схема гидравлической системы бурового станка: 1 — маслобак; 2 — фильтр; 3 — насос лопастной; 4 — насос ручной; 5 — пластинчатый фильтр; 6 — клапаны;7 — манометр; 8 — распределитель; 9 -электрозолотник; 10 — распределительная плита; 11 — вентиль; 12 — цилиндры зажима бурильной трубы; 13 — прибор управления; 14 — золотник быстрого подъема; 15 — регулятор подачи; 16 — цилиндры подачи; 17 — золотник отключения указателя давления; 18 — указатель давления; 19 — гидрозамок; 20 — цилиндр перемещения станка.

Управление гидропатронами осуществляется четырехпозиционным распределителем 8 через распределительную плиту 10. В распределительной плите смонтированы: два золотника-пилота, золотник блокировки, обратный клапан и демпфер. На подводящей магистрали к верхнему гидропатрону установлен запорный вентиль 11.

Для управления подачей и перемещениями станка служит пяти-позиционный прибор управления с дросселем. На магистрали нижних полостей цилиндров подачи установлен регулятор подачи клапанного типа 15. Для работы цилиндров подачи в цикле быстрого подъема (при перехвате) служит золотник быстрого подъема 14.

Установка нагрузки на породоразрушающий инструмент и контроль за ней в процессе бурения осуществляются по указателю давления 18, смонтированному на передней крышке трансмиссии станка. Для отключения его при возрастании давления в системе свыше 2,5 МП служит золотник 17.

Верхний гидропатрон закрепляется при установке распределителя 5 в позицию «Закрепить». Поток масла от распределителя через электрозолотник 9 направляется при этом на слив в маслобак. Насос системы патронов разгружен, давление в гидропатронах отсутствует. Верхний гидропатрон под действием усилия рабочих пружин закрепляет рабочую штангу. Нижний гидропатрон под действием возвратных пружин находится в раскрепленном состоянии. Раскрепляется верхний гидропатрон распределителем 8 в позиции «Раскрепить». Поток масла от распределителя через золотник пилотный и вентиль 11 поступает в гидропатрон и давит на поршень, сжимая пружины и раскрепляя патрон. Нижний гидропатрон остается в раскрепленном состоянии.

Перехват рабочей трубы осуществляется при установке распределителя 8 в позицию «Перехват». Поток масла от распределителя через золотник пилотный и демпфер, разделяясь, поступает в верхний гидропатрон и через блокировочный золотник — в нижний. При соприкосновении кулачков нижнего гидропатрона с рабочей штангой давление в системе возрастает, сжимаются пружины верхнего гидропатрона, производя его раскрепление. Такая последовательность обеспечивается за счет разности усилий пружин в гидропатронах. После перекрепления патронов при дальнейшем повышении давления в системе срабатывает золотник быстрого подъёма 14, переключающий цилиндры подачи на режим быстрого подъема. Траверса вращателя идет вверх, перемещаясь относительно рабочей штанги.

Во время быстрого подъёма в патронах поддерживается давление, необходимое для удержания нижнего патрона в закрепленном состоянии, а верхнего — в раскреплённом.

Отключение перехвата происходит при возвращении системы в исходное положение установкой распределителя 8 в позицию «Закрепить». При этом насос патронов переключается на слив. Происходит перекрепление патронов: вначале закрепляется верхний патрон, затем раскрепляется нижний.

При отключении перехвата золотник быстрого подъема 14 переключается в исходное положение, прекращая быстрый подъем траверсы вращателя. Цикл перехвата при ручном управлении распределителем 8 может быть выполнен в любом интервале в пределах хода шпинделя.

Перекрепление патронов вращателя может быть выполнено без совершения быстрого подъема установкой распределителя 5 в позицию «Обратный перехват». Последовательность работы патронов при этом та же, что и при перехвате, но золотник быстрого подъема 14 при этом отключен, и быстрого подъема траверсы не будет.

Автоматический перехват выполняется при установке распределителя 8 в позицию «Закрепить», а пакетного выключателя в шкафу электрического управления в положение — «Включено». Конечный выключатель, установленный на вращателе, в крайних положениях хода шпинделя управляет электрозолотником 9, перекрывая слив.

Подача шпинделя вниз является рабочей подачей при бурении и осуществляется установкой прибора управления 13 в позицию «Вниз». Масло от прибора управления подается в верхние полости цилиндров подачи. Давление регулируется дросселем и контролируется указателем давления 18. При движении шпинделя вниз масло из нижних полостей цилиндров подачи вытесняется через клапан регулятора подачи 15 в маслобак через прибор управления и золотник быстрого подъема. При бурении подача настраивается на давление, равное подпору в нижних полостях цилиндров от массы бурового снаряда.

Шпиндель подается вверх установкой прибора управления 13 в позицию «Вверх». В этом случае масло от прибора управления подается в нижние полости цилиндров подачи через обратный клапан регулятора подачи 75. Давление регулируется дросселем и контролируется прибором 18.

Шпиндель останавливается установкой прибора управления в позицию «Стоп». В этом случае запираются нижние и верхние полости цилиндров подачи. Остановку шпинделя можно производить и путем повышения усилия настройки клапана массы регулятора давления. Как в первом, так и во втором случаях насос системы подачи должен быть разгружен снятием давления с помощью дросселя.

Станок перемещается к скважине или от скважины при установке прибора управления 13 в позицию «К скважине» или «От скважины» и повышением давления в системе подачи дросселем. При этом масло от прибора управления подается в поршневую или штоковую полости цилиндра перемещения станка 20.

Остановка станка и его фиксация при перемещении по раме могут быть выполнены в любой точке в пределах рабочего хода снижением давления в системе подачи с помощью дросселя.

В качестве рабочей жидкости гидросистемы используется масло индустриальное И-20А.

• 1. Ушаков А. М. «Гидравлические системы буровых установок» Л.: Недра. Ленингр. отд-ние, 1988. — 159 с
• 2. http://www.urb2−5a.ru/gidravlika