Uređaji za - rgf.bg.ac.rs semestar/masine i uredjaji za... · – prenosni odnos reduktora dizaličnog mehanizma . ... Kod bušaćih postrojenja najčešće se primenjuju trokrake

Sistem za manevrisanje Uređaji za

podizanje i spuštanje bušaćeg pribora

Osnovna namena ovih uređaja je da obrtno kretanje, vratila pogonskog motora, transformišu u pravolinijsko kretanje uređaja za nošenje tereta. Sistem se sastoji od: - Pogonski motor - Reduktor - Dizaličnog mehanizma/Dizalice, - Nepokretnih i pokretnih koturača - Užeta - Kuke

Uređaji za podizanje i spuštanje bušaćeg pribora

Dizalični mehanizam (Drawworks)

Osnovni mehanizam u sistemu za podizanje/spuštanje bušaćeg pribora;

Predviđen za izvođenje sledećih operacija:

• Regulacija brzine podizanja i spuštanja kuke

• Zaustavljanje kretanja kuke u tornju

• Spuštanje i podizanje kolone bušaćeg pribora i spuštanje kolone zaštitnih cevi

• Pridržavanje kolone bušaćih šipki u procesu bušenja ili ispiranja bušotine

• Prenos rotacije rotacionog stola

• Odvrtanje i navrtanje bušaćih šipki i zaštitnih cevi (korišćenjem mosura)

• Podizanje i pomeranje različitih tereta u procesu montaže i demontaže uređaja

• Pogon jedne ili više isplačnih pumpi

• Podizanje montiranog tornja u vertikalni položaj I dr.

• Energija se dobija od pogonskog sistema tj. jednog ili više dizel ili elektro motora.

Dizalični mehanizam (Drawworks)

• Čeloični ram na koji su montirani svi mehanizmi dizalice

• Glavni bubanj za namotavanje užeta

• Glavna kočnica za usporavanje kretanja i zaustavljanje kuke u bilo kom mestu visine tornja

• Pomoćna kočnica za regulisanje brzine spuštnja bušaćeg pribora

• Spojnica za puštanje bubnja dizalice u rad

• Transmisija za prenos snage i rotacije bubnja dizalice pri podizanjeu bušaćeg pribora

• Pomocna oprema

1. Bubanj, 2. Ram, 3. Eloktromagnetna kočnica, 4. Reduktor

Klasifikacija:

- Pogonskoj snazi ( 200 – 2950 kW );

- Broju radnih brzina ( 2, 3, 4 ili 6 brzina );

- Načinu promene brzina ( diskontinualno, kontinualno);

- Broju vratila ( 1, 2 ili 3 vratila );

- Načinu upravljanja ( ručno, poluautomatsko i automatsko ).

Radne i konstruktivne karakteristike dizaličnog mehanizma

Osnovni radni parametri: potrebna snaga, vučna sila u užetu, brzina podizanja .

Konstruktivni parametri: dužina i prečnik bubnja .

Optimalna snaga dizaličnog mehanizma se definiše pri podizanju najteže kompozicije bušaćih šipke ( maksimalna dubina bušenja ) brzinom 0,4 – 0,5 m/s

Optimalna snaga:

Po- optimalna snaga; Fu-sila kojom kompozicija bušaćih šipki deluje; Ck-brzina kuke; ηk- stepen korisnog dejstva sistema sa koturačama

Potrebna snaga motora za pogon dizaličnog mehanizma

η- stepen korisnog dejstva motora i transmisije PM =Po

h

Brzina navijanja užeta: cu = ck . ik

Opseg regulacije:

Broj brzina prenosa zavisi od opsega regulacije i vrste pogonskog motora. Najčešće se kreće u granicama od k = 4 – 6 . Međubrzina se definiše izrazom:

Cu-brzina navijanja užeta; Ck-brzina kuke; ik-prenosni odnos koturače (broj radnih krakova užadi)

Maksimalna brzina kuke, 2 m/s, za ik <10; 20/ik, za ik>10 Normalno navijanje užeta na bubanj – do 20 m/s Minimalna brzina kuke, 0,1 – 0,2 m/s

R =ck,max

ck,min

Prečnik bubnja dizaličnog mehanizma:

Uže se na bubanj može navijati u jednom ili više slojeva . Broj slojeva navijanja zavisi od: - visine dizanja kuke, - karakteristike mehanizma sa koturačama i - dužine i prečnika bubnja .

Slika I.17 Kanali na omotaču bubnja

1. Spiralni , 2. Paralelni, sa jednom pomeranjem,3. Paralelni, sa dva pomeranja.

Prečnik završnog sloja užeta na bubnju je:

Srednji prečnik navijanja je: - polazni prečnik navijanja

Geometrijske mere bubnja: Debljina omotača:

Dužina bubnja:

σf – dozvoljeni napon savijanja za materijal bubnja W – otporni moment omotača bubnja ψ - odnos unutrašnjeg I najvećeg prečnika bubnja

k – broj namotaja; α = 0,93 – koeficijenat naleganja užeta u medjuprostor prethodnog sloja

Dbz = Db + α.(2k-1)du

Površinski pritisak u kanalu užeta:

Radna površina bubnja izložena velikom opterećenju zbog: dejstva sile u užetu, habnja, trenja između užeta i kanala na omotaču bubnja, korozije, mehaničkih oštećenja . Da bih se radni vek bubnja produžio, radne površine se oblažu materijalima koji su otporne na habanje i koraziju .

Kinematika i dinamika dizaličnog mehanizma

Kinematika definiše brzine i ubrzanja tereta tokom rada dizaličnog mehanizma .

Teorijska i stvarna promena brzine h= 1,02 lš

U prvom periodu ( vreme t1 ) dolazi do ubrzanja ( a1 ) bubnja dizalice, čemu odgovara i ubrzanje uređaja za kretanje kuke od brzine ck = 0 do brzine c1 . Najčešće se ovaj proces odvija po linearnom zakonu:

Vreme t2: i – prenosni odnos svih prenosnika od motora do vratila doboša dizaličnog postrojenja m - broj radnih užadi Mali porasti brzine c2 i c3 su posledica porasta prečnika bubnja, sa porastom slojeva namotavanja Vreme t3 odgovara kočenju bubnja sa usporenjem a3

c2 =pDnM

60 ×m × i

csr =c2 + c3

2=

pD sr nM

60 ×m × i

Dinamičko opterećenje u mehanizmu, nastaju usled ubrzanja – usporenja tokom podizanja – spuštanja . Definiše se kao koeficijent dinamičnosti Fst – statičko opterećenje usled težine bušaćeg pribora i pokretnih koturača Fd – dinamičko opterećenje Vučna karakteristika dizaličnog mehanizma:

Uređaji za kočenje

Osnovna namena uređaja za kočenje je da obezbedi: smanjenje brzine kretanja kuke, zaustavljanje bubnja, zadržavanje u nepokretnom položaju alata, itd. Proračun elemenata kočnice se ostvaruje na osnovu prethodno definisane sile kočenja Fk = FkM + FkD

Najveća sila kočenja na kočionom dobošu De – minimalni prečnik namotanog doboša Dk – prečnik kočionog venca Dinamička sila Suma svih aktivnih obrtnih masa ηsr - stepen efikasnosti pri spuštanju

FkM = Fst

De × hsr

D k

Kinetička energija tereta, doboša sa namotanim užetom i svih rotacionih masa u toku kočenja

Uređaji za kočenje

Najveći kočioni moment Fk-sila kočenja; Dk-prečnik kočionog venca Sila kočenja Fk opada sa vremenom kočenja 1 – neopterećena kuka 2 - opterećena kuka

.

Mk =Fk × Dk

2

Prema načinu delovanja uređaji za kočenje se dele na: mehaničke, hidromehaničke i elektromehaničke. Mehaničke kočnice se prema konstrukciji dele na: kočnice sa papučama, kočnice sa trakom i kočnice sa diskom.

Kočnica sa papučom

c - koeficijent trenja

Kočnica sa trakom

- maksimalni površinski pritisak

μ - koeficijent trenja između trake i doboša kočnice

α - Obuhvatni ugao

b – širina trake

- Obloge kočnica sa trakom se proveravaju i na zagrevanje.

Kočnice sa diskom, razlikuju se od prethodna dva slučaja samo po pravcu dejstva radne sile . Redje se primenjuju na dizaličnim mehanizmima bušaćih postrojenja .

1. konusne, 2. ravne

- Kod konusnih kočnica

- Kod ravnih kočnica z – broj paralelnih diskova

Hidrodinamička kočnica dizaličnog mehanizma ( istovremeno je u sistemu prenosa snage kao spojnica ) se koristi za ograničavanje brzine spuštanja bušaćih šipki i obložnih cevi

1. Nosač 2. Čaura 3,9 . Ležajevi 4,7. Čaure 5. Pumpno kolo 6. Stator 8. Vratilo 10. Kanal 11. Cev 12. Zavrtanj 13. Zaptivač

Koeficijent proklizavanja

Ne može da obezbedi potpuno zaustavljanje tereta i držanje u nepokretnom stanju .

np, nt-brojevi obrtaja pumpnog i turbinskog kola.

https://www.youtube.com/watch?v=z5G2zQ_3xTc

Elektromagnetne kočnice se dele na: indukcione i kočnice sa feromagnetnim prahom

Indukciona elektromagnetna kočnica

Kinetička energija tereta koji se spušta se transformiše u toplotnu, ove kočnice su snabdevene uređajima za hlađenje .

Mk ≥ Mst

Mk - Kočioni moment Mst- Statički moment koji opterećuje dizalični mehanizam

1. Kućište 2. Pobudni namotaj 3. Prorez 4. Rotor 5. Vratilo 6. Ležaj 7. Spojnica

Kod kočnica sa feromagnetnim prahom, prostor između rotora i kućišta je ispunjen prahom.

Prah povećava magnetnu provodljivost, nastaje kočioni moment Mk ≥ Mst + Min Min – momenat usled inercionih sila Prah obrazuje mehaničku vezu izmedju kužišta i rotora i zahvaljujući tome brzina rotacije ne utiče na veličinu kočionog momenta.

Dizalična spojnica

• Pneumatske spojnice

– Fawick

– Cardwell

1 – pogonsko vratilo

2 – bubanj dizalice

3 – gonjeno vratilo

4 – zvono

5 – pneumatski jastuk

6 – frikcione papuče

Nepokretne i pokretne koturače

Sistem sa koturačama je namenjen da obrtno kretanje motora transformiše u pravolinijsko kretanje kuke . Koturače istovremeno umanjuju vučnu silu u užetu, odnosno moment na bubnju dizaličnog mehanizma na račun povećanja brzine slobodnog kraja užeta

Nepokretna koturača

1. Prosta koturača 2. Ležajevi 3. Ram

Koturača – princip rada

Jedan kotur

Koturača – služi za podizanje tereta i sastoji se od nekoliko pomičnih ili nepomičnih koturova (diskova) preko kojih je prebačeno uže.

Dva kotura

Koturača – princip rada

Koturača – princip rada

Pokretna koturača (traveling blocks ) uvek imaju jedan kotur manje od nepokretnih koturača i najčešće se izrađuju kao jednosekcione ili dvosekcione. Uže koje prolazi kroz sistem koturač jednim krakom je pričvšćeno za bubanj dizalice (radni krak), dok je drugi, nepokretan krak (“mrtvi kraj”) ankerisan - vezan za temelj tornja ili pokretnu koturaču (parni broj užadi), odnosno pričvršćen za nepokretnu koturaču (neparan broj užadi).

Težina tereta i sila podizanja

• Neophodan broj radnih užadi u sistemu koturače se može izračunati

GT – težina pribora na kuki

k – koeficijenat otpora (1,5 – 1,65)

Fu – sila podizanja (sila u užetu)

Sistem sa koturačama

m =GT × k

Fu × h

4000 kN, uže nosi 200 / 300 kN

Dubina bušenja 1250-3000 m 2x3 i 3x4 sistem koturača Dubina bušenja 3000-8000 m 4x5, 5x6 I 6x7 sistem koturača

Ako se teret diže na visinu h to je put sile m.h . Brzina kretanja tereta c se prema brzini kretanja kraka užeta cu

- Stepen korisnosti jednog kotura

- Koeficijent krutosti za čeličnu užad

du – prečnik užeta

Dsr – srednji prečnik kotura nM – broj obrtaja pogonskog motora DM m – broj radnih užadi iR – prenosni odnos reduktora dizaličnog mehanizma

Stepen korisnosti sistema sa koturačama

- Koeficijent otpora točka

- Prečnik točka

K – koeficijent sigurnosti

Kotur

Koturi pokretnih pokretnih i nepokretnih koturača su potpuno istovetni – čelični liv.

Poluprečnik kanala u kojem leži uže.

Kanali se termički obradjuju radi poboljšanja tvrdoće (HRC≥45) ili se dodaju umetci od visokootporne plastike.

Kuka

Kuke ( hook ) i drugi specijalni nosači su povezani sa pokretnim koturačama i namenjeni su za: - Kačenje isplačne glave i bušaćeg pribora - Kačenje pomoću elevatora, kolone bušaćih ili obložnih cevi - Podizanje – spuštanje, manipulaciju teškim teretima pri montažno - demontažnim radovima .

Kod bušaćih postrojenja najčešće se primenjuju trokrake kuke, kod kojih se proračun izvodi samo za najopterećeniji krak - krak o koji se veša isplačna glava sa bušaćim priborom . Opterećenje, merodavno za proračun kuke se definiše izrazom: Fk = Fp + Ge

Fp- Sila kojom bušaći pribor opterećuje kuku

Ge- Težina elevatora

Trokraka kuka-sklop 1. Krak kuke, 2. Opružni zatvarač, 3. Uređaj za fiksiranje, 4. Klin, 5. Navrtka, 6. Opruga, 7. Aksijalni ležaj, 8. Osovinica, 9. Kućište, 10. Čaura, 11. Stablo sa uškama, 12. Kuka, 13. Bočni kraci, 14. Pločica.

Napon vrata, vretena sa uškama (11) koje je izloženo istezanju, se definiše izrazom: Visina navrtka (5) se određuje prema dozvoljenom površinskom pritisku, pd:

P - korak zavojnice; d2 - srednji prečnik zavojnice; b1- korisna širina zavojnice; - faktor kvaliteta izrade; pd - dozvoljeni površinski pritisak za materijal navrtke.

Proračunska šema kuke

Najveći napon na krivolinijskom delu kuke u preseku I – I , moment savijanja na tom mestu je

Ovaj moment izaziva napon savijanja

Naprezanja u preseku II – II nastaju usled kosog savijanja pod dejstvom sile u užetu

W1- otporni moment preseka I-I.

• Aksijalni ležaj (ugradjen zbog okretanja kuke u horizontalnoj ravni se bira tako da njegova statička moćnošenja odgovara maksimalnoj sili koja opterećuje kuku).

• Kuka se za pokretnu koturaču vezuje osovinicom ili su napravljeni kao celina (blok koturača – kuka)

Užad

Gipku vezu između, dizaličnog mehanizma i pokretne koturače sa kukom ostvaruje uže (rope) . Od užeta izloženog istezanju, savijanju, habanju, korozionom dejstvu, se zahteva da obezbedi: - Mogućnost realizacije projektovane vučne sile; - Dobru savitljivost - Otpornost na habanje i koroziono dejstvo . Prema prečniku žica, od kojih se pletu strukovi užeta, razlikuju se sledeće konstrukcije užadi

Warington Seal Filler

Užad

Strukovi se oko srednjeg (osnovnog) struka pletu u uže:

a) sa plastičnim strukom, b) sa kudeljnim strukom, c) sa metalnim strukom Užad sa strukom od kudelje – savitljiva, dobro podmazivanje, prihvataju manju silu u odnosu na užad sa čeličnim jezgrom Užad sa strukom od metala – mečši čelik, manje savitljiva, otporna na radijalna naprezanja (namotavanje u više slojeva), loše podmazivanje Užad sa strukom od plastike – savitljiva, otporna prema kiselini, loše podmazivanje

Užad

Prema vrsti upredanja: - Istosmerno, - Unakrsno, - Kombinovano. Najčešće se primenjuje užad tipa 6 (strukova) x 19 (broj žica u svakom struku) desnog unakrsnog pletenja. Žica: - Normalna ravna - Prethodno uvijena Standardizacija: minimalna zatezna čvrstoća 1570 N/mm2, stepen sigurnosti > 5

Radni vek užeta zavisi od uslova eksploatacije, radnog opterećenja, karakteristika koturače i bubnja, prečnika i konstrukcije užeta . Maksimalno statičko opterećenje užeta je F - nazivna prekidna sila užeta Fu - vučna sila užeta pri maksimalnoj masi bušaćeg pribora uz uračunavanje delova uređaja za vešanje tereta K4- koeficijent sigurnosti

Kada je pokretna koturača sa kukom u stanju mirovanja, uže je pod dejstvom okačenog tereta, opterećeno silom:

Dužina užeta koja je potrebna za formiranje sistema sa koturačama se definiše izrazom:

H – visina tornja; co – 50-100m, dužina navoja užadi koji ostaju na bubnju nakon dostizanja maksimalne dubine bušenja h – visina podizanja pokretnih koturača m - broj radnih užadi - dužina užeta koja obmotava koturaču

Održavanje. Habanje

• Masti za podmazivanje užadi moraju dobro da prodiru u unutrašnjost, ne

smeju se slivati niz uže, upijati vlagu i razarati metal

• Točkovi koturača se oblažu plastičnim masama otpornim na habanje

• Zamor I starenje usled savijanja

• Kidanje žica

• Zamena kada broj pokidanih žica na dužini jednog koraka zavojnice struka

pređe određenu granicu:

– 5% pokidanih žica za uže do 20 mm, više od 10% za uže preko 20 mm

– Pokidanost središnjeg struka užeta

– Uvijeno ili spljošteno uže na 70% od nazivnog prečnika

– Korozija oštetila više od 40% užeta