Курсовая работа (т): Автоматический ключ буровой АКБ–3М2

Автоматический ключ буровой АКБ–3М2

Содержание

Введение

.        Автоматический ключ буровой АКБ - 3М2

.1 Общие сведения

.2 Конструкция и принцип действия

.        Патентно - информационный обзор

.1 Патент РФ 2243351. Гидроприводной подвесной трубный ключ

2.2 Патент RU 2000010. Механический ключ для труб

2.3 Патент RU 2223170. Механический ключ

.4 Патент RU 2026483. Трубовращатель бурового ключа

.        Модернизация АКБ - 3М2

.1 Техническое предложение

.2 Технология модернизации радиального ролика АКБ - 3М2

.3 Прочностной расчет радиального ролика

.3.1 Построение расчетной схемы оси ролика

.3.2 Построение эпюр внутренних силовых факторов

.3.3 Проверка выбора материала оси

.3.4 Расчет оси на усталостную прочность

.3.5 Расчет коэффициента запаса усталостной прочности

.3.6 Расчет коэффициента запаса усталостной прочности. Проверка прочности

.3.7 Оценка вероятности безотказной работы

.3.8 Расчет подшипников качения на заданный ресурс

Заключение

Список использованной литературы

Введение

Стационарные буровые автоматические ключи - устройства, предназначенные для механизации и автоматизации сопутствующих процессов (свинчивание-развинчивание, наращивание колонны и др) в ходе спуско-подъемных операций при бурении нефтяных и газовых скважин. Применяются в нефтегазовой отрасли.

Выделяют автоматический буровой ключ (АКБ) и автоматический буровой ключ с гидроприводом (КБГ).

Среди АКБ наиболее распространены АКБ с пневмоприводами 3М2 и 3М2.Э2 (модификация 3М2)

Среди стационарных буровых автоматических ключей с гидроприводом чаще всего эксплуатируются КБГ и КБГ-2.

Они применяются для механизации и автоматизации свинчивания и развинчивания бурильных труб и обсадных труб.

Задачи курсового проекта:

·        изучить буровой ключ АКБ - 3М2, его устройство и принцип работы;

·        провести патентно-информационный обзор буровых ключей, особое внимание обратить на трубозажимные устройства;

·        на основе одного из четырех выбранных патентов провести модернизацию бурового ключа АКБ - 3М2;

·        провести расчет проведенной модернизации;

·        выполнить необходимые чертежи.

Состав графической части:

·        Патентно - информационный обзор;

·        Общий вид рассматриваемого оборудования;

·        Сборочный чертеж модернизируемого узла оборудования;

·        Детализация.

1.     
Автоматический буровой ключ АКБ - 3М2

1.1    Общие сведения

АКБ-3М2 - буровой автоматический стационарный ключ предназначен для механизации процессов свинчивания и развинчивания бурильных и обсадных труб при спуско-подъемных операциях. Буровой ключ АКБ-3М2 применяется при бурении нефтяных и газовых скважин.

Буровой ключ АКБ-3М2 устанавливают на буровой между лебедкой и ротором со стороны приводного вала на вышечно - лебедочном блоке, к которому он прикрепляется болтами.

Ключ состоит из блока ключа, колонны с кареткой и пульта управления. Механизмы ключа работают при помощи пневмодвигателя и пневмоцилиндров от сети сжатого воздуха.

Блок ключа - основной механизм, выполняющий операции свинчивания и развинчивания труб. По направляющим полозьям блок ключа перемещается вдоль каретки под воздействием двух пневматических цилиндров двойного действия и может подводиться к бурильной трубе или отводиться от нее.

Вращение трубозажимного устройства блока ключа - от пневмодвигателя через редуктор. Каретка свободно вращается в верхней части колонны, ее положение при работе фиксируется. Каретка с блоком ключа может перемещаться вдоль колонны по высоте.

Дистанционное управление работой ключа обеспечивает пульт.

1.2    Конструкция и принцип действия

Автоматический стационарный буровой ключ АКБ -3М2 (рис.1.1, 1.2, 1.3) состоит из трех основных узлов: блока ключа 1, колонны с кареткой 11 и пульта управления 111 (рис 1.1, 1.2, 1.3).

Блок ключа (рис. 1.1) является основным механизмом, выполняющим операции завинчивания или развинчивания бурильных труб.

Рис.1.1. Стационарный автоматический ключ АКБ-3М2

- блок ключа; 2 - каретка с пневмоцилиндром; 3 - стойка; 4 - пульт управления.

Блок ключа представляет собой корпус, на котором смонтировано трубозажимное устройство I, понизительный редуктор II, пневмомотор III, маховик 1V,цилиндр зажима челюстей V, блок цилиндров VI.

Блок ключа внизу имеет направляющие полозья, на которых он перемещается вдоль каретки под действием двух пневматических цилиндров двойного действия. Благодаря такому устройству блок ключа может подводиться или отводиться от бурильной трубы (центра скважины).

Рис. 1.2 Общий вид ключа.

Рис.1.3. Общий вид ключа.

Трубозажимное устройство, в основном, состоит из верхнего «плавающего» корпуса 14 с зажимным приспособлением 9, нижнего зажимного приспособления 33, вмонтированного в корпус редуктора, разрезной шестерни 2 с втулкой 3, храповика и промежуточного диска 4 с3-мя ведущими пальцами 15.Трубозажимное устройство и корпус ключа в передней части имеют вырезы для прохода бурильной трубы. Каждое верхнее и нижнее трубозажимное приспособление состоит из пары сменных челюстей 8, 34, которые вставляются в челюстедержатели 7 и 35 и удерживаются в них дугообразными пружинами 10, 31 и болтами 32, вкладышей со спиральной поверхностью, устанавливаемых по две пары в каждый корпус. Причем, в нижний корпус устанавливаются две пары вкладышей со спиральной поверхностью 11°, а в верхний корпус трубозажимного устройства устанавливаются две пары унифицированных вкладышей 52 (утолщенных), спиральные поверхности которых образуют 7° на завинчивание и 9° на развинчивание. Челюстедержатели 7 и 35 из своего первоначального положения могут проворачиваться на некоторый угол относительно своих корпусов, при этом челюсти 8, 34, скользя по спиральной поверхности вкладышей, сближаются и сжимают замок (трубу) (рис. 1.4-III). Для надежного сцепления замком (трубой) челюсти имеют вставные сухари 54 с насечкой(рис. 1.5).При изменении диаметра бурильного инструмента производится замена рабочих элементов ключа - челюстей 8, 34 и упоров 11, 30 на соответствующие размеры. Проворот нижнего челюстедержателя 35 осуществляется от пневматического цилиндра двойного действия V, шток которого шарнирно связан с поводком нижнего челюстедержателя.

Поворот верхнего челюстедержателя осуществляется с помощью храпового устройства, представляющего собой пару храповиков 20 и 21,установленных во втулке 3 и нижнем челюстедержателе 35.

Рис. 1.4. Блок ключа.

автоматический ключ буровой прочность

Храповик 21является неподвижным, храповик 20 выдвигается штоком 18 блока цилиндров VI в момент зажатия челюстями бурильного замка. Верхний челюстедержатель имеет хвостовик I, свободно входящий в паз втулки 3.При вращении разрезной шестерни в момент упора неподвижного храповика 21 в храповик 20, выдвинутый штоком 18, происходит кратковременная остановка втулки 3 и связанного с ней хвостовика I верхнего челюстедержателя 7. В результате дальнейшего вращения верхнего корпуса относительно неподвижного челюстедержателя 7 происходит зажатие замка (рис. 1.4-III).

Рис. 1.5. Блок ключа.

Для установки и фиксации верхнего челюстедержателя в среднем (нейтральном) положении при холостом вращении верхнего корпуса относительно трубы челюстедержатель подпирается двумя бойками 51 и стопорится шариковым фиксатором 13.Быстрая и точная остановка вращающихся частей трубозажимного устройства в нейтральном положении по окончании свинчивания или развинчивания для последующего отвода ключа от трубы осуществляется специальным устройством. Это устройство состоит из штока совмещения 26, который под действием поршня блока цилиндров VI выдвигается вверх и, заскакивая в гнездо разрезной шестерни, производит остановку. Для смягчения удара и предохранения деталей от поломок верхняя часть штока совмещения с 2-х сторон имеет скосы. Такие же скосы имеются и в гнезде шестерни. Включение штока совмещения может происходить только при вращении шестерни, на малых оборотах, что предусмотрено конструкцией пульта управления. Для совмещения разрезной шестерни включение пневмодвигателя производится в сторону освобождения челюстей.

2.      Патентно - информационный обзор

Гидроприводной подвесной трубный ключ относится к устройствам для свинчивания и развинчивания обсадных труб нефтяного сортамента в процессе спуско-подъемных операций при бурении нефтяных и газовых скважин. Ключ содержит корпус с двумя откидывающимися створками. В корпусе расположено вращательное зажимное устройство, состоящее из ротора, рабочей и ценрирующих челюстей. На корпусе установлены гидрораспределитель, гидромотор. Тормозное устройство имеет ролик из упругого материала, установленный в центральной части рабочей челюсти и взаимодействующий с концевиками при смещении рукоятки гидрораспределителя. Концевики имеют наклонные грани и закреплены на внутренней стенке корпуса по обе стороны относительно ролика. Рабочая челюсть после накатывания ролика на грань концевика притормаживается и начинает перемещаться к трубе. При развинчивании труб ролик накатывается на грань другого концевика и рабочая челюсть притормаживается относительно ротора, что позволяет отойти рабочей челюсти от трубы.

Изобретение относится к устройствам для свинчивания и развинчивания обсадных труб нефтяного сортамента в процессе спуско-подъемных операций при бурении нефтяных и газовых скважин.

Ключ содержит корпус 1 с двумя откидывающимися створками 2, которые после наведения ключа на трубу закрываются и фиксируются в месте их соединения замком 3.

На корпусе 1 установлены гидромотор 4, являющийся приводом ключа и гидрораспределитель 5 для управления гидромотором 4.

В ключе имеется зажимное устройство, состоящее из ротора 6, двух центрирующих челюстей 7 и рабочей челюсти 8, которая постоянно взаимодействует с ротором 6 через ролик 9.

Тормозное устройство ключа представляет собой ролик 10 из упругого материала (например, резины), который установлен в центральной части рабочей челюсти 8 и взаимодействует с концевиками 11,которые установлены по обе стороны относительно ролика 10 из упругого материала на внутренней стенке корпуса 1. Крепление концевиков 11 к корпусу 1 осуществляется с помощью болтов 12. На концевиках 11 выполнены наклонные грани для обеспечения захода и схода ролика 10 из упругого материала во время вращения зажимного устройства.

2.2    Патент RU 2000010. Механический ключ для труб

Использование: в буровой технике и может быть использовано в буровых установках для свинчивания-развинчивания труб при спуско-подъемных операциях. Сущность изобретения: механический ключ для труб включает корпус, размещенный в нем приводе ведомым венцом, изогнутые рычаги, установленные шарнирно на кольцевой опоре, и плашки. Кулачковая полумуфта закреплена на ведущем венце. В направляющей полумуфты установлена другая кулачковая полумуфта, связанная с дополнительным приводом, размещенным на корпусе, и с гидроцилиндрами, встроенными в корпус. Рычаги соединены между собой кулисой и установлены на одной плавающей оси вместе с упором, подпружиненным относительно кулисы и кольцевой опоры. Плашки сферической поверхностью установлены в рычаги и включают сухари, установленные с возможностью взаимодействия с ведомым венцом. Плашки выполнены с двумя рабочими поверхностями, которые попарно образуют по крайней мере три самотормозящихся угла.

Механический ключ (фиг.1,2,3) состоит из корпуса 1 с размещенным на нем приводом 2 и установленными на нем роликами 3 и 4. На роликах 3 и 4 установлен ведомый венец 5 с закрепленной на нем кулачковой полумуфтой 6, имеющей кольцевую направляющую 7, в которой установлена кулачковая полумуфта 8. Обе кулачковые полумуфты 7 и 8 сцеплены кулачками 9. Ролики 3 фиксируют ведомый венец 5 с закрепленной на нем кулачковой полумуфтой 6 от перемещения по вертикали ролики 4 по горизонтали. В кольцевых направляющих 10 ведомого венца 5 установлена разъемная кольцевая опора 11. В направляющих 12 кольцевой опоры 11 установлены два разъемных рычага 3 и14, которые соединены между собой шарнирно осью 15. В направляющих 16 рычага 14 на оси 15 установлен упор 17. Ось 15 установлена в направляющих 18 кольцевой опоры 11. В направляющих 19 рычагов 13 и 14 установлены плашки со сферическими поверхностями 20. Каждый из рычагов.13 и 14 имеет по пальцу 21, связанных друг с другом кулисой 22 посредством ее лазов 23. Между упором 17 и кулисой 22 установлены пружины 24, а упор 17 подпружинен пружиной 25 относительно кольцевой опоры 11, ведомый венец 5 зафиксирован защелками 26 с шарниром 27 и гидроцилиндрами 28 относительно корпуса 1, На ведомом венце 5 имеется кулачковый профиль 29 для взаимодействия с сухарями 30, закрепленными на плашках со сферическими поверхностями 20, Плашки со сферическими поверхностями 20 имеют рабочие поверхности 31 и 32 (фиг.3) и сферическую поверхность 33 (фиг.2). которой они установлены а направляющих 19 рычагов 13 и 14. В корпус 1 встроены плунжерные гидроцилиндры 34 (фиг. 4), штоки которых упираются в кулачковую полумуфту 8, которая может по ним скользить: которая через сферические подшипники с дополнительным приводам 35. Механический ключ предназначен для работы с трубой 36, которая имеет возможность взаимодействовать с упорам 17 и с рабочими поверхностями 31 и 32 плашек 20. Рабочие поверхности 31 и 32 выполнены (фиг.3) с такими углами наклона относительно оси симметрии 37 плашек со сферическими поверхностями 20, которые при расположении их противоположно друг другу образуют углы меньше двойного угла трения (угла, обеспечивающего самоторможение

При условии, что материал плашек - сталь и рабочие поверхности выполнены рифлеными, коэффициент трения принимается = 0,3, что соответствует углу трения, равному 17 и обеспечивается самоторможение трубы 36 относительно рабочих поверхностей 31 и 32.

Рычаги 39 (фиг. 3) соединены шарнирно с гидроцилиндрами 40, закрепленными на корпусе 1 и имеющими на штоках 41 пружины сжатия 42, Между рычагами 39 установлены два конечных выключателя 43. Рядом с защелками 26 (фиг.1) расположены конечные выключатели 44, соединенные связью 45 с конечными выключателями 43, которые линией связи 46 соединены с электромагнитом 47 золотника управления 48 гидроцилиндрами 40. Рычаги 39 гидроцилиндра 40 с пружинами rr42 на штоках 41, конечные выключатели 43 и 44, связями 45 и 46 соединенные между собой и электромагнитом 47 золотника 48, служат для стопорения кольцевой опоры 11 относительно корпуса 1. Указанное стопорение может быть осуществлено другой любой конструкцией.

.3      Патент RU 2223170. Механический ключ

Изобретение относится к области глубокого бурения скважин и предназначено для свинчивания и развинчивания скважинных труб, главным образом, при выполнении спускоподъемных операций в процессе бурения, крепления и ремонта скважин. Механический ключ содержит корпус, роторную шестерню с боковым проемом, трубозахватный механизм с челюстедержателем и смонтированными на нем челюстями, привод, соединенный с роторной шестерней двумя промежуточными зубчатыми колесами, опорные ролики, взаимодействующие с наружной поверхностью роторной шестерни, и ролики для направления челюстедержателя, установленные в роторной шестерне или челюстедержателе. Роторная шестерня имеет копиры на внутренней поверхности. Каждая челюсть ключа состоит из шарнирно соединенных между собой корпуса и вкладыша, расположенных по одну сторону от оси поворота в челюстедержателе и снабженных на своих концах со стороны, обращенной к зажимаемой трубе, зубчатыми плашками, а со стороны, обращенной к копиру роторной шестерни, опорными площадками. Челюсть включает самоустанавливающийся ролик, выполненный с гребнями для перемещения по копиру роторной шестерни и с одной или более цапфовыми шейками для одновременного контактирования с опорными площадками корпуса и вкладыша челюсти. В результате получена такая конструкция ключа, которая обеспечивает при относительной простоте и невысокой стоимости в изготовлении минимальную повреждаемость трубы при ее захвате путем достижения равномерности приложения нагрузок в местах соприкосновения плашек трубозахватных устройств к трубе.

В соответствии с заявляемым техническим решением механический ключ (Фиг. 1) содержит корпус 1, в котором смонтированы опорные ролики 2. На ролики 2 опирается роторная шестерня 3 с боковым проемом 4 и копирами 5 на внутренней поверхности. Ключ содержит также трубозахватный механизм 6 с челюстедержателем 7 и смонтированными на нем челюстями 8. Челюстедержатель центрируется относительно роторной шестерни 3 группой роликов, установленных в роторной шестерне или челюстедержателе (не показаны) и имеет возможность ограниченного поворота относительно нее. Относительно корпуса 1 челюстедержатель заторможен с помощью известного тормозного устройства, которое не является предметом настоящей заявки и не показано на Фиг.1. Кроме того, механический ключ включает привод 9 известного типа, соединенный с роторной шестерней 3 посредством двух промежуточных зубчатых колес 10. Каждая челюсть 8 ключа (Фиг. 2) состоит из корпуса 11 челюсти 8 и вкладыша 12 с направляющим отверстием 13 под шарнирный палец 14. Корпус 11 челюсти 8 и вкладыш 12 расположены по одну сторону от оси поворота (шарнирного кольца 14) в челюстедержателе и снабжены на своих концах со стороны, обращенной к зажимаемой трубе 15, зубчатыми плашками 16 на корпусе 11 челюсти 8 и 17 на вкладыше 12. Со стороны, обращенной к копиру 5 роторной шестерни 3 корпус 11 челюсти 8 и вкладыш 12 имеют опорные площадки соответственно 18 и 19. При этом челюсть 8 включает самоустанавливающийся ролик 20. Последний выполнен с гребнями 21 (фиг 2, 3, 4) для перемещения по копиру 5 роторной шестерни 3 и с одной (или более) цапфовыми шейками 22 для одновременного контактирования с опорными площадками 18 и 19 корпуса 11 и вкладыша 12 челюсти 8 (фиг.2, 3, 4). Возможно также выполнение ролика простой цилиндрической формы, но это приведет к ухудшению условий его качения, повышенному проскальзыванию и износу.