ПОЗНАВАТЕЛЬНОЕ Сила воли ведет к действию, а позитивные действия формируют позитивное отношение Как определить диапазон голоса - ваш вокал
Игровые автоматы с быстрым выводом Как цель узнает о ваших желаниях прежде, чем вы начнете действовать. Как компании прогнозируют привычки и манипулируют ими Целительная привычка Как самому избавиться от обидчивости Противоречивые взгляды на качества, присущие мужчинам Тренинг уверенности в себе Вкуснейший "Салат из свеклы с чесноком" Натюрморт и его изобразительные возможности Применение, как принимать мумие? Мумие для волос, лица, при переломах, при кровотечении и т.д. Как научиться брать на себя ответственность Зачем нужны границы в отношениях с детьми? Световозвращающие элементы на детской одежде Как победить свой возраст? Восемь уникальных способов, которые помогут достичь долголетия Как слышать голос Бога Классификация ожирения по ИМТ (ВОЗ) Глава 3. Завет мужчины с женщиной 
Оси и плоскости тела человека - Тело человека состоит из определенных топографических частей и участков, в которых расположены органы, мышцы, сосуды, нервы и т.д. Отёска стен и прирубка косяков - Когда на доме не достаёт окон и дверей, красивое высокое крыльцо ещё только в воображении, приходится подниматься с улицы в дом по трапу. Дифференциальные уравнения второго порядка (модель рынка с прогнозируемыми ценами) - В простых моделях рынка спрос и предложение обычно полагают зависящими только от текущей цены на товар. | Призначення, класифікація та основні вимоги РОЗДІЛ 16 ПРИВІД БУРОВИХ УСТАНОВОК Сучасні бурові установки оснащені різними по призначенню і потужності машинами та механізмами, дія яких забезпечується відповідним приводом, який складається з двигуна, силової передачі (трансмісії) та апаратури керування. Тип приводу, його компоновка і конструкція значно впливають на техніко-економічні показники бурової установки. Розрізняють основний та допоміжний приводи. Основним є привід бурової лебідки, насосів і ротора. Потужність його досягає 6 тис. кВт і більше. Допоміжний привід призначений для приводу компресорів, вібросит і глиномішалки, автомата подачі долота, масляних і підпірних насосів, агрегатів для механізації спуско-пі-діймальних операцій та інших механізмів бурової установки. Сумарна потужність його не перевищує 400 кВт. Слід відмітити, що в зв'язку з механізацією трудомістких робіт в бурінні склад допоміжних механізмів за останні роки значно розширився. Число двигунів, які використовуються в приводі допоміжних механізмів, збільшилося вдвічі і досягає 15-20 одиниць. Залежно від двигунів, які використовуються, розрізняють дизельні, газотурбінні та електричні приводи бурових установок. Дизельні і газотурбінні приводи — автономні (незалежні від промислових енергосистем) — у вітчизняній практиці використовуються в бурових установках для розвідувального та експлуатаційного буріння в районах, віддалених від промислових електричних сіток. Освоєння нових великих нафтогазовидобувних районів на необжитих територіях країни вимагало значного збільшення виробництва бурових установок з дизельним приводом. В США та інших капіталістичних країнах бурові установки з дизельним приводом використовують із-за їх економічності в порівнянні з електричним приводом, що обумовлена високою вартістю електроенергії, яка виробляється власними компаніями. Електричні приводи відносяться до неавтономних, і їх вибір визначається наявністю і вартістю споживання електроенергії в районі буріння. Електропривід вперше був використаний у вітчизняних бурових установках. Початок впровадження таких установок припадає на 20-ті роки і співпадає з періодом відновлення і переозброєння нафтової промисловості в Азербайджані і Грозному, які мали в наявності достатні ресурси електроенергії. Подальшому розповсюдженню електропривода сприяло будівництво великих гідроелектричних, теплових та атомних станцій, а також створення єдиної енергосистеми європейської частини СРСР. В теперішній час біля половини бурових установок, які випускаються вітчизняними заводами, оснащуються електричним приводом. На їх долю припадає приблизно 60% річного об'єму буріння свердловини. Розвитку електропривода сприяло також створення автономних дизель-електричних і газотурбінних електростанцій, які працюють на рідкому паливі, природному та супутньому газах, які видобуваються в районі буріння. На базі автономних електричних станцій змінного та постійного струму в CРСР і за кордоном виготовляють дизель-електричні і турбоелектричні бурові установки, які ефективно використовуються для буріння свердловин на суші і особливо на морі. По характеру розподілу енергії розрізняють групові, індивідуальні та змішані приводи. В груповому приводі лебідка, насоси і ротор бурової ус-тановки через відповідні передачі приводяться від загальних двигунів. При цьому зменшується число і встановлена потужність двигунів. До недоліків групового приводу відносяться його громіздкість і низький ККД внаслідок великого числа си-лових передач, які зв'язують двигун з лебідкою, насосами і ротором. З врахуванням черговості роботи бурових насосів, ротора і лебідки необхідною умовою застосування групового приводу являється:  де — потужність відповідно насосів, ротора та лебідки. Досвід та розрахунки показують, що цій вимозі відповідають бурові установки для буріння свердловин глибиною до 5 тис. м. Груповий привід широко використовується в дизельних бурових установках і рідше в електричних. В індивідуальному приводі лебідки, ротор і бурові насоси мають власні двигуни з більш простими передачами. Індивідуальний привід дозволяє працювати при найбільш вигідній частоті обертання, проводити швидкий пуск і гальмування. Прості по конструкції і кінематичній схемі передачі забезпечують компактність бурової установки і порівняно високі значення ККД приводу. Індивідуальний привід переважно використовується в електричних бурових установках. Змішаний привід використовується, коли потужність дизельного групового приводу виявляється недостатньою для роботи другого бурового насоса. В цьому випадку лебідка, ротор і один з бурових насосів мають груповий привід, а другий насос оснащується індивідуальним приводом. В електричних бурових установках розповсюджений змішаний привід, в якому лебідка і ротор мають груповий привід, а бурові насоси оснащуються індивідуальним приводом. По числу двигунів розрізняють однодвигунні та багатодвигунні приводи. Дизельний груповий привід має до чотирьох паралельно встановлених дизелів. Електричний груповий привід має два або один електродвигун. В електричних бурових установках лебідки мають дводвигунний або однодвигунний індивідуальний привід. Бурові насоси і ротори в основному оснащуються однодвигунним індивідуальним приводом. Багатодвигунні приводи мають більш складну конструкцію силових передач, але надійні в експлуатації, так як у випадку відиови одного з двигунів машина не зупиняється і діє від двигунів, які залишаються в роботі. Поряд з цим багатодвигунний привід економічний в експлуатації, так як дозволяє відключити частину двигунів при холостому обертанні та інших технологічних операціях, що не потребують затрат всієї встановленої потужності. Допоміжні механізми бурової установки в основному мають індивідуальний електричний привід, який складається з асинхронного двигуна і механічної передачі. Двигуни допоміжних механізмів отримують електроенергію від промислових сіток або автомобільних дизель-електричних агрегатів змінного струму. Пневмопривід, в якому енергія стиснутого повітря, що виробляється компресором, перетворюється в механічну енергію, використовується в механізмах, розміщених поблизу гирла свердловини, де по вимогах пожежобезпеки застосування електродвигунів заборонене. Він застосовується для автоматичного бурового ключа, клинових захватів ротора, розкріплювачів бурильних замків і для механізмів системи пневматичного управління. Об'ємний гідропривід, що позитивно зарекомендував себе при дослідно-промислових випробуваннях бурових установок з гідропідйомником і в приводі ротора, широкого застосування немає. Силові передачі приводу призначені для з'єднання двигуна з робочою машиною і узгодження їх швидкостей та обертальних моментів. В приводі бурових установок використовуються механічні, гідродинамічні і електричні передачі, що розрізняються по принципу дії і перетворюючих властивостях. Механічні передачі використовуються в поєднанні з гідродинамічними (гідротрансформатори і гідромуфти) і електричними (електромагнітні муфти), утворюючи відповідно гідромеханічні і електромеханічні передачі. Залежно від типу двигунів і силових передач, які використовуються в основному приводі, розрізняють наступні різновидності бурових установок: дизельні з механічними силовими передачами (Уралмаш 3Д-76; БУ3000БД); дизельні з гідромеханічними силовими передачами (БУ5000ДГУ-1; БУ75Бр-70; БУ80БрД; БУ2500ДГУ); електричні змінного струму з механічними силовими передачами (Уралмаш 4Е-76; БУ4000ЕУК; БУ75БрЕ-70; БУ80БрЕ-1); електричні змінного струму з електромеханічною силовою передачею (БУ5000ЕУ); електричні постійного струму з механічними силовими передачами (БУ15000; БУ6000ПЕМ; БУ5000ЕР; БУ6500ЕР; БУ2500ЕП); дизель-електричні постійного струму з механічною силовою передачею (БУ5000ДЕР; БУ6500ДЕР); газотурбінні з механічними силовими передачами. Привід бурових установок повинен бути надійним та економічним, безпечним і зручним в керуванні, компактним і порівняно невеликої питомої маси, транспортабельним і пристосованим для монтажу, експлуатації і ремонту у віддалених від баз виробничого обслуговування польових умовах. Потужність, діапазони регулювання частоти обертання і скрутного моменту вихідного валу приводу визначаються навантаженнями і режимом роботи приводних машин та механізмів. Вибраний привід повинен забезпечувати сполучення високої продуктивності бурової установки з мінімальною вартістю 1 м проходки. Двигуни бурових установок Двигуни основного приводу бурової установки вибирають залежно від очікуваних джерел живлення, величини необхідної потужності та обмежень по масі і габаритах. При виборі двигунів враховують механічні характеристики бурових насосів, ротора і лебідки, які обумовлені технологією буріння і спуско-підіймальних операцій. Дизелі найбільш розповсюджені в приводі бурових уста-новок. Протягом останнього часу помітно розширилось використання газотурбінних двигунів. Карбюраторні і парові двигуни в сучасних бурових установках не застосовуються. Розповсюдженість дизелів пояснюється їх надійністю, економічністю і компактністю в порівнянні з іншими тепловими двигунами. Енергетичні показники дизеля оцінюються за швидкісними, навантажувальними і регуляторними характеристиками, які визначаються на основі стендових випробувань. Швидкісна характеристика визначається при постійній подачі палива і виражає залежність скрутного моменту потужності погодинної і питомої витрати палива, температури і коефіцієнта корисної дії від частоти обертання n колінчастого валу дизеля (рис. 16.1). Зберігаючи задану подачу палива, в процесі випробувань змінюють навантаження (гальмівний момент) і визначають частоту обертання дизеля в режимі його усталеної роботи. Дані, отримані при повній подачі палива, визначають верхню межу поля експлуатаційних режимів роботи і використовуються для побудови зовнішньої швидкісної характеристики дизеля. Криві, побудовані при неповній подачі палива, називаються частковими швидкісними характеристиками дизеля. Важливий параметр дизеля частота обертання, яка відповідає максимальному скрутному моменту. По зовнішній характеристиці визначають: номінальний коефіцієнт запасу крутного моменту дизеля  коефіцієнт пристосування ; швидкісний коефіцієнт . 1 — В2-450; 2 — В2-400; 3 — В2-300 Рисунок 16.1 — Швидкісні характеристики дизелів Тут - момент і частота обертання в режимі максимального скрутного моменту; - момент і частота обертання в режимі номінальної потужності. Чим більші коефіцієнти і , тим стійкіше працює дизель при змінному зовнішньому навантаженні. Найбільші значення коефіцієнтів і свідчать про обмежену здатність дизеля до подолання зростаючих опорів. Із збільшенням падає потужність дизеля, що обумовлює відповідне зниження продуктивності приводної машини. Характеристика такого дизеля наближується до жорсткої. Коефіцієнт запасу скрутного моменту може бути збільшений до 30-40% при використанні коректора подачі палива. Швидкісний коефіцієнт вказує на обмежену здатність дизеля самостійно пристосовуватися до змінних по величині навантажень виконавчих агрегатів. У зв'язку з цим для пристосування до змінюваних навантажень бурової лебідки, насосів і ротора дизель оснащується гідротрансформатором і коробкою зміни передач. Показники зовнішньої характеристики використовуються для побудови навантажувальної і регуляторної характеристик дизеля. Навантажувальна характеристика дає уяву про зміну показників дизеля залежно від моменту, який створюється зовнішнім навантаженням, при постійній частоті обертання. Регуляторна характеристика будується залежно від ефективної потужності двигуна, і в прийнятних масштабах графіка дає більш наглядну оцінку енергетичних показників дизеля. Внаслідок обмеженого пускового моменту, які визначаються потужністю стартера, з виконавчим механізмом дизель з’єднується з допомогою муфти зчеплення, яка відключає дизель при запуску. У вітчизняних бурових установках переважно використовуються чотиритактні 12-циліндрові дизелі з V-подібним розташуванням циліндрів і рідинним охолодженням. На рис. 16.1 показані зовнішні характеристики дизелів, які свідчать про незначну зміну скрутного моменту від частоти обертання. Базовий дизель В2-400 має номінальну потужність 294 кВт при 1600 об/хв. і виготовляється в наступних модифікаціях: В2-400А; В2-400АВ (постачається з вентилятора) і В2-400АЧ (постачається без вентилятора). Дизель В2-450А тих самих модифікацій відрізняються від В2-400А регулюванням номінальної потужності до 320 кВт при 1600 об/хв. Для дизелів тропічного виконання до шифру додається буква "Т". Серія дизеля позначається буквою "С" з наступною цифрою, яка вказує черговість модернізації. Наприклад, дизелі В2-450-С2 в результаті модернізації мають більш високий моторесурс, який складає 6000-7000 год. В дизелях серії С3 усунена зона так званих резонансних обертів. Технічна характеристика дизеля В2-450 [1] Тип дизеля | Чотиритактний, без компресорний з безпосереднім розпилюванням палива | Число циліндрів | | Розташування циліндрів | V-подібне | Діаметр циліндра, мм | | Хід поршня, мм: лівої групи правої групи | 186,7 | Степінь стиску | 14—15 | Номінальна потужність, кВт | | Частота обертання, об/хв: при номінальній потужності. мінімально стійка | | Питома витрата палива, г/(кВт×год.) | 227±3%. | Питома витрата масла, г/(кВт×год.). | 8,35 | Маса, кг: води системи охолодження. масла системи змащення дизеля (сухого) | | Рекомендовані режими роботи дизеля приведені нижче: Тип дизеля | В2-400 | В2-450 | Частота обертання | | | Потужність, кВт | | | Тиск масла, МПа | 0.6 - 0.9 | Температура, С: води масла | 60—90 70—90 | Важливий напрямок подальшого підвищення ефективності приводу бурових установок — використання більш потужних вітчизняних двигунів: 6ЧН-21/21 з номінальною потужністю 423 кВт при 1200 об/хв. і 6ЧН-26/26 з номінальною потужністю 736 кВт. Із збільшенням одиничної потужності скорочується число дизелів бурової установки, а отже, спрощується конструкція силових передач, знижуються втрати від спарювання дизелів. В дизель-електричних агрегатах, які використовують в якості джерел живлення електродвигунів допоміжних механізмів бурової установки, застосовують дизелі ЯМЗ-238А; К-153 та У1Д6С2. Газотурбінні двигуни на відміну від дизеля перетворюють теплову енергію в механічну не циклічно, а безперервно. На рис. 16.2 показано найпростішу схему, яка пояснює принцип дії двохвального газотурбінного двигуна, який використовується в приводі бурових установок. Атмосферне повітря, проходячи через ступені компресора К, стискається і під тиском поступає в камеру згоряння КС. В цій камері повітря змішується з паливом, яке подається форсунками. В результаті згоряння суміші, яка утворилася, створюється газовий потік, який поступає в турбіну компресора ТК і вільну турбіну ТС. Робочі колеса турбіни компресора і вільної турбіни встановлені на окремих валах і зв'язані між собою газодина-мічно. В лопатевих апаратах турбін енергія стисненого і нагрітого газу перетворюється в механічну роботу. Потужність турбіни компресора ТК витрачається на обертання компресора та інших агрегатів, які обслуговують двигун. Потужність вільної турбіни ТС через редуктор Р передається на вивідний вал В, який з’єднується з приводним агрегатом. Газотурбінні двигуни оснащені пристроями для запуску, а також для автоматичного і ручного керування двигуном. Як видно з рис. 16.3, двохвальний газотурбінний двигун володіє порівняно високим запасом скрутного моменту. Максимальний момент в 1,5—2 рази перевищує момент при номінальному режимі. В порівнянні з дизелем газотурбінний двигун володіє більш м'якою характеристикою. Властивість його різко знижувати частоту обертання при завантаженні вільної турбіни з наступним швидким виходом на номінальний режим роботи є позитивною особливістю, завдяки якій спрощуються пускові пристрої в приводі бурової лебідки, насосів і ротора. Робота при "завалах" частоти обертання обмежується в часі внаслідок перегріву двигуна, що викликає передчасне згоряння лопаток силової турбіни. По цій причині тривалість роботи газотурбінного двигуна при перевантаженнях не повинно перевищувати встановлені межі.  Рисунок 16.2 — Схема двохвального газотурбінного двигуна  Рисунок 16.3 — Характеристика двохвального газотурбінного двигуна Технічна характеристика стаціонарного газотурбінного двигуна АІ-23СГ Тип двигуна | Газотурбінний з вільною силовою турбіною | Частота обертання ротора, об/хв: турбокомпресора вільної турбіни | (9000—14600)±150 (8000—11000)±120 | Тип редуктора | Планетарний, двоступінчастий | Передавальне відношення | 0,08732 | Паливо для двигунів | Природний (ГОСТ 5542-78) або попутний нафтовий газ | Масло, що використовується | Суміш масел (по об'єму): 75% трансформаторного або МК-3 і 25% МК-22 або МС-20 | Компресор | Осьовий 10-ступінчастий | Турбіни: компресора вільна силова зв'язок між турбінами | Осьова двохступінчаста Осьова двохступінчаста Гідродинамічний | Маса, кг: двигуна з усіма встановленими на ньому агрегатами і рамою рами двигуна | | Габарити, мм: довжина ширина (без вихлопних труб) висота | 3650±5 760±5 975±5 | Питома маса газотурбінного двигуна складає приблизно 1,22 кг/кВт і майже в 7 разів менше, ніж дизелів, тому значно зменшуються маса і габарити приводу і всієї бурової установки. Можливість безпосереднього з'єднування вивідного вала газотурбінного двигуна з валом трансмісії спрощує конструкцію і підвищує ККД приводу. Відсутність водяного охолодження полегшує запуск і експлуатацію двигуна в зимових умовах. Моторесурс газотурбінних двигунів при експлуатації в бурінні досягає 9500 год., а витрата масел майже в 10 разів менша, ніж у дизелів. Сприятливі пускові властивості і інші позитивні якості цих двигунів свідчать про їх конкурентоздатність з більш розповсюдженими дизелями. Основні недоліки газотурбінних двигунів — підвищена витрата палива і високий рівень створюваного шуму. Питома витрата палива приблизно в 2 рази більша, ніж у дизелів, тому бурові установки з газотурбінними двигунами економічно ефективні при наявності доступних місцевих ресурсів палива. Електродвигуни змінного та постійного струму спеціальних модифікацій, які пристосовані для монтажу і експлуатації при температурі оточуючого повітря ±40°C і відносній вологості 90% при 20°С, використовуються в приводі бурових установок. Вали двигунів встановлюються на щитових підшипниках і мають один вільний кінець для з'єднувальної муфти. Внаслідок недостатньої вентиляції, яка обумовлена підвищеною захищеністю від попадання вологи, номінальна потужність бурових електродвигунів на 5—10% менша, ніж двигунів єдиної серії даного габариту. В числі переваг електродвигунів при використанні їх в приводі бурових установок слід відмітити економічність і надійність, властивість реверсування і подолання короткочасних перевантажень, безшумність роботи і збереження чистоти нав-колишнього середовища і робочих місць. Завдяки можливості гальмування електродвигунами значно полегшуються умови роботи стрічкового гальма бурової лебідки, що сприяє зниженню витрати гальмівних колодок. Централізоване електропостачання усуває необхідність доставки і зберігання палива і масел та зв'язаних з цим матеріальних та трудових затрат. Тип електродвигуна вибирають з врахуванням його механічних характеристик. Розрізняють натуральну і штучну механічні характеристики електродвигуна. Перша відповідає номінальним умовам його живлення, нормальній схемі з'єднань і відсутності яких-небудь додаткових опорів в колах двигуна. Штучні характеристики отримуються при зміні напруги на затискачах двигуна, вмиканні додаткових опорів в колі двигуна і з'єднанні цих кіл по спеціальних схемах.  Рисунок 16.4 — Механічні характеристики електродвигунів На рис. 16.4 приведені натуральні механічні характеристики електродвигунів. Важливий критерій для оцінки механічних характеристик двигунів — степінь їх жорсткості, яка виражається коефіцієнтом жорсткості, величина якого визначається відношенням приросту моменту до приросту частоти обертання :  На графіку коефіцієнт жорсткості визначається абсолютним значенням котангенса кута нахилу механічної характеристики до осі абсцис. Коефіцієнт жорсткості на окремих ділянках може бути різним. Абсолютно жорстку характеристику (крива 1) мають синхронні двигуни ( ). Лінійна частина характеристики асинхронного двигуна (крива 2) і характеристика двигуна постійного струму паралельного збудження (крива 3) відносяться до жорсткої ( ). Характеристика двигуна з великим падінням частоти обертання, у якого <10, відноситься до м’якої: двигуни послідовного (крива 5) і змішаного (крива 4) збудження, штучна характеристика асинхронного двигуна з фазним ротором, штучна характеристика двигуна постійного струму паралельного збудження. Асинхронні двигуни з фазним ротором застосовуються в приводі лебідки, насосів і ротора. Керують цими двигунами з допомогою спеціальних станцій, які здійснюють плавний запуск двигуна з малим пусковим струмом. Технічна характеристика асинхронних двигунів лебідки, насосів і ротора вітчизняних бурових установок приведена в табл. 16.1. Номінальна потужність, що вказана в таблиці, відповідає режиму тривалої роботи, при якому двигун не перегрівається зверху встановленої температури. Момент , що відповідає номінальному режиму, називається номінальним моментом. Відношення максимального моменту до номінального характеризує перевантажувальну здатність двигуна. Кратність пускового моменту визначається відношенням моменту, що розвивається двигуном в нерухомому стані, до номінального моменту. Таблиця 16.1 — Технічна характеристика асинхронних двигунів бурових установок Тип двигуна | Номінальна потуж- ність, кВт | Номіналь- на напруга, В | Частота обертан ня, об/хв. | ККД % |  | Момент інерції ротора, кг×м2 | Маса, кг | АКБ-104-8 | | | | | | | | АКБ-114-6 | | | | 92,5 | 2,5 | 2,25 | | АКБ-12-39-6 | | | | 91,5 | 2,3 | | | АКБ-13-62-8 | | | | 93,5 | 2,5 | 10,7 | | АКЗ-15-41-8Б2 | | | | 93,5 | 2,6 | — | | АКЗ-15-41-8Б | | | | 94,5 | 2,7 | — | | АКСБ-15-44-6 | | | | 94,7 | 1,8 | — | | АКСБ-15-54-6 | | | | 94,9 | 1,8 | — | | АКСБ-15-69-6 | | | | 95,3 | 1,8 | — | | Електродвигуни серії АКБ, що використовуються в приводі бурових лебідок, розраховані для роботи в повторно-короткочасному режимі з числом включень не більше 100-200 і числом реверсів 10—20 за 1 год. Електродвигуни серії АКЗ закритого виконання з примусовою вентиляцією або самовентиляцією — призначені для важких умов роботи з чистими пусками і регулюванням частоти обертання шляхом штучної дії на їх електромеханічні параметри. Електродвигуни цієї серії використовуються в приводі бурових насосів і регулюються по способу, що отримав назву вентильно машинного каскаду. Привід складається з асинхронного двигуна насоса, трифазного випрямленого моста для перетворення енергії ковзання двигуна в енергію постійного струму і джерела е.р.c., в якості якого використовується генератор постійного струму потужністю 250 кВт з привідним синхронним двигуном [25]. Струм ротора асинхронного двигуна після випрямляча поступає в коло якоря генератора постійного струму. Генератор працює в режимі двигуна, а синхронний двигун — в генераторному, внаслідок чого енергія ковзання повертається в мережу. Регулюючи е.р.с. генератора постійного струму, можна змінити частоту обертання асинхронного двигуна насоса. Розглядуваний спосіб дозволяє найбільш економічно штучно регулювати частоту обертання асинхронних двигунів. Глибина регулювання зростає із збільшенням потужності генератора постійного струму і синхронного двигуна, що входять в схему машинно-вентильного каскаду. Механічні характеристики, що приведені на рис. 16.4, визначають експлуатаційні можливості двигунів як джерела механічної енергії. Для більш повного виявлення властивостей самого двигуна служать його робочі характеристики (рис. 16.5). Так прийнято називати залежності потужності , що споживається двигуном, частоти обертання , обертового мо-менту , коефіцієнта потужності ( ), сили струму І і ККД. від потужності , яка віддається двигуном і визначається його завантаженням. Робочі характеристики визначаються при номінальній частоті струму і напруги на затискачах статора. Швидкісна характеристика не відрізняється по формі від відомої механічної характеристики асинхронного двигуна. Обертовий момент , що розвивається двигуном, складається з корисного моменту і моменту , що затрачається на механічні і додаткові втрати, що створюються пульсаціями магнітного поля. Приймаючи момент , що не залежить від навантаження двигуна, маємо  а — асинхронного; б — синхронного Рисунок 16.5 — Робочі характеристики електродвигунів змінного струму Згідно отриманого виразу, крива залежності перетинає вісь ординат в точці і лінійно зростає із збільшенням корисного навантаження. Враховуючи, що фактична частота обертання не є постійною і з збільшенням корисного навантаження дещо зменшується, крива вигина-ється вверх (як показано на рис. 16.5). Активний струм двигуна зростає пропорційно механічному навантаженню. При цьому відносне значення реактивного струму швидко зменшується, а коефіцієнт потужності збільшується. При холостому ході двигуна складає приблизно 0,2 і досягає максимального значення 0,7-0,9 при навантаженнях, що близькі до номінальних . Звичайним способом покращання є повне навантаження асинхронних двигунів. ККД визначається відношенням корисної потужності до підводимої . У більшості двигунів ККД досягає максимуму (65—95%) при навантаженні, що рівна 75% від номінальної. Завдяки цьому забезпечується економічність двигунів при переважаючих на практиці режимах навантаження. Відхилення напружень і частоти струму від номінальних значень змінюють механічні характеристики асинхронного двигуна. Момент обертання пропорційний квадрату напруги, тому для нормальної роботи двигуна необхідна стабільна напруга в мережі. Асинхронні електродвигуни з коротко замкнутим ротором простіші та дешевші від двигунів з фазним ротором, не потребують складної пускової апаратури. Привід допоміжних машин і механізмів бурових установок переважно здійснюється асинхронними електродвигунами з коротко замкненим ротором. Виняток становлять допоміжна лебідка, в приводі якої використовується асинхронний двигун з фазним ротором, і автоматичний регулятор подачі долота, силовий вузол якого приводиться від двигуна постійного струму. Синхронні електродвигуни внаслідок абсолютної жорсткості в приводі бурової лебідки використовуються з електромагнітними муфтами ковзання, що забезпечують плавний пуск і відносно невелике регулювання приводу (БУ5000ЕУ). В приводі бурових насосів синхронні електродвигуни використову-ються з фрикційними муфтами (Уралмаш 4Е-76, БУ3000ЕУК, БУ75БрЕ-70). Бурові установки, оснащені синхронними двигунами в приводі лебідки, мають асинхронні двигуни в приводі насосів. І навпаки, якщо в приводі лебідки використовуються асинхронні двигуни, то в приводі насосів — синхронні. Тільки в окремих випадках лебідка і насоси бурової установки мають привід від синхронних двигунів (БУ2500БЕ). Технічна характеристика синхронних електродвигунів вітчизняних бурових установок приведена в табл. 16.2. Робочі характеристики синхронного двигуна показані на рис. 16.5, б. Скрутний момент, що розвиває двигун, і струм статора з підвищенням навантаження зростають практично лінійно. Так як частота обертання постійна, потужність також збільшується лінійно. Характерною особливістю синхронного двигуна є його здатність працювати з любим . Це досягається регулюванням струму збудження. При постійному струмі збудження підвищення навантаження на валі двигуна викликає деяке зменшення , як показано на рис. 16.5, б. Таблиця 16.2 — Технічна характеристика синхронних двигунів бурових установок Тип двигун | Номінальна потужність, кВт | Номі- нальна напруга, В | Частота обертання, об/хв | ККД, % |  | Маса, кг | СДЗ-12-46-8А | | | | | 1,8 | | СДЗ-13-34-6 | | | | | 1,9 | | СДБ-13-42-8А | | | | 93,9 | 1,46 | | СДЗБ-13-42-8 | | | | | 1,9 | | СДБ-14-46-8 | | | | | 2,2 | | СДЗ-13-52-8А | | | | | 1,44 | | СДБО-99/49-8А | | | | 94,5 | 2,2 | | Крива ККД синхронного двигуна, та інших електричних машин, змінюється залежно від навантаження. Максимум ККД відповідає навантаженням, що близькі до номінальних, і для синхронних двигунів бурових установок рівний 94-95%. Основні переваги синхронних двигунів — можливість їх роботи з та властивість покращувати в системах, де працюють асинхронні двигуни. Момент обертання синхронного двигуна залежить від напруги в мережі в першій стадії. В зв'язку з цим синхронні двигуни в порівнянні з асинхронними володіють більш стабільним моментом обертання при коливаннях напруги в мережі. Пуск синхронного двигуна можливий після попереднього розгону ротора до частоти обертання, що близька до синхронної, з допомогою додаткового двигуна або спеціальної коротко замкнутої обмотки в роторі, що ускладнює конструкцію і підвищує вартість синхронних двигунів. Електродвигуни постійного струму на відміну від асинхронних і синхронних володіють властивістю саморегулювання і по природних механічних характеристиках повніше відповідають вимогам, що ставляться до основного приводу бурових установок. Внаслідок плавної зміни частоти обертання залежно від моменту, що створюється робочим навантаженням, підвищуються продуктивність і економічність бурової лебідки, насосів і ротора. В бурових установках двигуни постійного струму отримують живлення від електромашинних і тиристорних перетворювачів змінного струму, що поступає від промислової електромережі або автономних дизель-електричних станцій. Відсутність надійних і дешевих джерел живлення, обмежений вибір необхідних для бурових установок двигунів, підвищення вимог до технічного обслуговування та деякі інші фактори на деякому етапі перешкоджали впровадження електропривода постійного струму. Тому спочатку двигуни пос-тійного струму використовувались в одиничних зразках бурових установок, призначених для надглибокого буріння. На основі накопиченого позитивного досвіду пізніше були створені бурові комплекси з електроприводом постійного струму для плавучої (Уралмаш 6000 ПЕМ) і напівзаглибленій (Уралмаш 6000/60 ППЕМ) бурових установок. За останні роки проводять дослідно-конструкторські розробки та промислові випробування тиристорного електроприводу з живленням від промислових електромереж. За кордоном електропривід постійного струму використовується переважно в дизель-електричних бурових установках. Основні технічні дані двигунів постійного струму, що використовуються у вітчизняних бурових установках, приведені в табл. 16.3. Таблиця 16.3 — Технічна характеристика двигунів постійного струму бурових установок Тип двигуна | Потужність (тривала), кВт | Напруга, В | Частота обертання, об/хв | П-179-9К | | | 220/440 | П-153-8К | | | 750/900 | П-172-12К | | | 400/100 | МПЕ-800-800 | | | 800/1200 | ДПЗ-99/74-8КМ2 | | — | 200/400 | МПП-1000-1000МЗ | | | | ПС-152-5К | | — | 400/1000 | П-125-8К | | — | 750/1000 | МПЄ-500/500 | | | 500/1000 | І-816 | | | 480/1350 | Залежно від способу вмикання обмотки збудження розрізняють двигуни постійного струму паралельного, постійного і змішаного збудження. На рис. 16.6 показані механічні характеристики двигуна паралельного збудження, найбільш розповсюдженого. Пряма 1 визначає природну механічну характеристику, якою володіє двигун при номінальній напрузі живлення, повному магнітному потоці і відсутності зовнішніх опорів в колі якоря. Прямі 2-5 відносяться до штучних характеристик, якими володіє двигун при збільшення опору кола якоря (пряма 2), послаблення магнітного потоку (пряма 3), зменшення напруги живлення (пряма 4) і шунтування якоря резистором (пряма 5). Нахил механічних характеристик залежить від опору в якірному колі. Чим менший цей опір, тим жорсткіша механічна характеристика. Внутрішній опір кола якоря переважно невеликий, тому натуральна характеристика (пряма 1) двигуна є жорсткою. При збільшенні опору кола якоря характеристика стає менш жорсткою (пряма 2). Оскільки частота обертання n ідеального холостого ходу не залежить від опору якірного кола, механічні характеристики для різних опорів кола якоря перетинають вісь ординат в одній точці. Момент називається початковим пусковим моментом і визначається величиною струму якоря при нерухомому якорі (пусковим струмом). При включенні в коло обмотки збудження додаткового резистора магнітний потік послаблюється, зростає , зменшується , а перепад частоти обертання збільшується, внаслідок чого механічна характеристика двигуна в порівнянні з природною стає менш жорсткою (пряма 3). Зміна напруги, що підводиться до якоря, приводить до пропорційної зміни частоти обертання холостого ходу. При цьому жорсткість механічної характеристики не змінюється. Механічна характеристика (пряма 5) при шунтуванні якоря резистором виявляється більш жорсткою, ніж характеристика, що виражена прямою 2. На рис. 16.7 показані робочі характеристики двигуна з паралельним збудженням. Частота обертання з ростом навантаження, а отже, і сили струму, дещо падає. Корисний момент на валу внаслідок зменшення частоти обертання зростає дещо швидше корисної потужності:  ККД двигуна підвищується із збільшенням корисного навантаження. При великих навантаженнях зростання ККД. Сповільнюється внаслідок зростаючих втрат в обмотці якоря, що пропорційні квадрату сили струму.  Рисунок 16.6 — Механічні характеристики двигуна паралельного збудження  Рисунок 16.7 — Робочі характеристики двигуна з паралельним збудженням Характерна особливість двигуна з послідовним збудженням — різке падіння частоти обертання при збільшенні навантаження. Робочі характеристики двигунів із змішаним збудженням являються проміжними між характеристиками двигунів паралельного і послідовного збудження. Гальмування двигунів постійного струму може бути механічним і електричним. Віддають перевагу електричному гальмуванню, яке забезпечує з допомогою механічних гальм зупинку двигуна в кінці гальмування і фіксацію механізму в нерухомому стані. |