CC BY
89
МАШИНОСТРОЕНИЕ • ДИНАМИКА, ПРОЧНОСТЬ МАШИН, ПРИБОРОВ И АППАРАТУРЫ
УДК 621.863.21
В. К. ИТБАЕВ, С. С. ПРОКШИН, С. М. МИНИГАЛЕЕВ, М. Г. КОВРИЖКИН, К. Г. МОРОЗОВ
ОПЫТ РАЗРАБОТКИ И ВНЕДРЕНИЯ РЕДУКТОРА ДЛЯ СПУСКО-ПОДЪЕМНОГО КАРОТАЖНОГО ПОДЪЕМНИКА
Предлагается новая конструкция редуктора спуско-подъемного агрегата (СПА) для скважинных геофизических приборов. Разработанный реверсивный коническо-планетарный редуктор обладает более широким диапазоном скоростей спуска и подъема по сравнению с существующими рядными и цилиндрическими зубчатыми редукторами и имеет массу и габариты в 2,5 раза меньше. Редуктор прошел заводские испытания, освоено его серийное производство и опытная партия успешно прошла полевые испытания в ряде нефтяных и геофизических компаниях. Каротажный подъемник; каротаж; ускоренный каротаж; быстрый каротаж; медленный каротаж; режим реверса; тяговое усилие; минимальная и максимальная скорости каната
Сложившаяся к настоящему времени ситуация в области каротажа нефтяных и газовых скважин показала необходимость расширения диапазона скоростей перемещения скважинных геофизических приборов спуско-подъемными агрегатами (СПА) с целью повышения информативности проводимых исследований. Используемые в настоящее время каротажные подъемники обеспечивают диапазон скоростей 20... 10000 м/час. Задача расширения диапазона может быть решена отказом от механических трансмиссий и заменой их объемными гидравлическими передачами, однако сложность, высокая стоимость, недостаточная ремонтопригодность, особенно в полевых условиях, существенно ограничивают использование этого варианта. В то же время применение механических трансмиссий ограничено их кинематическими и объемно-массовыми характеристиками.
Указанные обстоятельства делают актуальной разработку механической трансмиссии для СПА каротажного подъемника отвечающего следующим требованиям: масса не более 200 кг; объединение механических передач в моноблок; возможность использования реверса; возможность выбора оптимального по отношению к конкретной ситуации передаточного отношения. Момент на выходном валу не менее 3000 Нм.
Анализ возможных кинематических схем в условиях значений удельного момента 12.21 кг/Нм привел к использованию комбинированной структуры, включающей кониче-
скую ортогональную передачу (по условиям компоновки СПА на шасси автомобиля), главную передачу, двухрядную планетарную передачу и передачу реверса. Кинематическая схема предусматривает использование трех управляющих устройств для изменения режимов работы: нейтральное положение; ускоренный каротаж; быстрый каротаж; медленный каротаж; реверс.
Кинематическая схема приведена на рис. 1.
Рис. 1
Включение нужного режима осуществляется за счет использования трех органов управления: режимы «нейтраль», реверс и ускоренный каротаж - переключатель 1; режим быстрого и медленного каротажа - переключатель 2; переход от режимов ускоренного каротажа к быстрому и медленному осуществляется переключателем 3. При этом возможны следующие передаточные отношения:
• режим ускоренного каротажа (основного подъема с большой скоростью
Контактная информация: (347) 273-07-34
бк
2, 2,
• режим быстрого каротажа
'ук
- 22
4
21 23
2с
+ 1
V 25
режим медленного каротажа
‘мк
- 22
(
21 23
2с + 1
Л
V 25
28 +1
27
/V /
режим реверса
'рев
- 22
г10
П 9
В реализованной конструкции редуктора:
и
бк
: 43,27; /ук - 9,05
/мк - 206,08;. /рев - 7,12
В дальнейшем система управления была изменена и сведена к наличию двух органов управления. Изменения привели к установке муфты М5, которая выполнена двухсторонней. Фрагмент схемы представлен на рис. 2. Кинематические характеристики режимов остались без изменений.
^6.
її
..га
сгра11ВГ[^
у///,
±
Z7
Із іяія па Г
~\ 7Ш
~777у
I
М5
Рис. 2
В кинематическую схему СПА включена цепная передача, обслуживающая работу барабана, взаимодействующего с грузонесущем кабелем, наматываемым на барабан в несколько слоев.
Учитывая сложный характер эксплуатации подъемников в полевых условиях, узел управления был создан по простейшей схеме с контурами блокировки, препятствующей ошибочному включению режимов.
В конструкции редуктора предусмотрено «лимитирующее звено». Это узел, который в случае чрезвычайной перегрузки позволяет сохранить всю конструкцию без повреждений за счет локального разрушения. Восстановление
соединения с частичной разборкой редуктора возможно в условиях механической мастерской.
Вся механическая обработка деталей выполняется стандартизованным режущим инструментом и требует небольшого количества специальных станочных приспособлений.
Производственный опыт, полученный при изготовлении партии редукторов РКПР-02 для доводки конструкции и отработки ее на технологичность показал, что затраты на оснащение технологических и контрольных операций не превышают 500 тыс. рублей, что вполне приемлемо для освоения изделий такого уровня сложности.
По результатам измерений и испытаний на стендах под нагрузкой были получены параметры, подтвердившие расчетные, а именно:
• минимальная скорость каната (м/час) -
15;
• тяговое усилие испытаний (кН) - 59;
• максимальная скорость каната (м/час) -8800.
Более подробная информация об испытаниях СПА ПКС-5 приведена в табл. 1.
Объемно-массовые и тяговая характеристики редуктора РКПР-02.05 следующие:
1. Номинальный момент
на выходном вале, Нм 3100;
2. Габаритные размеры:
длина, мм 695;
ширина, мм 470;
высота, мм 358;
3. Масса, кг 160.
При производственных мощностях ОАО
ТЗГОиА (г. Туймазы, РБ) изготовлена опытная серия из шести редукторов РКПР-02.05 для комплектации СПА каротажных станций, которые испытаны в полевых условиях следующими предприятиями: ОАО «Нефтяная компания Паритет», г. Нижневартовск; ООО, ТНГ «Ал-гиз», Альметьевская геофизическая компания; ОАО «Горизонт Сибирь», г. Ноябрьский.
Результаты испытаний и практической эксплуатации в полевых условиях положительны.
Сравнение с ближайшими аналогами указывает на значительное превосходство редукторов серии РКПР по удельному моменту приблизительно в 2,1 раза, существенно улучшены компоновочные характеристики, эргономические и эстетические свойства. Применение РКПР возможно на всех типах шасси подъемников ПКС-3,5 и ПКС-5. Ожидаемая цена редуктора 220 тыс. рублей.
22 24
2
4
Т аблица 1
Передача Передача Скорость каротажа, м/час* Натяжение кабеля макс., кН**
редуктора КПП шасси на 1-2 витках на средних витках на 1-2 на средних
тіп тах тіп тах витках витках
1 15 41 27 73 59 33
Медленный 2 27 74 48 133 59 33
каротаж 3 51 141 92 254 59 33
4 78 214 140 386 59 33
1 71 194 128 351 59 33
Быстрый 2 128 352 231 636 59 33
каротаж 3 245 672 441 1214 59 33
4 372 1022 671 1845 59 33
1 338 929 610 1678 59 33
Ускоренный 2 613 1685 1106 3043 59 33
каротаж 3 1169 3215 2111 5805 59 33
4 1777 4887 3209 8824 59 33
1 428 1177 773 2125 - -
Реверс 2 776 2135 1402 3855 - -
3 1481 4073 2674 7354 - -
4 2251 6191 4065 11179 - -
* При расчете минимальной скорости каротажа частота вращения двигателя шасси принималась равной 800 об/мин, при расчете максимальной скорости - 2200 об/мин.
** Максимальное усилие натяжения рассчитывалось при максимальном крутящем моменте двигателя 637 Н-м при 1450 об/мин и контролировалось экспериментально.
ОБ АВТОРАХ
Итбаев Валерий Каюмович,
проф., зав. кафедрой основ конструирования механизмов и машин. Дипл. инж.-мех. по авиац. двигателям (УАИ, 1970). Д-р техн. наук по управлению тепловыми и электроракетными двигатели ЛА (УГАТУ, 1996). Иссл. в обл. разработки гибких соединений трубопроводов и методов их расчета.
Прокшин Сергей Сергеевич,
доц. той же каф. Дипл. инж.-мех. по авиац. двигателям (УАИ, 1964). Канд. техн. наук по авиац. двигателям и энерг. установкам (ЧПИ, 1977). Иссл. в обл. проектирования и оптимизации конструкций передач и трансмиссий для транспортных средств, приборостроения и энергетических машин.
Минигалеев Сергей Мунирович, доц. той же каф. Дипл. инж.-мех. по авиац. двигателям и энерг. установкам (УГАТУ, 1997). Канд. техн. наук по авиац. двигателям и энерг. установкам (УГАТУ, 2002). Иссл. в обл. ускоренных испытаний авиац. двигателей.
Коврижкин Михаил Григорьевич, зам. техн. дир. ОАО «ТЗГОиА». Дипл. инж. по авиац. двигателям и энерг. установкам (УАИ, 1974). Иссл. в обл. проектирования спуско-подъемных
агрегатов.
Морозов Константин Георгиевич, вед. конструктор ОГК ОАО «ТЗГОиА». Дипл. инж. по ДВС (УГАТУ, 2001). Иссл. в обл. проектирования спуско-подъем-ных агрегатов.
