в каком случае осуществляется дистанционное управление буровым станком шарошечного бурения
АВТОМАТИЗАЦИЯ СТАНКОВ ШАРОШЕЧНОГО БУРЕНИЯ
При разработке месторождений полезных ископаемых открытым способом одним из основных производственных процессов являются буровзрывные работы, стоимость которых составляет 16 – 36% от общей стоимости добытой горной массы. Наибольшее распространение получил шарошечный способ бурения (75-85% всего объёма буровых работ).
Автоматизация буровых станков шарошечного бурения осуществляется по следующим направлениям: автоматическое управление режимом бурения, обеспечивающего оптимизацию некоторого критерия; автоматическое управление вспомогательными операциями (перехват и наращивание штанги, наклон мачт и др.), автоматический контроль работы бурового станка с передачей информации на диспетчерский пункт по проводным линиям связи или радиоканалу; дистанционное управление перемещением бурового станка; автоматическая защита бурового станка от перегрузок и аварий.
Для буровых станков 2СБШ-200 в 70-е годы была создана система автоматизации «Режим 2НМ», в которой в качестве критерия оптимальности принята минимальная стоимость бурения. В этом случае алгоритм управления режимными параметрами в зависимости от крепости буримых пород имеет следующий вид:
где n, Fос, Vб – частота вращения долота, осевая нагрузка на долото, скорость бурения;
an, af, av – постоянные коэффициенты, зависящие от крепости буримых пород, конструкции шарошечного долота и других условий;
f – крепость буримой породы по шкале проф. М.М. Протодьяконова.
Соответствующие графики изменения режимных параметров от крепости буримых пород, соответствующие алгоритму, показаны на рис. 8.3 с учётом ограничений допустимых значений параметров.
Рис. 8.3. Статическая модель оптимальных режимов работы
С увеличением скорости вращения и осевого усилия выше некоторых критических значений стойкость шарошечных долот резко снижается. По мере износа долота механическая скорость бурения уменьшается. Трудность реализации выбранного алгоритма управления заключается в отсутствии датчика крепости буримых пород.
После преобразований получим алгоритм управления, реализованный в системе автоматизации «Режим 2НМ»:
Система «Режим 2НМ»:обеспечивает регулирование осевого усилия и частоты вращения бурового инструмента в пределах оптимального режима бурения, а также работу в ограниченных режимах при возникновении недопустимых перегрузок двигателя механизма вращения, вибраций бурового станка и при зашламовывании буровой скважины.
Применение системы «Режим-2НМ» по сравнению с ручным управлением позволяет увеличить производительность бурового станка на 10-15%, уменьшить себестоимость бурения на 10-15%. Удельная энергоёмкость бурения снижается на 20-50%.
Рассмотренный алгоритм удобно реализовать на основе управляющей вычислительной машины. На рис. 8.4. показана упрощённая структурная схема, которая содержит следующие узлы: управляющая вычислительная машина (УВМ), контур регулирования частоты вращения бурового става; контур регулирования осевой нагрузки на долото.
Рис. 8.4. Структурная схема системы автоматизированного управления процессом
Станки шарошечного бурения Общие сведения. Принцип действия и основные механизмы
Станки шарошечного бурения
Общие сведения. Принцип действия и основные механизмы
Станки шарошечного бурения предназначены для проходки взрывных вертикальных и наклонных скважин диаметром 160-450 мм и глубиной до 60 м на карьерах, при строительстве гидротехнических сооружений, установки свай в скальных и многолетнемерзлых массивах в промышленном и гражданском строительстве, а также при выполнении дренажных и других видов работ в породах с коэффициентом крепости от 6 до 18.
Принцип шарошечного бурения заключается в следующем. От станка через буровой став шарошечному долоту передаются крутящий момент и осевое усилие. При вращении долота шарошки свободно установленные с помощью опорных подшипников на осях цапф долота перекатываются по забою. При этом зубки внедряются в породу и разрушают ее. Удаление продуктов разрушения из призабойной зоны и скважины осуществляется с помощью воды или сжатого воздуха, поступающих к забою скважины через буровой став от насосной или компрессорной установки станка.
Несмотря на разнообразие конструкций, станки шарошечного бурения, как правило, состоят из следующих основных узлов: ходовой базы, рамы, на которой располагается механическое, электрическое, гидравлическое оборудование и компрессорная установка, мачты для
Рис. 1.13. Станок шарошечного бурения ЗСБШ-200-60
размещения бурового снаряда, механизмов подъема и опускания мачты, вращателя бурового става, подъема инструмента, механизмов наращивания и разборки бурового става, выравнивания перед бурением, подачи бурового става на забой, системы очистки скважины от продуктов разрушения и пылеулавливания.
Выпускаемые в последние годы станки ЗСБШ-200-60 (рис.1.13) и 6СБШ-200-40 имеют тиристорный привод механизма вращателя, кабельные барабаны, амортизаторы кабины машиниста, увеличенную производительность насосов гидропривода, что сокращает продолжительность холостого хода гидропатрона и горизонтирования станка. Благодаря конструкции цельной мачты с открытой передней панелью обеспечивается лучший доступ к узлам. На станке ЗСБШ-200-60 увеличена длина буровых штанг до 12 м, что при общем их числе (пять) позволяет пробуривать скважины глубиной до 60 м. Мощность привода вращакВт) допускает повышение крутящего момента на буровом ставе до 6000 Нм. Вертлюг имеет привод шпинделя, что позволяет одновременное свинчивание верхнего и нижнего ниппелей буровой штанги при наращивании и разборке бурового става в процессе бурения скважины и по окончании ее проходки, а также сокращение затрат времени на выполнение вспомогательных операций. В целях достижения плавности хода в качестве привода ходового механизма установлены асинхронные двигатели с тиристорными станциями управления.
Модернизированная система сухого пылеулавливания обеспечивает состояние атмосферы воздуха в зоне работы станка в отношении запыленности в пределах допустимых санитарных норм. Кабина с пультом управления установлена на пружинных амортизаторах, существенно уменьшающих вибрации на рабочих местах. Для облегчения переноса кабеля при маневрах и перегонах на станках смонтирован кабельный барабан. Благодаря принятым изменениям в станках улучшаются непроизводительные затраты времени на выполнение вспомогательных операций, повышается производительность станка, снижается трудоемкость и увеличивается комфортность работы обслуживающего персонала.
Рис.1.14. Станок шарошечного бурения СБШ-250МНА 32
1 – мачта, 2 – машинное отделение, 3 – гусеничные тележки, 4 – бак пылеподавляющей установки, 5 – передняя дверь кабины машиниста
Станок СБШ-250-55 имеет следующие особенности: установка на мачте двух сепараторов, что позволяет бурить скважины глубиной до 55 м; трехкратная канатно-полиспастная система подачи от двух лебедок; увеличенный наружный диаметр штанги (с 203 до 219 мм), обуславливающий рост скорости воздушного потока в затрубном пространстве с 25 до 45 м/с; механизированы вспомогательные операции по наращиванию бурового става в процессе бурения.
Технические характеристики станков шарошечного бурения
Лекционный материал на тему: «Станки шарошечного бурения»
Ищем педагогов в команду «Инфоурок»
Станки шарошечного бурения
Общие сведения. Принцип действия и основные механизмы
Станки шарошечного бурения предназначены для проходки взрывных вертикальных и наклонных скважин диаметром 160-450 мм и глубиной до 60 м на карьерах, при строительстве гидротехнических сооружений, установки свай в скальных и многолетнемерзлых массивах в промышленном и гражданском строительстве, а также при выполнении дренажных и других видов работ в породах с коэффициентом крепости от 6 до 18.
Принцип шарошечного бурения заключается в следующем. От станка через буровой став шарошечному долоту передаются крутящий момент и осевое усилие. При вращении долота шарошки свободно установленные с помощью опорных подшипников на осях цапф долота перекатываются по забою. При этом зубки внедряются в породу и разрушают ее. Удаление продуктов разрушения из призабойной зоны и скважины осуществляется с помощью воды или сжатого воздуха, поступающих к забою скважины через буровой став от насосной или компрессорной установки станка.
Несмотря на разнообразие конструкций, станки шарошечного бурения, как правило, состоят из следующих основных узлов: ходовой базы, рамы, на которой располагается механическое, электрическое, гидравлическое оборудование и компрессорная установка, мачты для
Рис. 1.13. Станок шарошечного бурения ЗСБШ-200-60
размещения бурового снаряда, механизмов подъема и опускания мачты, вращателя бурового става, подъема инструмента, механизмов наращивания и разборки бурового става, выравнивания перед бурением, подачи бурового става на забой, системы очистки скважины от продуктов разрушения и пылеулавливания.
Выпускаемые в последние годы станки ЗСБШ-200-60 (рис.1.13) и 6СБШ-200-40 имеют тиристорный привод механизма вращателя, кабельные барабаны, амортизаторы кабины машиниста, увеличенную производительность насосов гидропривода, что сокращает продолжительность холостого хода гидропатрона и горизонтирования станка. Благодаря конструкции цельной мачты с открытой передней панелью обеспечивается лучший доступ к узлам. На станке ЗСБШ-200-60 увеличена длина буровых штанг до 12 м, что при общем их числе (пять) позволяет пробуривать скважины глубиной до 60 м. Мощность привода вращателя (60кВт) допускает повышение крутящего момента на буровом ставе до 6000 Нм. Вертлюг имеет привод шпинделя, что позволяет одновременное свинчивание верхнего и нижнего ниппелей буровой штанги при наращивании и разборке бурового става в процессе бурения скважины и по окончании ее проходки, а также сокращение затрат времени на выполнение вспомогательных операций. В целях достижения плавности хода в качестве привода ходового механизма установлены асинхронные двигатели с тиристорными станциями управления.
Модернизированная система сухого пылеулавливания обеспечивает состояние атмосферы воздуха в зоне работы станка в отношении запыленности в пределах допустимых санитарных норм. Кабина с пультом управления установлена на пружинных амортизаторах, существенно уменьшающих вибрации на рабочих местах. Для облегчения переноса кабеля при маневрах и перегонах на станках смонтирован кабельный барабан. Благодаря принятым изменениям в станках улучшаются непроизводительные затраты времени на выполнение вспомогательных операций, повышается производительность станка, снижается трудоемкость и увеличивается комфортность работы обслуживающего персонала.
Рис.1. 14. Станок шарошечного бурения СБШ-250МНА 32
1 – мачта, 2 – машинное отделение, 3 – гусеничные тележки, 4 – бак пылеподавляющей установки, 5 – передняя дверь кабины машиниста
Станок СБШ-250-55 имеет следующие особенности: установка на мачте двух сепараторов, что позволяет бурить скважины глубиной до 55 м; трехкратная канатно-полиспастная система подачи от двух лебедок; увеличенный наружный диаметр штанги (с 203 до 219 мм), обуславливающий рост скорости воздушного потока в затрубном пространстве с 25 до 45 м/с; механизированы вспомогательные операции по наращиванию бурового става в процессе бурения.
Технические характеристики станков шарошечного бурения
АВТОМАТИЗАЦИЯ СТАНКОВ ШАРОШЕЧНОГО БУРЕНИЯ
При разработке месторождений полезных ископаемых открытым способом одним из основных производственных процессов являются буровзрывные работы, стоимость которых составляет 16 – 36% от общей стоимости добытой горной массы. Наибольшее распространение получил шарошечный способ бурения (75-85% всего объёма буровых работ).
Автоматизация буровых станков шарошечного бурения осуществляется по следующим направлениям: автоматическое управление режимом бурения, обеспечивающего оптимизацию некоторого критерия; автоматическое управление вспомогательными операциями (перехват и наращивание штанги, наклон мачт и др.), автоматический контроль работы бурового станка с передачей информации на диспетчерский пункт по проводным линиям связи или радиоканалу; дистанционное управление перемещением бурового станка; автоматическая защита бурового станка от перегрузок и аварий.
Для буровых станков 2СБШ-200 в 70-е годы была создана система автоматизации «Режим 2НМ», в которой в качестве критерия оптимальности принята минимальная стоимость бурения. В этом случае алгоритм управления режимными параметрами в зависимости от крепости буримых пород имеет следующий вид:
где n, Fос, Vб – частота вращения долота, осевая нагрузка на долото, скорость бурения;
an, af, av – постоянные коэффициенты, зависящие от крепости буримых пород, конструкции шарошечного долота и других условий;
f – крепость буримой породы по шкале проф. М.М. Протодьяконова.
Соответствующие графики изменения режимных параметров от крепости буримых пород, соответствующие алгоритму, показаны на рис. 8.3 с учётом ограничений допустимых значений параметров.
Рис. 8.3. Статическая модель оптимальных режимов работы
С увеличением скорости вращения и осевого усилия выше некоторых критических значений стойкость шарошечных долот резко снижается. По мере износа долота механическая скорость бурения уменьшается. Трудность реализации выбранного алгоритма управления заключается в отсутствии датчика крепости буримых пород.
После преобразований получим алгоритм управления, реализованный в системе автоматизации «Режим 2НМ»:
Система «Режим 2НМ»:обеспечивает регулирование осевого усилия и частоты вращения бурового инструмента в пределах оптимального режима бурения, а также работу в ограниченных режимах при возникновении недопустимых перегрузок двигателя механизма вращения, вибраций бурового станка и при зашламовывании буровой скважины.
Применение системы «Режим-2НМ» по сравнению с ручным управлением позволяет увеличить производительность бурового станка на 10-15%, уменьшить себестоимость бурения на 10-15%. Удельная энергоёмкость бурения снижается на 20-50%.
Рассмотренный алгоритм удобно реализовать на основе управляющей вычислительной машины. На рис. 8.4. показана упрощённая структурная схема, которая содержит следующие узлы: управляющая вычислительная машина (УВМ), контур регулирования частоты вращения бурового става; контур регулирования осевой нагрузки на долото.
Рис. 8.4. Структурная схема системы автоматизированного управления процессом
Бурения БУ типа СБШ
Система «Рсжим-2НМ» на основе УВМ действует следующим образом. Сигнал обратной связи по скорости бурения поступает в УВМ. УВМ осуществляет вычисление осевой нагрузки на долото Fос и частоты вращения долота n по приведённым выше формулам. После их определения вычисляются сигналы задания осевой нагрузки на долото gF и частоты вращения долота gn. При уменьшении скорости бурения увеличивается сигнал задания осевой нагрузки на долото gF и уменьшается сигнал задания частоты вращения долота gn. При этом осевое усилие на забой увеличится, а частота вращения бурового инструмента уменьшится. При увеличении скорости бурения произойдет обратное: осевое усилие уменьшится, а частота вращения возрастет.
В современных системах управления отечественных станков шарошечного бурения используются следующие основных технические решения:
— подчинённая система регулирования координат электропривода;
— использование микропроцессорных систем для обработки информации;
— программная реализация систем управления;
— диагностика системы и ее элементов на основе микропроцессорных средств управления.
Микропроцессорная система измеряет и графически отображает основные параметры бурения, давление масла, давление воздуха, уровень и давление воды, а также угол крена платформы бурового станка. Информация представлена на нескольких экранах дисплея. На главном экране представлена информация, которая постоянно необходима машинисту бурового станка во время бурения: нагрузка вращателя; частота вращения вращателя; усилие подачи; давление компрессора; давление масла; глубина скважины; скорость проходки; производительность маслонасоса.
Дата добавления: 2018-02-28 ; просмотров: 967 ; Мы поможем в написании вашей работы!
Классификация и разновидности буровых станков
Буровые станки (БС) — самоходное либо стационарное оборудование, используемое для разработки скважин в нефтедобывающей промышленности, строительстве и водоснабжении. Существует 4 основных параметра, характеризирующих буровые станки — диаметр и глубина скважин, а также направленность (вертикальное/горизонтальное) и скорость бурения.
В данной статье представлены установки для бурения скважин. Мы рассмотрим их разновидности, устройство и технические характеристики, а приведем обзор наиболее распространенных моделей оборудования.
1 Какое применяют оборудование для бурения скважин?
Основной характеристикой, в соответствии с которой классифицируется оборудование для разработки скважин, является принцип работы. Выделяют 5 основных способов бурения:
Рассмотрим каждый из способов, а также применяемое для его реализации оборудование, более подробно.
к меню ↑
1.1 Станки вращательного (шнекового) бурения
Вращательное бурение осуществляется посредством разработки грунтовых масс вращающейся коронкой, которая с усилием подается вдоль оси скважины. Коронка состоит из нескольких режущих кромок — «перьев», которые контактируя с грунтом скалывают его, тем самым углубляясь вниз. Преимуществом данного способа является высокая скорость, недостатком — возможность применения лишь в почве средней и малой твердости. При работе в твердых грунтах коронка не срезает, а стирает почву, что приводит к ускоренному износу резцов. Существуют специальные алмазные колонки, однако ввиду высокой стоимости такого оборудования их применение распространено крайне слабой.
Рассмотрим устройство станка вращательного бурения на примере распространенной модели СБР-160, который способен разрабатывать скважины диаметром 160-200 мм на глубину до 25 м. Схема данной машины представлена на изображении.
Все самоходные машины вращательного бурения базируются на транспортной базе — гусеничной либо колесной. Модель СБР-160 обустроена на основе экскаватора Э-652А, в ней каждая из гусениц оснащена индивидуальным приводом, что значительно увеличивает проходимость машины.
Рабочий узел агрегата состоит из мачты, шнека и вращателя. Мачта представляет собой направляющую конструкцию, в которой смонтирован механизм подачи буровой колонны (шнека). Сам шнек может быть непрерывным либо секционным- пригодным к наращиванию.
Вращатель бурового станка — устройство, приводящее буровую колонну в действие. В СБР-160 вращатель состоит из асинхронного двигателя, патрона, муфты, редуктора и гидроцилиндра, посредством которого производится переключение скоростей. Технические характеристики данной модели предусматривают 4 скорости бурения — 250, 160, 125 и 80 об/мин.
Также в отечественной промышленности распространены следующие станки вращательного бурения:
Среди оборудования от зарубежных производителей выделим станки вращательного бурения Sandvik, произведенные одноименным шведским концерном. В ассортименте компании представлены агрегаты для разработки скважин глубиной 27-45 м и диаметром до 311 мм.
к меню ↑
1.2 Шнековое бурение скважин станками типа ЛБУ 50 (видео)
2 Станки ударного бурения
Установки для ударного бурения разрабатывают скважину посредством кратковременного воздействия на дно скважины специального инструмента, совершающего возвратно-поступательные движения. В зависимости от принципа работы все буровые станки данного типа делятся на 3 разновидности:
Их устройство не предполагает наличия осевого усилия при подаче рабочего инструмента — боек падает на дно скважины под своем весом. Такое оборудование имеет достаточно низкую производительность, но при этом она крайне эффективна при разработке хрупких горных пород.
Рабочий инструмент таких станков имеет вес 1-3 тонны, он подвешивается на лебедке и поднимается посредством кривошипно-шатунного механизма на высоту 1-2 метров над забоем. В процессе разработки на дно скважины заливается вода, размягчающая породу. Разрушенный грунт периодически удаляется с помощью желонки.
Установки для ударно-канатного бурения бывают как крупногабаритные на гусеничном (БС-3) либо колесном ходу (БЖ-6), так и компактные (сборного типа) для разработки скважин на воду. Общим недостатком всех агрегатов является низкая производительность, так как скорость свободного падения рабочего инструмента непосредственно зависит от силы земного притяжения и количество ударов невозможно увеличить выше отметки 50-60 шт/мин.
В таких агрегатах рабочим инструментом выступает шарошечное долото, осуществляющее дробяще-скалывающую разработку породы. Буровой колонне, на которой закреплено долото, сообщается не только возвратно-поступательное движение с большим усилием по отношению к дну забоя, но и вращательное движение.
Такие установки используются для бурения всех типов грунтов — от мягких до особо твердых (включая горные породы), они способы разрабатывать скважины диаметром 72-400 мм. Среди отечественного оборудования выделим станок СБШ-200 (глубина — 30 м, диаметр 190-243 мм) и станок СБШ-250 (глубина — 40 м, диаметр — 214-270 мм). При разработке карьеров чаще всего используется буровой станок БТС 150 на базе гусеничного трактора Т-10М.
Установки ударно-вращательного бурения отличаются от ударно-канатных и шарошечных агрегатов тем, что при разработке скважины их рабочий инструмент вращается не только в перерывах между ударами, а непрерывно. При этом забой углубляется за вхождения коронки в грунт в момент удара, а вращение обеспечивает очистку дна скважины от выработанной породы.
Основными признаками оборудования данного типа являются низкий крутящий момент и осевое усилие, при большой ударной нагрузке. Ударно-вращательное бурение демонстрирует максимальную производительность при работе на особо твердых и абразивных породах.
Среди техники отечественного производства наиболее распространенными установки серии СБУ-125, способные разрабатывать вертикальные и наклонные скважины диаметром до 125 мм на глубину до 22 метров. Все модели СБУ-125 обустроены на базе гусеничной углепогрузочной машины УП-3.
к меню ↑
2.1 Станки колонкового бурения
Установки колонкового бурения чаще всего применяются при исследовательских и строительных работах. Основным их отличием от шнекового и ударного оборудования является то, что выработка грунта осуществляется не по всему периметру скважины, и лишь по радиусу колонкового снаряда, который представляет собой круглую трубу с наваренными на торец твердосплавными режущими зубьями.
Также по колонковому принципу действуют все агрегаты для бурения отверстий в монолитных конструкциях из железобетона. Их рабочий инструмент оснащен специальными алмазными резцами, эффективно вскрывающими материал повышенной твердости.
Среди распространенного оборудования для разработки геологоразведочных скважин выделим станок СКБ-4100 (диаметр до 46 мм, глубина до 700 м) и Атлас Копко С5 (50 мм, до 1000 м).