MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU 1 CHƯƠNG 1: CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC 2 CỦA TỜI KHOAN 2 1.1. Cấu tạo tời khoan: 2 1.1.1. Trục tang tời: 2 1.1.2. Tang tời: 2 1.1.3. Hệ thống phanh (hãm tời): 2 1.1.4. Côn của tời: 2 1.1.5. Hộp số của tời: 2 1.1.6. Đầu mèo: 2 1.1.7. Hệ thống điều khiển của tời khoan: 3 1.2. Sơ đồ động học của tời khoan. 3 1.2.1 Nguyên lý hoạt động của tời khoan. 7 CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC CỦA TỜI KHOAN 10 2.1. Xác định các tốc độ ni từ n0: 11 2.2. Xác định tốc độ móc: 12 2.2.1. Xác định cáp: 12 2.2.2. Xác định đường kính tính toán của tang tời: 13 2.2.3. Tốc độ móc nâng được tính theo công thức sau: 13 2.3. Xác định hiệu suất hệ thống thả: 14 2.4. Xác định tải trọng móc ở các tốc dộ khác nhau:…………………….. …15 2.5. Tính toán trọng lượng bộ khoan cụ. 15 2.6 Tính toán công suất nâng thả của tời ở các cấp tốc độ: 18 KẾT LUẬN: 19
Trang 1MỤC LỤC
Trang 2LỜI NÓI ĐẦU
Ngành công nghiệp dầu khí của nước ta hiện nay đang rất phát triển, nóđóng góp khoảng 25% GDP mỗi năm Nó được coi là ngành kinh tế mũi nhọn,nằm trong chiến lược phát triển kinh tế quan trọng của đất nước
Trong giai đoạn hiện nay của ngành dầu khí, ngành thiết bị dầu khí là mộtphần rất quan trọng Mọi thiết bị dầu khí muốn được sử dụng với hiệu quả tốtnhất thì ta phải biết được cấu tạo, nguyên lý hoạt động, có chế độ làm việc, bảodưỡng, sửa chữa định kỳ đúng tiêu chuẩn và bộ môn thiết bị dầu khí đã đáp ứngđược điều đó
Trên giàn khoan thì tời khoan vô cùng quan trọng Nó đặc biệt cần thiết chocông tác nâng, thả bộ dụng cụ khoan Nó biến chuyển động quay của động cơthành chuyển động tịnh tiến móc ròng rọc Nó chuyền tải cho choòng khoan để
phá hủy đất đá Em đã được nhận đề tài :"Dựa vào sơ đồ động học của tời
khoan, dựa vào bảng thông số đã cho, hãy tính toán công suất nâng của tời khoan ở các tốc độ có thể có của tời khoan ".
Đồ án của em được chia thành 2 chương:
Chương 1: Cấu tạo và nguyên lý làm việc của tời khoan
Chương 2: Tính toán động học của tời khoan
Qua quá trình học tập tại trường, cũng như sự giúp đỡ nhiệt tình của thầy
Nguyễn Thanh Tuấn, em đã hoàn thành đồ án này.Tuy nhiên trong quá trình
tìm hiểu và tiếp xúc chưa nhiều nên cuốn đồ án này còn nhiều hạn chế, song đây
là cơ hội rất tốt để em nâng cao nhận thức và hiểu biết về các thiết bị trong côngtác dầu khí mà cụ thể là tời khoan Kính mong các thầy cô giáo, các bạn đọcđóng góp ý kiến quý báu để cuốn đồ án này được hoàn chỉnh hơn
Em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Thanh Tuấn đã tận tình giúp đỡ
em hoàn thành cuốn đồ án này
Hà nội,23 tháng 5 năm 2017.
Sinh viên thực hiện:
Đào Duy Tùng
2
Trang 3CHƯƠNG 1: CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC
CỦA TỜI KHOAN
1.1.Cấu tạo tời khoan:
1.1.1. Trục tang tời:
Trục tang tời là bộ phận quan trọng, đảm bảo độ an toàn cho bộ thiết bị khoan, tuổi thọ lâu dài của máy Vì vậy công việc thiết kế, chế tạo, lắp ráp, vận hành và bảo dường đòi hỏi chính xác và chất lượng
1.1.2. Tang tời:
Tang tời là thiêt bị hình trụ được lắp trên trục tang tời Trên tang tời được
xẻ rãnh xoắn theo chiều cuốn cáp để cáp được cuốn khít Hai đầu tang được luyện cứng và chống mài mòn, ở đó được lắp hai băng phanh
Có tang tời chính và tang tời phụ
1.1.4. Côn của tời:
Côn ly hợp dùng truyền momen nhất định từ trục dẫn sang trục bị dẫn.Côn ly hợp phải đảm bảo đóng nhanh và hoạt động hiệu quả dưới tác dụng của tải trọng lớn
1.1.5. Hộp số của tời:
Dùng để thay đổi tốc độ cuốn cáp của tang tời
Bao gồm: trục vào, trục ra, các trục trung gian, côn ly hợp bánh răng, bánh răng xích, xích
1.1.6. Đầu mèo:
Là tang tời nhỏ được lắp hai bên tời khoan trên một trục riêng
Đầu mèo dùng để cuốn các sợi xích để tháo lắp cần khoan, ống chống
Có đầu mèo văn ren và tháo ren ống chống
1.1.7. Hệ thống điều khiển của tời khoan:
Là bộ phận tập trung các hoạt động điều khiển tời khoan
Có các thiết bị kiểm tra thông số tời khoan trong quá trình làm việc
Trang 4Hình 1.1 Sơ đồ cấu tạo tời khoan
1 Cáp khoan 6 Bảng điều khiển
2 Phanh điện từ 7 Phanh cơ học
3 Xích truyền động cho bàn Rotor 8 Môtơ điện
4 Răng để tựa cáp khoan 9 Đầu mèo
5 Tay phanh cơ học 10 Đường rãnh cáp địa vật lý1.2 Sơ đồ động học của tời khoan
Qua hình vẽ 1.2, ta thấy tời Y2 - 55 có 5 vận tốc, trong đó có 4 vận tốccủa trục nâng IV được truyền từ trục số qua trục các đăng I và trục cao tốc II củahộp số Sau đó qua các cặp bánh răng có tỉ số truyền 27/93 để truyền tới trụcgiảm tốc III Từ lực này chuyền qua sang trục IV bằng côn hơi kép 15 Để cônhơi làm việc thì khí nén được nạp vào miệng 16 và được điều khiển từ bảng điềukhiển
4
Trang 5Vận tốc thứ 5 là vận tốc độc lập, dùng để nâng êlêvatơ Nó được truyền từhộp số dẫn động qua trục các đăng VIII đến IX Sau đó truyền đến trục IV thôngqua bánh xích 7, xích 6 và cụm bánh xích 13.
Cụm bánh xích 13 được lắp trên hai vòng bi đũa Nó còn được dùng đểtruyền chuyển động cho trục tời phụ X Việc đóng ngắt vận tốc số 5 được thựchiện bằng côn hơi 14 thông qua miệng nạp khí 16 để cung cấp nguồn khí chocôn hơi này từ bảng điều khiển
Tời phụ nhận được chuyển động qua bộ bánh xích 13, cặp bánh răng19/35, xích 6, trục tời X Trục tời quay sẽ truyền chuyển động đến bộ bánh rănghành tinh, nếu đóng côn ma sát của tời phụ thì tời phụ sẽ làm việc
Để truyền chuyển động cho Rotor thông qua trục các đăng trục II Cặpbánh răng 27/44 sẽ được tiếp tục truyền chuyển động các tốc độ cho trục VI.Nếu đóng khớp nối vấu 19, côn hơi MP500 thì bánh xích 21 sẽ truyền lực quayđến rotor với các cấp tốc độ khác nhau Ở đầu trục VII có miệng nạp khí 22 đểđóng côn hơi MP500 (20) Việc đóng ngắt côn hơi này được thực hiện từ bảngđiều khiển Cấu tạo của tời Y2 - 55 cho phép trong khi trục nâng của tời vẫnhoạt động thì Rotor vẫn nhận được chuyển động quay, đồng thời nguyên côngquay Rotor trong khi thả bộ khoan cụ
Trong nguyên công quay thả bộ khoan cụ, trục nâng tách khỏi nguồn cấplực bằng ngắt côn hơi MP1070 (15) và được nối với phanh thuỷ lực bởi khớpnối vấu 9 Chuyển động quay lúc này do trọng lực của bộ ròng rọc động và bộkhoan cụ tác động Vận tốc thả khoan cụ sẽ được điều chỉnh bằng phanh cơ học
12 và mực nước vào phanh thuỷ lực 8
Như vậy khi thả bộ khoan cụ vận tốc sẽ đều, từ từ không gây hư hỏng bộkhoan cụ cũng như làm hỏng phanh cơ học
Trang 7
Hình 1.2 Sơ đồ động học của tời Y2-55.
Trang 919: Khớp nối cứng
Bảng 1.1: Các thông số cơ bản của tời Y2-55.
1.2.1 Nguyên lý hoạt động của tời khoan
Trước khi vận hành tời, phải căn cứ vào cột cần khoan hoặc ống chống để lựachọn chế độ điện cho động cơ và lựa chọn tốc độ nâng của tang tời chính, lựachọn đầu tời phụ ở chế độ tháo cần hay siết cần để chọn chuyển động điện.Sau khi chọn xong các chế độ trên, bật công tắc khởi động để hai động cơđiện (17) làm việc Động cơ điện truyền chuyển động qua khớp nối răng (Z =
25 và Z = 28) làm quay trục trung gian và quay hai đĩa răng xích ở hai đầutrục Từ hai đĩa xích này, truyền chuyển động qua bộ truyền xích (Z= 28 và Z
= 38) làm quay đĩa xích tốc độ nhanh (Z = 38) và bộ truyền xích (Z = 25 và Z
= 77)
Trang 10Khi đó nếu chọn chế độ làm việc của tời ở tốc độ thả nhanh (thả cần, kéocác vật nhẹ,…) thì đĩa xích tốc độ nhanh sẽ làm quay côn nhanh (3) để truyềnchuyển động quay đến trục tời.
Nếu chọn chế độ làm việc của tời ở tốc độ chậm (kéo cần, kéo các vậtnặng,…) thì đĩa xích tốc độ chậm sẽ làm quay côn chậm (2) để truyền chuyểnđộng quay đến trục tời
Tời khoan muốn làm việc phải thông qua hệ thống ròng rọc động và ròngrọc tĩnh, như vậy đòi hỏi tháp phải có sự ổn định vững chắc để đóng vai trònhư là ổ tựa cho hệ thống tời khoan làm việc
Trong quá trình làm việc, tời khoan phải tạo được mômen thắng trọnglượng bản thân của tời Cơ cấu dẫn động của tang tời tạo lên được mômenhãm lớn để thắng mômen quán tính của các phần quay vì thế khi khởi độngthì mômen và công suất của tời đạt giá trị cực đại
Hình 1.3: Sơ đồ nguyên lý làm việc của tời.
1: Cụm trục tang tời 11 Dầm đỡ
2: Côn ly hợp chậm 12 Trục truyền trung gian
3: Côn ly hợp nhanh 13 Cụm trục truyền động
10
Trang 114: Cụm phanh chính 14 Bộ phận cấp dầu bôi trơn5: Đầu nối không khí với nước 15 Buồng điều khiển chính6: Ly hợp an toàn 16 Buồng điều khiển phụ
7: Cụm trục tời phụ 17 Động cơ điện
8: Khớp ly hợp 18 Bộ hãm quán tính
9: Đầu mèo 19 Phanh điện
10: Bộ hãm tời phụ 20 Bộ điều khiển mực nước
Trang 1202 Chiều sâu giếng m 5000
08 Tốc độ vào hộp số của tời v/ph 320
09 Góc nghiêng trung bình của
Trang 14Thay vào ta có Ƞr = 0,86.
Sức căng lớn nhất của cáp cuốn khi nâng bộ khoan cụ là:
Pt =
Trong đó: là tải trọng lớn nhất trên móc,
λ là hệ số quá tải động cơ diesel, λ = 1,1
Ta có được: ≥ với n = 3 là hệ số an toàn
2.2.2 Xác định đường kính tính toán của tang tời:
Số lớp cáp cuốn trên tang là 3 lớp vì để tránh hỏng mòn cho cáp
Trang 152.2.3 Tốc độ móc nâng được tính theo công thức sau:
=
Trong đó:
- là tốc độ móc nâng
- là đường kính tính toán của tang tời (ở lớp cáp cuối cùng)
- là số vòng quay của trục nâng ở các cấp tốc độ
Trang 162.4 Xác định tải trọng móc ở các tốc dộ khác nhau:
- Ta có công thức tính: =
Trong đó: là tải trọng định mức của móc nâng
N là công suất tang tời
là hiệu suất nâng thả
d cn
Trang 17θ = 180: Góc nghiêng của giếng
gd = 1,5 (G/cm3): Trọng lượng riêng dung dịch khoan
gt = 7,5 (G/cm3): Trọng lượng riêng của thép vật liệu làm cần
Trang 192.6 Tính toán công suất nâng thả của tời ở các cấp tốc độ:
Nhìn vào các kết quả trên ta thấy công suất nâng ở tốc độ nhỏ nhất là
N1 = 234,74 (kW) < Ntời = 404,7 kw Do vậy ta chọn tốc độ là tốc độ để nâng bộdụng cụ khoan khi trọng lượng lớn nhất
Để sử dụng các tốc độ còn lại khi thực hiện quá trình nâng bộ dụng cụ thì tathực hiện như sau: tiến hành nâng bộ khoan cụ có khối lượng lớn nhất bằng , saukhi lên 1 đoạn dài ta sẽ thay đổi tốc độ khác lớn hơn để nâng bộ khoan cụ vì khinày công suất nâng sẽ phù hợp với công suất tời Ta có thể tính toán như sau:
a. Ta kéo bộ khoan cụ với từ độ sâu 5000m lên đến 2800m:
- Trọng lượng bộ khoan cụ lúc này sẽ còn là:
Qbkc = (2800-155).0,0319.(1- ) + 21,39 + 0,04 + 0,3 = 89,23 (T)
Trang 20Vậy từ 2800m trở lên ta dùng để nâng bộ khoan cụ.
b. Ta kéo bộ khoan cụ với từ 2800m đến 1100m:
- Trọng lượng bộ khoan cụ lúc này sẽ còn là:
Qbkc = (1100-155).0,0319.(1- ) + 21,39 + 0,04 + 0,3 = 46,2 (T)
- Công suất nâng ở tốc độ = 0,38(m/s) là:
N3 = = 202,49 (kW) < 404,7 kw
Vậy từ 1100m trở lên ta dùng để nâng bộ khoan cụ
Còn tốc độ = 0,7 m/s ta sẽ dùng để kéo khi làm việc ở chế độ không tải hoặctải nhỏ
KẾT LUẬN:
Ta sẽ thực hiện nâng thả bộ khoan cụ với các tốc độ và độ sâu tương ứng nhưsau:
- Kéo bộ khoan cụ với= 0,14 m/s từ độ sâu 5000m lên đến 2800m
- Kéo bộ khoan cụ với = 0,15 m/s từ độ sâu 2800m lên đến 1100m
- Kéo bộ khoan cụ với = 0,38 m/s từ độ sâu 1100m trở lên
- Kéo không tải hoặc tải nhỏ với = 0,70 m/s
20
