На сегодняшний день наиболее востребованным способом бурения нефтяных и газовых скважин является бурение с применением системы верхнего привода (СВП). Данной системой оборудуются как импортные, так и отечественные буровые установки.
Система верхнего привода в отличие от бурения ведущей штангой позволяет вращать и одновременно перемещать буровую колонну по стволу скважины при проведении любой операции, что снижает до минимума риск оставления прихваченной колонны бурильных труб в скважине.
Основным рабочим органом СВП является вращатель, который необходим для передачи бурильной колонне вращения и осевого усилия. Современные вращатели, которыми оснащены буровые установки на данный момент, представляют собой многоступенчатый редуктор, с помощью которого изменяется частота вращения на выходном звене.
Недостатками современных вращателей являются сложность схем, большой вес и габариты, низкий КПД, наличие в его конструкции громоздкой, металлоемкой, подверженной высоким динамическим нагрузкам зубчатой трансмиссии, работа которой сопровождается большими механическими потерями энергии при ее передачи от приводного двигателя к шпинделю с буровым инструментом и высокими уровнями вибрации всей конструкции при бурении скважин. Необходимость применения многоступенчатых механических редукторов в приводе для снижения частоты вращения выходного вала приводит к снижению надежности, усложнению и повышению стоимости конструкции вращателя. Конструкция современных вращателей
позволяет осуществлять регулировку частоты оборотов выходного звена в основном по трем ступеням, причем переключение передач осуществляет оператор, работающий непосредственно на буровой установке.
В связи с вышеизложенным целью данной работы является разработка конструкции адаптивного вращателя верхнего привода геологоразведочных машин на основе вариатора скорости, который будет автоматически осуществлять регулировку скорости вращения в зависимости от нагрузки на буровой колонне.
Проектирование в данной работе осуществлялось в программном комплексе системы автоматизированного проектирования SolidWorks КОМПАС - 3D.
Целью работы была определена разработка конструкции адаптивного вращателя верхнего привода буровой установки УРБ-2А-2 на основе вариатора скорости с возможностью бесступенчатого регулирования скоростей вращения в зависимости от нагрузки на буровой колонне, которая также была достигнута.
В обзорном материале были рассмотрены современные вращатели и вариаторы, указаны их преимущества и недостатки. Далее были рассмотрены основные виды редукторов: цилиндрические, конические, червячные, планетарные, волновые, также указаны их преимущества, недостатки и область применения.
Проанализировав существующие конструкции вращателей и рассмотрев их режимы работы, была разработана кинематическая схема работы адаптивного вращателя и предложена эскизная компоновка, разработана 3D модель вращателя.
В расчетной части данной работы произведен расчет основных параметров зубчатой передачи и выполнен геометрический расчет первой ступени разработанного вращателя.
Итогом работы является объемная модель вращателя верхнего привода, построенная на основе разработанной компоновки и проведенных расчетов.
1 Чернавский, С. А. Проектирование механических передач / С.А.Чернавский, Г. А. Снесарев, Б. С. Козинцов, К. Н. Боков, Г. М. Ицкович,
Д. В. Чернилевский. - Москва: «Машиностроение», 1984. - 560 с.
2 Анфимов, М.И. Редукторы. Конструкции и расчет / М. И. Анфимов. - Москва: «Машиностроение», 1993. - 464 с.
3 Федеральный институт промышленной собственности [Электронный
ресурс] : база содержит данные по объектам интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам. - Москва, [2016]. -
http://www1.fips.ru/wps/wcm/connect/content_ru/ru.
4 Национальный реестр интеллектуальной собственности [Электронный ресурс] : база содержит базу данный патентов и изобретений РФ и СССР. - Москва, [2016]. - http: //www.findpatent.ru.
5 Завод буровых технологий [Электронный ресурс] : база данных содержит сведения о буровой технике. - Санкт - Петербург, [2016]. - http: //www.zavodbt.ru/burovie-ustanovki/urb/urb-2a2. html.
6 Уралспецмаш [Электронный ресурс] : база данных содержит сведения
о мобильных буровых установках. - Челябинск, [2016]. -
http://uralspecmash.ru/tech/specztexnika-dlya-dobychi-nefti-i-gaza/burovye- ustanovki/urb-2a2#/details.
7 Дунаев, П.Ф. Конструирование узлов и деталей машин / П. Ф. Дунаев, О. П. Леликов. - Москва: «Академия», 2004. - 496 с.
8 Решетов, Д.Н. Детали машин. Учебник для вузов / Д.Н. Решетов. - Москва: «Машиностроение», 1974. - 656 с.
9 УРБ [Электронный ресурс] : база данных содержит сведения о буровых установках УРБ. - Набережные Челны, [2016] / - http://www.urb2a2.su.
10 ГОСТ 12289-76 Передачи зубчатые конические - Введ. 01.07.1977. - Москва : Госстандарт СССР, 1987. - 10 с.
11 ГОСТ 14.301-83 Общие правила разработки технологических процессов и выбора средств технологического оснащения - Введ. 01.01.1984. - Москва : Госстандарт СССР, 1984. - 23 с.
12 Иосилевич, Г.Б. Детали машин: учебник / Г.Б. Иосилевич. - Москва : Машиностроение, 1988. - 368 с.
13 Антонов, С.А. Планетарные передачи: учебное пособие / А.С. Антонов, Б.А. Артамонов, Б.М. Коробков, Е.И. Магидович. - Москва: Воениздат, 1954. - 607 с.
14 Гузенков, П. Г. Детали машин: учебник для вузов/ П.Г. Гузенков, - Москва : Высш. шк., 1986. - 359 с.