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.
