6.4. Вертлюг

вертлюг

При бурении весь инструмент подвешен к вертлюгу, который в свою очередь висит на подъемном крюке.

Вертлюг является промежуточным звеном между вращающимся инструментом и поступательно движущейся полиспастной системой (подъемный крюк и т. д.), удерживающей инструмент при бурении. Вертлюг предназначен для подачи промывочной жидкости от грязевого насоса во вращающиеся бурильные трубы через грязевой шланг, подвешенный в буровой и присоединенный к части вертлюга.

Вертлюг состоит из двух основных частей: неподвижной (корпуса), которая вместе с подъемным крюком не принимает участия во вращении, и подвижной, которая соединена с квадратной штангой и вращается со всей колонной бурильных труб.

Вертлюг ШВ5-75Вертлюг ШВ5-75 применяется для бурения до 1200 м. Грузоподъемность его 75 т. Неподвижная часть вертлюга состоит из корпуса 7, представляющего собой стальную отливку с цапфами и упорами для поддержания штропа 2 при надевании крюка. На выступающие цапфы корпуса надевается своими ушками стальной кованый штроп, с помощью которого вертлюг подвешивается на подъемный крюк. Верхняя часть вертлюга закрывается крышкой 3, на которой крепят горловину 4 для присоединения грязевого шланга.

Внутри корпуса имеется кольцевая площадка, на которую установлен главный шарикоподшипник 5, состоящий из двух шайб и шариков диаметром 1 5/8" с сепаратором. Кольцевая площадка, на которой для прочности насажен подшипник, укреплена снаружи ребрами жесткости. Внутреннее пространство корпуса представляет собой масляную ванну достаточной емкости, в которой работает главный шарикоподшипник. На верхней шайбе главного подшипника лежит своим фланцем переводник к рабочей трубе 7.

Вертлюг ШВЗ-150 представляет собой более сильную и мощную конструкцию; он предназначен для бурения скважин глубиной до 2500 м. Отличительной особенностью его являются конструкция опор качения и короткая промывочная труба. Верхний главный опорный подшипник состоит из двух и нижней и конических роликов.

Главный подшипник помещен в стальном корпусе 7, сверху закрытом крышкой 4. Кроме главного опорного подшипника 2, на верхней плоскости фланца рабочей трубы устроен шаровой подшипник с шарами диаметром 1". Для центрировки рабочей трубы в нижней части корпуса вертлюга расположены два шариковых подшипника 3, способствующих правильной и долговечной работе вертлюга.

Сальниковые уплотнения ставятся в следующих точках:

а) В нижнем фланце крышки 4 вертлюга устраивается сальник 6, уплотняющий выход верхней части рабочей трубы и предохраняющий масляную ванну вертлюга от попадания в нее промывочного раствора.

б) В нижней крышке 8 ставят сальник, уплотняющий выход рабочей трубы из нижней части корпуса вертлюга.

в) В нижней части короткой грязевой трубы сальниковое уплотнение 7 предохраняет выход промывочной жидкости наружу между грязевой и рабочей трубами. Это уплотнение удерживается нажимной гайкой 5, имеющей цилиндрическую трубную левую резьбу. В этом сальнике ставят специальные самоуплотняющиеся манжеты, которые под действием давления промывочной жидкости самоуплотняются и повышают герметичность соединения. Максимальное допустимое число оборотов вертлюга 160 об/мин.

Вертлюг ШВ4-150 является улучшенной конструкцией вертлюга ШВЗ-150. В отличие от последнего он имеет:

а) облегченный корпус;

б) регулирующую гайку в нижнем фланце на резьбе, предназначенную для регулирования люфта в основной и упорной шаровых опорах при их сборке (регулирующая гайка предохраняется от отвинчивания замком);

в) резьбовый сальник в нижней крышке корпуса вертлюга.

Все опоры качения вертлюга ШВ4-150 взаимозаменяемы с аналогичными опорами вертлюга ШВЗ-150.

В верхней части корпуса вертлюга имеется отверстие, закрытое 3/8" пробкой для выхода газов во время работы вертлюга. После установки вертлюга на место пробка должна быть вывинчена. Вес вертлюга около 1500 кг. Максимальное допустимое число оборотов вертлюга ШВ4-150 равно 200 об/мин.

Вертлюг У6, выпускаемый Уралмашем, широко распространен на наших промыслах и конструктивно мало чем отличается от уже описанных.

Усилия, действующие в вертлюге. Вследствие сравнительно ограниченных габаритов вертлюга его основной опорный подшипник находится в тяжелых условиях работы, принимая на себя нагрузку от веса всего инструмента при значительных скоростях вращения.

Поэтому необходимо изготовлять подшипниковые элементы возможно тщательнее и точнее, так как при неточном изготовлении часть роликов не нагружена вовсе или нагружена не полностью и нагрузка распределяется на меньшее число роликов. Вследствие возникающих при этом повышенных напряжений уменьшается долговечность подшипника.

Штроп вертлюга рассчитывается на разрыв по ослабленному отверстием в проушине сечению и по опасному сечению в месте перегиба его около проушины, а также в верхней части на изгиб, как кривой брус. Усилия, действующие на штроп, вызываются расчетной нагрузкой, направленной вертикально и распределяющейся поровну на обе проушины.

Возникающие под нагрузкой горизонтальные силы распора от корпуса вертлюга на штроп статически не определимы.

Ствол вертлюга рассчитывается на разрыв по ослабленному нарезкой сечению. Кольцевой заплечик ствола, опирающийся на основной подшипник, рассчитывают на изгиб как консоль, у которой защемленное сечение представляет развернутое в прямоугольник кольцевое сечение.

Цапфы корпуса рассчитывают на изгиб и смятие. Расчет самого корпуса зависит от его конструкции. В простой конструкции с массивным телом корпуса его рассчитывают на изгиб по среднему сечению, ослабленному отверстием и выточками.

Величина С больше обусловленного значения 150 кг/см2, но в практике работы роликоподшипника поломки сравнительно редки. Обычно подшипник выходит из строя вследствие того, что у роликов изнашивается рабочая поверхность с торцевой стороны, т. е. там, где происходит не качение роликов по шайбе, а скольжение, сопровождаемое трением.

Подсчитаем, какое максимальное усилие может возникнуть на торцевой поверхности ролика, которое приведет к его износу. При передаче нагрузки на ролик по вертикальному направлению на боковой поверхности ролика возникает реакция Р, которую можно разложить на нормальную к линии соприкасания ролика с шайбой и на горизонтальную D. Последняя сила является причиной истирания ролика на той части торцевой поверхности, которой ролик упирается в борт верхней шайбы.

Подсчитаем величину этой силы на 1 см2. Обозначим через о угол, составленный образующей конуса с осью ролика.

Площадь трущейся о борт шайбы поверхности ролика представляет собою сегмент. При данных размерах ролика она равна около 6 см2. Следовательно, при максимальной нагрузке на роликоподшипник 130 т на рабочей поверхности торца создается давление.

Давление это невелико, тем не менее истирание роликов на указанных поверхностях происходит иногда довольно быстро и при значительно меньшей нагрузке.

Чтобы ролики при качении не набегали один на другой, они вставлены в сепаратор, изготовленный из бронзы или стали. Он представляет собою шайбу, в которой прорезаны окна отдельно для каждого ролика; сепаратор выступами лежит на нижней шайбе подшипника и вращается при перекатывании роликов.

Важной частью вертлюга является рабочая труба, несущая на себе всю нагрузку, передаваемую на вертлюг. На рабочую трубу действуют в основном растягивающие усилия. Наиболее слабым местом трубы будет, очевидно, площадь поперечного сечения, ослабленная нарезкой резьбы.

Каждая половина штропа должна быть рассчитана на растяжение при максимальной нагрузке на нее 65 т. Петлю штропа можно рассматривать как балку с заделанными концами и нагруженную равномерно по всей длине, равной диаметру шипа.

Понравилась эта статья? Поделитесь ею!