Основные эксплуатационные параметры роторов

V.3. Типы и основные параметры роторов, расчеты по их выбору

.Согласно ГОСТ16393-89 для 12 классов буровых установок предусмотрено 5 типов роторов, различающихся по диаметру отверстия в столе: не менее 440, 560, 700, 950 и 1250 мм. Этим же ГОСТ регламентируются расчетные значения мощности привода ротора: не более 180, 300, 370, 440, 550 и 750 кВт. Типоразмеры, силовые и геометрические параметры роторов детализированы в ГОСТ4938-78.

К основным параметрам ротора относятся:

— диаметр проходного отверстия стола ротора D_р.;

— допускаемая статическая нагрузка на стол ротора Р_р;

— частота вращения стола ротора n_р ;

— мощность ротора N_р

Значение D_р выбирается исходя из условия

Диаметры направлений и соответствующих долот зависят от глубины скважин, что показано в табл.6

Значение n желательно выбирать из условия 15об/мин ≤ n_р ≤ 250 об/мин, что диктуется требованиями технологии бурения и критической скоростью вращения бурильной колонны при роторном бурении.

Мощность ротора определяют при расчетах по формуле

Где N_х.в –мощность на холостое вращение бурильной колонны; N_д – мощность, затрачиваемая на вращение долота и разрушение забоя; η-к.п.д.

Таблица 7

Значение N_д проще найти по формуле

При предварительных расчетах частоту вращения ротора выбирают в зависимости от текущей L и конечной L_к глубин бурения по эмпирической формуле Уралмашзавода:

Эта формула предопределяет режим нагружения ротора (а также и вертлюга), поскольку от частоты вращения зависит крутящий момент на столе ротора.

По приведенным формулам можно найти мощность, требуемую для бурения скважины под направление, кондуктор, промежуточные и эксплуатационную колонны. По наибольшей полученной величине выбирается расчетная мощность ротора.

Зная значения N и n_min, можно определить максимальный крутящий момент (кН·м) по формуле

Максимальный крутящий момент используется в расчетах прочности бурильной колонны и деталей трансмиссии ротора.

В ГОСТ 4938-78, на параметры буровых роторов, задается базовое расстояние L_Р,под которым понимается длина, измеряемая от оси ротора до первого ряда зубьев цепной звездочки на быстроходном валу ротора.Величина L_p используется при проектировании цепного привода вращения от лебедки к ротору. Для роторов типоразмеров Р-460, Р-560, Р-700 и Р-950 она равна Lp= 1353 мм, для Р-1260, это условие не выдерживается и Lp=1651 мм.

Техническая характеристика буровых роторов приведена в табл.8.

Источник

Виды роторов

Ротор, у которого при вращении меняется относительное расположение масс, а также имеющий хотя бы один гибкий или упруго закрепленный элемент, называется ротором с изменяющейся геометрией.

Если у ротора,сбалансированного на частоте вращения, меньшей первой критической в двух произвольных плоскостях коррекции, значения остаточных дисбалансов не превышают допустимые на частотах вращения вплоть до наибольшей эксплуатационной, то такой ротор называется жестким. Первая критическая частота жесткого ротора намного выше его эксплуатационной частоты вращения.

Гусаров А.А. «Балансировка роторов машин»

Вас может заинтересовать наша продукция

Балансировочные станки серии БС-44H (в дорезонансном исполнении)

Горизонтальные балансировочные станки серии БС-44H в дорезонансном исполнении для динамической балансировки роторов массой от 3 кг до 10000 кг

Балансировочные станки серии БС-44S (в зарезонансном исполнении)

Горизонтальные балансировочные станки серии БС-44S в зарезонансном исполнении для динамической балансировки роторов массой от 3 кг до 10000 кг

Балансировочные станки серии БС-34

Балансировочные станки серии БС-24

Станок балансировочный БС-24-5T для роторов турбокомпрессоров

Балансировочный станок для двухплоскостной балансировки роторов турбокомпрессоров массой от 50 г до 5 кг

Балансировочные станки для карданных валов серии БСК-44-100

Станок предназначен для динамической балансировки карданных валов различных типов массой от от 5 кг до 150 кг

Вертикальные балансировочные станки серии БС-В

Высокоточные вертикальные балансировочные станки серии БС-В дорезонансного типа для балансировки рабочих колес насосов, вентиляторов и других похожих тел вращения.

Блок измерения управления «Грас 3.2» и «Грас 3.3»

Балансировочные станки производства компании «Робалс» оснащаются новейшей измерительной системой на базе блоков измерения и управления «Грас 3.2» и «Грас 3.3».

Специальные контрольные роторы, спроектированные по требованиям ГОСТ, для проверки точностных параметров балансировочных станков.

Источник

Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором

Учитывая то, что электроснабжение традиционно осуществляется путём доставки потребителям переменного тока, понятно стремление к созданию электромашин, работающих на поставляемой электроэнергии. В частности, переменный ток активно используется в асинхронных электродвигателях, нашедших широкое применение во многих областях деятельности человека. Особого внимания заслуживает асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, который в силу ряда причин занял прочные позиции в применении.

Секрет такой популярности состоит, прежде всего, в простоте конструкции и дешевизне его изготовления. У электромоторов на короткозамкнутых роторах есть и другие преимущества, о которых вы узнаете из данной статьи. А для начала рассмотрим конструктивные особенности этого типа электрических двигателей.

Конструкция

В каждом электромоторе есть две важных рабочих детали: ротор и статор. Они заключены в защитный кожух. Для охлаждения проводников обмотки на валу ротора установлен вентилятор. Это общий принцип строения всех типов электродвигателей.

Конструкции статоров рассматриваемых электродвигателей ничем не отличаются от строения этих деталей в других типах электромоторов, работающих в сетях переменного тока. Сердечники статора, предназначенного для работы при трехфазном напряжении, располагаются по кругу под углом 120º. На них устанавливаются обмотки из изолированной медной проволоки определённого сечения, которые соединяются треугольником или звездой. Конструкция магнитопровода статора жёстко крепится на стенках цилиндрического корпуса.

Строение электродвигателя понятно из рисунка 1. Обратите внимание на конструкцию обмоток без сердечника в короткозамкнутом роторе.

Рис. 1. Строение асинхронного двигателя с КЗ Ротором

Немного по-другому устроен ротор. Конструкция его обмотки очень похожа на беличью клетку. Она состоит из алюминиевых стержней, концы которых замыкают короткозамыкающие кольца. В двигателях большой мощности в качестве короткозамкнутых обмоток ротора можно увидеть применение медных стержней. У этого металла низкое удельное сопротивление, но он дороже алюминия. К тому же медь быстрее плавится, а это не желательно, так как вихревые токи могут сильно нагревать сердечник.

Конструктивно стержни расположены поверх сердечников ротора, которые состоят из трансформаторной стали. При изготовлении роторов сердечники монтируют на валу, а проводники обмотки впрессовывают (заливают) в пазы магнитопровода. При этом нет необходимости в изоляции пазов сердечника. На рисунке 2 показано фото ротора с КЗ обмотками.

Рис. 2. Ротор асинхронного двигателя с КЗ обмотками

Пластины магнитопроводов таких роторов не требуют лаковой изоляции поверхностей. Они очень просты в изготовлении, что удешевляет себестоимость асинхронных электродвигателей, доля которых составляет до 90% от общего числа электромоторов.

Ротор асинхронно вращается внутри статора. Между этими деталями устанавливаются минимальные расстояния в виде воздушных зазоров. Оптимальный зазор находится в пределах от 0,5 мм до 2 мм.

В зависимости от количества используемых фаз асинхронные электродвигатели можно разделить на три типа:

Они отличаются количеством и расположением обмоток статора. Модели с трехфазными обмотками отличаются высокой стабильностью работы при номинальной нагрузке. У них лучшие пусковые характеристики. Зачастую такие электродвигатели используют простую схему пуска.

Двухфазные двигатели имеют две перпендикулярно расположенных обмотки статора, на каждую из которых поступает переменный ток. Их часто используют в однофазных сетях – одну обмотку подключают напрямую к фазе, а для питания второй применяют фазосдвигающий конденсатор. Без этой детали вращение вала асинхронного электродвигателя самостоятельно не начнётся. В связи с тем, что конденсатор является неотъемлемой частью двухфазного электромотора, такие двигатели ещё называют конденсаторными.

В конструкции однофазного электродвигателя используют только одну рабочую обмотку. Для запуска вращения ротора применяют пусковую катушку индуктивности, которую через конденсатор кратковременно подключают к сети, либо замыкают накоротко. Эти маломощные моторчики используются в качестве электрических приводов некоторых бытовых приборов.

Принцип работы

Функционирование асинхронного двигателя осуществляется на основе свойства трёхфазного тока, способного создавать в обмотках статора вращающее магнитное поле. В рассматриваемых электродвигателях синхронная частота вращения электромагнитного поля связана прямо пропорциональной зависимостью с собственной частотой переменного тока.

Существует обратно пропорциональная зависимость частоты вращения от количества пар полюсов в обмотках статора. Учитывая то, что сдвиг фаз составляет 60º, зависимость частоты вращения ротора (в об/мин.) можно выразить формулой:

В результате действия магнитной индукции на сердечник ротора, в нём возникнет ЭДС, которая, в свою очередь, вызывает появление электрического тока в замкнутом проводнике. Возникнет сила Ампера, под действием которой замкнутый контур начнёт вращение вдогонку за магнитным полем. В номинальном режиме работы частота вращения ротора немного отстаёт от скорости вращения создаваемого в статоре магнитного поля. При совпадении частот происходит прекращение магнитного потока, ток исчезает в обмотках ротора, вследствие чего прекращается действие силы. Как только скорость вращения вала отстанет, переменными токами магнитных полей, возобновляется действие амперовой силы.

Разницу частот вращения магнитных полей называют частотой скольжения: n_s=n₁–n₂, а относительную величину s, характеризующую отставание, называют скольжением.

С целью уменьшения гармоник ЭДС и сглаживания пульсаций момента силы, стержни короткозамкнутых витков немного скашивают. Взгляните ещё раз на рис. 2 и обратите внимание на расположение стержней, выполняющих роль обмоток ротора, относительно оси вращения.

Скольжение зависит от того, какую механическую нагрузку приложено к валу двигателя. В асинхронных электромоторах изменение параметров скольжения происходит в диапазоне от 0 до 1. Причём в режиме холостого хода набравший обороты ротор почти не испытывает активного сопротивления. S приближается к нулю.

Увеличение нагрузки способствует увеличению скольжения, которое может достигнуть единицы, в момент остановки двигателя из-за перегрузки. Такое состояние равносильно режиму короткого замыкания и может вывести устройство из строя.

Относительная величина отставания соответствующая номинальной нагрузке электрической машины называется номинальным скольжением. Для маломощных электромоторов и двигателей средней мощности этот показатель изменяется в небольших пределах – от 8% до 2%. При неподвижности ротора электродвигателя скольжение стремится к 0, а при работе на холостом ходу оно приближается к 100%.

Во время запуска электромотора его обмотки испытывают нагрузку, что приводит к резкому увеличению пусковых токов. При достижении номинальных мощностей электрические двигатели с короткозамкнутыми витками самостоятельно восстанавливают номинальную частоту ротора.

Обратите внимание на кривую крутящего момента скольжения, изображённую на рис. 3.

Рис. 3. Кривая крутящего момента скольжения

При увеличении крутящего момента коэффициент s изменяется от 1 до 0 (см. отрезок «моторная область»). Возрастает также скорость вращения вала. Если скорость вращения вала превысит номинальную частоту, то крутящий момент станет отрицательным, а двигатель перейдёт в режим генерации (отрезок «генерирующая область»). В таком режиме ротор будет испытывать магнитное сопротивление, что приведёт к торможению мотора. Колебательный процесс будет повторяться, пока не стабилизируется крутящий момент, а скольжение не приблизится к номинальному значению.

Преимущества и недостатки

Повсеместное использование асинхронных двигателей с короткозамкнутыми роторами обусловлено их неоспоримыми преимуществами:

Из недостатков можно отметить:

Электродвигатели данного типа имеют приличную механическую характеристику. Несмотря на недостатки, они лидируют по показателям их применения.

Основные технические характеристики

В зависимости от класса электродвигателя, его технические характеристики меняются. В рамках данной статьи не ставится задача приведения параметров всех существующих классов двигателей. Мы остановимся на описании основных технических характеристик для электромоторов классов 56 А2 – 80 В2.

В этом небольшом промежутке на линейке моделей эелектромоторов с короткозамкнутыми роторами можно отметить следующее:

Мощность составляет от 0,18 кВт (класс 56 А2) до 2,2 кВт (класс 80 В2).

Ток при максимальном напряжении – от 0,55 А до 5А.

Частота вращения вала для всех моделей из указанного промежутка составляет 3000 об./мин.

Технические характеристики конкретного двигателя указаны в его паспорте.

Подключение

Статорные обмотки трёхфазного АДКР можно подключать по схеме «треугольник» либо «звезда». При этом для звёздочки требуется напряжение выше, чем для треугольника.

Обратите внимание на то, что электродвигатель, подключенный разными способами к одной и той же сети, потребляет разную мощность. Поэтому нельзя подключать электромотор, рассчитанный на схему «звезда» по принципу треугольника. Но с целью уменьшения пусковых токов можно коммутировать на время пуска контакты звезды в треугольник, но тогда уменьшится и пусковой момент.

Схемы включения понятны из рисунка 4.

Рис. 4. Схемы подключения

Для подключения трёхфазного электрического двигателя к однофазному току применяют фазосдвигающие элементы: конденсаторы, резисторы. Примеры таких подключений смотрите на рисунке 5. Можно использовать как звезду, так и треугольник.

Рис. 5. Примеры схем подключений в однофазную сеть

С целью управления работой двигателя в электрическую цепь статора подключаются дополнительные устройства.

Источник

Ротор. Назначение, устройство, условия работы, основные требования. Расчет и выбор основных параметров ротора.

Ротор служит также для поддерживания бурильной или обсадной колонны на весу при помощи элеватора или пневматических клиньев. Для выполнения перечисленных работ ротор должен обеспечивать необходимую частоту вращения бурильной колонны и легко менять направление вращения, грузоподъемность его должна несколько превышать вес наиболее тяжелой колонны.

Ротор (рис. 1) состоит из литого стального корпуса 2, во внутренней полости которого на упорном шариковом подшипнике 4 размещен стол 3 с укрепленным с помощью горячей посадки зубчатым коническим венцом. Последний входит в закрепление с конической звездочкой, посаженной на валу 8, вращающемся на двух подшипниках. В нижней части устанавливается вспомогательная опора 1, закрепленная гайкой 10. верхняя часть стола ротора закрывается кольцевым кожухом 7, ограждающим периферическую часть вращающего стола. На консольной части роторного вала смонтировано цепное колесо 9, через которое подводится мощность к ротору.

Диаметр отверстия в столе ротора определяет максимальный размер долота, которое может быть пропущено через него. В связи с этим выпускают роторы с различными диаметрами проходного отверстия (400-760 мм). В центральное отверстие вставляют вкладыши 6, в которые вводят зажимы 5 для ведущей трубы. Перемещение вкладышей ротора и зажимов в осевом направлении предупреждается запорами, а закрепление стола осуществляется защелкой.

Для смазки трущихся деталей и отвода тепла, образующегося при работе зубчатых передач и подшипников, в станину ротора заливается масло.

В процессе роторного бурения часть мощности расходуется на привод поверхностного оборудования, вращение бурильной колонны и разрушение горной породы долотом. Рассчитать требуемую мощность на осуществление перечисленных работ очень трудно, так как затрата мощности зависит от очень многих факторов: диаметра бурильной колонны и скважины, длины бурильной колонны, свойств промывочной жидкости и т.д. поэтому можно сделать только ориентировочные расчеты, показывающие, что с ростом глубины скважины бесполезная затрата мощности возрастает и, следовательно, проводимая к долоту мощность уменьшается.

Такой переход видов энергии из одного состояния в другое приводит к возникновению упругих колебаний, и, если их частота совпадает с частотой вынужденных колебаний колонны, возникающих вследствие неравномерной подачи долота, то наступает резонанс, передающийся через ведущую трубу ротору. Последний при создании таких условий его эксплуатации испытывает большие динамические нагрузки, приводящие к интенсивным вибрациям ротора, его фундамента, вышки; все это сопровождается нарастанием шума в буровой, а иногда даже авариями.

Как видно, вращение бурильной колонны, необходимое при роторном бурении, приводит к значительному осложнению процесса проходки скважины. Этим и объясняется вытеснение роторного бурения в ряде районов бурением с забойными двигателями.

7. Расчет бурового ротора и его параметров

Диаметр проходного отверстия

Диаметр проходного отверстия в столе ротора должен быть достаточным для спуска долот и обсадных труб, используемых при бурении и креплении скважины. Для этого необходимо, чтобы отверстие в столе ротора было больше диаметра долота при бурении под направление:

D = D_дн + δ (дельта) мм,

где D — диаметр проходного отверстия в столе ротора; D_лн — диаметр долота при бурении под направление скважины; δ — диаметральный зазор, необходимый для свободного прохода до­лота (б = 20 мм).

В глубоких скважинах диаметр направления обычно возрастает вследствие увеличения числа промежуточных колонн.

Допускаемая статическая нагрузка

Допускаемая статическая нагрузкана стол ротора должна быть достаточной для удержания в неподвижном состоянии наи­более тяжелой обсадной колонны, применяемой в заданном диа­пазоне глубин бурения. В большинстве случаев более тяжелыми оказываются промежуточные колонны обсадных труб, вес кото­рых для некоторых конструкций скважины приближается к зна­чению допускаемой нагрузки на крюке буровой установки. По­этому паспортное значение допускаемой статической нагрузки на стол ротора обычно совпадает с величиной допускаемой нагрузки на крюке, принятой для буровых установок соответствующего класса.

Наряду с этим допускаемая статическая нагрузка не должна превышать статической грузоподъемности подшипника основной опоры стола ротора. Исходя из рассмотренных условий, можно записать

Источник

Роторы

Ротор нужен для осуществления вращения бурильной колонны (подвешенной), а так же при бурении забойными двигателями с помощью ротора осущес

ИА Neftegaz.RU. Роторы

Ротор нужен для осуществления вращения бурильной колонны (подвешенной), он также необходим при бурении забойными двигателями (с его помощью осуществляется восприятие реактивного крутящего момента) и при проворачивании инструмента в ходе ловильных работ. Роторы также эффективны при поддержании обсадных труб или бурильных колонн на весу.

Роторы выглядят как конический редуктор с зубцами. Коническое колесо аппарата соединено со столом и насажено на втулку, а ось стола расположена по оси скважины. Ротор так же используют для свинчивания и развинчивания труб.

Роторы могут различаться по диаметру проходного отверстия, по мощности и по допускаемой статистической нагрузке

Известна классификация по конструкторской характеристике : роторы неподвижные и перемещающиеся возвратно-поступательно относительно устья скважины. Перемещение происходит в вертикальном направлении.

цепных, карданных и зубчатых передач от буровой лебедки
индивидуального двигателя
коробки смены передач

Привод ротора обусловливает различное изменение скоростей и моментов вращения.
Оно может быть:

ступенчатым
непрерывно-ступенчатым
непрерывным

В буровых установках привод ротора управляется с помощью цепной трансмиссии от лебедки или КПП карданной передачи. При установке лебедки ниже пола буровой управление осуществляется дополнительной трансмиссией от лебедки.

Состав роторной установки:

В табл. 30 приведена техническая характеристика роторов, изготавливаемых ВЗБТ и ПО «Уралмаш».

На рисунке показан ротор Р-560.

На сегодняшний день активно эксплуатируются следующие модификации роторов ПО «Уралмаш»: Р-700, Р-950 и Р-1260

Для них характерны следующие конструкторские новшества:

надежное лабиринтное уплотнение масляной ванны (это повышает эксплуатационный срок зубцов ротора и основной опоры стола)

стопорное устройство способно фиксировать стол (это также это повышает эксплуатационный срок зубцов ротора, продлевает срок службы опор)

зубчатые колеса характеризуются повышенной точностью и плавностью зацепления

Источник