Размеры, основные параметры, конструктивные и технологические особенности

Глава 10 ТАЛЕВЫЕ КАНАТЫ

Стальные проволочные канаты, используемые для соединения буровой лебедки с кронблоком и талевым блоком, называются талевыми канатами. В процессе эксплуатации талевые канаты подвергаются растяжению и многократным перегибам на шкивах кронблока, талевого блока и барабане лебедки, в результате которых происходит усталостное разрушение их. Наружные проволоки каната подвергаются износу на шкивах и барабане лебедки, поэтому ускоряется процесс их усталостного разрушения. Вследствие недостаточной долговечности возрастают потребление талевых канатов и вынужденные простои буровых установок в ожидании смены изношенных канатов, что отрицательно влияет на технико-экономические показатели бурения.

Согласно ГОСТ 16853—71, талевые канаты для эксплуатационного и глубокого разведочного бурения изготовляются в трех исполнениях, различающихся по типу используемых сердечников:

1 — с металлическим сердечником (м/с);

2 — с органическим трехпрядным сердечником (о. с.);

3 — с пластмассовым стержневым сердечником (и. е.).

Основные размеры и параметры талевых канатов приведены на рис. 10.1 и в табл. 10.1.

Диаметр каната измеряется штангенциркулем по выступам диаметрально расположенных прядей (рис. 10.2). Предельные

Рис. 10.1. Талевые канаты типа ЛК-РО с сердечниками:

а — металлический; б — органическим трехпрядным; в — пластмассовом

отклонения диаметров каната должны быть +6;%, для канатов исполнения 1 и 3 — 10 % для канатов исполнений 2 и 3.

Шаг свивки каната измеряется по расстоянию между двумя одноименными точками наружных проволок, расположенных через каждые к + 1 прядей, где к — число прядей в канате (рис. 10.2, б). С уменьшением шага свивки возрастают прочность и структурная плотность каната. В талевых канатах шаг свивки проволок в прядях и сердечнике не должен превышать их 8,5-кратного диаметра, а шаг свивки прядей в канате — 6,5-кратного диаметра каната. По длине каната шаги свивки проволок в прядях и прядей в канате должны быть равномерными.

Таблица 10.1

Основные размеры и параметры талевых канатов по ГОСТ 168

Диаметр каната	Диаметр проволоки, мм	Расчетная площадь сечения веек проволок, мм,   исполнения	Расчетная масса 100 м смазанного каната, кг исполнения
цевтральяой в прядв	1-го слоя (шесть проволок)	2-го слоя	3-го слоя (двенадцать проволок)
большой (шесть проволок)	малой (шесть проволок)
1-го	2-го и 3-го	1-го	2-го
	1,35	1,30	1,20	0,85	1,60	300,64	262,18
	1,55	1,45	1,30	1,00	1,80	376.50	329,95
	1,70	1,60	1,50	1,10	2,00	470,06	409,94
	1,85	1,75	1,65	1.20	2,20	564,13	494,01
	2,00	1,90	1,80	1,30	2,40	672,50	585,92

Примечания: 1. Канат исполнения I снабжается сердечником 6x7+1 м. с.

При использовании сердечника 6x7+1 о. с. разрывные усилия каната снижаются на 2 ч

Рис. 10.2. Измерение диаметра каната штангенциркулем а и замер шага свивки шестипрядного каната б

Прочность каната на разрыв характеризуется суммарным разрывным усилием всех проволок в канате и агрегатным разрывным усилием . Суммарное разрывное усилие определяется по формуле

,

где — площади поперечного сечения проволок каната; — число проволок каждого диаметра; — пределы прочности проволок соответствующего диаметра.

53—71 (тип ЛК-РО, конструкция 6X31 + 1 м. с; 6X81 + 1 о. с; 6X81 + и. с)

Расчетное разрывное усилие, кН, не менее, по пределу прочности на разрыв , МПа
суммарное	агрегатное	суммарное	агрегатное	суммарное	агрегатное	суммарное	агрегатное	суммарное	агрегатное	суммарное	агрегатное
Исполнение 1	Исполнение 2 и3
481,0	408,8	511,0	433,4	541,1	456,9	419,1	356,5	445,7	378,8	471,9	401,1
602,4	512,0	640,0	544,0	677,7	576,0	527,9	448,7	560,9	476,8	593,9	504,8
752,1	639,3	799,1	679,2	846,1	719,2	655,9	557,5	696.9	592,4	737,9	627,2
902,6	767,2	959,0	815,2	1015,4	863,1	740,4	671,8	839,8	713,8	889,2	755,8
1076,0	914,6	1143,3	971,8	1210,5	1028,9	937,5	796,9	996,1	846,7	1054,7	896,5

Агрегатное разрывное усилие определяется в результате растяжения готового каната на испытательных машинах. Опыт показывает, что из-за деформации проволок при свивке и неравномерного натяжения прядей разрывное усилие каната в целом или агрегатное разрывное усилие каната меньше суммарной прочности проволок, использованных при его изготовлении. Потеря прочности каната от свивки характеризуется коэффициентом

Для талевых канатов потеря прочности от свивки не должна превышать 15%

Проволоки для канатов изготовляют из высокоуглеродистой стали с добавками 0,4—0,7 %, марганца и 0,3 % кремния. В результате термической обработки и наклепа при протяжке (волочении) предел прочности проволоки может быть увеличен до 2600 МПа. Пряди и металлические сердечники талевых канатов изготовляются из светлой (без защитного металлического покрытия) проволоки с пределом прочности 1600—1800 МПа. Проволоки с более высоким пределом прочности обладают пониженной усталостной прочностью и поэтому для изготовления талевых канатов не используются. Важное значение имеет однородность проволоки по ее длине.

По допускаемому разбегу предела прочности и пластических свойств (числу перегибов и скручиваний до разрушения) проволоки талевых канатов делятся на две марки — высшую В и первую /. Допускаемый разбег предела прочности проволок, взятых из каната, не должен превышать величин, указанных ниже.

Маркировочная группа каната по пределу прочности,

МПа......................................... 1600 1700 1800

Допускаемый разбег предела прочности, МПа, каната

марки:

В....................... 26 27 29

I...................... 32 34 37

Долговечность стальных канатов существенно зависит от материала и конструкции их сердечника, препятствующего смещению прядей и смятию каната под действием осевых и радиальных нагрузок. Канаты с органическим сердечником из растительных волокон (пенька, сизаль, манила) наиболее гибкие. Канаты с пластмассовыми и металлическими сердечниками обладают большей сопротивляемостью поперечному сжатию, благодаря чему лучше сохраняют свою форму при огибании шкивов и намотке на барабан. Пластмассовые сердечники в виде сплошного круглого стержня впервые были применены в талевых канатах. Лабораторные и промысловые испытания на буровых показали, что наработка талевых; канатов с пластмассовым сердечником на 20—30%, превышает наработку однотипных канатов с пеньковым сердечником.

Для защиты от износа и атмосферной коррозии канат покрывают при свивке специальными смазками (технический вазелин, битум в сочетании с гудроном, полиамидные смазки и др.). Смазки для талевых канатов наряду с антикоррозионными и антифрикционными свойствами должны обладать достаточной прилипаемостью (адгезией) и температурной стойкостью. Повышенные требования к адгезионным свойствам смазок обусловлены действием значительных центробежных сил, отбрасывающих смазку с поверхности каната при огибании шкивов и барабана.

Физико-механические свойства смазки должны сохраняться при температурах от —50 до +50°С, характерных для северных и южных районов бурения. Указанным требованиям наиболее полно отвечают смазки Московского нефтемаслозавода, специально разработанные для талевых канатов. Однако из-за ограниченных объемов производства эти смазки не получили распространения. Взамен используются смазки 39-У. Смазку наносят тонким слоем внутрь прядей и на поверхность канатов в процессе их изготовления. Органические сердечники каната пропитываются противогнилостными и антикоррозионными составами.

Талевые канаты изготовляют путем двойной свивки — проволок в круглые пряди, а последних в однослойные шестипрядные канаты (тросы). Шестипрядная конструкция обладает рациональным соотношением диаметров прядей и сердечника, при котором обеспечивается выгодное сочетание прочности и гибкости каната.

По способу свивки канаты тросовой конструкции подразделяются на обыкновенные и нераскручивающиеся. В обыкновенных канатах проволоки сохраняют напряжения, порождаемые их упругой деформацией в процессе свивки прядей и каната. Нераскручивающиеся канаты свиваются из предварительно деформированных проволок и прядей. В результате предварительной деформации проволоки и пряди приобретают геометрические формы, соответствующие их положению в готовом канате. Вследствие этого уменьшаются свивочные напряжения, что способствует снижению момента упругой отдачи каната и повышению его гибкости и выносливости.

В результате сравнительных натурных испытаний установлено, что выносливость нераскручивающихся канатов на 25—30 % больше, чем канатов с обыкновенной свивкой, поэтому талевые канаты изготовляют нераскручивающимися. Способ свивки определяется по поведению проволок и прядей в готовом канате. В обыкновенном канате при освобождении его концов от перевязок пряди самопроизвольно расплетаются и требуются сравнительно большие усилия для их обратной укладки. Пряди нераскручивающихся канатов не расплетаются и легко укладываются в свое первоначальное положение.

Согласно ГОСТ 16853—71, талевые канаты в процессе изготовления подвергаются опрессовке на рихтовальных устройствах, способствующей повышению срока их службы.

В зависимости от взаиморасположения проволок в прядях различают канаты с точечным (ТК) и линейным (ЛК) касанием (контактом) проволок. Канаты с линейным касанием проволок более долговечны. Испытания показывают, что их наработка в 1,5—2 раза превышает наработку канатов с точечным касанием. Талевые канаты относятся к типу ЛК-РО, отличающемуся тем, что в отдельных слоях пряди используются проволоки разного (Р) и одинакового (О) диаметров. Каждая прядь талевого каната содержит 31 проволоку. Эти проволоки свиты в три слоя: (1+6) + (6.6) + 12. Первый слой (1+6) состоит из шести проволок одинакового диаметра и центральной проволоки. Второй слой (6.6) состоит из шести толстых и шести тонких проволок, а третий из двенадцати проволок более толстых, чем в первом и втором слоях. Благодаря принятой конструкции прядей обеспечиваются достаточная гибкость и износостойкость талевого каната, необходимые для его эффективной работы.

По роду свивки различаются канаты крестовой и односторонней свивки. В канатах крестовой свивки проволоки в пряди свиты в одну сторону, а пряди в канат—в противоположную. В канатах односторонней (параллельной) свивки проволоки и пряди свиты в одну сторону. При крестовой свивке наружные проволоки располагаются параллельно (рис. 10.3, а и б), а при односторонней — под углом к оси каната (рис. 10.3, виг). Канаты односторонней свивки вследствие гибкости и плотности расположения проволок по сечению обладают повышенной выносливостью и износостойкостью. Однако они непригодны для буровых установок, так как вызывают закручивание свободно подвешенного талевого блока из-за чрезмерных свивочных напряжений в проволоках каната. В канатах крестовой свивки проволоки деформируются в разных направлениях при свивке прядей и каната, поэтому свивочные напряжения оказываются

Таблица 10.2

Направление укладка витков каната на барабане	Положение каната относительно барабана	Рекомендуемое направление свивки каната
Справа налево	Под барабаном	Правое
Слева направо	Над барабаном	»
Слева направо	Под барабаном	Левое
Справа налево	Над барабаном	»

незначительными.

Канаты имеют правое и левое направление свивки, При правом направлении (рис. 10.3, а и в) свивки пряди располагаются слева вверх направо, а при левом — справа вверх налево (рис. 10.3, б и г). Направление свивки выбирается в зависимости от положения каната относительно барабана и направления укладки его витков на барабане. Наматывание на барабан лебедки сопровождается подкручиванием каната в результате его смещения относительно ранее навитого на барабан витка. Поэтому направление свивки следует выбирать так, чтобы при намотке на барабан канат подкручивался в направлении своей свивки. В этом случае дополнительная подкрутка способствует упорядоченной и плотной укладке каната на барабан. Правила выбора направления свивки каната указаны в табл. 10.2.

При многослойной намотке направление свивки выбирается из условия упорядоченной и плотной укладки первого слоя, способствующего нормальной намотке последующих слоев. С учетом свободной подвески талевого блока и принятой схемы навивки каната на барабан лебедки талевые канаты изготовляются правой крестовой свивки.

Сопротивляемость каната упругой деформации при растяжении характеризуется модулем упругости, величина которого зависит от конструктивных я технологических параметров каната.

где — модуль упругости каната; Е — модуль упругости проволоки; а =0,33-:-0,35 по данным многих авторов для стальных канатов двойной свивки.

С увеличением числа повторных свивок проволок в канате л углов свивки модуль упругости каната снижается. При растяжении происходит конструктивное удлинение каната, в результате которого его диаметр уменьшается до номинального. В зависимости от используемого сердечника, диаметра и числа проволок конструктивное удлинение каната изменяется в пределах 0,2— 6 % от рабочей длины каната.

Длина талевого каната устанавливается заказчиком. Различают канаты нормальной длины — для работы с перепусками — и укороченные. Рекомендуемые длины талевых канатов по ГОСТ 16 853—71 приведены ниже.

Диаметр каната, мм.............. 25 28 32 35 38

Длина каната, м, не менее:

нормального....... 1000 1200 1500 2000 2000

укороченного............ 450 570 750 1000 1200

Отклонения от заказанной длины каната допускаются в пределах ±1 %.

Примеры условного обозначения талевого; каната: канат исполнения 1 диаметром 32 мм из проволоки с пределом прочности 3600 МПа правой крестовой свивки марки В: канат Л432-1600-В — ГОСТ 16 853—71.

То же, левой крестовой свивки: канат 1-32-1600-Л-В — ГОСТ 16 853—71.