Расчет талевых канатов

Прочность и долговечность талевых канатов зависят от действующих эксплуатационных нагрузок, кратности оснастки, размеров огибаемых шкивов и барабана, диаметра и конструкции каната.

Известные методы расчета не позволяют с достаточной для практики точностью определить влияние указанных и других факторов (нестационарный режим загружения, износ вследствие трения на шкивах и барабане, а также между проволоками и прядями каната) на напряженное состояние, прочность и долговечность талевых канатов. Поэтому их рассчитывают по максимальной статической нагрузке

где — агрегатное разрывное усилие каната (выбирается по ГОСТ 16853—71 и зависит от диаметра и предела прочности проволок каната); — натяжение ходовой струны каната при подъеме наиболее тяжелой бурильной колонны с учетом веса подвижной части и к. п.д. талевого механизма; [ к ] — допускаемый запас прочности.

При этом условии, согласно правилам безопасности в нефтегазодобывающей промышленности, допускаемый запас прочности талевых канатов принимается .

На рис. 10.4 приведена номограмма для расчета запаса прочности

Рис 10.4. Номограмма для расчета запаса прочности талевых канатов

зависимости от нагрузки на крюке, диаметра каната и кратности оснастки. На крайней правой шкале показана ожидаемая относительная долговечность каната в зависимости от запаса прочности, установленная по данным натурных испытаний каната на усталость. За 100%, долговечности условно принято число циклов до разрушения каната от усталости при пятикратном запасе прочности.

Пример. Дано: =2000 кН; оснастка талевой системы 5x6; диаметр каната 35 мм.

Ответ: k =3,2 для каната 6x31 + 1 о. е.; k =3,6 для каната 6x31 + 1 м. с; =220 кН.

На рис. 10.5 приведена развернутая схема талевой системы буровых установок. При неподвижном талевом блоке струны каната под действием подвешенного груза растягиваются с одинаковым усилием:

(10.1)

где — вес талевого блока и подвешенного груза; — кратность оснастки; — число шкивов талевого блока.

При подъеме и опускании талевого блока усилия в струнах каната изменяются из-за сопротивлений, учитываемых коэффициентом полезного действия шкива. На к. п. д. шкивов наиболее значительно влияет трение в опорах и между канавкой шкива и канатом. Независимо от диаметра к. п. д. шкива на подшипниках скольжения =0,95-:-0,96, а на подшипниках качения =0,97-:- 0,98.

В расчетах талевых канатов удобнее пользоваться коэффициентом сопротивления шкива |. Тогда натяжения сбегающей и набегающей струн

(10.2)

На рис. 10.5 натяжение первой рабочей струны каната, следующей за неподвижной струной обозначим а натяжения последующих струн и т. д. При кратности оснастки талевой системы натяжение последней рабочей струны обозначим .

Согласно формуле (10.2), натяжения отдельных струн талевого каната при подъеме составят

(10.З)

Спуско-подъемные операции с бурильными трубами составляют основную долю выполняемой талевым канатом работы. На наращивание и удержание бурильной колонны в процессе бурения скважины, а также спуск обсадных колонн приходится не более 1—2 % всей работы каната. Для учета работы талевого каната разработаны специальные счетчики, опытные образцы которых прошли успешные испытания и рекомендованы к внедрению.

Таблица 10.4

Технический ресурс талевых канатов

Диаметр каната, мм	Длина каната, м	Исполнение каната	Район бурения	Технический ресурс, т-км
каната	1 м
		6 X 31 + 1 о. с.	Волгоград	40 300	33,6
				49 000	40,5
	1 500	6 X 31+ 1 о.. с.	»	44 260
				57 000	38,0
	1 200	6 X 31 + 1 м. с.	Краснодар	32 800	27,0
	1 500	6 X 31 + 1 м. с.	»	41 120	27,1
				47 900	31,6

Показатель долговечности талевых канатов — средний технический ресурс, выраженный в тонно-километрах (т км). Опыт показывает, что технический ресурс талевых канатов зависит от качества их изготовления и условий эксплуатации. Средние значения, полученные по данным промысловых наблюдений, приведены в табл. 10.4 (ГОСТ 16853—71).