Талевые канаты

 

(УП-8)

Модуль упругости  при поперечном сжатии зависит от типа сердечника. Для канатов с органическим сердечником

#„ = (2,5 4-3,5) -Ю»^. (УН-9)

Для канатов с металлическим  сердечником

Я_я = 6-Ю²^. (УН-10)

Податливостью называется способность канатов упруго удлиняться в зависимости от нагрузки растяжения.

Жесткость при  растяжении является величиной обратной податливости

С = 4 = —(УН-11)

I Ь

где Ь — длина каната.

Условной прочностью каната Е_а называется суммарное разрывное усилие всех проволок. При расчетах, если суммарное разрывное усилие Н_а неизвестно, его определяют по номинальному пределу прочности 0₆ проволок:

= (УН-12)

где а_е — предел прочности при растяжении проволоки.

Действительной  прочностью называется усилие, при  котором наступает разрушение каната. Прочность каната в целом всегда ниже, чем суммарная прочность составляющих его проволок.

Если действительная прочность неизвестна, ее можно определить по приближенной формуле

= Д. соз” а соз”¹ р, (УИ-13)

где п — число слоев проволоки в прядях;

щ—число слоев прядей в канате; а и р—углы наклона проволоки в пряди и пряди в канате.

Потерю прочности  обычно выражают в процентах от условной прочности, и для новых талевых  канатов она составляет 11—15%.

В талевых системах буровых установок при расчетах на прочность определяют фактический  коэффициент запаса прочности каната

^пв — (УН-14)

где Р_{ъ тах} — наибольшее напряжение ведущей ветви каната;’ б и Ь_б — диаметры проволоки каната и барабана лебедки.

В талевых системах рекомендуют применять значения коэффициента запаса прочности п_а = 5. При отношении не менее 40

допускают уменьшение коэффициента до 3. При спуске обсадных колонн и новом канате допускается  уменьшение коэффициента до 2. 

Долговечность канатов. Под действием цикли- ’тских нагрузок и перегибов на угол 180° на шкивах и барабане Iг-бедки канаты изнашиваются и разрушаются.

Правилами Госгортехнадзора СССР установлено, что канаты читаются не пригодными для дальнейшей эксплуатации при наличии 10 °о оборванных проволок от общего количества в сечении на длине дного шага свивки.

Испытания на разрыв канатов, не пригодных для дальнейшего использования в данной установке вследствие большого числа обор- ;анных проволок, показывают, что их действительное разрывное отротивление мало уменьшается (на 5—10%) по сравнению с прочностью новых канатов. Это является следствием того, что под дей- твпем нагрузки канат рвется не сразу, а постепенно: вначале разрушаются более напряженные проволоки и пряди, а обрыв уже изношенных канатов происходит внезапно.

Взаимодействие  между проволоками и прядями  в изношенном канате изменяется так, что прочность его становится близкой прочности оставшихся целых проволок в сечении. Причиной разрушения канатов является усталость металла, возникающая вследствие переменных напряжений и износа проволок наружного слоя.

Установлено, что долговечность каната тем меньше, чем больше напряжения растяжения и изгиба и чем выше амплитуда колебаний напряжений.

Установлено также, что канаты односторонней свивки имеют 'олыпую работоспособность, чем  канаты с крестовой свивкой прядей, независимо от того, какую конструкцию свивки имеют проволоки в самой пряди.

При перегибах  канатов на шкиве в проволоках кроме напряжений растяжения ст от нагрузки возникают дополнительные напряжения изгиба а_и. Суммарное напряжение растяжения

(УП-15)

сум р I И

Напряжение растяжения

— о- -+ сг .

 

 

 

где Р — усилие, действующее в ветви каната;

2^/г—площадь поперечного  сечения проволок каната. Напряжение  изгиба

ст_и = Е_ке. (УП-17)

Здесь Е_к — модуль упругости каната из (УН-8);

е — относительное удлинение  проволоки пряди при перегибе на шкиве

(VI1-18)

б

 

Из этих формул видно, что дополнительные напряжения изгиба в проволоках каната зависят  от ее диаметра и диаметра шкива или 

барабана. С увеличением  диаметра шкива не только уменьшаются  эти напряжения, но и уменьшается  скольжение проволок и прядей относительно друг друга, а следовательно, и увеличивается  не только усталостная долговечность, но и долговечность по износу.

При разрыве каната, движущегося на шкивах, фактическое  разрушающее усилие значительно ниже разрушающей нагрузки каната в целом при статическом нагружении. Это является следствием того, что возникающие радиальные сжимающие усилия и трение между проволоками и прядями при статическом нагружении приближают канат к монолитному телу и делают его более прочным.

При прохождении  каната по шкивам под нагрузкой поперечное сечение каната деформируется, силы сцепления между отдельными

 

проволоками уменьшаются, и каждая проволока и прядь  работают отдельно, что значительно  снижает прочность каната.

На рис. УП-З  показана зависимость напряжения разрыва  от диаметра вращающихся шкивов. Эти данные указывают на то, что статический коэффициент запаса прочности п_ — величина условная, которая не характеризует истинного запаса прочности каната в процессе работы. Опытами установлено, что нагрузка, необходимая для разрушения прямолинейного каната (кривая 2), на 3—4% выше статической нагрузки (кривая 1), разрушающей канат, огибающий подвижный блок. На снижение прочности и долговечности движущегося каната значительно влияют диаметр навивки, плотность и направление навивки каната на барабан.

При навивке на барабан канат подвергается деформации трех видов — растяжению, изгибу и кручению, что не учитывается  расчетной формулой.

Канат навивается на барабан по винтовой линии, смещаясь за каждый оборот барабана на величину своего диаметра; это смещение дополняет деформацию растяжения и изгиба деформацией кручения.

В зависимости  от направления свивки каната, направления  вращения барабана, порядка укладки  каната на барабан (справа 
налево или наоборот, на барабан или под барабан) деформация кру- ч-ния может увеличиваться или уменьшаться.

При укладке каната слева направо под барабан  направление :впвкп должно быть левое, при укладке справа налево — правое, что уменьшает напряжения.

В буровых лебедках канат навивается в несколько  слоев так, что направление укладки в различных рядах меняется. Направление -З,пвки при четном числе слоев большой роли не играет.

Сильно влияют на износ канатов форма канавки  шкива, величина удельного давления между канатом и поверхностью канавки.

На рис. VI1-4, а приведены основные данные канавок шкивов, обеспечивающих наименьшее истирание талевых канатов. Высота канатов Н = 1,75 й_к.

 

Рпс. УП-4. Профиль канавок.

а — шкивов; б — барабанов.

Радиус канавки

К = 0,5й_к + (0,02 ч-0,07)с?_к (УН-19)

На рис. VI1-4, б приведен профиль канавок барабанов буровых Чт5едок. Шаг канавки

5 = а, + (2,5 н- 3) [мм], (УН-20)

.• —радиус канавки, К— 0,58;

С —радиус канавки, С — 0,5Л + (1 0,5) [мм].

Удельное давление между  канатом н канавкой

(УН-21)

где Р_п — номинальное натяжение каната.

Допустимое удельное давление между канатом и канавкой;

а) шкивы из среднеуглеродистой стали, канавки обработаны до чистоты у 3.

[р] — 600 ч- 750 Мн/м²-, 

б) шкивы из марганцевой стали, поверхность канавки закалена и шлифована до чистоты у 7.

[р] = 1750 2800 Мн/м².

Влияние смазки на выносливость каната. Хорошо смазанные канаты с сердечником, пропитанным маслом, выдерживают в 1,5—2 раза больше перегибов, чем не смазанные. Буровые талевые канаты не требуют дополнительной смазки, так как вследствие непродолжительного срока их службы смазки, закладываемой в канат при его изготовлении, достаточно.

Работа совершаемая канатом. Вследствие отсутствия надежных методов расчета долговечность оценивается по производимой канатом работе. Этот метод не дает точного ответа

о фактической работоспособности каната и зависимости ее от различных факторов, однако может служить для сравнительной оценки долговечности каната при эксплуатации в сопоставимых условиях.

Если принять, что работа каната, выполненная при  подъеме, равна работе при спуске, то работа спуска и подъема может  быть определена по формуле

 

А = 2

(УН-22)

2ь(26+1)

 

где д—вес 1 м труб с учетом замков и высаженной части;

2^ — суммарная длина  бурильных труб, извлеченных из  скважины за время ее проводки;

1. — длина свечи;

С — вес подвижной части талевой системы.

Приведенная методика расчета используется для относительной  оценки правильности выбора каната, размеров шкивов, барабанов и других узлов  талевой системы. Более точные и  сложные формулы не вносят существенной разницы в результаты. Количество каната, необходимое для проводки одной скважины,

В = ~,

а

где а — нормативная величина работы талевого каната в тонно- километрах, устанавливается заводом-изготовителем. Для талевых канатов обычных конструкций составляет 6—20 тыс. т/км.

§ 3. Кронблоки и талевые блоки

Кронблок является неподвижным узлом талевой системы  и предназначен для поддержания на весу в вышке подвижной ее части с крюком и грузом на нем. Талевый блок является подвижным узлом талевой системы, к которому подвешивается крюк. В ряде случаев талевый блок выполняется за одно целое с крюком.