Силовой привод – источник энергии, необходимой для работы исполнительных механизмов и устройств буровой установки.
Привод основных исполнительных механизмов (лебедки, ротора и
насоса) называется главным приводом буровой установки. Суммарная мощность
привода основных исполнительных органов называется установленной мощностью.
По характеру энергоснабжения приводы подразделяются на зависимый и автономный.
Зависимый привод получает
энергопитание от внешней централизованной системы местного или
общереспубликанского значения, и его задача состоит в преобразовании подведенной
энергии в механическую мощность.
Автономный
привод представляет собой самостоятельный энергетический источник,
потребляющий энергетическое сырье. В этом случае создается запас
энергетического сырья в хранилище возле буровой.
Основные внешние характеристики двигателей – номинальная мощность на валу двигателя и номинальная частота вращения вала двигателя.
На современных буровых в качестве главного привода
применяют двигатели различного типа: внутреннего сгорания (бензиновые и
дизельные), электрические (работающие от централизованной системы
электроснабжения и от дизель-электрической станции, входящей в комплект буровой
установки), а также газотурбинные.
Каждый тип двигателей отличается внешней характеристикой. Наиболее гибкую
характеристику имеют паровая машина и электродвигатель постоянного тока.
К характеристике можно отнести также коэффициент
перегрузочной способности, который показывает отношение максимального крутящего
момента на валу двигателя к номинальному: k = Mmax/Мnom.
Двигатель для привода лебедки и ротора должен обладать:
- значительным пусковым моментом для преодоления инерции массы бурильных труб и преодоления сил трения труб о стенки скважины;
- плавностью запуска (без больших динамических нагрузок);
- большой перегрузочной способностью для преодоления кратковременных перегрузок, возникающих, например, при спускоподъемных операциях. Желательно, чтобы двигатель обладал реверсом – способностью изменять направление вращения.
В настоящее время созданы установки с двигателями
постоянного тока, так как промышленность освоила производство высокоэффективных
тиристорных выпрямителей большой мощности.
Для трансформации крутящего момента и частоты вращения используют:
- механические трансмиссии с многоступенчатыми коробками передач, зубчатыми или цепными:
- турботрансформаторы в комбинации с упрощенными коробками передач.
С целью улучшения пусковых характеристик двигателей для привода насосов используют фрикционные муфты, турбо- и электромуфты, которые допускают кратковременное регулирование частоты вращения.
В механических
трансмиссиях буровых установок применяют зубчатые, многорядные клиноременные и
цепные передачи, а также карданные валы. В качестве муфт сцепления используют
жесткие кулачковые и зубчатые муфты, а в качестве оперативных сцепных муфт – фрикционные дисковые и бандажные муфты и
электромуфты.
Коробки передач в буровых установках предназначены для
изменения частоты и направления вращения ротора и барабана лебедки. Они бывают
зубчатыми и цепными.
Турбопередача представляет собой центробежный насос и
гидравлическую турбину, которые связаны замкнутым кругом циркуляции жидкости.
Турбопередачи применяют для смягчения характеристик двигателей. К ним относятся
турбомуфты и турботрансформаторы.
На стационарных и передвижных установках, как правило,
устанавливают несколько двигателей, которые в зависимости от схемы
подсоединения образуют групповой, раздельный или смешанный приводы.
При групповом приводе
все двигатели главного привода присоединены к единому общему выводу, от
которого приводятся в действие лебедка, ротор и насосы. Для раздельного привода
характерно, что каждый основной исполнительный механизм установки приводится
отдельным двигателем. При смешанном приводе часть основных исполнительных механизмов
имеет общий привод, а некоторые (например, буровые насосы) приводятся в действие
отдельным двигателем.
Если используются двигатели внутреннего сгорания
(дизельные) или электродвигатели переменного тока с питанием от промышленной
сети, то применяют групповой привод или смешанный. Если установка оснащена
электродвигателями постоянного тока, питающимися от индивидуальной
дизель-электростанции, то лучшие результаты получают при раздельном или
смешанном приводе.
При газотурбинном приводе используется такая система
соединения, которая позволяет применять групповой или смешанный привод.
Если работы ведутся в местности с развитой промышленной
системой электроснабжения, то предпочтительно использовать буровые установки с
приводом от электродвигателя. Электропривод делает установку более компактной,
облегчает ее обслуживание и снижает ее массу. Использование индивидуальной
дизель-электростанции постоянного тока позволяет достигнуть более гибкого
регулирования работы установки, но вместе с тем увеличивает общую массу
оборудования, поэтому такой вид привода не получил широкого применения.
В последнее время начали применять буровые установки с
электроприводом постоянного тока, получающим питание от сети через тиристорные
выпрямительные станции.