Модернизация системы очистки раствора буровых установок в условия работ ООО «Буровая компания «Евразия»

,                                                                                                (2.2)

где = 0,16 х 10^-3 м - размер отверстий сита 0,16 х 0,16 мм;

a = (1-2) х 10^-3 м — амплитуда колебаний сита, на основании практических данных.

Практически при:

а = 1 х 10^-3  n = 2000 мин^-1

а = 2 х 10^-3  n = 1000 мин^-1

Выбираем электродвигатель с n = 1800 мин^-1, он подходит для различной амплитуды колебаний вибросита.

Амплитуда колебаний меняется раздвижением грузов дебаланса.

Определим скорость транспортирования  шлама по виброситу. Частота колебаний плоской поверхности: n = 1800 мин^-1, тогда угловая частота

                                                                                                      (2.3)

.

 

Амплитуда колебаний  м, угол наклона сита к горизонту = 0, угол вибраций = 45°,

Коэффициент трения покоя  и скольжения соответственно ₁= 1;  f= 0,7.

Коэффициент восстановления при ударе R=0,1. Рассчитываем параметр перегрузки :

,                                                                                                   (2.4)

.

= 5,1 > l , т.е. имеет место движение частицы с подбрасыванием.

Корме того:

,

.

 = 2,9 , поэтому для режима интенсивного подбрасывания имеем формулу :

,                                           (2,5)

Так как = 0, sin = 0, соs = 1, формула принимает вид:

,                                                                         (2.6)

где ,                                           (2.7)

.

Скорость транспортировки шлама

м/с.

Таким образом, средняя  скорость транспортирования шлама  виброситом с линейными колебаниями будет равна 0,23 м/с.

При ширине кассеты b = 1186 мм и толщине слоя шлама h = 50 мм 
производительность вибросита по шламу будет равна:

,                                                                                                           (2.8)

.

Вывод: На основании расчёта  определены следующие основные параметры  вибросита:

- амплитуда колебаний вибросита 1-2 мм;

- частота колебаний 1800 мин^-1 ;

- скорость транспортирования шлама м/с;

- производительность вибросита по шламу /ч.

 

2.2.2 Конструкция и расчет дебаланса

 

Основным  параметром, характеризующим дебаланс как элемент центробежного возбудителя, является статический момент его массы относительно оси вращения.

Дебалансом может служить  эксцентрично закрепленное относительно оси вращения тело любой формы, статический  момент массы которого относительно этой оси равен заданному. Особенности пуска и остановки многих вибрационных машин определяют требования к конструкции и форме их дебалансов, которые сводятся к облегчению запуска и уменьшению резонансных явлений при остановке вибромашины. Достигается это уменьшением момента инерции дебаланса при сохранении заданного статическим моментом массы (постоянные дебалансы) или с меняющимся в процессе запуска и остановки статическим моментом массы (выдвижные дебалансы).

Дебалансы того и другого  типа могут быть регулируемыми (позволяющими менять в определенных пределах статический момент массы) и нерегулируемыми.

Для вибросита Mongoose РТ применим постоянный дебаланс, закрепленный на дебалансном валу вибратора линейных колебаний. Сам дебаланс состоит из двух грузов в форме кольцевого сектора, скрепленных двумя крышками в форме усеченного круга.

Переставляя два груза между крышками можно  менять статический момент массы дебаланса от S_маx до 0.

 

2.2.2.1 Расчёт максимального статического момента дебаланса

 

,                                                                                                      (2.9)

 - статический момент от двух грузов,                                              (2.10)

где, = 4,3 кг - масса одного груза;

- эксцентриситет массы, расстояние  центра тяжести от оси вращения.

Для кругового сегмента с данными:

- = 0,086

- R = 0,14

- =70°

.

.

Определим эксцентриситет массы (расстояние центра тяжести от оси вращения)

,                                                                                    (2.11)                                                                                                         

м.

 кг/м.

 

2.2.2.2 Расчёт статического момента от двух крышек с лысками

 

Статический момент от крышки с лыской будет равен статическому моменту  кругового сегмента, наложенного  на цельный круг, противоположного лыске.

Площадь кругового сегмента:

,                                                                                     (2.12)

где     ,                                                                                                           (2.13)

= 45°,

,

.

Масса крышки:

,                                                                                                        (2.14)

где = 7,82 кг/м³ - удельный вес стали;

- толщина крышки, = 10 мм

.

Эксцентриситет кругового  сегмента равен:

,                                                                                           (2.15)

 м.

Статический момент массы от двух крышек равен:

,                                                                                                     (2.16)

 кг/м.

 

2.2.2.3 Расчёт максимального статического момента

 

,                                                                                                   ( 2.17)

 кг/м.                                                       

Максимальный статический  момент дебаланса должен обеспечить выбранную максимальную амплитуду  линейных колебаний вибросита.

Дебалансы со съемными грузами состоят  из основного дебаланса и съемных  грузов. Болты крепящие грузы не воспринимают вынуждающие силы. Они  обеспечивают надежную фиксацию груза  на основном дебалансе совместно  с крышками. Изменение статического момента осуществляется за счет установки грузов в различные положения, изменением их числа.

Дебалансы со съемными грузами позволяют  изменять статический момент не непрерывно, а ступенями.

Недостатком съемных грузов является необходимость тщательной установки грузов, затяжки и особенно законтрирования болтовых соединений и повседневного наблюдения за ними для обеспечения безопасности эксплуатации.

 

2.2.2.4 Проверочный расчет дебаланса

 

Максимальный статический момент дебаланса S = 0,864 кг/м должен обеспечить выбранную максимальную амплитуду линейных колебаний вибросита.

Решим уравнения для  вынужденных колебаний с принудительным движением массивного элемента

,                                                                         (2.18)

где - амплитуда вынужденной силы, Н;

m -  масса колеблющейся части вибросита, кг;

-  угловая частота, рад/с;

- собственная частота колебания системы;

с - коэффициент жесткости пружин.

 

Определим массу колеблющейся части вибросита, кг:

  ,                                                                                             (2.19)  

где - масса вибратора, кг;

- масса вибрирующей рамы, распорок и кассет, кг;

- масса бурового раствора  на вибросите, кг;

,                                                                                                         (2.20)

где - объем бурового раствора на вибросите, м³;

,                                                                                                          (2.21)

где - рабочая поверхность сита, =1,858 м²

h =50 мм - толщина слоя шлама;

 м³,

 кг,

 кг.

 

Определим амплитуду вынуждающей силы от одного вала вибратора

,                                                                                                        (2.22)

где - максимальный статистический момент от двух грузов и двух крышек, кг/м;

- угловая частота

,                                                                                                           (2.23)

,

.

 

Определим коэффициент жесткости пружин вибросита

,                                                                                                   (2.24)

где G - модуль сдвига, G = 8 х 10⁴ МПа

d - диаметр проволоки, d = 0,02  м;

D - средний диаметр навивки, D=0,16 м;

n - число витков, n=5;

К - количество пружин, К=4.

 Н/м.

 

Собственная частота колебания  системы

,                                                                                                                    (2.25)

.

Максимальная амплитуда  колебаний

м.

 

Вывод: Проверочный расчёт дебаланса показал, что максимальная амплитуда колебаний, получаемая на вибросите с линейными колебаниями с помощью описанной выше конструкции дебаланса соответствует заданной оптимальной амплитуде колебаний 2 мм .

 

2.2.3 Проверочный расчет на прочность упругих элементов вибросита Mongoose PT

 

Опорами вибросито Mongoose PT служат четыре винтовых пружины, i = 4. Винтовая пружина навита из проволоки диаметром 20 мм, средний диаметр навивки D=160 мм, высота пружины Н=235 мм, состоит из пяти витков. Материал - закаленная хромованадиевая пружинная сталь [ ]=1000МПа. На станке с помощью четырех винтовых цилиндрических пружин установлена вибрационная рама.

Приближенные формулы  для определения напряжений, возникающие  в пружине с малым шагом  при ее растяжении, сжатии могут  быть получены из рассмотрения внутренних усилий, действующих в сечении витка. Под действием поперечной силы Р и крутящего момента M_кp в сечении витка возникают две группы касательных напряжений – от среза и напряжения кручения.

Рисунок 2.4 – Часть  опорной конструкции вибросита (пружина)

 

 

2.2.3.1 Расчёт напряжений от среза

 

Условно примем эти напряжения распределенными равномерно и примерно равными:

,                                                                                                    (2.26)

 

2.2.3.2 Расчёт напряжения кручения

 

Максимальное значение напряжений кручения определяется:

,                                                                                              (2.27)

 

2.2.3.3 Расчёт максимальных напряжений в сечении:

 

,                                                     (2.28)

Если  , то с достаточной точностью

,                                                                                                  (2.29)

где R - средний радиус навивки пружины

,                                                                                                                         (2.30)

м.

  К - поправочный коэффициент, учитывающий влияние перерезывающей силы, изгиб стержня пружины, продольные деформации и другие