Mecanismul macara-geamblac

Mecanismul macara-geamblac

Rolul mecanismului macara-geamblac in cadrul instalatiei de foraj este acela de a demultiplica sarcina de la carlig catre capatul activ al infa-surarii cablului pe toba. Constructiv acest mecanism este format dintr-un ansamblu de scripeti ficsi (geamblac), un ansamblu de scripeti mobili (ma-cara) si cablul infasurat pe acestia. Mecanismul macara-geamblac este parte componenta a sistemului de manevra.

1.Functiile mecanismului macara-geamblac

Functiile mecanismului macara-geamblac sunt urmatoarele:

sustinerea garniturii de prajini sau a coloanei de burlane;

introducerea si extragerea acestora in/din sonda;

introducerea diferitelor scule in sonda;

demultiplicarea sarcinii de la carlig.

Mecanismul macara-geamblac trebuie sa indeplineasca urmatoarele conditii:

siguranta in functionare;

randament cat mai ridicat;

interschimbabilitatea rolelor;

durabilitate ridicata (rolele sunt montate pe rulmenti, care se aleg pe ba-za calculului la durabilitate).

2.Fortele in infasurarea cablului mecanismului macara-geamblac

Pentru a determina eforturile din infasurarea cablului se considera un mecanism macara - geamblac cu m role la macara si m+1 la geamblac. In figura 1 s-au facut notatiile: este forta din capatul activ al ca-blului (capatul spre toba de manevra), sunt fortele din ramurile cablului care preiau sarcina la carlig si este forta din ramura fixa. Eforturile cresc in progresie geometrica, de la toba moarta catre toba activa.

Conditia de echilibru pentru ansamblul macara - carlig este:

, (1)

unde este sarcina la carlig la care s-a adaugat greutatea moarta a echipamentului mobil (macara, carlig, chiolbasi, elevator).

Sarcina la coroana geamblacului este:

, (2)

unde este numarul de ordine al firelor de cablu conform figurii 1.

Pentru determinarea fortelor din diferitele ramuri ale infasurarii cablu-lui trebuie analizate urmatoarele cazuri:

1. ridicarea sarcinii la carlig (extragerea garniturii);
2. starea de repaus;
3. coborarea sarcinii la carlig (introducerea garniturii).

a.Ridicarea sarcinii

Datorita frecarilor ce apar in lagarele rolelor si a rigiditatii cablului au loc pierderi de putere la fiecare trecere peste role.

De exemplu, randamentul rolei alergatoare (rola 1, figura 1), va fi:

. (3)

Fenomenul apare pentru toate rolele, conform relatiei (4):

, (4)

T . (5)

Coeficientul (inversul randamentului) pentru role montate pe rul-menti are valori cuprinse in intervalul (1,02 . 1,04).

Din relatia (5) rezulta:

.  (6)

Respectiv,

. (7)

Forta in capatul fix este:

.  (8)

Observatie: Ultima rola de la geamblac - spre ramura activa - se numeste rola alergatoare, aici apar cea mai mare viteza si cea mai mare forta. Dupa un anumit numar de ore de functionare (datorita incarcarii diferite al rolelor geamblacului de foraj), geamblacul se roteste cu 180⁰, astfel incat rola alergatoare devine rola fixa, marindu-se astfel durata de functionare a geamblacului folosit.

b.Starea de repaus

In acest caz fortele din ramurile cablu-lui de manevra sunt egale, conform relatiei 9:

(9)

c.Coborarea sarcinii

Sarcina la carlig devine element con-ducator si toba de manevra element condus, deci miscarea se desfasoara in sens invers ridicarii. Folosind aceasta observatie si, pro-cedand asemanator ca in cazul ridicarii sarcinii la carlig, se va obtine pentru forta din ramura activa urmatoarea relatie de calcul:

, (10)

in care: este forta din ramura activa ce apare la coborarea sarcinii la carlig; - forta de la carlig la coborarea sarcinii (difera de cea in cazul ridicarii).

3.Cinematica mecanismului macara-geamblac

Studiul cinematicii mecanismului macara-geamblac are in vedere determinarea, pe de o parte, a vitezelor firelor de cablu si, pe de alta parte, a vitezelor unghiulare ale rolelor.

a.Vitezele firelor infasurarii cablului

Pentru a determina vitezele firelor din infasurarea cablului se consi-dera un mecanism macara - geamblac cu m role la macara si m+1 la geamblac. Se considera cazul ridicarii macaralei, deci al infasurarii cablului pe toba de manevra. Marimea vitezelor ramurii cablului de foraj nu este influentata de sensul miscarii carligului.

In figura 3 s-au facut notatiile: este viteza din capatul activ al cablului (capatul spre toba de manevra), sunt vitezele ramurilor cablului care preiau sarcina, este viteza din ramura fixa si este numarul de ordine al rolei la macara. La trecerea cablului peste o rola fixa (rolele geamblacului), viteza se pastreaza constanta.

m/s, (11)

,  (12)

,  (13)

,  (14)

.  (15)

b.Vitezele unghiulare ale rolelor

Se noteaza cu numarul de ordine al rolelor din cadrul mecanis-mului macara-geamblac (la geamblac vor fi numerele impare, iar la macara vor fi numerele pare).

Rolele geamblacului fiind fixe, au centrul instantaneu de rotatie in centrul geometric al rolei. Rolele geamblacului sunt: . Vitezele unghiulare vor fi:

,  (16)

,  (17)

, (18)

,  (19)

s-a notat cu R raza medie a cablului trecut peste rola (raza la fundul rolei la care se aduga raza cablului).

La macara rolele au o miscare plan-paralela. Ca urmare, centrul instantaneeu de rotatie, CIR, este diferit pentru fiecare rola in parte. Pentru obtinerea unei relatii generale de determinare a pozitiei CIR pentru rola , in figura 4 se reprezinta modalitatea grafica de determinarea a CIR.

Din relatiile (20) si (21) se determina viteza unghiulara a unei role a macaralei

,  (20)

.  (21)

Pe de alta parte,

,  (22)

ca urmare, pozitia CIR se afla la distanta conform relatiei (23):

. (23)

Din relatiile (22) si (23) rezulta viteza unghiulara a unei role de macara:

. (24)

Deci vitezele rolelor sunt date de relatii similare (18) si (24) cu deosebirea ca pentru geamblac , iar pentru macara . Aceste viteze sunt in progresie aritmetica.

4.Randamentul mecanismului macara-geamblac

a.Cazul ridicarii sarcinii

Pentru sensul fluxului energetic corespunzator ridicarii, randamentul mecanismului macara-geamblac este exprimat de relatia (25):

,  (25)

si conform relatiilor (7) si (14) rezulta:

. (26)

Ca urmare, forta din capatul activ al cablului este, in functie de randamentul mecanismului macara-geamblac:

.  (27)

b.Cazul coborarii sarcinii

Datorita faptului ca fluxul energetic este inversat fata de ridicare si tinand seama de relatiile (10) si (14), rezulta:

. (28)

In acest caz, forta din capatul activ al cablului este:

.  (29)

Numarul optim de role la macara se poate estima cu relatia ( este sarcina maxima la carlig):

. (30)