Файл: Фоменко, Ф. Н. Бурение скважин электробуром.pdf

ГЛАВА 2

ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА ЭЛЕКТРОБУРОВ

а также специфическими условиями работы электробуров. Пара­ метры двигателей электробуров выходят за пределы норм, устано­ вившихся для серийных электрических машин общего назначения.

Хотя расчет длины и диаметра магнитопровода двигателей электробуров своеобразен, однако их соотношение и связь с энер­ гетическими параметрами определяется известным уравнением Арнольда

в гс; А — линейная нагрузка в А/см; Коб — коэффициент обмотки. Величина СА постоянна для данного уровня развития электро­ машиностроения. Она определяется степенью использования мате­ риалов, применяемых в электрической машине — материал магни­ топровода, обмотки и изоляционные материалы, т. е. величину Сл можно изменить только улучшением магнитопроводности мате­ риала сердечника, электропроводности материала обмотки и элект­ рической прочности изоляционных материалов, применяемых для

изготовления двигателя.

Величина вращающего момента двигателя М пропорциональна

т. е. величина М при данном значении СА пропорциональна объему магнитопровода, в частности пропорциональна длине магнитопро­ вода U и квадрату диаметра его расточки D2

Величина мощности при данном значении СА пропорциональна объему магнитопровода и скорости вращения двигателя. Следова­ тельно, в данном объеме магнитопровода мощность двигателя можно повышать путем увеличения скорости вращения, что дости­ гается уменьшением числа полюсов. Эта особенность обусловли­ вает возможность совершенствования конструкции и характеристик электробуров.

Так как наружный диаметр электробура, а следовательно, и диаметр расточки статора ограничены диаметром скважины,

38

а удельная величина вращающего момента Ma/F3аб, необходимая для эффективного процесса бурения наиболее распространенными трехшарошечными долотами, должна быть не менее 0,5 кгс • м/см2, то длина магнитопровода составляет около 7 м. Такая длина, как показал опыт, оказалась технически выполнимой, но в то же время предельной по техническим условиям изготовления, надежности и эксплуатации.

Отношение длины магнитопровода к полюсному делению в дви­ гателях электробуров составляет 40—160 (рис. 7), в то время как

уменьшить расход энергии на циркуляцию промывочной жидкости. Кроме того, питание забойного двигателя при высоком напря­ жении приводит к уменьшению падения напряжения в токоподводе, в особенности при перегрузках, так как при длинной линии передач повышенный перегрузочный ток приводит к значительному падению напряжения, и следовательно, снижению напряжения на

зажимах забойного двигателя.

Однако вследствие повышения напряжения снижается коэффи­ циент заполнения паза статора вследствие увеличения толщины корпусной изоляции, числа витков и объема межвитковой изоля­ ции. Снижение же коэффициента заполнения паза приводит к су­ щественному снижению мощности, особенно в двигателях неболь­ ших диаметров.

В связи с изложенным выше при проектировании электробуров приходится отказываться от стандартной шкалы напряжений и

39

применять специальные трансформаторы. Величина напряжения двигателей электробуров со стекломиканитовой изоляцией, выпус­ каемых промышленностью, находится в пределах 1000—1700 В.

Выбор электромагнитных нагрузок

Допустимые величины В& и А зависят от качества материала магнитопровода, толщины, теплостойкости и теплопроводности изо­ ляционных материалов, плотности тока, интенсивности охлажде­ ния и характеристик машины. Чтобы получить с единицы длины магнитопровода возможно больший вращающий момент, при про­

Вследствие небольшого диаметра машин и интенсивного охлаж­ дения перепад температуры в сердечнике магнитопровода незна­ чителен. В связи с этим допустим высокий перепад температуры по толщине изоляции паза (40—50° С), а следовательно, и высокое произведение линейной нагрузки на плотность тока, достигающее 4000—5000, в то время как для нормальных закрытых машин соиз­ меримой мощности это произведение не более 1000—1200. В об­ мотках двигателей электробуров допустима плотность тока 10— 15 А/мм2.

На рис. 8 приведены машинные постоянные СА в функции

в сравнении с аналогичными данными обычных машин с воздуш-

40

ныл охлаждением. Из кривых видно, что машинные постоянные электробуров примерно в полтора раза ниже, чем нормальных за­ крытых машин, имеющих ту же скорость вращения и мощность. Однако при равной мощности, забираемой из сети, мощность на валу двигателя электробура примерно в полтора раза ниже, чем электродвигателей с нормальными геометрическими размерами, вследствие более низкого к. п. д. и коэффициента мощности.

Рабочие и пусковые характеристики

Рабочие характеристики электробуров значительно ниже, чем нормальных двигателей. В то время как у электродвигателей мощ­

Поток Ф — Dl, следовательно,

_ D\h

Фг ’

откуда

Фі _ 1

02т '

Вто же время при значительной разнице величин диаметров отношение магнитодвижущих сил FdF2^ m t вследствие отсутствия пропорциональности между отношениями диаметров, зазоров и се­ чений зубцов. Поэтому отношение тока намагничивания к актив­ ной составляющей тока статора у электробура значительно выше,

41