турбобур. турбобур-24_05_2016. От EnormousWorriedOunce1252

• Название: От EnormousWorriedOunce1252
• Анкор: турбобур
• Дата: 13.05.2022
• Размер: 111.4 Kb.
• Имя файла: турбобур-24_05_2016.doc
• Тип: Реферат; #526842
• страница: 2 из 4

От частых свинчиваний и развинчиваний происходит выработка опорных торцов корпуса. На износ по наружному диаметру влияет трение на стенки скважины при длительной эксплуатации.
Встречаются и другие дефекты: изгиб корпуса, коррозия (ржавление), промыв резьб и тела корпуса, вмятины, трещины, поломки корпуса по резьбе (реже по телу).
Относительно быстроизнашивающимися элементами валов секции и шпинделя являются резьбы и промывочные окна.
При соблюдении правил эксплуатации посадочная поверхность валов изнашивается практически ма­ло, и определить этот износ визуально невозможно (при длительной экс­плуатации может уменьшаться диаметр вала).
Часто встречаются другие дефекты, которые являются следствием на­рушения технологии изготовления, правил эксплуатации и технологии ремонта.
Этими дефектами могут быть: не прямолинейность вала, его поломка в месте перехода резьбы и по промывочным окнам, трещины в теле вала, коррозия ме­стный износ по диаметру от поворота деталей роторной системы, забоины и другие повреждения поверхности.
У переводников турбобуров изнашивается в основном резьба вследствие частых свинчиваний и разварачиваний.
Втаблице 2 приведены дефекты и факторы, вызывающие необходи­мость ремонта ГЗД.

Таблица 2 - Дефекты турбобуров [5]

Износ осевой опоры (пяты)
Естественный выход из строя вследствие работы под нагрузкой в абразивной среде.
1
2
Износ турбин
Посадка ротора на статор вследствие непоса­дочного нижнего зазора осевого люфта турбины (ошибка при регулировке секций) или износа пяты. Износ радиальных опор и их втулок, не прямолинейность корпуса и вала. Попадание в турбину шлама, пакли, резины. Недостаточное закрепление ниппеля, роторной гайки или полумуфты, соединительного переводника
Засорение ГЗД шламом
Отсутствие фильтров в бурильной колонне, низкое качество очистки бурового раствора, недостаточная по времени промывка скважины после бурения
Двигатель не запустился на буровой.
Не правильная регулировка секций и шпинделя, не­достаточная подача насосов (утечки в бурильных трубах, в системе), не качественная сборка секций (закрепление систем шпинделя при слишком боль­шом усилии), присоединении на буровой секции тур­бобура в неправильном порядке
Износ радиаль­ных опор, полом­ка опор в месте приварки ребер
Не прямолинейность вала или корпуса, низкое ка­чество сварки

Продолжение таблицы 2
1
2
Отвинчивание (ослабление) шпинделя, ниппе­ля, переводника
Профиль резьб или натяг резьбового соединения не соответствует техническим условиям, закрепление резьбовых соединений при недостаточном моменте, ошибки при определении высоты регулировочного кольца. Заклинивание вала шпинделя в результате разрушения деталей шарикоподшипника или засорения радиальной опоры при транспортировке шпинделя без предохранительных пробок
Промыв резьбо­вых соединений
Не выдержана величина натяга резьбового соеди­нения, не проведены очистка и тщательный осмотр резьб при ремонте; торцовые поверхности резьбовых соединений имели раковины, промытости, вмятины, царапины и не были защищены;не применялись специальные резьбовые смазки
Поломка вала, корпуса, переводника, полумуфт. Отвинчивание или ослабление роторной гайки, полумуфты
Нарушение, технологии термообработке на заводе; отсутствие контроля дефектоскопией на заводе и в ремонтном цехе для определения возможных трещин; не защищены царапины, неглубокие трещины, выбои­ны; перегрузка в ходе бурения; зашламование нижних секций; заклинивание долота. Закрепление роторной гайки (полумуфты) при недос­таточном моменте, ошибки, при определение высоты регулировочного кольца, некачественная резьба, торцо­вые поверхности деталей не параллельны или не за­щищены от резины, грязи и др.
1.4 Классификация отказов турбобуров и их анализ
Способность турбобура выполнять заданные функция, сохраняя установленные эксплуатационные показатели в заданных пределах в течение установленного срока определяется совокупностью таких свойств надежности, как безотказность, долговечность, сохраняемость и ремонтопригодность.
В настоящем разделе основное внимание уделяется рассмотрению таких свойств надежности турбобура, определяющих его состояние, как безотказности и долговечности. Под отказом понимается событие, заключающиеся в нарушении работоспособности объекта.
Ниже приведена классификация отказов турбобура, осуществленная по различным признакам, основными из которых являются причины возникновения, характер изменения параметров турбобура до момента завершения отказа на работоспособность, возможность предсказания.
По причинам возникновения различают:
конструкционные отказы;
производственные отказы;
эксплуатационные отказы.
Доля эксплуатационных отказов составляет 60%, конструкционных – 30%, производственных-10%.
По характеру проявления все отказы делят на внезапные и постепенные. Доля внезапных отказов –70%, постепенных – 30%.
По степени влияния на работоспособность турбобура все отказы можно разделить на полные(70%) и частичные (30%).
Для буровых предприятий Западной Сибири характерен высокий уровень отказов шпиндельной секции турбобуров, особенно диаметром 195 мм.
Аварийность турбобуров, частота отказов и их ремонтов возрастают, а наработка до отказа уменьшается с увеличением глубины бурения, объемов бурения наклонно-направленных скважин и срока службы турбобура [13].
Средний межремонтный период шпинделя турбобуров типа 3ТСШ1-195 с осевой резинометаллической опорой по различным нефтяным районам в среднем находится в пределах 40-60 часов.
Проведенный анализ [13] отказов турбобуров позволяет оценить уровень надежности его базовых деталей и узлов, в частности, шпиндельной секции, как недостаточно высокий. В шпиндельных турбобурах, несмотря на их более высокие показатели работоспособности по сравнению с бесшпиндельными турбобурами, часто наблюдаются поломки валов и корпусов секций по резьбе, конусно-шлицевых полумуфт по промывочным окнам и резьбе, низкая стойкость осевой резинометаллической опоры турбобура.
При бурении наклонно-направленных скважин от общего количества разрушенных деталей шпинделя до 45% падает на разрушение резины подпятников, 30% - поломки корпуса шпинделя, 20% - поломки вала шпинделя, 5…8% - поломки полумуфты шпинделя, 2% - поломки дисков пяты.
Наработка до отказа турбобуров лимитируется стойкостью узла осевой опоры шпинделя. Анализ показал, что основной причиной отказов шпинделей турбобуров является износ их осевой многоступенчатой резинометаллической опоры.

2 ТЕХНИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ
2.1 Исходные данные для расчета резьбовых соединений
Мторм – вращающий момент на тормозном режиме, равен 3600 Нм
К – коэффициент полноты, равен 2;
d1 – внутренний диаметр резьбы, равен 80 мм;
μ – коэффициент трения, равен 0,1;
φ - угол подъема винтовой линии резьбы, равное arctg;
S – шаг резьбы, равен 6 мм.;d2 – внешний диаметр резьбы, равный 93 мм.
2.2 Расчет резьбовых соединений
Для обеспечения бурения турбобуром 3ТСШ1-195 используется 19 конических и цилиндрических резьбовых соединений. Следовательно, резьбовые соединения являются узлами, от эксплуатационной надежности которых зависит работоспособность турбобура.
Мз=Мторм · К · [d1 (μ·Dср) ·tg (ρ+φ)+1] [кНм] (7)
где Мторм – вращающий момент на тормозном режиме, равен 3600 Нм
К – коэффициент полноты, равен 2;
d1 – внутренний диаметр резьбы, равен 80 мм;
ρ – угол трения в резьбе;
μ – коэффициент трения, равен 0,1;
Dср – средний диаметр резьбы, мм;
φ - угол подъема винтовой линии резьбы, равное arctg.
tg ρ определяется по формуле:
tg ρ =S/π · dср (8)
где S – шаг резьбы, равен 6 мм.
Подставляя данные в формулу (8), получим
tg ρ =6/3,14 ·80=0,0239.
Определим средний диаметр резьбы по формуле:
Dср = (d1+d2)/2, [мм] (9)
где d2 – внешний диаметр резьбы, равный 93 мм.
Подставляя данные в формулу (9), находим:
Dср = (80+93)/2=86,5 мм.
Подставив исходные и расчетные данные в формулу (7), получим:
Мз=3600 · 2 · [80(0,1·86,5) ·tg (ρ+φ)+1]=11÷13 кНм
2.3 Исходные данные для расчета момента затяжки для резьбы
d1 -внутренний диаметр торца, равен 140 мм.
d2- наружный диаметр торца, равен 122 мм.
Рсм - напряжение смятия на торцах, равное 70MПa.
dcp - средний диаметр в основной плоскости, равен 0,115113 мм.
- угол подъема витков резьбы, равен 85,90.
р - угол трения, для замковых резьб, равен 7°.
n - коэффициент трения. Для пары трения «сталь- сталь»
n равен 0,2.
2.4 Расчет момента затяжки для резьбы
Рассчитаем момент затяжки для резьбы 3-121, соединение вала переводником.
Найдём площадь торцевой поверхности по формуле:
F=(d22- d21) ·/4 [мм](10)
где d1 -внутренний диаметр торца, равен 140 мм.
d2- наружный диаметр торца, равен 122 мм.
Подставляя в формулу (1) данные, получим:
F= (1402 - 1222) · 3,14/4 = 3702 мм2
Усилие затяжки определяется по формуле:
Q3=Pcm · F, [кH] (11)
где Рсм - напряжение смятия на торцах, равное 70MПa
Подставляя данные в формулу (2), определим усилие затяжки:
Q3=70 · 106 · 3702 · 10"6=259 kH
Момент трения в резьбе Мр находим по формуле:
Mp=Q3 dcp/2·tg (ф+р), [кHм] (12)
где dcp - средний диаметр в основной плоскости, равен 0,115113 мм,
- угол подъема витков резьбы, равен 85,90,
р - угол трения, для замковых резьб, равен 7°.
Mp=295 ·103 ·0,115113tg(85,9+7°)=293,700 кHм
Находим средний диаметр торцевой поверхности по формуле:
Dcp=( d1+d2)/2, [мм] (13)
где d1 -внутренний диаметр торца, равен 140 мм.
d2- наружный диаметр торца, равен 122 мм.
Подставляя в формулу (4) данные, получим:
Dcp=(140+122)/2=131 мм.
Находим момент трения по торцам соединения по формуле:
Мт= Q3 ·n ·Dcp/2, [кНм] (14)
где n - коэффициент трения. Для пары трения «сталь- сталь»
n равен 0,2;
Dcp - средний диаметр торцовой поверхности, мм.
Мт=259 ·103 ·0,2·0,131/2=3393 кНм
Определим момент затяжки по формуле:
Мз=Мр+Мт, [кНм] (15)
где Мр - момент трения в резьбе, Н ·м;
Мт - момент трения по торцам соединения, Н ·м.
Подставляя в формулу (6) данные, получим:
Мз=293,7+3393=3686,7 кНм
Для обеспечения герметичности замкового соединения увеличиваем по­лученное значение момента затяжки Мз=3686,7Н ·м на 15%. Получим Мз=4239,7 Нм.
3 ОРГАНИЗАЦИОННЫЙ РАЗДЕЛ
3.1 Технологический процесс реставрации вала
Детали типа валов воспринимают значительные крутящие моменты. К изготовлению валов предъявляют высокие требования.
Навалах, воспринимающих большие нагрузки, которые направлены перпендикулярно оси, наблюдается изгиб. Последние приводят к эксцентричному вращению вала и, как следствие этого, к быстрому изнашиванию опорных поверхностей. В местах посадки колес происходит разрушение или смятие шпоночного паза. Наиболее характерными дефектами валов являются:
1. Износ поверхностей трения в опорах;
2. Износ поверхностей, сопрягаемых с подшипниками качения;
3. Разрушение или смятие шпоночных пазов;
4. Изгиб оси вала;
5. Повреждение или износ резьбовых поверхностей
Биение шеек опорных подшипников не должно превышать 0,02 мм..
Одним из условий длительной эксплуатации вала, улучшения работы насоса и уменьшения дисбаланса ротора, является соответствующая термическая обработка вала. Основная термообработка-нормализация. В ремонтных целях, при отсутствии необходимых условий, допускается изготавливать валы без термообработки из проката.
Перед началом работ проводят проверку центровых отверстий вала. Небольшие повреждения исправляют зачисткой шабером, большие повреждения устраняют сверлением специальным центровым сверлом и зенкованием.
Проверку вала на биение производят установкой его в центрах токарного станка. На суппорте станка помешают часовой индикатор, ножка которого опирается на проверяемую деталь, и проверяют биение в разных местах вала.
Величина биения валов равна половине биения, показанного индикатором.
Допустимые биения валов при ремонте не должны превышать следующих определенных значений значений - шейки валов под опорные подшипники-0,02-0,025 мм; посадочные места защитных рубашек-0,03-0,04 мм; посадочное место полумуфты-0,03-0,05 мм
Если биение превышает допустимые нормы, то вал подлежит правке. Для правки валов применяют следующее приспособление. На станке шаброванными направляющими фиксируют корпуса подшипников с бронзовыми вкладышами и две бабки с вращающимися центрами.Вал устанавливают в зтих центрах и с помощью индикатора определяют его биение.
Далее вал укладывают выпуклой стороной вниз в подшипниках и закрывают. К месту наибольшего прогиба подводят домкрат и начинают правку. В процессе правки дал несколько раз проверяют индикатором в центрах. Для приспособления можно использовать станину токарного станка.
В зависимости от диметра и величины прогиба валы можно пробить в холодном и нагретом состояниях. Обычно длинные валы диаметром 10-100 мм при местном прогибе до 0,008 от длины вала правят в холодном состоянии. При большей величине стрелы прогиба и больших диаметрах править валы рекомендуется с нагревом.
При исправлении методом чеканки вал закрепляют в центрах токарного станка, а к месту максимального прогиба вала подводят жесткую опору с прокладкой из твердого дерева или отожженной меди. Так как изогнутый вал имеет растянутые волокна, то его кладут на прокладку и чеканят вогнутую сторону, растягивая волокна и выправляя вал Чеканку осуществляют ударами молотка массой 1-2 кг.
Так как ремонт с помощью ремонтных размеров может привести к ослаблению дала и, как следствие, произойдет быстрый выход из строя центробежного насоса, то наиболее правильным следует считать восстановление первоначальных размеров.
Рассмотрим метод восстановления первоначальных размеров металлизацией который нашел применение во многих отраслях промышленности. Метод восстановления деталей металлизацией заключается в нанесении жидкого металла на специально подготовленную поверхность восстанавливаемой детали струей сжатого воздуха Расплавление металла может осуществляться теплом газового пламени или электрической дуги.
Расплавленный металл распыляется струей сжатого воздуха, при этом мелкие частицы металла с большой скоростью (150-200 м/с) ударяются о предварительно подготовленную поверхность детали и сцепляются с ней, а последующие частицысцепляются предыдущим слоем частиц. Мелкие частицы расплавленного металла на пути к поверхности восстанавливаемой детали успевают частично охладиться. В результате этого в процессе металлизации восстанавливаемая деталь почти не нагребается (нагрев не превышает 70° С), а следовательно, и не деформируется. Металлизация обеспечивает получение относительно прочного слоя покрытия толщиной от 1,5 до 12 мм. Материалом для наращивания служит стальная проволока. Технологический процесс восстановления деталей металлизацией состоит из подготовки изношенных поверхностей под металлизацию, непосредственной металлизации и последующей обработки.
Подготовка поверхности заключается в тщательной очистке ее от остатков перекачиваемой жидкости, продуктов коррозии, а также придание ей шероховатости. Очистка и обезжиривание поверхности производится путем промывки в бензине или в водных растворах соляной кислоты или серной кислоты с последующей промывкой в щелочных растворах и воде, обжигом газопламенными грелками, проточкой на станках. Шероховатость поверхности, необходимая для лучшего сцепления частиц наплавляемого металла с основным металлом, придается механической обработкой на токарных станках. Хорошие результаты дают проточка и нарезка рваной резьбы.
Так как вал - это деталь цилиндрической формы, то металлизацию целесообразно выполнять на токарном станке. Вал устанавливается в патроне или центрах, а металлизационный аппарат на суппорте, который перемещается вручную. Схема злектродуговой металлизации представлена на рисунке 12 Преимуществом данного метода восстановления деталей являются повышенная износостойкость при работе детали на трение, невысокая стоимость и простота процесса. Параметры тока I=300 A, U=30-35 В.

1,2 - электродные проволоки; 3 - механизм подачи, 4 - по­верхность вала, закрепленного на токарном станке; 5 - напыленный слой; 6-наконечники; 7 - сопло.Рисунок 12 - Схема электродуговой металлизации
Автоматическая вибродуговая наплавка основана на использовании тепла кратковременной электрической дуги, возникающей в момент разрыва цепи между вибрирующим электродом и наплавляемой поверхностью. С помощью этого вида наплавки можно получить наплавленный слой толщиной 0,3-2,5 мм. Также охлаждается поверхность наплавки в результате прерывистого характера процесса, что позволяет уменьшить нагрев детали. Электродная проволока 5 подается в зону наплавки через вибрирующий мундштук наплавочной головки при помощи роликов 4 подающего механизма. Ток от генератора постоянного тока 7 подводится к валу 1 по электродной проволоке 5. Электрод вибрирует с частотой 20-100 Гц, в результате чего происходят частые короткие замыкания на деталь. Электрод вибрирует при помощи вибратора 6. В процессе горения дуги на конце электрода образуется капля жидкого металла, которая переносится на наплавляемую поверхность в момент разрыва дуги. В зону наплавки из сопла подается охлаждающая среда, которая снижает величину прогрева металла вала. В качестве охлаждающей среды используется 5% водный раствор кальцинированной соды или 20% водный раствор глицерина Параметры тока I=100-150 A, U=12-14 В. На рисунке 13 показана схема вибродуговой установки.

а - направление вращения; б - направление перемещения головки, г - подача электрода; в - направление вибрации электрода; д - подача охлаждающей жидкости; 1-вал; 2-охлаждающая жидкость; 3 - сопло; 4 - подающие ролики; 5-электродная проволока; 6-вибратор; 7-генератор.
Рисунок 13 - Схема вибродуговой установки
Восстановление резьбы. Поврежденные резьбы валов можно восстановить нанесением покрытий. Основной вид покрытия - хромовое после покрытия дефектную резьбу прогоняют резцом
В редких случаях возможна перефрезовка шпоночного паза на балу под углом 1200 С к старому. При замене шпонкинеобходимо б шпоночном соединении обеспечить натяг не более 0,005-0,01 мм, что обеспечивает притиркой шпонки к пазу.