Буріння свердловин

Застосовують вільні і стандартні ремонтні розміри.

У якості вільного ремонтного розміру приймається найближчий розмір деталі, що дозволяє одержати необхідну геометричну форму і шорсткість поверхні.

Перевагами вільних ремонтних розмірів є мінімальна трудомісткість механічної обробки і максимальна кількість ремонтних розмірів.

Недоліки цього способу: 1) не можна виготовити іншу деталь сполучення, поки не відремонтована більш трудомістка; 2) виключається взаємозамінність деталей.

Стандартні ремонтні розміри встановлюють завчасно, визначають їхня кількість і чисельні значення. Під ці розміри випускаються комплекти запасних частин.

Ремонт деталей тиском.

Ремонт деталей тиском полягає у відновленні первісних розмірів робочих поверхонь пластичним деформуванням за рахунок перерозподілу матеріалу деталі. У процесі деформування матеріал деталі витісняється з неробочих ділянок на зношені поверхні, у результаті чого відновлюються форма і розміри цих поверхонь.

При ремонті деталей тиском необхідно, щоб виконувалися наступні основні вимоги:

1) наявність запасу матеріалу на неробочих ділянках деталі, що ремонтується;

Ремонт деталей металізацією.

Процес металізації полягає в нанесенні розплавленого металу на спеціально підготовлену поверхню деталі розпиленням його струменем повітря або газу. Частки розплавленого металу, вдаряючись об поверхню деталі, заповнюють попередньо створені на поверхні нерівності, у результаті чого відбувається їхнє механічне закріплення, а також виникає молекулярне схоплювання між напиленим і основним металом. У результаті загартування, окислювання і наклепу часток напилюючого металу твердість матеріалу покриття підвищується. Розрізняють газову, електродугову, високочастотну, тигельну і плазменну металізацію. Напилюваний матеріал застосовується у виді дроту, стрічки або порошку. Щільність напиляного шару залежить від швидкості часток при ударі, а отже, від відстані між соплом і поверхнею деталі. Розплавлена куляста частка сталі при розпиленні окисляється. На великих відстанях плівка окислів встигає стати товстішою, тому при ударі об поверхню відбувається розтріскування оболонки з викидом рідкого металу через тріщини, і покриття в цьому випадку складається з перекриваючих друг друга лусочок. При ударі часток металу, не утворюючі плівки окислів (мідь і її сплави), виходить покриття, у якому важко знайти сліди металізаціних часток.

До переваг електрометалізації варто віднести високу продуктивність процесу. Основні недоліки електрометалізації -- значне вигоряння легуючих елементів, окислювання напилюючого металу, низькі механічні властивості напиляного шару і великі втрати металу при напилюванні. Електродугові металізатори можуть бути використані для напилювання сталей і кольорових металів.

Гальванічне нарощування металу на поверхню деталі засновано на процесі електролізу. Під дією постійного електричного струму, що надходить в електроліт через провідників-електроди, позитивно заряджені іони (катіони) рухаються до катода, а негативно заряджені іони (аніони) до анода.

При досягненні катода позитивними іонами й анода негативними утворяться нейтральні атоми. У результаті на катоді, у якості якого використовується відновлювана деталь, виділяються метал і водень, а на аноді -- кислотні і водні залишки. Електроліз металів може здійснюватися з розчинними і нерозчинними анодами. Розчинні аноди виготовляють із заліза Армко, міді або нікелю в залежності від виду електролітичного процесу; нерозчинні -- зі свинцю, платини й інші метали. При електролізі з нерозчинними анодами поповнення металу електроліту здійснюється за рахунок додавання в електроліт речовини, що містить іони металу, що осаджується.

Як джерело постійного струму використовуються генератори напруги 6 -- 12 В и силою струму 250 -- 5000 А, також селенові і міднозакисні випрямлячі.

Процес гальванічного покриття повинний забезпечувати одержання мілкокристалічного рівномірного осаду необхідної товщини, що володіє мінімальною крихкістю, цільністю, достатньою твердістю і міцне зчепленням з основним металом.

Якість покриття залежить від якості попередньої підготовки поверхні, на яку наноситься покриття, сталості складу електроліту, його температури, кислотності, щільності струму, а також від розташування деталі й анода в гальванічній ванні. Рівномірність покриття в значній мірі визначається здатністю електроліту, що розсіює. Зі збільшенням відстані між деталлю й анодом рівномірність покриття підвищується. Матеріал і форма анода залежать від виду покриття і форми деталі. При нанесенні покрить на деталі складної конфігурації на виступаючих частинах деталі відкладається більша кількість металу. Для одержання рівномірного покриття застосовують фігурні аноди, що повторюють форму деталі, що покривається.

Для відновлення розмірів зношених поверхонь найбільше застосування знаходять електролітичне хромування, осталювання, мідіння і тверде нікелювання.

У якості припоїв використовуються метали і сплави, що володіють здатністю добре змочувати поверхні, що з'єднуються. Пайка поділяється на низькотемпературну, при якій нагрівши в місці контакту матеріалів, що з'єднуються, і припоя не перевищує 450 °С, і високотемпературну. Для низькотемпературної пайки широко застосовуються олов'янисто-свинцеві припої марок ПОС-30, ПОС-40, ПОС-50, ПОС-61 і інші з температурою плавлення 220 -- 280 °С. Ці припої використовують для невідповідальних з'єднань, що працюють при невисоких температурах. Межа міцності на розтягання таких з'єднань дорівнює 2,8 -- 3,2 кгс/мм2.

Процес пайки містить у собі підготовку поверхонь, що з'єднуються, їх прогрівають до температури, близької до температури плавлення припоя, розплавлюють і наносять рідкий припій на поверхні, що з'єднуються, і заповнюють їм робочий шов.

Пайкові звичайно застосовують для ремонту деталей, що мають механічні ушкодження, і найчастіше для усунення тріщин.

Ремонт деталей перезаливанням антифрикційними сплавами.

Антифрикційні сплави широко використовуються для заливання підшипників ковзання, з метою зниження тертя і зменшення зносу шийок вала. Для цих цілей застосовують високоолов'яністий бабіт, свинцевоолов'яністий нікелевий і телуристий бабіти, свинцеву бронзу й ін.

При експлуатації підшипників, залитих бабітом, відбувається зношування залитого шару, його видавлювання, поява тріщин, викрашування і відшаровування внаслідок втомленого руйнування під дією циклічних навантажень. Ніж тонше шар бабіту, тим вище його фізико-механічні властивості, у тому числі втомлена міцність.

Процес ремонту підшипників перезаливанням антифрикційним сплавом складається з підготовки підшипника до заливання, плавки бабіту, заливання підшипника бабітом і механічною обробкою підшипника з наступним контролем.

Знежирення підшипників виробляється в розчині каустичної соди при температурі 80 -- 90 °С 10 хв. Потім підшипники промивають у гарячій воді і сушать. Зношений шар бабіту видаляють слюсарно-механічною обробкою або виплавлянням. Підігрітий підшипник після знежирення і сушіння занурюють у тигель з розплавленими відходами бабіту, а потім для видалення залишків полуди його поверхню протирають азбестовою щіткою. Після очищення поверхні перевіряють геометричні розміри вкладишів (висоту, зовнішній діаметр, паралельність площин рознімання й ін.).

Пресування здійснюється на гідравлічних або механічних пресах. Для пресування звичайно використовуються преспорошки з термореактивних полімерів, тобто таких полімерів, що при затвердінні переходять у неплавке і нерозчинне стани.

Основні параметри процесу пресування -- температура, тиск і час витримки. При підвищенні температури збільшується плинність полімеру і прискорюється протікання процесу формування покриття. Час витримки деталі під тиском залежить від швидкості нагрівання деталі, швидкості переходу полімеру у твердий і неплавкий стан і форми деталі. Режими пресування звичайно встановлюють дослідним шляхом.

Ремонт деталей із застосуванням клейових з'єднань.

Склеювання металів засноване на здатності деяких неметалічних матеріалів утворювати досить міцні зв'язки з металом. Клеї для металів звичайно готують на основі термореактивних або термопластичных полімерів, що після затвердіння мають досить високу механічну міцність (когезійна міцність) і гарним зчепленням з металами (адгезійна міцність).

Клеї на основі термореактивних полімерів дозволяють одержувати міцні і теплостійкі з'єднання. Стосовно теплового впливу вони є необоротними системами. Клеї цієї групи застосовують у силових металоконструкціях.

Клеї на основі термопластичних полімерів мають меншу міцність і більш низькою теплостійкістю. З підвищенням температури подібний клейовий шар розм'якшується і склеєні поверхні роз'єднуються. Застосовують них для несилових конструкцій, що працюють при невисоких температурах.

Клеї можуть бути однокомпонентними і багатокомпонентними. Однокомпонентні клеї готують на хімічному підприємстві і поставляють споживачеві в готовому виді, багатокомпонентні -- готують перед вжитком.

2.2 Поверхневе зміцнення деталей

Для збільшення довговічності деталей бурового і нафтогазопромислового устаткування необхідно проводити комплекс конструкторських, технологічних і експлуатаційних заходів.

Так, при обробці поверхні шліфуванням і поліруванням, що усуває нерівності, що служать концентраторами напруг, підвищується втомлена міцність деталі. Для деталей, що працюють в умовах значних динамічних і знакозмінних навантажень, обробка поверхні Шліфуванням і поліруванням не забезпечує достатньої втомленої міцності. Така обробка також недостатня для деталей, на поверхні яких маються технологічні концентратори напруг -- виточення, галтелі й ін. Поверхні таких деталей додатково зміцнюють більш ефективними методами зміцнюючої обробки: термічної, хіміко-термічної, електроіскрової, пластичним деформуванням і нанесенням зносостійких матеріалів.

Призначення методу зміцнюючої обробки залежить від умов роботи деталі в машині і її технологічних особливостях (матеріалу, форми).

Якість загартування залежить від правильного призначення технологічної схеми і параметрів процесу. Глибина загартованого шару рекомендується в межах 2 -- 6 мм. Температура нагрівання не повинна перевищувати 1000 °С щоб уникнути утворення тріщин. Оптимальним відношенням кількості ацетилену і кисню вважається: від 1,5 до 1,2. Необхідно підтримувати постійну інтенсивність полум'я пальника.

Відстань, що рекомендується, між поверхнею, що гартується, і наконечником пальника складає 8 -- 12 мм; для нагрівання масивних деталей пальник розташовують на меншій відстані, при загартуванні дрібних деталей -- на більшій відстані щоб уникнути їхнього перегріву. Швидкість відносного переміщення деталі і пальники рекомендується в межах 50 -- 250 мм/хв у залежності від призначеної глибини загартування.

До переваг ППЗ насамперед відноситься простота технологічного процесу і необхідного устаткування. Собівартість ППЗ великих деталей у 2 -- 3 рази нижче собівартості при об'ємному загартуванні.

Застосування ППЗ дозволяє підвищити довговічність деталей у 2 -- 3 рази. Наприклад, зміцнення пальців і вушок ланок тракторних гусениць при глибині загартованого шару 3 -- 4 мм і твердості HRC 58--62 зменшило знос ланок у 1,5--2 рази.

До недоліків ППЗ відносяться: необхідність значного перегріву поверхні, нерівномірна поверхнева твердість, небезпека застосування легкозаймистих мастил для охолодження деталей.

Поверхневе загартування з нагріванням струмами високої частоти (СВЧ), розроблена радянським ученим В.П. Вологдиним, заснована на використанні явищ індукції і поверхневого ефекту. Деталь поміщають усередині спіралі (індуктора) або під провідником, по якому пропускається перемінний струм великої частоти; він викликає появу вихрових струмів на поверхні деталі, і швидко розігріває шар з найбільшою щільністю індукованого струму. По досягненні заданої температури нагрівання деталь інтенсивно прохолоджують струменем рідини.

Джерелами СВЧ є машинні і лампові генератори. Машинні генератори, що виробляють струм підвищеної або звукової частоти від 500 до 10000 Гц, мають к.к.д., рівний 0,7--0,8, і прості в експлуатації. Випускаються установки з машинними генераторами потужністю 60 -- 100 кВт і частотою 2500 -- 8000 Гц. Тік частотою 50000--1000000 Гц і вище одержують у лампових генераторах, що мають к.к.д. до 0,6. Лампові генератори типу ЛГЗ мають потужність 30 -- 200 кВт, а робочу частоту струму 200000--500000 Гц.

Лампові генератори доцільно застосовувати для одержання тонких загартованих шарів. Для загартування на велику глибину зручніше використовувати машинні генератори.

Одним з основних елементів гартівної установки є індуктор, що представляє собою мідну суцільнотягнену трубку круглого або прямокутного перетину, охолоджувану водою, що протікає усередині неї. Товщина стінки індуктора вибирається в залежності від частоти струму. Наприклад, при частоті 1000 Гц рекомендується товщина стінки 2,7 мм, а при частоті 8000 Гц -- товщина 1,1 мм. Форма і конструкція індуктора залежать від розмірів поверхні, що гартується, і прийнятої схеми загартування.

За даними ряду досліджень, для деяких видів зношування зносостійкість стали після загартування СВЧ у кілька разів вище, ніж після звичайного загартування; крім того, значно підвищується втомлена міцність (до 2 разів), зменшується чутливість до надрізів, виточенням і іншим концентраторам напруг і знижується корозійна утома.

На машинобудівних і ремонтних заводах широко застосовують СВЧ для загартування зовнішньої або внутрішньої поверхонь циліндричних деталей, таких як штоки, циліндрові втулки і клапани бурових насосів, вали лебідок і ін.

Маючи невелике застосування в промисловості поверхневе загартування в електроліті полягає в нагріванні деталі (катода), поміщеної в електроліт, через який пропускається постійний струм високої напруги. На аноді (свинцевій пластинці) виділяється кисень, а на катоді (деталі) -- водень, що утворить оболонку, що створює великий опір електричному струмові, що нагріває деталь. Загартування здійснюється опусканням деталі в спеціальну ванну.

3. Розрахункова частина

3.1 Розрахунок припусків на обробку

(3.1)

де - питоме короблення, мкм/мм;

Для наступних видів обробки значення величини, що впливає на мінімальний граничний розмір заготовки визначається за формулою

-- при чорновому точінні;(3.2)

- при чистовому точінні;(3.3)

- при шліфуванні.(3.4)

Отже за формулою (3.2)

За формулою (3.3)

За формулою (3.4)

Приймаємо значення похибки установлення заготовки при точінні . Решту потрібних значень визначаємо аналогічно і записуємо до таблиці 3.1.

Визначаємо мінімальна операційні припуски за формулою

- при чорновому точінні

. (3.5)

- при чистовому точінні

- при шліфуванні

- після шліфування ;

- після чистового точіння : ;

- розмір заготовки:.

Допуски технологічні для викінчувального переходу беремо з креслення поршня, для проміжних -- за таблицями точності і квалітетом точності

За нормаллю 0300-02 обираємо допуски на між-операційні припуски і заносимо їх до таблиці 1. Знаючи ці припуски, знаходимо граничні розміри виробу для кожної операції, округлюючи їхні значення до того ж самого знака десяткового дробу, з яким дано допуск на розмір, і заносимо ці дані до таблиці 3.1

Визначаємо граничні значення припусків для кожної операції:

- при шліфуванні

- при чистовому точінні

- при чорновому точінні

Значення заносимо до таблиці 3.1.

Знаходимо загальний припуск на обробку заготовки:

3.2 Розрахунок режимів різання

Точіння з діаметру 77 мм до діаметру 70 мм здійснюємо за два проходи. Різець прохідний 1К62. Стійкість різця Т=90 хв.

Попереднє обточування. Глибину різання вважаємо такою, що дорівнює припуску на обробку, тобто 2 мм на сторону; ; визначаємо подачу ; швидкість різання

(3.6)

(3.7)

Напівчистове обточування. Глибину різання вважаємо такою, що дорівнює припуску на обробку, тобто 0,5 мм на сторону; подача ; . Визначаємо швидкість різання

Визначаємо ефективну потужність верстата 1К62 при чорновому точінні з діаметра 77 до діаметру 70 за формулою

(3.8)

де - тангенціальна складова зусилля різання, = 333 Н

За формулою отримаємо

(3.9)

де - ККД верстата, = 0,8.

Отже за формулою (6.6) отримаємо

.

Потужність електродвигуна за паспортом складає 10 кВт. Отже умова виконується:

В загальній частині було проаналізовано призначення та комплектність обладнання, конструктивне виконання та характеристику обладнання, умови експлуатації та діючі навантаження, типові види й причини спрацювання і відмов елементів обладнання, технічне обслуговування обладнання, план-графік планово-попереджувального ремонту, роботи при технологічному обслуговуванні і поточному ремонті, відновлення спрацьованих деталей, поверхневе зміцнення деталей, типовий технологічний процес ремонту.

В спеціальній частині була проаналізована технологія відновлення спрацьованих деталей.

У розрахунковій частині були розраховані припуски на механічну обробку плунжера.