Дайте визначення коефіцієнта запасу міцності конструкції. Які фактори впливають на вибір величини коефіцієнта запасу міцності конструкції.

Коефіцієнт запасу міцності – показує, у скільки разів діючі напруження менші від граничних(межі текучості).

Коефіцієнт запасу міцності конструкції визначається з формули

             ,                             

де σ_m – границя текучості конструкції, МПа; n – коефіці-єнт запасу міцності.

Значення коефіцієнта запасу міцності конструкції залежить від ряду факторів: однорідності механічних характеристик матеріалу, рівня відповідальності конструкції, достовірності знань про діючі навантаження та напруження, випадкових перевантажень конструкції та ін.

Як правило для конструкцій бурового і нафтогазо-промислового обладнання величина коефіцієнтів запасу міцності вибирається на основі практичного досвіду створення аналогічних конструкцій в минулому і рівня розвитку техніки в даний період.

Назвіть виріб, до складу якого входить зображений пристрій. Вкажіть деталі, довговічність яких недостатня, та причини їх відмов. Опишіть методику випробування виробу після його капітального ремонту та наведіть перелік контрольованих параметрів.

Зображений пристрій входить в склад бурового насоса. Деталі довговічність яких недостатня це еластична діафрагма, відмова відбувається врезультаті того, що діафрагма знаходиться в корозійному середовищі (буровий розчин), а також перебуває в інтенсивному русі. Методика випробування виробу після його капітального ремонту: випробовують на стенді, виріб піддають тиску якій він повинен витримати не руйнуючись. Параметри, що контролюються: тис газу або повітря в компенсаторі, тиск що буде розвивати насос при випробувані.

Запропонуйте матеріал та два найбільш раціональні методи поверхневого зміцнення робочої поверхні деталі 1.

Використовуєм сталь 40Х, додавання хрому забезпечує підвищення міцності, для зміцнення використовуємо СВЧ, і гартування з відпуском.

Гартування поверхневе	Нагрівання поверхне-вого шару деталі (d=0,5-3 мм) і швидке охолодження у воді, маслі. Нагрівання де-талі повинно здійсню-ватися швидко (не менше 1000 ^оС за хви-лину). Доцільно нагрі-вати деталь струмами високої частоти (СВЧ)	Підвищується твер-дість поверхні деталі, її зносостійкість при збереженні в’язкої серцевини
Відпуск	Нагрівння загартова-ної деталі до темпе-ратури 100-700 ^оС і наступне охолоджен-ня. В залежності від температури і умов нагрівання відпуск бу-ває низький, середній, високий	Зменшується крих-кість загартованих деталей, зменшують-ся внутрішні напру-ження, підвищуєть-ся в’язкість сталі

 

Білет №5

Ротор

На прикладеному рисунку зображено машину, яка застосовується в бурінні свердловин на нафту і газ. Назвіть цю машину, складіть перелік усіх виконуваних нею функцій в технологічному циклі спорудженні свердловин.

Буровий ротор, який скорочено називається ротором або обертачем, призначений для виконання таких операцій:

обертання бурильної колони, що рухається поступально, в процесі проходки свердловини роторним способом;

сприйняття реактивного крутного моменту і забезпечення поздовжньої подачі бурильної колони при використанні вибійних двигунів;

утримання бурильної або обсадної колони труб над гирлом свердловини при нарощуванні і спуско-підіймальних операціях;

повертання інструмента при ловильних роботах і інших ускладненнях, що зустрічаються в процесах буріння і кріплення свердловини.

Ротори належать до числа основних механізмів бурової установки і відрізняються діаметром прохідного отвору, потужністю і допустимим статичним навантаженням. За конструктивним виконанням ротори поділяються на нерухомі і рухомі зворотно-поступальні відносно гирла свердловини в вертикальному напрямку.

Привід ротора здійснюється за допомогою ланцюгових, карданних і зубчастих передач від бурової лебідки, коробки зміни передач або індивідуального двигуна. Залежно від виду приводу ротори мають ступінчату, безперервно-ступінчату і безперервну зміну швидкостей і моментів обертання. Для сприйняття реактивного крутного моменту вони оснащуються стопорними пристроями, встановленими на швидкохідному валі або столі ротора. Рухомі деталі змащуються розприскуванням і примусовим способом. Поставляються ротори в двох виконаннях — з пневматичним клиновим захватом ПКР для утримування труб і без ПКР.

Конструкція ротора повинна забезпечувати необхідні зручності для високопродуктивної праці і відповідати вимогам надійності і безпечного обслуговування. При цьому габарити ротора повинні бути обмежені площею, яка відводиться для його установки на помості бурової. Ротори, що використовуються в бурових установках різних класів і модифікацій, повинні бути максимально уніфіковані за технічними параметрами і конструкцією.

 

2. Опишіть конструктивну схему за якою виконано зображену машину, порівняйте її з іншими відомими вам конструктивними схемами, висвітліть переваги і недоліки аналізованої конструктивної схеми. Складіть експлікацію до рисунка 5.1, назвіть кожну деталь і складальну одиницю, поясніть їх призначення.

Рисунок 5.1 – Ротор буровий Р-560

1 – кришка; 2 – упорний шариковий підшипник; 3 – станина;4- лабіринтне кільце; 5- підшипник кульковий допоміжний;6-втулка;7- болт;8-фланець;9-відбійний щиток; 10-конічна шестерня; 11- стакан; 12-підшипник конічний; 13- роликовий підшипник; 14- диск(переріз);14 – стіл ротора;15- фіксатор;16 – пружина;17-стакан;18-втулка(переріз);19- вінець зубчатий

Складальні одиниці:

1- Кришка; вал привідний.

Деталі:3 – станина, 4- лабіринтне кільце, 14 – стіл ротора; 17-стакан; 19- вінець зубчатий; 18-втулка;

Стандартні вироби: 2 – упорний шариковий підшипник; 5- підшипник кульковий допоміжний7- болт; 12-підшипник конічний; 13- роликовий підшипник;

 В буріннях використовуються ротори, що нерухому встановлюються над гирлом свердловини. Конструкція зображеного ротора складається із станини 3 і стола 14, який приводиться в обертання від швидкохідного вала за допомогою конічної шестерні 10 і колеса 19. Міжосьовий кут передачі складає 90 градусів.

 Стіл являє собою пустотілу стальну відливку з з зовнішнім диском, який прикриває розточку станини.

Стіл ротора з напресованим конічним колесом встановлюється в вертикальній розточці станини на сновній2 і допоміжній 5 опорах. Опорами служать упорні шарикові підшипники. На основну опору діють власна вага стола ротора і колони труб, яка утримується ним при проведенні спуско-підйомних операцій.

На допоміжну опору діють зусилля від попереднього осьового натягу підшипника і випадкові навантаження від тертя і ударів, що виникають при підйому труб, долота і іншого інструмента в результатіт їх розкручувань і зміщення відносно осі стола ротора.

Порівняння:

Ротори класифікуються в залежності від прохдного отвору:Р-460,Р-560,Р-760.

Як показує практика експлуатації, кращими по простоті конструкції і надійності в роботі являється ротори з одною конічною передачею, консольним розміщенням ведучої конічної шестерні і радіально-упорним підшипником кочення в опорах стола. Використання підш. Ковзання при їх хорошому виконаню і змасці для допоміжної опори дає більшу надійність, але такі опори більш скалдні у виготовленні.

Ротори з проміжною зубчастою передачею приводу стола,більш складніші по конструкції, і не мають технологічних переваг в порівнянні з роторами з одною конічною пердачею. Такі ротори використовують рідше.

Складіть перелік механічних показників зображеної машини, виділіть серед них класифікаційні і такі що регламентуються чинними стандартами. Пов’ яжіть чисельне значення кожного із названих вами показників із деталлю, вузлом, складальною одиницею машини, властивостями яких визначаються ці показники.

Ротори в складі бурових установок виконують численні функції, серед яких головною є передача енергії, моменту та обертового руху бурильній ко-лоні. До допоміжних функцій роторів відноситься сприймання навантажень від ваги трубних колон, підвішених на елеваторі або в пневматичних клинах, сприймання реактивного моменту при бурінні вибійним двигуном, азимуталь-на орієнтація бурильного інструменту при бурінні похило-спрямованих сверд-ловин тощо. Привод ротора здійснюється карданною або ланцюговою пере-дачею відповідно до кінематичної схеми і компоновки бурової установки від індивідуального двигуна або через проміжну трансмісію від бурової лебідки або від її коробки змінних передач. Ротор монтується на балках підроторної основи, в більшості моделей бурових установок оснащується пневматичними клинами, для яких служить монтажною базою.

Класифікаційним параметром ротора є діаметр отвору D_о в столі (див. додаток Ж, табл. Ж.1), основні його параметри перелічено нижче:

- допустиме статичне навантаження на стіл Р_доп, кН;

- статичний обертовий момент М на столі, м·кН;

- гранична частота обертання стола n, хв.^-1;

- передавальне число u передач, вбудованих в ротор;

- базова (монтажна) відстань L від осі стола до площини першого вінця зубців ланцюгового колеса, мм;

- габаритні розміри ротора;

- маса ротора;

- розміри верхньої гранованої частини вкладок під затискачі ведучої труби, мм;

- діаметр зовнішньої консольної шийки приводного вала під ступицю ланцю-гового колеса (фланця карданного валу), мм;

- потужність N, що може бути передана ротором (або одержана ним від при-вода), кВт;

- статична С_о і динамічна С вантажопідйомності підшипника - основної опори стола ротора, кН.

Перелічені параметри (виключаючи три останніх) стадартизовані [4.5.1].

Основні параметри ротора визначаються наступними чинниками:

- кінцевою (проектною) глибиною буріння L_макс, м;

- компоновкою бурильної колони: діаметром і довжиною бурильних і обваж-нених бурильних труб в її складі;

- параметрами режиму буріння: частотою обертання долота n_д при роторному способі буріння (хв.^-1), і осьовим навантаженням на долота Р_од, кН;

- діаметром породоруйнівного інструменту D_д, мм;

- типом і станом породоруйнівного інструменту;

- параметрами профілю стовбура свердловини - зенітним кутом α, град.;

- густиною промивальної рідини , що заповнює стовбур свердловини (кг/м³).

4. Опишіть сутність явища фреттінг-корозії. Виеористовуючи показану на рис.5.1 конструкцію наведіть найхарактерніші приклади деталей і їх конструктивних елементів, де може мати це явище. Яких заходів необхідно вжити для зменшення інтенсивності фреттінг-корозії цих деталей.

Фреттінг-корозія – це корозійно-механічне спрацювання щільно контактуючих тіл приїх коливальному переміщенні в умовах корозійного середовища. Внаслідок малої амплітуди коливань (порядку 0,025 мкм) продукти спрацювання не повністю виносяться із зони тертя і чинять абразивну дію на основний метал, що може призвести до заклинювання спряжень. Фреттінг-корозія приводить до значного погіршення якості поверхні і помітно (в 3-6 разів0 знижує втомну міцність деталей внаслідок утворення концентраторів напружень, що вцілому знижує розмірну точність спряжень.

Фреттінг-корозія, має місце в шпонкових, шліцевих, заклепкових, болтових зєднаннях, де мають місце вібрації, а також в посадкових місцях підшипників кочення, тобто там де є мікропереміщення і окислюваньне середовище.

Методи боротьби – термообробка спряжених поверхонь(підвищення її твердості) зменшення мікропереміщень, збільшення питомих тисків, збільшення нятягу(для посадок з натягом), введення мастильних матеріалів, використання корозійностійких матеріалів.