
Тип работы:	Предмет:	Язык работы:

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ И ИНСТРУМЕНТА ДЛЯ НАРУЖНОЙ ВЫСАДКИ КОНЦОВ НАСОСНО-КОМПРЕССОРНЫХ ТРУБ ИЗ КОРРОЗИОННОСТОЙКИХ СТАЛЕЙ

Работа №	101456
Тип работы	Авторефераты (РГБ)
Предмет	технология машиностроения
Объем работы	18
Год сдачи	2018
Стоимость	250 руб.
ПУБЛИКУЕТСЯ ВПЕРВЫЕ
Просмотрено	139

Не подходит работа?

Узнай цену на написание

Содержание

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ПУБЛИКАЦИИ

Введение

Актуальность работы
Известно, что более 60% сортамента труб, производимых на российских предприятиях, предназначено для нефтегазового комплекса. Основные производители трубной продукции - предприятия ТМК, Группа ЧТПЗ, ОМК. При любом способе эксплуатации скважин жидкость и газ поднимаются по специальным насосно-компрессорными трубам, опускаемым в скважины перед началом их эксплуатации. Только в Свердловской области ежегодно выпускаются свыше 450 тонн насосно-компрессорных труб.
Подаваемые в колодец насосно-компрессорные трубы соединяются в колонну путем свинчивания труб между собой. Для этого на обоих концах каждой насосно-компрессорной трубы нарезается резьба, к которой предъявляются высокие требованию по надежности с точки зрения прочности, коррозионной стойкости и герметичности соединения. Одним из способов обеспечения данных критериев является формирование утолщенной стенки на концах насосно-компрессорных труб путем наружной высадки.
Анализ известных технологий и устройств для наружной высадки концов труб показал, что наиболее эффективным методом получения труб с высаженными концами является высадка на гидравлических прессах. На сегодняшний день освоено производство насосно-компрессорных труб длиной от 6 до 10,5 метров с наиболее часто используемыми типоразмерами 60,32х4,83 мм (60,3х5,0 мм), 73,02х5,51 мм (73,0х5,5 мм) и 89,90х6,45 мм (88,9х6,5 мм) согласно стандартам АР1-5СТ и ГОСТ 633-80.
Насосно-компрессорные трубы работают в исключительно тяжелых условиях повышенных нагрузок, температур и агрессивных сред. Для повышения эксплуатационной надежности изделия и поддержания высокого ресурса его работы без создания дополнительных антикоррозионных покрытий принято решение изготавливать трубы из легированных сталей с содержанием хрома в пределах 1-5%, которые позволяют увеличить наработку колонны до 6 раз и получить значительный экономический эффект.
Широкое внедрение труб НКТ со стандартной и удлиненной высаженной частью и из коррозионностойких марок сталей сталкивается с проблемами создания достаточно производительных технологических процессов, инструмента и оборудования для производства таких труб, необходимостью проведения теоретических и экспериментальных исследований с целью определения технологических нагрузок, режимов обработки, рациональной геометрии инструмента и параметров оборудования.
Степень разработанности темы исследования
Теоретическим исследованиям процесса высадки концов труб посвящены работы Тарновского И.Я., Остренко В.Я., Богатова А.А., Выдрина А.В. и ряда других авторов. Так в работах Остренко В.Я. рассматриваются вопросы определения инженерным методом энергосиловых параметров процесса осадки кольцевой заготовки, расположенной в пространстве между матрицей и пуансоном, параллельными плитами. В работе Тарновского И.Я. решается задача по определению усилий и формоизменения трубной (кольцевой) заготовки ограниченной снаружи контейнером при ее обжатии пуансоном на некоторую величину.
В работах Выдрина А.В., Баричко Б.В., Зинченко А.В. рассмотрено математическое моделирование процесса высадки концов труб методом линий скольжения. В результате определена зависимость для нахождения нагрузки, действующей на пуансон. Для нахождения величины сопротивления металла пластической деформации для сталей 32Г2 и 25ХГМА и коэффициента трения ц в интервале температур от 1050 °С до 1175 °С использованы выражения, полученные по результатам исследований осадки цилиндрических образцов.
Конечно-элементное моделирование процесса высадки концов труб проведено в работах Богатова А.А., Ерпалова М.В. и др. с целью изучения особенностей формоизменения металла в процессе высадки, установления причин и условий образования дефектов на поверхности готовых труб. Изучено влияние длины, температуры, неравномерности нагрева концов труб, условий трения, взаимного расположения инструмента и заготовки на процесс формоизменения металла труб в процессе их наружной высадки.
Целью работы является создание технологии, оборудования и инструмента для наружной высадки концов труб из коррозионностойких марок сталей; исследование энергосиловых параметров и нагруженности инструмента процесса наружной высадки.
Задачи исследования:
1. Создание математической модели процесса наружной высадки концов труб, включающей нагрев заготовки под высадку, ее охлаждение при транспортировке на ось пресса, деформацию конца трубы, позволяющей определять энергосиловые параметры процесса и нагруженность инструмента с учетом граничных условий и реологических свойств металла трубы при горячей обработке, что необходимо для обоснованного выбора соответствующего оборудования и инструмента.
2. Проведение параметрического анализа с целью определения зависимостей энергосиловых параметров и нагруженности инструмента процесса наружной высадки концов труб из коррозионностойких марок сталей от технологических режимов обработки, геометрии трубной заготовки и инструмента.
3. Проведение экспериментальных исследований с целью проверки адекватности созданной математической модели и получения новых сведений о процессе наружной высадки.
4. Выдача рекомендаций по ведению процесса наружной высадке концов труб из коррозионностойких марок сталей, составу оборудования и инструмента.
Методология и методы исследования. Для решения поставленных задач использовали: общие положения теории обработки металлов давлением, метод конечных элементов, реализованный в программном пакете DEFORM, геометрия моделей заготовки и инструмента, входящих в расчетную схемупроцесса наружной высадки концов насосно-компрессорных труб, построена в программном пакете твердотельного моделирования SolidWorks.
Исследования реологических свойств коррозионностойких сталей проводились на автоматизированной пластометрической установке. Для предотвращения тепловых потерь в процессе испытания образец обертывается каолиновой ватой и вместе с бойками помещается в контейнер, в котором контроль температуры образца в процессе нагрева и её изменения внутри контейнера в ходе испытания осуществляется с помощью алюмельхромелевой термопары.
Экспериментальные исследования по определению усилий высадки проводили на гидравлическом прессе для наружной высадки концов труб SMS Meer цеха №4 АО «Первоуральский новотрубный завод». Пресс оборудован электронным манометром для измерения давления в главном цилиндре с выводом диаграммы на монитор оператора пресса.
Научная новизна работы:
1. Создание математической модели процесса наружной высадки концов труб, базирующейся на методе конечных элементов, включающей нагрев за-готовки под высадку, ее охлаждение при транспортировке на ось пресса, де-формацию конца трубы, позволяющей определять энергосиловые параметры процесса и нагруженность инструмента с учетом граничных условий и реологических свойств металла трубы при горячей обработке.
2. Определение зависимостей энергосиловых параметров процесса наружной высадки концов труб из коррозионностойких марок сталей от технологических режимов обработки, геометрии трубной заготовки и инструмента.
3. Получение эмпирических зависимостей сопротивления деформации коррозионностойких сталей 15Х5МФБ, 18Х3МФБ и 18ХМФБ, используемых при изготовлении насосно-компрессорных труб, от степени, скорости и температуры деформации.
Теоретическая и практическая значимость работы:
1. С использованием теории обработки металлов давлением, анализа методов решения задач и известных решений других авторов разработан алгоритм решения задачи определения напряженно-деформированного состояния при наружной высадке насосно-компрессорных труб, реализованный с помощью создания математической модели процесса, базирующейся на методе конечных элементов. Указанный алгоритм внедрен в учебный процесс подготовки бакалавров и магистров ФГАОУ ВО УрФУ, обучающихся по направлению 15.03.02, 15.04.02 - Технологические машины и оборудование.
2. Разработан алгоритм численной реализации и проведен параметрический анализ созданной математической модели, которые позволили получить значения энергосиловых параметров процесса наружной высадки концов труб, рациональные длины зон нагрева концов труб под высадку и геометрические параметры высадочного инструмента.
3. Экспериментальные и теоретические исследования процесса наружной высадки концов труб, проведенные в рамках данной работы, позволили определить параметры технологии, оборудования и инструмента для наружной высадки концов труб, которые послужили основой при выдаче рекомендаций по созданию технологии и инструмента для наружной высадки концов насосно-компрессорных труб из коррозионностойких сталей, принятых АО «ПНТЗ» (г. Первоуральск, Свердловская обл.).
4. Проведенные экспериментальные работы по определению реологических свойств рассматриваемых коррозионностойких марок сталей позволяют использовать полученные данные для решения различных задач обработки металлов давлением с их применением.
Положения, выносимые на защиту:
1. Математическая модель процесса наружной высадки концов труб, базирующаяся на методе конечных элементов, позволяющая определять энергосиловые параметры процесса и нагруженность инструмента с учетом граничных условий и реологических свойств материала высаживаемых труб.
2. Результаты теоретических и экспериментальных исследований по определению зависимостей энергосиловых параметров процесса наружной высадки от режимов обработки, геометрии трубной заготовки и инструмента при наружной высадке концов труб, а также экспериментальные зависимости величины сопротивления пластической деформации для коррозионностойких марок сталей 15Х5МФБ, 18Х3МФБ и 18ХМФБ.
3. Рекомендации по ведению процесса наружной высадки концов труб из коррозионностойких марок сталей, составу оборудования и инструмента.
Степень достоверности результатов
Достоверность результатов теоретических и экспериментальных исследований обеспечена применением фундаментальных законов механики сплошной среды, современных численных методов решения, использованием поверенных приборов для выполнения экспериментальных замеров величин, технических средств и современных методик обработки данных, а также количественным согласованием результатов математического моделирования процесса наружной высадки насосно-компрессорных труб с экспериментальными данными, полученными в заводских условиях.
Апробация работы
Основные результаты научно-исследовательской работы опубликованы в ряде научно-технических изданий, доложены и обсуждены на следующих конференциях: XIV Международная научная конференция «Новые технологии и достижения в металлургии и материаловедении», г. Ченстохова, Польша, 2013; Workshop on Computer Science and Information Technologies (CSIT’2014), Sheffield, England; 11 международная научно-техническая конференция «Современные металлические материалы и технологии» (СММТ‘2015), г. Санкт- Петербург, 2015; XXII Международная научно-практическая конференция «Инновации и импортозамещение в трубной промышленности (трубы-2016)», г. Челябинск, 2016; International Conference on Research and Innovations in Science, Engineering & Technology (ICRISET2017), Anand, India, 2017; IX Всероссийская научно-практическая конференция «Актуальные проблемы машиностроения», г. Самара, 2017.
Публикации по теме диссертации. По теме диссертации опубликовано 10 статей, в том числе 5 статей в рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК РФ, и 1 статья, входящая в перечень базы данных Scopus.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, 1 приложения. Работа изложена на 174 страницах текста, содержит 93 рисунка, 35 таблиц. Список литературы содержит из 105 наименований.

Возникли сложности?

Нужна помощь преподавателя?

Помощь студентам в написании работ!

ДИПЛОМНЫЕ МАГИСТЕРСКИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Курсовые Статьи Диплом Рязань

Заключение

Итоги выполненной работы заключаются в результатах исследования, направленного на совершенствование технологии и выбора рациональных параметров рабочего инструмента для наружной высадки концов насосно-компрессорных труб, а также на формулировании рекомендаций по ведению процесса, разработке и эксплуатации инструмента, обеспечивающего для данного процесса наибольшую эффективность.
По итогам выполненной диссертационной работы можно сформулировать следующие выводы и рекомендации:
1. Технология производства насосно-компрессорных труб с высаженными концами в закрытом калибре с предварительным нагревом на специализированных горизонтальных гидравлических прессах является наиболее целесообразным способом получения труб с высаженными концами, позволяет при высокой производительности обрабатывать трубы широкого сортамента с высоким качеством поверхности, не требующим дополнительную обработку. Использование гидравлических прессов обеспечивает широкие возможности по регулированию скорости пуансона и контролю действующих на оборудование нагрузок, имеющие высокий уровень автоматизации.
2. С использованием МКЭ разработана модель процесса наружной высадки концов труб, учитывающая нагрев и охлаждение конца трубы до установки на ось прессования; высадку концов труб с удлиненной высаженной частью; с использованием кривых упрочнения для коррозионностойких марок сталей (15Х5МФБ, 18Х3МФБ и 18ХМФБ); позволяющая рассчитывать нагруженность инструмента, с целью прогнозирования его износа при высадке концов труб, подбора смазок и способов их нанесения.
3. В результате численной реализации созданной модели процесса наружной высадки концов труб определены рациональные параметры технологического процесса, а также технологические возможности прессового оборудования с точки зрения сортамента высаживаемых труб из коррозионностойких марок сталей 15Х5МФБ, 18Х3МФБ и 18ХМФБ, обладающих высокими значениями сопротивления металла деформации. Полученные в результате параметрического анализа данные позволяют сформулировать конкретные рекомендации по построению технологического процесса наружной высадки концов труб из коррозионностойких марок сталей, вести работы по созданию инструмента и оборудования для данного процесса.
4. Проведенные исследования реологических свойств коррозионностойких марок сталей 18ХМФБ, 18Х3МФБ и 15Х5МФБ в зависимости от термодинамических условий деформирования позволяют получить исходные данные для проведения теоретического исследований с использованием данных материалов в различных процессах ОМД. Экспериментальные исследования по определению усилий процесса наружной высадки концов труб позволяют сделать вывод об адекватности созданной математической модели реальному прототипу.
5. Анализ технологических и технических решений, а также проведенные теоретические и экспериментальные исследования позволяют определить рациональные параметры технологического процесса наружной высадки концов труб. Исследования процесса удлиненной наружной высадки концов труб позволяют определить геометрию прессового инструмента для данного процесса, а также условия его эксплуатации.
6. Комплекс проведенных работ по созданию технологии, оборудования и прессового инструмента для наружной высадки концов труб из коррозионностойких марок сталей стали основой при выдаче рекомендаций, переданных для внедрения на АО «ПНТЗ».
Алгоритм решения задачи по определению параметров процесса наружной высадки концов насосно-компрессорных труб в программном комплексе DEFORM внедрен в учебный процесс подготовки бакалавров и магистров, обучающихся в УрФУ по направлению 15.03.02, 15.04.02 - Технологические машины и оборудование.
Перспективы дальнейшей разработки темы заключаются в следующем:
- разработка рациональной калибровки высадочного инструмента для получения наибольшей длины высаженной части трубы, соответствующей технологическим возможностям высадочного оборудования;
- использование кривых сопротивления деформации, полученных для коррозионностойких сталей 18ХМФБ, 18Х3МФБ и 15Х5МФБ, для оценки технологической возможности производства изделий из данных сталей прочими способами обработки металлов давлением;
- применение разработанного алгоритма задания математической модели наружной высадки концов насосно-компрессорных труб для расчета высадки других типоразмеров труб нефтяного сортамента, производимых на аналогичном оборудовании;
- возможность оценки усилий при наружной высадке концов насосно-компрессорных труб для других применяемых для производства сталей.

Литература

1. Дронов, А.И. Исследование сопротивления деформации сталей 18ХМФБ и 18Х3МФБ при горячей деформации / А.В. Коновалов, А.С. Смирнов,
B. С. Паршин, А.И. Дронов, А.П. Карамышев, И.И. Некрасов, А.А. Федулов, А.В. Серебряков // Металлург. - 2015. - №11. - С. 110-112. (0,15 п.л. / 0,12 п.л.)
2. Дронов, А.И. Исследование влияния условий трения на энергосиловые параметры процесса наружной высадки концов труб / И.И. Некрасов, А.П. Карамышев, В.С. Паршин, А.А. Федулов, А.И. Дронов, В.А. Хорев // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. - 2016. - Т.14, №4. - С. 57-60. (0,2 п.л. / 0,16 п.л.)
3. Дронов, А.И. Конечно-элементное моделирование процесса высадки концов насосно-компрессорных труб с удлиненной высаженной частью / А.П. Карамышев, И.И. Некрасов, В.С. Паршин, А.А. Федулов, А.И. Дронов // Заготовительные производства в машиностроении (кузнечно-прессовое, литейное и другие производства). - 2016. - №9. - С. 22-24. (0,15 п.л. / 0,12 п.л.)
4. Дронов, А.И. Определение параметров процесса наружной высадки концов труб / И.И. Некрасов, А.П. Карамышев, В.С. Паршин, А.А. Федулов, А.И. Дронов, В.А. Хорев // Научно-технический вестник Поволжья. - 2017. - №2. -
C. 25-27. (0,15 п.л. / 0,12 п.л.)
5. Дронов, А.И. Влияние температуры и длины зоны нагрева на процесс наружной высадки концов насосно-компрессорных труб / И.И. Некрасов, А.П. Карамышев, В.С. Паршин, А.И. Дронов, В.А. Хорев, А.А. Федулов // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. - 2017. - №1(2). - С. 265-269. (0,2 п.л. / 0,16 п.л.)
Статьи и тезисы, опубликованные в сборниках материалов конференций:
6. Дронов, А.И. Проблемы и достижения в производстве насосно-компрессорных труб с высаженными концами на ОАО «ПНТЗ» / А.И. Дронов [и др.] // Новые технологии и достижения в металлургии и материаловедении: Материалы XIV Международной научной конференции. - Польша, Ченстохова, 2013. - С. 123-131. (0,46 п.л. / 0,34 п.л.)
7. Dronov, A.I. Mathematical modelling of nonsteady metal-forming processes to develop efficient production technologies / A.P. Karamyshev, V.S. Parshin, A.A. Fedulov, I.I. Nekrasov, A.I. Pugin, A.I. Dronov // Proceedings of the Workshop on Computer Science and Information Technologies (CSIT’2014). V. 2 - Ufa State Aviation Technical University. - 2014. - P. 206-209. (0,2 п.л. / 0,12 п.л.)
8. Дронов, А.И. Определение оптимальной скорости движения пуансона в процессе наружной высадки насосно-компрессорных труб / А.П. Карамышев, И.И. Некрасов, В.С. Паршин, А.И. Пугин, А.А. Федулов, А.И. Дронов, В.А Хорев // Современные металлические материалы и технологии (СММТ‘2015): Труды международной научно-технической конференции. В 3-х томах. Т. 3. - Санкт-Петербург: Издание Политехнического университета, 2015. - С. 75-82. (0,42 п.л. / 0,32 п.л.)
9. Дронов, А.И. Определение величины сопротивления деформации металла при наружной высадке концов насосно-компрессорных труб / И.И. Некрасов, А.П. Карамышев, А.А. Федулов, В.С. Паршин, А.И. Дронов, В.А. Хорев, В.А. Моргунов // Труды XXII Международной научно-практической конференции «Инновации и импортозамещение в трубной промышленности (трубы-2016)»: сборник трудов. В 2 ч. Часть II. - Челябинск: ОАО «Роснити», 2016. - С. 120-122. (0,15 п.л. / 0,12 п.л.)
10. Dronov, A.I. Study of the resistance of steels 18KHMFB and 18KH3MFB to hot deformation / A.V. Konovalov, A.S. Smirnov, V.S. Parshin, A.I. Dronov, A.P. Karamyshev, I.I. Nekrasov, A.A. Fedulov, A.V. Serebryakov // Metallurgist. V. 59 - 2016 - №11-12. - P. 1118-1121. (0,2 п.л. / 0,12 п.л.)
11. Dronov, A. The Features of Metal-Forming Processes Modeling / I. Nekrasov, A. Fedulov, A. Karamyshev, V. Parshin, A. Dronov, V. Khorev // ICRISET2017. International Conference on Research and Innovations in Science, Engineering&Technology. Selected Papers in Engineering. V. 1 - Kalpa Publications in Engineering. - 2017. - P. 499-506. (0,4 п.л. / 0,24 п.л.)