Введение 4
1. Устройство буровых насосов и конструкция втулки
цилиндрической 6
1.1 Общие сведения о буровых насосах 6
1.2 Устройство и принцип действия поршневых насосов 7
1.3 Описание втулки цилиндрической буровых насосов 13
1.4 Условия эксплуатации втулки цилиндрической 16
1.5 Характерные виды повреждаемости втулки цилиндрической
при эксплуатации 18
2. Современные методы термической и химико - термической
обработки деталей гидропоршневой группы буровых насосов 35
2.1 Поверхностная закалка с нагревом токами высокой частоты 35
2.2 Анализ методов объёмного упрочнения 37
2.3 Химико - термическая обработка 39
3. Материал и методика исследования 47
3.1 Материал, технология и оборудование для химико -
термической обработки в кипящем слое наноструктурированного катализатора 47
3.2 Наноструктурированный катализатор - основной компонент
аппаратного метода 59
3.3 Основные преимущества предлагаемого аппаратного метода 66
3.4 Методы исследования процесса химико - термической
обработки в кипящем слое наноструктурированного катализатора 68
4. Исследование влияния параметров химико - термической
обработки на свойства втулки цилиндрической 72
4.1 Исследование влияния процесса газового азотирования
в наноструктурированном катализаторе на свойства упрочненного
слоя втулки цилиндрической 72
4.1.1 Исследование свойств упрочненного слоя втулки цилиндрической,
после азотирования в установке «Корунд» 73
4.1.2 Исследования уровня и распределения остаточных напряжений в упрочненном слое цилиндрических образцов после азотирования в установке «Корунд» 77
4.1.3 Исследование износостойкости втулки цилиндрической
после азотирования в установке «Корунд» 79
Общие выводы 83
Заключение 86
Список используемых источников. 87
Приложение А 92
Приложение Б 93
Приложение В 94
Приложение Г 97
Долговечность работы буровых насосов во многом определяется гидравлической частью - парой «поршень - втулка цилиндрическая», взаимодействующих с буровым раствором.
Задача по обеспечению длительного ресурса надежной работы машин, работающих в условиях повышенного гидроабразивного износа под действием сил трения, на сегодняшний день недостаточно решена. Выход из строя, снижение эффективной работы бурового насоса (нагнетание в забой бурового раствора) в связи с износом втулки цилиндрической, вызывает повышенный износ и разрушение бурильных долот, закупорку всего дорогостоящего, скважинного оборудования внутри самой скважины. Средняя наработка втулки цилиндрической, составляет 100 часов, вместо требуемых 800 - 1000 часов [1]. Как следствие, повышается норма расхода бурильных долот и увеличивается количество случаев капитального ремонта скважин. Все это вызывает увеличение себестоимости процесса добычи нефти или газа [2].
В процессе эксплуатации основным дефектом, снижающим долговечность пары «поршень - втулка цилиндрическая», являются продольные глубокие риски глубиной до 1,5 мм (выработка) на поверхности трения втулки цилиндрической, поперечная выработка [1].
В настоящее время этот дефект является определяющим рабочий ресурс втулки цилиндрической. Для увеличения износостойкости втулки цилиндрические упрочняется различными методами, но износ рабочей поверхности все - таки остается неснижаемым критическим показателем. Об этом свидетельствует малое количеством часов её наработки в насосе.
Очевидно, что первостепенное значение имеет более качественное упрочнение рабочей поверхности втулки цилиндрической, с учетом всестороннего анализа дефектов поверхности, возникающих в процессе эксплуатации. Однозначно, повышение прочностных характеристик при упрочнении втулки, увеличит ресурс работы всего бурового насоса [3].
В связи с этим актуальной явилась задача исследования механизма износа рабочей поверхности втулки цилиндрической в процессе работы бурового насоса. Что в свою очередь, позволит разработать технологию упрочнения, обеспечивающую увеличение эксплуатационного ресурса.
Целью настоящей работы является повышение износостойкости втулок, путем исследования механизма и причин разрушения их рабочей поверхности и создание на основе этого эффективной технологии поверхностного упрочнения.
Данная работа выполнялась по заказу предприятия ООО «ОЗНА - Октябрьский механический завод». В ней на основании анализа условий эксплуатации втулок цилиндрических буровых насосов и материаловедческих проблем повышения износостойкости их поверхности была предложена новая технология азотирования, позволяющая повысить износостойкость втулок цилиндрических бурового насоса; также было подобрано оборудование для реализации процесса химико - термической обработки в кипящем слое наноструктурированного катализатора.
Были проведены эксперименты, в которых изучалось влияние основных параметров азотирования в кипящем слое наноструктурированного катализатора на твердость поверхности и износостойкость, определено влияние параметров процесса и среды охлаждения на уровень и распределение остаточных напряжений в упрочненном слое. В результате анализа данных этого эксперимента была установлена зависимость увеличения износостойкости с увеличением твердости поверхности и глубины залегания сжимающих остаточных напряжений в упрочненном слое. Полученные экспериментальные результаты позволяет использовать их для управления технологическим процессом азотирования в кипящем слое наноструктурированного катализатора применительно к материалу ЧХ16. Следовательно, в производственных условиях возможно повысить качественные показатели процесса, а, именно, получать более износостойкие свойства упрочненного слоя на деталях из данного материала. С полученными результатами ознакомлена техническая служба предприятия ООО «ОЗНА - Октябрьский механический завод».
В дальнейшем выполненную работу следует продолжить и произвести исследования микроструктуры и фазового состава азотированного слоя, влияние углеродного, азотного потенциала в процессе азотирования на свойства втулки цилиндрической.
