Конструктивные и технологические методы повышения энергетических характеристик и долговечности героторных механизмов винтовых забойных двигателей




Скачать 254.52 Kb.
НазваниеКонструктивные и технологические методы повышения энергетических характеристик и долговечности героторных механизмов винтовых забойных двигателей
страница1/2
Дата публикации14.05.2014
Размер254.52 Kb.
ТипАвтореферат
literature-edu.ru > Авто-ремонт > Автореферат
  1   2




На правах рукописи




Шулепов Валерий Андреевич

КОНСТРУКТИВНЫЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК И ДОЛГОВЕЧНОСТИ

ГЕРОТОРНЫХ МЕХАНИЗМОВ ВИНТОВЫХ ЗАБОЙНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ


Специальность 05.02.13 – «Машины, агрегаты и процессы»

(нефтегазовая отрасль)


Автореферат

Диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Москва – 2011г


Работа выполнена в ООО «ВНИИБТ - Буровой инструмент»

Научный руководитель – доктор технических наук

Коротаев Юрий Арсеньевич



Официальные оппоненты доктор технических наук,

Гноевых Александр Николаевич
кандидат технических наук, доцент

Малкин Илья Борисович

Ведущее предприятие ООО «ПермНИПИнефть»

Защита состоится « 28 » октября 2011 г. в 14-00 часов на заседании диссертационного Совета Д 520.027.01 в ОАО НПО «Буровая техника» по адресу: 113114, г. Москва, ул. Летниковская, 9.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ОАО «НПО «Буровая техника» - ВНИИБТ».

Автореферат разослан « 8 » сентября 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного Совета

Доктор технических наук Д.Ф. Балденко

ОБЩАЯ ХАРЕКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность проблемы. Одним из основных направлений повышения технико-экономических показателей бурения скважин, особенно горизонтальных и горизонтально-разветвленных, является широкое использование многозаходных винтовых забойных двигателей (ВЗД), созданных впервые в мире во Всесоюзном научно-исследовательском институте буровой техники (ВНИИБТ) и его Пермском филиале.

К концу 70-х годов прошлого столетия многие вопросы, связанные с созданием отечественных винтовых забойных двигателей, были решены. Разработаны основы теории рабочего процесса, первые конструкции и технология изготовления многозаходных винтовых героторных механизмов, изготовлены макетные и промышленные образцы гидравлических забойных двигателей, проведены их стендовые и промысловые испытания, началось серийное производство первых ВЗД на Кунгурском и Павловском машзаводах. Однако, широкое внедрение новых высокоэффективных машин сдерживалось из-за малой долговечности и невысоких показателей энергетических и эксплуатационных характеристик, обусловленных несовершенством конструкции и технологии изготовления героторных механизмов.

Повышение надежности и долговечности героторных механизмов в сочетании с высокими выходными энергетическими параметрами являются главными требованиями при разработке современных ВЗД. Эти требования могут быть выполнены за счет внедрения новых конструкторских и технологических решений при проектировании и изготовлении героторнных механизмов, что и определило цели и задачи настоящей диссертационной работы.

Цель работы

Повышение энергетических характеристик и долговечности винтовых забойных двигателей за счет разработки новых конструкций героторнных механизмов и технологи их изготовления.

Основные задачи работы

1. Выполнить анализ конструкции, технологии изготовления, результатов стендовых испытаний и условий эксплуатации героторных механизмов ВЗД и определить основные факторы, влияющие на долговечность статора и энергетические характеристики винтовых забойных двигателей.

2.Исследовать и разработать технологию изготовления длинномерных статоров ВЗД, установить влияние физико-механических свойств резины, длины зубчатой обкладки и погрешностей формообразования зубьев на долговечность рабочих органов и энергетические характеристики винтовых забойных двигателей.

3. Исследовать и разработать технологию зубофрезерования многозаходных роторов и фасонные червячные фрезы повышенной точности, установить факторы, влияющие на точность профиля и шероховатость поверхности зубьев, стойкость инструмента и производительность зубообработки.

4. Выполнить анализ методов чистовой обработки длинномерных зубчатых деталей. Установить факторы, влияющие на качество и производительность чистовой обработки, разработать технологию, оборудование и инструмент для чистовой обработки зубьев ротора ВЗД.

5.Исследовать технологию восстановления героторных механизмов ВЗД, разработать методы отбраковки статоров и роторов, способы удаления резиновой обкладки из корпуса статора, технологию и пресс-формы для заливки статоров, выполнить анализ факторов, влияющих на качество восстановленных героторных механизмов.

6. Внедрить результаты исследований в конструкцию и технологию изготовления рабочих органов ВЗД.

Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечивается применением современных аналитических и экспериментальных методов исследований и стендовых испытаний на специализированных стендах в Пермском филиале ВНИИБТ и ООО «ВНИИБТ - Буровой инструмент», а также высокоэффективной отработкой винтовых забойных двигателей в основных нефтедобывающих регионах нашей страны и за рубежом.
Научная новизна

1. На основе исследования конструкции, технологии изготовления, анализа результатов стендовых испытаний и условий эксплуатации героторных механизмов установлены основные факторы, влияющие на долговечность статора и показатели энергетических характеристик винтовых забойных двигателей.

2. Установлено, что возможность увеличения длины зубчатой обкладки статора зависит от применяемой технологии заливки, типа литьевой машины, марки резины и конструкции пресс-формы.

3. На основе экспериментальных исследований и анализа производственного опыта выявлены факторы, влияющие на точность, производительность и стойкость инструмента, а также величину шероховатости зубьев при зубофрезеровании роторов по методу обката фасонными червячными фрезами повышенной точности и полировании роторов фасонными дисковыми эластичными абразивными кругами на вулканитовой связке.

4.Разрабонана методика контроля профиля зубьев статора на координатной измерительной машине с использованием слепков из сплава Вуда.

Практическая ценность и реализация работы

1.Результаты работы использованы в конструкции, технологии изготовления и ремонта винтовых забойных двигателях диаметром от 43 до 240 мм при их серийном производстве в ООО «ВНИИБТ - Буровой инструмент» и ОАО «Кунгурский машиностроительный завод».

2.Разработаны технологическое оборудование, пресс-формы для изготовления длинномерных статоров, способы удаления изношенной резиновой обкладки, прогрессивные червячные фрезы повышенной точности, устройство и инструмент для чистовой обработки зубьев роторов, технология изготовления и восстановления статоров и роторов.

3. Использование результатов исследований и разработок позволило повысить энергетические характеристики и кратно увеличить долговечность героторных механизмов винтовых забойных двигателей, обеспечить их широкое внедрение, повысить технико-экономические показатели бурения и капитального ремонта нефтяных и газовых скважин. Экономический эффект от внедрения результатов исследований составляет десятки миллионов рублей.

Апробация работы

Результаты работы докладывались на заседаниях Ученого совета Пермского филиала Всесоюзного научно-исследовательского института буровой техники (г. Пермь, 1986, 1988 г.г.), научных конференциях Пермского государственного технического университете (г. Пермь, 1991,1995,2006 г.г.), на семинаре производителей нефтегазового оборудования (г. Москва, 2003 г.), на 13-ой научно-технической конференции инструментальщиков Западного Урала (1998 г.) на заседаниях научно-технического совета ООО «ВНИИБТ - Буровой инструмент» (2006 – 2010 г.г.), на заседаниях Ученого совета ОАО НПО «Буровая техника» - ВНИИБТ (2008 - 2011 г.г.).

Публикации

По теме диссертации опубликовано 20 печатных работ, в том числе 5 патентов, 4 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, 5 глав, основных выводов и результатов работы, списка литературы из 108 наименований. Работа изложена на 136 страницах, включая 47 рисунков, 10 таблиц.

Автор выражает искреннюю благодарность д.т.н., профессору Гусману А.М., д.т.н. Балденко Д.Ф., д.т.н. Семину В.И., к.ф-м.н. Левиной А.Б. за ценные советы, конструктивные замечания и помощь при работе над диссертацией. Особую признательность и благодарность автор выражает своему научному руководителю д.т.н. Ю.А. Коротаеву.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность работы, изложены цель, основные задачи исследований, научная новизна, результаты внедрения и реализация работы в промышленность.

В первой главе приведен анализ патентной и технической литературы по винтовым забойным двигателям, описаны особенности конструкции и технологии изготовления и условия эксплуатации героторных механизмов, сформулированы задачи исследований.

Большой творческий вклад в разработку и исследования многозаходных винтовых забойных двигателей, отработку технологии бурения и организацию производства внесли отечественные ученые: А.А. Асан-Нури, П.И. Астафьев, В.Н.Андоскин, Д.Ф Балденко, Ф.Д. Балденко, М.Г.Бобров, Н.П. Безлепкин, Т.Н.Бикчурин, Ю.В. Вадецкий, А.Н. Вшивков, М.Т. Гусман, В.Б. Голдобин, А.Н. Гноевых, С.А. Ганелина, Н.Д. Деркач, В.П.Дмитриев, Ю.В.Захаров, В.А. Каплун, А.М. Кочнев, Ю.А. Коротаев, А.Д.Коновалов, А.И.Каменских, Н.И.Коротких, С.С. Никомаров, Н.И. Попов, Н.Д.Сумцова, В.И.Семенец, А.В. Цепков, М.В. Шардаков, а также зарубежные специалисты: Y.Forrest, M.Garrison, T.Hadson, R.Moineau, V.Tiraspolsky, W.Teshirky, R.Yurgens, K.Wenzel и др.

Проанализировано современное состояние и технический уровень новых высокоэффективных многозаходных винтовых забойных двигателей, в которых используется многозаходный винтовой героторный механизм, представляющий собой цилиндрическую планетарную передачу внутреннего зацепления с разницей в числах зубьев статора и ротора равной единице и межосевым расстоянием, равным половине высоты зуба героторного механизма. Особенностью таких зубчатых передач является то, что с целью упрощения технологии изготовления, зубья статора выполняются на обкладке из эластомера, привулканизованного к внутренней стенке корпуса статора. Зубчатая поверхность статора формируется сердечником в специальной пресс-форме, а зубья сердечника пресс-формы статора и ротора получают методом зубофрезерования на специальных станках.

Героторный механизм должен иметь натяг в зацеплении для обеспечения высоких энергетических характеристик и создания дополнительного запаса на износ зубьев. Натяг является важнейшим параметром героторного механизма. Его отсутствие вызывает утечки промывочной жидкости, снижает КПД, крутящий момент и запас на износ героторного механизма. Слишком большая величина натяга приводит либо к заклиниванию механизма, либо к преждевременному разрушению зубьев из-за повышенных деформаций и трения между зубьями статора и ротора. Для обеспечения оптимального натяга с точки зрения наибольшей долговечности героторного механизма нужно выдерживать в заданных жестких пределах диаметральные размеры, профиль зубьев, окружной и осевой шаги зубьев статора и ротора. На величину натяга в зацеплении влияют также нецилиндричность ротора и кривизна канала статора.

Указанные требования дают основание характеризовать ротор и статор как точные и ответственные детали, не имеющие аналогов в общем и специальном машиностроении.

Проведенный автором анализ технической, патентной литературы, опыта изготовления и эксплуатации винтовых забойных двигателей показал, что конструкция героторных механизмов и вопросы технологии изготовления роторов и статоров исследованы недостаточно. В связи с этим, при изготовлении статоров и роторов возникали большие погрешности профиля их зубьев, что вызывало погрешности натяга в зацеплении и снижало долговечность героторных механизмов. Червячные фрезы и применяемая технология не обеспечивали высокой точности и требуемой шероховатости поверхности зубьев роторов и сердечников пресс-форм статоров и имели недостаточную стойкость. Роторы и сердечники пресс-форм после зубофрезерования не подвергались методам чистовой обработки, упрочнению и имели низкую износостойкость и коррозионную стойкость.

В результате при серийном изготовлении героторных механизмов не обеспечивалось требуемое качество и долговечность, что сдерживало более широкое внедрение ВЗД.

На основе анализа технической и патентной литературы, опыта проектирования и изготовления героторных механизмов в первой главе сформулированы основные направления и задачи исследования диссертационной работы.

Во второй главе приведены результаты исследований по повышению долговечности резинометаллического статора и показателей энергетических характеристик героторных механизмов. Выполнен анализ секционированных и модульных конструкций героторных механизмов ВЗД, разработаны новые конструкции героторных механизмов с монолитными и составными статорами, усовершенствована методика контроля геометрических параметров зубчатой обкладки статоров.

Исследования, проведенные Д.Ф.Балденко, Ф.Д. Балденко, М.Г. Бобровым, М.Т.Гусманом, А.М.Кочневым, Ю.А. Коротаевым, С.С. Никомаровым, С.Г.Трапезниковым, В.В.Хохловым и автором настоящей работы показали, что основным направлением повышения долговечности статора является увеличение длины зубчатых поверхностей героторных механизмов. Это позволяет значительно снизить уровень контактных нагрузок в зацеплении зубьев статора и ротора, уменьшить интенсивность их износа и предотвратить преждевременное разрушение резиновых зубьев статора из-за повышенных деформаций и разогрева резины. Повышение ресурса героторных механизмов за счет увеличения их длины объясняется также возможностью обеспечения требуемого крутящего момента при большом износе зубьев статора и ротора и достижении больших зазоров в зацеплении (до 1мм и более).

Однако, увеличение длины героторных механизмов, прежде всего резинометаллического статора, ограничивается возможностями технологического оборудования и достигнутым уровнем технологии изготовления.

В результате на основе комплекса исследований, проведенных с участием и под руководством автора разработана и внедрена новая технология изготовления статоров, что позволило увеличить длину зубчатой обкладки статора до 4600 мм. Это на 1000мм больше, чем было при применяемой ранее технологии изготовления статора. Увеличение длины от 3600 до 4600 мм позволило увеличить крутящий момент в режиме максимальной мощности и эффективную мощность на 20-30%. При этом частота вращения на холостом ходу практически не изменилась. Энергетическая характеристика винтового забойного двигателя Д-178.6/7.62 с длиной зубчатой обкладки статора 4600 мм представлена на рисунке 1.

По новой технологии заливка статоров резиновой смесью выполняется не на вертикальном литьевом прессе, а на горизонтальной литьевой машине «Desma» (Германия), которая позволяет заливать статоры длиной до 8000 мм. Отличительной особенностью новой машины является непрерывный впрыск резины поочередно из двух цилиндров. Разработаны новые конструкции пресс-форм статоров для заливки на машине «Desma» и соответствующее технологическое оборудование. В первую очередь это  механизированная установка нанесения клея на внутреннюю поверхность остова статора, ванны охлаждения статоров после вулканизации и камера сушки остовов после нанесения клея, а также модернизированная дробеструйная установка.


Рис. 1. Энергетическая характеристика винтового забойного двигателя

Д-178.6/7.62 с длиной зубчатой обкладки статора 4600 мм при работе на воде

(Q=34,00 л/с. Зазор 0,05 мм)
Многие годы для изготовления статоров отечественных винтовых забойных двигателей использовалась резина ИРП-1226 производства Чайковского завода резинотехнических деталей (ЧРТД) и Соликамского завода «Урал». Эта резина имела твердость 76-80 усл.ед Шор А, усталостную выносливость при знакопеременном изгибе 100 тыс. циклов и физико-механические свойства, обеспечивающие требуемые в те годы энергетические характеристики ВЗД. Однако, проведенные нами исследования резины ИРП-1226 показали, что данная марка резины не может применяться для заливки статоров на машине «Desma» из-за высокой вязкости (75-85 ед. по Муни) и недостаточного времени подвулканизации (8-11мин).

По заданию ООО «ВНИИБТ-Буровой инструмент» предприятие ООО «Югспецполимеры» (г.Волгоград) разработало резину ИРП-1226АК (вязкость по Муни 60-65, время подвулканизации 25-35 мин), которой в течении 2007-2008гг. на «Desme» заливались статоры ВЗД и винтовых насосов.

Промысловая отработка рабочих органов ВЗД с резиной ИРП-1226 и ИРП-1226АК показали недостаточную долговечность статоров из резины ИРП-1226АК, поэтому с 2009 года стала применяться резина фирмы «Крайбург» (Германия).

Совершенствованию подверглась и такая важная технологическая операция, как контроль зубчатой поверхности статора. В результате диаметр по выступам зубьев теперь проверяется разжимными калибрами, кривизна канала статора  на лазерной установке ПИКА-ДН1, а отклонения профиля статора в торцовом сечении  на 3-х координатной измерительной машине с использованием слепков из сплава Вуда. Точность контроля профиля составляет ±0,02 мм.
  1   2

Добавить документ в свой блог или на сайт

Похожие:

Конструктивные и технологические методы повышения энергетических характеристик и долговечности героторных механизмов винтовых забойных двигателей iconИсследование и разработка новых конструкций рабочих органов винтовых...

Конструктивные и технологические методы повышения энергетических характеристик и долговечности героторных механизмов винтовых забойных двигателей iconПлан. Паранормальное явление и человек звенья сложной системы. Наука...
Возможности использования системного подхода в постижении реальности: парапсихология

Конструктивные и технологические методы повышения энергетических характеристик и долговечности героторных механизмов винтовых забойных двигателей iconК вопросу о специфике работы внутренних механизмов формирования массового сознания
Кубанская многопрофильная академия подготовки, переподготовки, повышения квалификации специалистов. Краснодар. Рф

Конструктивные и технологические методы повышения энергетических характеристик и долговечности героторных механизмов винтовых забойных двигателей iconРабочая программа по дисциплине опд. В1 Современные направления конструирования...
Опд. В1 Современные направления конструирования судовых двигателей внутреннего сгорания

Конструктивные и технологические методы повышения энергетических характеристик и долговечности героторных механизмов винтовых забойных двигателей icon«Молодежь: формы и методы повышения электоральной активности»
Место выполнения работы: мбоу сош п. Красное, Ненецкий автономный округ, Архангельской области

Конструктивные и технологические методы повышения энергетических характеристик и долговечности героторных механизмов винтовых забойных двигателей iconРабочая программа по дисциплине дс. Ф. 8 Тренажерный практикум по...
ДС. Ф. 8 Тренажерный практикум по эксплуатации судовых дизельных энергетических установок

Конструктивные и технологические методы повышения энергетических характеристик и долговечности героторных механизмов винтовых забойных двигателей iconИ. И. Кондратова
Изучены технологические свойства изомальта, определены типы эмульсий, изучено влияние компонентов рецептуры на печенье с изомальтом,...

Конструктивные и технологические методы повышения энергетических характеристик и долговечности героторных механизмов винтовых забойных двигателей iconРабочая программа по дисциплине сд. Ф. 5 Основы технологии изготовления,...
СД. Ф. 5 Основы технологии изготовления, монтажа и испытания судовых энергетических установок

Конструктивные и технологические методы повышения энергетических характеристик и долговечности героторных механизмов винтовых забойных двигателей iconТехническое задание 11 Задание топологии складского комплекса: 11 Разделение на зоны 11
Технологические средства конфигурирования и администрирования системы 1С: Предприятие 0 15

Конструктивные и технологические методы повышения энергетических характеристик и долговечности героторных механизмов винтовых забойных двигателей iconАдизесом, автором бест­селлера «Идеальный руководитель». Книга будет...
Соответственно, должны быть индивидуальными и методы управления людьми — то, что хорошо воспринимается одним сотруд­ником, может...

Литература


При копировании материала укажите ссылку © 2015
контакты
literature-edu.ru
Поиск на сайте

Главная страница  Литература  Доклады  Рефераты  Курсовая работа  Лекции