Підвищення довговічності клапана бурового насоса

Abstract

Робота присвячена питанням підвищення довговічності деталей клапанів бурових насосів шляхом обгрунтованого вибору конструктивно-технологічних факторів з урахуванням комплексу функціональних параметрів. Виділено цикли роботи клапана бурового насоса і встановлено вплив різних видів зношення в кожній фазі циклу на довговічність клапанного вузла. Вибрано та обгрунтовано види поверхневого зміцнення тарілки і сідла клапана на стадії його виготовлення та ремонту. Встановлено оптимальні режими лазерного гартування робочих поверхонь деталей клапанного вузла. Запропоновано методику оцінки тріщиностійкості зміцнених лазером деталей клапанів. Розроблено інженерну методику проектування оптимального технологічного процесу для виготовлення тарілки клапана з поверхневим зміцненням. Виявлено закономірності впливу тиску та швидкості бурового розчину на величину напрацювання клапанного вузла.

Работа посвящена вопросам повышения долговечности клапанов буровых насосов путём обоснованного выбора конструкторско-технологических факторов с учитыванием комплекса функциональных параметров. Выделено циклы работы клапана бурового насоса и выяснено влияние разных видов износа на каждой фазе цикла на долговечность клапанного узла. Выбрано и обосновано виды поверхностного упрочнения тарелки и седла клапана на стадии её изготовления и ремонта. Установлено оптимальные режимы лазерной закалки рабочих поверхностей деталей клапанного узла. Предложена методика оценки трещиностойкости упрочнённых лазером деталей клапанов. Разработано инженерную методику проектирования оптимального технологического процесса для изготовления тарелки клапана с поверхностным упрочнением. Выявлено закономерности влияния давления и скорости бурового раствора на величину наработки клапанного узла. Диссертация состоит из введения, четырёх разделов, выводов, списка использованной литературы и приложений. Первый раздел посвящен анализу условий работы и причин потери работоспособности пары тарелка-седло клапана бурового насоса. Выяснено, что на разных циклах работы клапана, в пределах комплекса основных видов износа, существует превалирующий износ. Разрушение тарелки осуществляется под действием коррозионной среды, ударно-абразивного и гидроабразивного влияний, носит сложный, комплексный характер и может быть вязким, хрупким, полидеформационным или носит усталостный характер. Сделано анализ влияния изготовления тарелки клапана на её эксплуатационные характеристики. Проведено обозрение современных методов упрочнения деталей нефтяной и газовой промышленности. Выбраны и обоснованы пути исследований, сформулированы цель и задачи исследований. Во втором разделе представлены методики исследований. В третьем разделе разработана методика нанесения аморфных покрытий на основе Бе-В на рабочие поверхности деталей клапана К9 бурового насоса НБ600, в том числе на изношенные. Показано, что аморфные покрытия повышают долговечность работы деталей из стали 45Х при знакопеременных нагрузках по сравнению с деталями, изготовленными за существующим технологическим процессом. Разработана методика лазерной обработки рабочих поверхностей тарелки и седла из стали 45Х клапана К9 бурового насоса НБ600, отработаны режимы обработки. Разработана методика оценки трещиностойкости упрочненных лазером рабочих поверхностей деталей клапанного узла через усреднённое значение критического коэффициента интенсивности напряжений К^, что дало возможность подтвердить рекомендации использования данного метода упрочнения в промышленности. На основе проведённого анализа напряжённого состояния тарелки в техническую документацию клапана К9 внесены изменения которые осуществлены на практике. В четвертом разделе разработаны новые технологические маршруты изготовления тарелки клапана К9 с поверхностной лазерной закалкой и сделаны анализы натурных экспериментов. Установлено, что с увеличением подачи насоса, которая ведет к повышению давления и скорости протекания бурового раствора через клапан, осуществляются такие условия, при каких энергия удару тарелки при закрытии клапана убывает, что сказывается на повышении наработки тарелок. Установлено, что причиной потери работоспособности тарелки есть ударноабразивное изнашивание. Промышленные испытания показали, что наработка клапанных узлов, тарелки которых были упрочнены лазерным упрочнением, в 1,2раза выше по сравнению с наработкой тарелок, упрочненных закалкой ТВЧ, тем самым подтвердив эффективность использования лазерного упрочнения деталей клапанов.

The tesis deals with problems of durability increase of boring pump valves by thcwell-foundcd choice of design-technological factors with taking into account the complex of the functional factors. The cycles of the boring pump valve work are chosen and of different kinds of deterioration on each cycle phase upon the valve unit durability is found out. Kinds of surface strengthening of valve plate and saddle at a of its manufacture and repair are chosen and based. The optimum conditions of laser hardering of working surfaces of valve unit parts are determined. The made technigue of estimation of stableness of the valve unit parts strengthened by laser to cracks is offered. Engineering technique ofthe valve plate with the surface strengthening is worked out. Peculiarities of boring solution pressure and speed influence upon the magnitude of valve unit operating time are revealed. The thesis consists of an introduction, for sections, the conclusion, a list of used literature and supplements.