Отчет по производственной практике в ООО БК "Севербугаз"

      Поломки и обломы возникают при сильных ударах деталей и часто наблюдаются на литых конструкциях. Такие поломки возможны также в результате усталости металлов.

      Трещины возникают в результате значительных местных нагрузок, ударов и перенагружений, а также циклического знакопеременного приложения нагрузок. Трещины характерны для корпусных деталей (рамы, блоки, станины и пр.), часто возникают на чугунных деталях и на деталях, изготовленных из листового материала. Трещины могут возникнуть при неправильном монтаже оборудования. Могут быть трещины теплового происхождения (в перемычках гнезд клапанов тепловых машин-двигателей и компрессоров и т.п.) Наконец, трещины могут появляться при замерзании охлаждающей жидкости.

      Пробоины  появляются в результате ударов различных  предметов о поверхности тонкостенных деталей.

      Изгибы  и вмятины характеризуются нарушением формы деталей и происходят вследствии ударных нагрузок.

      Скручивание деталей происходит от воздействия  большого крутящего момента, связанного с преодолением значительных сопротивлений вращению.

      Коробление  деталей имеет место при воздействии  высоких температур.

      Нефтяное  оборудование (буровое и нефтегазопромысловое) в целом работает в сложных эксплуатационных условиях, подвергается значительным статическим и динамическим нагрузкам, часто циклическим, в абразивной или коррозионной среде, в разном тепловом режиме (например, температура окружающего  
 
 
 
 

Рисунок 1 – Классификация повреждений деталей и узлов 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

воздуха, воздействующего на однотипное оборудование, может меняться от + 50°С в южных районах страны до — 50°С в северных).

      Резкое  различие в функциях разного вида оборудования в условиях его эксплуатации приводит к неодинаковым причинам выхода деталей из строя и различному сроку их службы (ресурсу).

      Деформация  материала детали происходит в результате приложения нагрузки и выражается в виде изменения формы и размеров детали. Эти изменения могут быть временными (упругие деформации, исчезающие после снятия нагрузки) или остаточными (пластические деформации, остающиеся после снятия нагрузки). Остаточная деформация приводит к удлинению, изгибу, вмятинам или скручиванию деталей, либо их элементов. Такие повреждения характерны для проушин бурильных крюков и вертлюгов, серьги талевого блока, буровых и эксплуатационных штропов, деталей элеваторов, клиньев, бурильных и насосно-компрессорных труб, насосных штанг, тел качения роторов, шпилек арматуры и др., а также сосудов и аппаратов, изготовленных из листового проката.

      Излом материала вызывается перегрузками, когда напряжения в материале деталей превосходят предел прочности или предел текучести для данного материала, а также возникает при ударном приложении нагрузки, что приводит к разрушению детали. Такой режим нагружения вызывает поломки бурильных труб, появление продольных и поперечных трещин в замках и муфтах, трещин в проушинах элеваторов, поломки стволов крюков, осей кронблока и талевого блока, карманов вертлюга, зубьев шестерен редукторов, коробок передач, желобов канатных шкивов и др.

      В зависимости от структуры материала  и приложения нагрузки изломы бывают вязкими и хрупкими.

      Вязкий  излом связан с чрезмерным возрастанием статической нагрузки, когда превышается предел текучести материала детали.

      Хрупкий излом возникает при мгновенном приложении нагрузки; кроме того, он может быть связан с хладноломкостью материала детали и наличием концентраторов напряжений в опасном сечении детали.

      Усталостный излом происходит в результате многократных циклических изменений напряжений, хотя напряжения имеют величину ниже предела текучести для данного материала, называемую пределом выносливости.

      Усталостное разрушение является наиболее частой причиной выхода деталей из строя для данной группы разрушений (деформация и излом). Развитию явления усталости способствуют повреждения поверхности (риски, забоины, трещины и др.), концентраторы напряжений (отверстия, резкое изменение сечений и др.), большая твердость материала, неоднородная структура материала и т.п. Усталостному разрушению подвергаются многие детали, совершающие возвратно-поступательное или вращательное движение, в т.ч. валы лебедок, валы буровых насосов, детали турбобуров, элементы бурильной колонны, насосные штанги, шарошки долот, стволы крюков, штоки насосов, талевый канат, штропы, зубчатые колеса и звездочки, цепи, подшипники и др.

      Усталостное выкрашивание (питтинг) имеет место на контактных поверхностях и проявляется в виде мелких осповидных выщербин, выкрашивания антифрикционного слоя. Это наблюдается, например, на беговых дорожках опор шарошечных долот и различных подшипников, в местах контакта зубчатых передач и пр.

      Истирание металлических пар приводит к  механическому износу как результату изнашивания, проявляющемуся в виде отделения частиц материала от детали или остаточной деформации материала детали. Сам процесс постепенного изменения размеров детали за счет отделения от поверхности трения пар деталей материала носит название изнашивания.

      К наиболее распространенным видам истирания  контактирующих пар относится нормальный механический износ в виде постепенного истирания поверхностей без существенных физико-химических изменений материала.

      На  изнашиваемость деталей влияют: вид  трения, характер и величина удельных нагрузок, относительные скорости перемещения  трущихся поверхностей, форма и размеры зазора между поверхностями, условия подачи смазки, свойства материалов, качество обработки поверхности. Важнейшее значение имеет вид трения соприкасающихся пар. В зависимости от относительного перемещения контактирующих поверхностей деталей различают два рода трения:

      — трение скольжения (первого рода), при котором одни и те же зоны одной и той же детали приходят в соприкосновение со все новыми и новыми зонами другой детали;

      — трение качения (второго рода), при  котором следующие одна за другой зоны одной детали приходят в соприкосновение  со следующими одна за другой зонами другой детали, причем мгновенная ось вращения одной детали относительно другой проходит через одну из зон касания.

      Иногда  в практике встречается смешанное  трение (третьего рода), которое представляет собой трение качения с добавочным скольжением, например, трение между зубьями зубчатых колес.

      В зависимости от состояния поверхностей трущихся деталей и характера  смазки возникает один из следующих  основных видов трения:

      1.  Жидкостное трение, при котором  поверхности деталей полностью  отдалены друг от друга слоем смазки. Жидкостное трение зависит от скорости скольжения, с увеличением которой оно возрастает. Чем больше вязкость масла и частота вращения (основная часть деталей объемом примерно в 70% работает в сопряжениях типа вал-подшипник), тем более благоприятны условия для создания жидкостной смазки, т.к. создаваемый при вращении масляный клин поднимает вал в подшипнике, снижая опасность сухого трения. Однако потери на трение при этом возрастают. Чтобы устранить это противоречие, необходимо подбирать масло подходящей вязкости. Так, для быстровращающихся валов берут масло с наименьшей вязкостью, а для тихоходных машин — с наиболее высокой.

      2.  Трение при неполной или несовершенной  смазке, которое разделяется на  три подвида:

      1)  полужидкостное — при наличии частичного сухого трения;

      2) полусухое — когда в отдельных местах контакта деталей находится смазка;

      3) граничное или молекулярное —  когда при правильной геометрической  форме трущихся тел и малой  шероховатости их поверхностей  между ними образуется молекулярная пленка; граничная смазка наступает при недостаточной подаче масла и встречается, например, в подшипниках с периодической или недостаточной подачей смазки;

      3.  Сухое трение.

      На  практике всегда стремятся обеспечить жидкостное трение, особенно в подшипниках, но далеко не всегда такой вид трения удается осуществить вследствие особых условий работы, например, в скважинном оборудовании (погружные насосы, буровые долота, забойные двигатели и др.).

      Обычный механический износ характерен для  резьбовых соединений труб и штанг, тормозных устройств, желобов канатных шкивов, посадочных шеек, зубчатых и цепных колес, талевых канатов, шпоночных канавок, шкивов пневматических муфт, шарниров и др. Механическое изнашивание имеет многочисленные разновидности: абразивное, кавитационное, усталостное, эрозионное и др. На рисунке 2 приведена классификация видов изнашивания в машинах.

      Абразивный  износ представляет собой пластическую деформацию поверхностных слоев при трении скольжения в результате режущего или царапающего воздействия твердых частиц, попадающих в зазор между поверхностями трения. Абразивные частицы могут попасть на поверхности трения в результате плохой герметизации, неудовлетворительного состояния масла, образований от разрушаемого материала в микрообъемах. Абразивное изнашивание действует очень интенсивно и оказывает сильное вредное влияние на состояние поверхностей деталей. Абразивному износу подвергается оборудование, работающее в скважинах (погружные штанговые, центробежные и другие насосы, трубы, клапаны и др.), детали гидравлической части плунжерно-поршневых насосов, буровые долота и др. В некторых случаях по технологическим условиям оборудованию приходится заведомо работать в агрессивной среде, например при закачке в пласт жидкости-песконосителя (при проведении гидроразрыва пласта) или при промывке скважины утяжеленным раствором (в процессе бурения).

      Разновидностями абразивного изнашивания можно  считать гидроабразивное (жидкостная эрозия), газоабразивное (газовая эрозия)  
 
 
 
 
 
 

изнашивание. Такому изнашиванию подвергаются детали насосов, фонтанная и трубная арматура, детали эжекторов, струйных насосов, вентиляторов и др.

      Усталостное изнашивание является следствием многократного  деформирования микрообъемов материала, приводящего к возникновению трещин и отделению от поверхности детали частиц материала. Усталостное выкрашивание возможно как при трении качения, так и при трении скольжения. При чистом качении наблюдается контактная усталость, которая проявляется в образовании мест- 
 
 

Рисунок 2 – Виды изнашивания оборудования 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ных очагов разрушения в виде осповидных углублений (питтинг). При трении скольжения образуется износ. В некоторых сопряжениях возможны обе разновидности разрушения (зубчатые передачи, опоры качения, кулачковые соединения). Усталостное изнашивание имеет место в опорах вертлюгов и роторов, приводной части поршневых насосов и роторов, в опорах центробежных насосов, в подшипниках долот.

     Кавитационное изнашивание связано с нарушениями  сплошности потока жидкости, движущейся с большой скоростью. На участках, где давление жидкости падает ниже давления насыщения паров, возникают пузырьки пара, воздуха, газа. В зоне повышенного давления кавитационные полости и пузырьки захлопываются с большой скоростью, вызывая микрогидравлические удары жидкости о поверхность детали и ее разрушение. Кавитация связана с неправильной конструкцией проходных каналов гидравлического устройства и отклонением режима работы от проектного. Нередко кавитационное изнашивание сочетается с эрозионным процессом, если поток жидкости или газа загрязнен механическими частицами. Эрозионно-кавитационному изнашиванию подвергаются детали гидравлической части насосов, гидроциклонные установки, фонтанная и газлифтная арматура, отводы вертлюгов.

     При нарушении целостности масляной пленки, например, вследствие понижения вязкости масла возникает явление заедания. Это результат проявления молекулярно-механического изнашивания, которое становится возможным, когда сопряженные трущиеся поверхности сближены на расстояние молекулярного воздействия поверхностей. Вследствие высокого удельного давления и высоких скоростей происходит сцепление, схватывание поверхностей, адгезия и вырывание частиц металла из контактирующих поверхностей. В отличие от адгезионного изнашивания, характерного для металлических пар, избирательный перенос происходит между разнородными материалами. Например, при трении металло-полимерных пар полимер переносится на поверхность металла.