Встановлення закономірності зношування робочих органів та їхній вплив на довговічність установок УЕВН. Встановлення закономірностей зміни конструктивних параметрів робочих колес, виготовлених з модифікованого чавуну, при різних методах термічної обробки.
Аннотация к работе
Сьогодні понад 60% свердловин з механізованим способом видобутку нафти в Україні обладнано установками електровідцентрових насосів (УЕВН), які при середніх і великих відборах свердловинної рідини (100-150 м3/добу і більше) є найбільш економічним і найменш трудомістким за обслуговуванням видом обладнання для видобутку нафти. Технічний стан робочих органів (РО) ступеней насоса (СН) УЕВН - робочих коліс (РК), направляючих апаратів (НА), захисних втулок вала (ЗВ), опорних шайб (ОШ), визначає ефективність процесу видобутку нафти. Тематика роботи є частиною планових державних науково-дослідних програм з розвитку нафтопромислового комплексу України і базується на результатах держбюджетних науково-дослідних робіт, які є частиною координаційного плану Міністерства освіти і науки України “Наукові основи розробки нових технологій видобутку нафти і газу, газопромислового обладнання, поглибленої переробки нафти і газу з метою одержання високоякісних моторних палив, мастильних матеріалів, допоміжних продуктів і нафтохімічної сировини”, що входить у національну програму “Нафта і газ України до 2010 року”. Дослідження проведено з використанням методів аналітичної геометрії, математичної статистики та регресійного аналізу, імітаційного моделювання і методів гідроаеромеханіки, а також методів та обладнання для механічних випробувань, металографічних досліджень, випробувань на гідроабразивне зношування з використанням стандартних методик, а обґрунтування послідовності технологічного процесу виготовлення захисної втулки вала здійснено на основі матричного аналізу. Наукова новизна отриманих результатів полягає в удосконаленні конструктивних та технологічних методів підвищення довговічності РО ступені насоса УЕВН і визначається наступним: - вперше розроблено тривимірну модель РК, використання якої дозволило змоделювати зміни форми його поверхні, обумовленої процесом зношування, та встановити залежності НДС робочого колеса від величини його зношення та осьового навантаження на торцеву пару тертя;Аналіз особливостей конструкції СН, його роботи та технології виготовлення показав, що СН для УЕВН різних виконань різниться матеріалами робочих органів, пар тертя і деякими конструктивними елементами та забезпечує максимально можливий напір ступеня при відносно малих його діаметральних габаритах. Результати статистичної обробки даних з відмов УЕВН по НГВУ “Чернігівнафтогаз” (проаналізовано відмови по 328 УЕВН) дозволили встановити закономірності їх напрацювання до відмови по нафтових родовищах у вигляді гістограм (рис.1) і емпіричних залежностей та розрахувати показник довговічності (середній ресурс) (рис.2). У другому розділі розглянуто питання розробки стендового і методичного забезпечення досліджень з підвищення довговічності робочих органів УЕВН. Базуючись на результатах теоретичних і експериментальних досліджень матеріалів з підвищеними зношувальними і корозійностійкими характеристиками, за основний обєкт досліджень на зносостійкість було прийнято взірці, виготовлені із сірого чавуну, модифікованого рідкоземельними металами (церієм, ітрієм). Отримано аналітичну залежність обємного приросту виливків з чавуну в процесі термообробки від їх розмірів: Д=Nk=[Д20 Д1(d-20)]k, (1) де N=[Д20 Д1(d-20)]; Д20 - приріст розмірів виробу ?20 мм (Д20=0,06 мм); D1-приріст розміру виробу ?80 мм при зміні його на 1% (D1= 0,0027 мм); d - дійсний розмір виробу; k - узгоджувальний коефіцієнт, що враховує інші фактори (k=1,25?1,3).У дисертації подано теоретичне узагальнення і нове рішення науково-технічного завдання, яке полягає у проведенні теоретичних і експериментальних досліджень з підвищення довговічності робочих органів УЕВН, розроблено технологію і методи виготовлення зносостійких деталей насоса. З метою ефективного і оперативного проведення комплексу експериментальних досліджень на зносостійкість матеріалів пар тертя і робочих органів СН УЕВН, виготовлених з використанням запропонованих конструктивних і технологічних рішень, розроблено: - методичне забезпечення для проведення комплексу стендових і промислових досліджень; Розроблено тривимірну модель РК та проведено моделювання впливу осьового навантаження на інтенсивність зношування торцевої пари тертя, а також величини зносу РК на зміну його НДС і характеристик УЕВН, що дозволило створити конструкцію СН підвищенної довговічності. Розроблено метод виготовлення зносостійких робочих органів СН УЕВН з сірого чавуну, який модифікується при литві рідкоземельним металом (ітрієм, церієм), а деталі перед термічною обробкою проходять кінцеву механічну обробку з відємними допусками, що компенсують величину приросту їхніх розмірів при термічній обробці. Проведені дослідження на зносостійкість показали, що пари тертя “модифікований чавун-композит ПН55Т45”, а також “модифікований чавун-композит ЛО-90-1” і “модифікований чавун-композит ПК70Н2Д2” в 10,4 і в 3-5 разів, відповідно, є більш зносостійкими, ніж серійна, їхня стійкість є майже еквівалентною до стійкості робочих органів СН УЕВН, і вони рекомендовані д