Разработка методов повышения износостойкости радиальных пар трения скольжения электрических центробежных насосов

• Автор: Прожега, Максим Васильевич
• Шифр специальности: 05.02.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 124 с. : ил.

Оглавление
Введение
1 Постановка задачи исследования
1.1 Конструктивные особенности электрических центробежных насосов как трибологической системы
1.2 Условия работы пар трения ЭЦН
1.3 Основные виды отказов и методы повышения износостойкости
1.4 Обзор расчетных и экспериментальных методов для определения износа радиальных пар трения
1.5 Постановка цели и задач исследований
2 Разработка расчетного модуля для моделирования процесса изнашивания радиальных пар трения
2.1 Методика моделирования изнашивания радиальной пары трения в программном комплексе «Эйлер»
2.2 Реализация методики расчета силового взаимодействия и износа втулки и вала в программном комплексе «Эйлер»
2.2.1 Описание силового элемента «вал-втулка» с расчетом износа
2.2.2 Описание шаблона геометрических параметров силового элемента «вал-втулка» с расчетом износа
2.2.3 Описание шаблона материалов пары трения силового элемента «вал-втулка» с расчетом износа
2.2.4 Описание команда «Расчет износа»
2.3 Моделирование изнашивания насосной секции ЭЦН 5-60 в программном комплексе «Эйлер»
2.4 Результаты расчета кинетики износа в радиальной паре трения ЭЦН
2.5 Результаты расчета износа в радиальных парах трения ЭЦН по длине насоса
2.6 Выводы к главе №2
3 Исследование трибологических свойств материалов для радиальных пар трения
3.1 Разработка экспериментального оборудования на трение и износ материалов для ЭЦН
3.2 Разработка универсальной системы сбора данных
3.2.1 Разработка подпрограмм для расчета коэффициента трения
3.2.2 Разработка подпрограммы для расчета процента контакта
3.2.3 Разработка подпрограммы для расчета температуры
3.3 Разработка системы сбора данных для испытаний радиальных пар трения на машине трения СМТ
3.4 Разработка методики испытаний радиальных пар трения
3.5 Результаты испытаний материалов для радиальных пар трения и износостойких подшипников
3.5.1 Исследования трибологических свойств чугунов
3.5.2 Исследования трибологических свойств твердых сплавов
3.5.2.1 Исследования трибологических свойств спеченных твердых сплавов УС-Со, ''ЛгС-№

3.5.2.2 Разработка технологии детонационных наноструктурированных покрытий на основе карбида вольфрама для промежуточных подшипников ЭЦН
3.5.2.3 Исследование твердого сплава WC-Co, модифицированного наноструктурированным порошком WC
3.5.2.4 Исследование трибологических свойств наноструктурированного композиционного материала на основе диоксида циркония
3.5.2.5 Анализ экспериментальных данных испытаний чугунов и материалов
промежуточных подшипников. Определение коэффициентов к и а
3.6 Выводы к главе №3
4 Прикладные разработки
4.1 Разработка высокоизносостойкого насоса ЭЦН
4.2 Оценка экономической эффективности применения радиально-осевого подшипника
4.3 Выводы к главе №4
Основные выводы и результаты
Литература
Приложение

Введение
Бюджет России в значительной степени формируется за счет доходов от продажи нефти, которые зависят как от экспортных цен, так и от производственных затрат на эксплуатацию и ремонт оборудования. Основным средством механизированной добычи нефти в настоящее время являются установки электрических центробежных насосов (УЭЦН), на долю которых приходится свыше 60% всей добываемой нефти. В ОАО «Сибнефть Ноябрьнефтегаз» 92% скважин эксплуатируется с использованием УЭЦН [18]. В нефтедобывающей компании «Роснефть» по данным управления новых технологий КНТЦ [19] на долю установок, снабженных ЭЦН, приходится 93% добываемой компанией нефти, рисунок 1.1.
Другие

Рисунок 1.1- Распределение объема добываемой нефти по способам добычи (по данным НК «Роснефть» [19] на 2008 г.) ЭЦН-электрический центробежный насос, ШГН-штанговые глубинные насосы, ФОН- фонтанный способ
Многолетняя эксплуатация нефтяных месторождений приводит к их истощению, что сопровождается ужесточением условий работы насосов, вызывающих их интенсивное изнашивание. В условиях снижения мировых цен на нефть уменьшение производственных издержек на замену и ремонт оборудования приобретает важное значение. Только капитальный ремонт скважины после аварии оценивается в 1,5 млн. руб.

Для моделирования изнашивания в радиальной паре трения скольжения ЭЦН, был разработан силовой элемент. Для простоты ступицу рабочего колеса в дальнейшем будем называть «вал», а отверстие направляющего аппарата — «втулка».
Рисунок 2.2 - Внешний вид модели радиальной пары трения При определении сил, действующих на радиальные пары трения ЭЦН были сделаны следующие допущения:
1. Радиальная сила, прижимающая вал ко втулке, состоит из центробежной силы и силы упругости вала;
2. Радиусы изнашивающихся поверхностей вала и втулки в начальный момент времени (без износа) совпадают;
3. Контактное давление равномерно распределено по длине контакта;
Модель радиальной пары трения упрощенно представлена в виде участка вала и втулки, закрепленной в корпусе насоса. С обоими телами связаны системы координат. Профиль внутренней поверхности отверстия во втулке задан в системе координат, связанной со втулкой, в плоскости 0,Х, У,. Профиль внешней поверхности вала задан в системе координат, связанной с валом, в плоскости 02Х2У2. Вал совершает движение относительно втулки с линейной скоростью V и угловой скоростью со, при этом движение в направлении, перпендикулярном торцам втулки и вала не учитывается. Параметры контактного взаимодействия рассчитываются в системе координат втулки. Определяется «средняя» ось вращения 2', как равноотстоящая от осей Z связанных с втулкой и валом систем координат.