№5 Зертханалық жұмыс Тау жынысын талқандаушы аспаптар

5.1 Жұмыстың мақсаты: Тау жыныстарын бұзушы аспаптардың, оның ішінде мұнай және газ ұңғыларын бұрғылауда жиі қолданылатын үш шарошкалы қашаулардың конструкциялық ерекшеліктерімен және олардың жұмыс істеу принцптерімен студенттерді таныстыру.

5.2 Бұрғы қашауларының конструкциясы

Шарошкалы бұрғы қашаулары шарошкаларының санына қарай бір, екі, үш, төрт, алты және көп шарошкалы болып келеді. Ең кең тараған түрі үш шарошкалы қашаулар. 2.1-кестеде осы үш шарошкалы қашаулардың МЕСТ бойынша шығарылатын түрлері берілген.

2.1-кесте. МЕСТ 20692-75 бойынша шығарылатын үш шарошкалы қашаулардың түрлері мен өлшемдері

Қашау түрлері	Диаметрі, мм	Бұрғылауға ұсынылатын тау жыныстарының түрлері
М	190,5; 215,9; 295,3; 349,2; 393,7.	Жұмсақ, әлсіз, созымтал тау жыныстары
М3	190,5; 215,9	Түрпілі, жұмсақ
МС	190,5; 215,9; 295,3	Жұмсақ және қаттылығы орташа
МС3	190,5	Жұмсақ, түрпілі қаттылығы орташа
С	98,4; 120,6; 132,0; 139,7; 165,1; 190,5; 215,9	Қаттылығы орташа
	269,9; 295,3; 394,2; 444,5	Қаттылығы орташа
С3	190,5; 215,9; 269,9; 295,3	Қаттылығы орташа түрпілі
Т	93,0; 98,4; 120,6; 132,0; 139,7; 146,0; 151,0; 165,1; 190,5; 215,9; 244,5;269,9; 295,3; 349,2; 397,7	Қатты тау жыныстары
СТ	190,5; 215,9; 269,9	Қаттылығы орташа, қатты тау жыныстары аралас
Т3	215,9; 244,5; 269,9; 295,3	Қатты, түрпілі тау жыныстары
ТК	215,9; 244,5; 269,9; 295,3	Қатты, берік тау жыныстары
К	215,9; 244,5; 269,9; 295,3; 320,0	Берік тау жыныстары
ОК	96,4; 146,0; 196,0; 215,9; 244,5; 269,9	Өте берік тау жыныстары

Үш шарошкалы жуу жүйесі гидромониторлы, май толтырылған тіректі қашаулардың қарапайым конструкциясы 2.1-суретте көрсетілген.

А-тұрық; В- жалғаушы бұранда; Д- жасақтары; Е-тазалау жүйесі;

F- шарошка тіректері; G-май толтырылып бекітілген тірек жүйесі.

5.1-сурет. Үш шарошкалы қашау конструкциясы

Қашау тіректері Шарошкалы қашау бөлек секциялардан құрастырылып, қосылатын жерлері пісіріліп ұстатылады. Пісіру жігі 2.1-суретте 1 санымен көрсетілген. Секция саны шарошка санымен сәйкес келеді. Үш шарошкалы қашау секциясы (2.2-сурет) цапфамен (2) бітетін аяқтан (1) тұрады. Цапфаға потшипниктер арқылы шарошка (3) орнатылады. Секциялардың өзара орналасу реті әр аяққа фрезерленген екі қырлы бұрыш (4) және құрастырушы штифтар (5) арқылы жалғанады.

1-тірек; 2-цапфа; 3-шарошка; 4- фрезерленген екі қырлы бұрыш; 5-шарошка жасақтары.

5.2-сурет. Үш шарошкалы қашау секциясы

Қашау жасақтары ұңғы түбінде тау жыныстарын бұзу және ұңғы қабырғасын өндеу қызметін атқарады. Жасақтар шарошка бетіне орналасады.

1. Шарошкалар. Шарошкалар пішіні бір конусты (2.3-сурет, а) және көп конусты (2.3-сурет,б) болып келуі мүмкін. Бір конусты шарошка денесі екі конусты беттермен шектелген. Конус (1) негізгі, ал конус (2) кері конус деп аталынады.

Екі конусты шарошкалар денесі үш конуспен, ал үш конусты шарошкалар төрт конуспен шектелген. Негізгі және кері конустар арасында орналасқан конустар қосымша конустар деп аталынады. Қосымша конустарды негізгі конустан бастап кері конусқа қарай нөмірлейді.

Шарошка төмендегідей геометриялық параметрлерден сипатталады: шарошка диаметрі мен , негізгі және кері конустар бұрыштарымен және биіктігімен . Негізгі конус төбесіндегі және қосалқы конустарда шірлер орналасады. Шірлерді шарошка төбесінен бастап орыс әріптерімен немесе нөмірлеп белгілейді. Шарошкадағы соңғы шір шеткі, ал қалғандары ортаңғы деп аталады.

Шарошкаларды олардағы бірінші шірдің шарошка төбесіне қатысты орнына және қашау өсіне қарай нөмірлейд. Бірінші шірі негізгі конус төбесі маңындағы кеңістікте орналасқан және ұңғы түбінің ортасын бұзатын шарошка кіші нөмірімен және сол сияқты белгіленеді.

а-бір конусты; б,в- көп конусты

5.3-сурет. Шарошка пішіндері

2. Болаттан жасалған фрезерленген жасақтар. Шарошка шірлеріне жасақтар /тістер/ фрезермен ойылады немесе орнатылады. Ойылма тістер ортаңғы шірлерден тойтарылған сыналар түрінде жасалады.

Бұл тістер төмендегідей геометриялық параметрмен сипатталады: ұшы бойынша ұзындығы l, ол шір еніне тең; бастапқы биіктігі , бастапы мұқалу мәні в ( lxв тістердің мұқалау ауданшасы) деп аталады.; үшкірлеу бұрышы 2γ; тістердің шеткі қырларының мұқалу ауданшасына жүргізілген көлбею бұрыштары және ; тістердің шірдегі орналасу адымы t.

Бұрғылау барысында қашау диаметрінің кішірею шамасын азайту мақсатымен және ұңғы қабырғасы маңындағы тау жыныстарының бұзылуын жеңілдету үшін шеткі шерлерге мұқалу ауданшасының түрі тәрізді тістер ойылуы мүмкін. Бұл тістер «сөрешілері» шарошка кері конусында немесе мұқалу ауданшасы құраушысына қатысты 90⁰ қа ауытқи орналасқан «көлденең» тістер де жатады.

Ойылып жасалған жасақтар төзімділігін қамтамасыз ету үшін шарошкаларды легирленген аз көміртекті болаттардан химико – термиялық, өңдеулерден өткізіп барып дайындайды. Тістердің бүйір (1) және сыртқы қырларын (2), сонымен бірге кері конустан калибрлеуші жасақтары (3) қатты түйірлікті релит қорытпасымен балқытып жалатады. Балқытылған кері конус беттерінің салқындауын жеңілдету үшін оларға ойықшалар жасалған.

а-төбе бұрышы сына тәрізді; б-г-тәрізді; в-т-тәрізді; г-п-тәрізді; д- «шеткі» жасақ формасы.

1 және 2- бүйір және сыртқы қырлары; 3-калибрлеуші жасақ; 4-қатты қорытпалы қабат; 5- ойық

5.4-сурет. Фрезерленген жасақтар

Қатты қорытпадан жасалған жасақтар. Кейбір қашауларда ортанғы және шеткі шірлерге жасақтар ретінде вольфрам – кобальт қорытпаларынан дайындалған тістер қолданылады. Жұмысшы беттерінің түрлеріне қарай «М» және «С» (2.5- сурет а), сына тәрізді «Г» (2.5-сурет б) және конусты-сфере тәрізді «К» (2.5-сурет в) түрлері шығарылыды. «К» түрінің кейбіреулерінде конустің беттер бірнешеу болып келеді. «М» түрлі тістердің «С»-ға қарағанда жұмысшы бетінің биіктігі үлкен және сына төбесінің бұрышы кіші (γ=60⁰,ал «С»түрінікі γ=68⁰ ).

МЕСТ 860-7б бойынша қатты қорытпадан түрі Г-20 және Г-28 тістерде дайындалады. Г-25 пішінді тістердің жұмысшы беттері төбесіндегі бұрышы 90⁰ сына тәрізді етіліп жасалады. Сына ұшы 1 мм радиуспен жұмырланған. Г-26 тістерінің ұшы сфера тәрізді, радиусы цилиндр радиусынан біршама үлкен.

Қатты қорытпадан дайындалған тістер шір ойықтарына сығылып отырғызылады. Тістердің жұмысын жеңілдету үшін шір денесіне шар ойықтар ойылады.

Қатты қорытпадан дайындалған тістерді төмендегідей параметрлермен сипаттау қабылданған: тіс диамерті – Р; жұмыстық үшы; шарошка денесіне қатайту тереңдігі – һ_і ; тістердің шарошка денесінен шығу биіктігі - һ_с , тістердің шарошкада орналасу адымы – t.

Қатты қорытпалы қашау жасақтары ұңғы қабырғасын фрезірлеу және тез тозудан сақтау үшін оның қапталдарына престеп отырғызып, бекітеді (2.6-сурет).

5.5-сурет. Қатты қорытпалы жасақтар

а-жасақтың шарошкаға орналасуы; б- жасақтың шарошка қапталына орналасуы.

1-қатты қорытпалы жасақ; 2-шарошка денесіне орналасу орны; 3-ойық; 4-шарошка қапталдарына орналасу ойықтары.

5.6-сурет. Қатты қорытпалы жасақтардың шарошка денесіне орналасуы

4. Қакшау тістерінің ұңғы түбін жабу коэффициенті. Тістері ойылып дайындалған қашаулар үшін, ұңғы түбі жабу коэффициенті төмендегі формуламен есептеледі:

_z = . (5.1)

– қашау шарошкаларындағы барлық шірлердегі тістер ұзындығының қосындысы;

Д – қашау диамеррі.

5. шарошкалардың орналасуы. Шарошкалардың қашау өсіне байланысты орналасуы төмендегі параметрлерімен анықталады:

• шарошка өсінің қашау өсіне қарай көлбеу бұрышымен - ;

• шарошка ұшының шарошка өсінен шығу шамасымен- ;

• шарошка өстерінің ауытқу шамасымен – (2.3-сурет а, б).

Шарошка өсінің қашау өсіне қатысты көлбеу бұрышы, қашау жасақтарының түрімен анықталады, қазіргі үш шарошкалы қашауларда ол бұрыш 51⁰-57⁰30 арасында алынады.

Шарошка ұшының өсіне шығу мөлшері қашау түрі, өлшемімен анықталады /0-12 мм/ аралығында алынады.

Шарошкалар бір-бірімен 120⁰ бұрышпен орналасады, ал қашау өсіне байланысты екі түрлі орналасады:

• шарошка өстері қашау өсінің бір нүктесінде қиылысатын шарошка өстері ауытқымаған қашаулар ( 2.3-сурет а );

• шарошка өстері ауытқыған қашаулар (2.3-сурет б).

I.II.III-шорошка саны; 1-сыртқы шір жасақтары; 2- ортаңғы шір жасақтары; 3- қапталдағы жасақтар; 4- шарошка денесі.

5.7-сурет. Шарошкалары өздігінен тазаланатын қашаулар

Шарошка өстерін қашаудың айналу бағытына қарай орналастырады. Ауытқу мөлшері 4-10мм шамасында, қашау түрі, өлшемімен анықталады. Шарошка өстерінің ауытқу шамасы 1,5мм аспайтын қашаулар, шарошка өстері ауытқымаған қашаулар деп саналады. Мұндай ауытқуды технологиялық ауытқу деп атайды. Ол, шарошка өстерінің кері ауытқу жағдайлары болдырмауды қамтамасыз етеді.

Шарошкалардың өзара орналасуына қарай қашаулар екі түрге бөлінеді: шарошкалары өздігінен тазаланатын қашаулар. Бұл қашауларда әр шарошкадағы ортаңғы шірлер, көрші шарошкалар шірлері арасындағы кеңістікке кіріп тұрады. (2.7-сурет, а,б). Шарошкалары өздігінен тазаланбайтын қашаулары көршілес шарошкалар нұсқасымен /контур/ қиылыспайды.