5 Питання для самоконтролю

5.1 Що таке знос і зношування?

5.2 На які підвиди поділяється механічний знос?

5.3 Що вивчає трибологія і триботехніка.

5.4 Які види зношування були відкриті в останні роки?

5.5 Які умови винекнення фреттінг-корозії?

5.6 Які конструктивні, технологічні і експлуатаційні чинники впливають на зносостійкість деталей?

6 Список рекомендованих джерел

6.1 Бабаев С.Г. Надежность нефтепромыслового оборудования. − М.: Недра, 1987.

6.2 Кузнецов В.С. Обслуживание и ремонт бурового оборудования. − М.: Недра, 1973.

6.3 Раабен А.А., Шевалдин П.Е., Максутов Н.Х. Монтаж и ремонт нефтепромыслового оборудования. − М.: Недра, 1989.

6.4 Тихонов Н.В. и др. Ремонт геологоразведочного оборудования. − М.: Недра, 1973.

6.5 Авербух Б.А. и др. Ремонт и монтаж бурового и нефтегазопромыслового оборудования. − М.: Недра, 1976.

6.6 Бухаленко Е.И., Абдуллаев Ю.Г. Монтаж, обслуживание и ремонт нефтепромыслового оборудования. − М.: Недра, 1985.

Лабораторне заняття № 2

Вивчення зносостійкості матеріалів і покрить деталей газопромислового обладнання, що працюють в умовах газо абразивного потоку

1 Мета заняття

1.1 Вивчення причин та механізму газоабразивного зношування деталей газопромислового обладнання.

1.2 Проведення порівняльних випробувань інтенсивності зношування конструкційних матеріалів деталей газових промислів.

1.3 Дослідження загальних закономірностей зношуван-ня металів і зносостійких покрить при різних параметрах абразивного потоку.

2 Об’єкт для проведення заняття і тривалість заняття

2.1 Лабораторна установка для випробовувань матері-алів на газоабразивне зношування.

2.2 Лабораторні прямокутні металеві зразки розміром 4х15х20 мм.

2.3 Вага аналітична ВЛР-200 з точністю 0,05 мг з набором вантажів.

2.4 Абразивний матеріал (пісок, ГОСТ 6139-91 з розміром фракцій 0,2 … 0,4 мм і 0,4 … 0,6 мм).

2.3 Тривалість заняття – 2 години. Лабораторне заняття проводиться на базі лабораторії „Захисні покриття” кафедри нафтогазового обладнання ІФНТУНГ.

3 Короткі теоретичні відомості

3.1 Основні положення про газоабразивне зношування деталей газотранспортного обладнання

Розрізняють основні види зношування деталей газопромислового обладнання: газоабразивне , корозійне і кавітаційне, що характеризуються різними швидкостями процесу зношування, і які приводять до певної мікро- і макрогеометрії поверхневого шару. Ці процеси протікають окремо або разом, і приводять до абразивно-корозійного, корозійно-кавітаційного та інших видів зношування.

Однією з основних причин відмов в роботі обладнання газових промислів є наявність в газовому потоці твердих механічних домішок (частинок піску, глини, а також частинок мінерального походження і продуктів корозії), які викликають газоабразивне зношування, що приводить до передчасного виходу з ладу цього обладнання і наносить значну економічну шкоду народному господарству.

Виходять з ладу вузли фонтанної арматури; шлейфи, які мають різну довжину і діаметри в залежності від росташування групового пункта і дебітів свердловин; регульовані і нерегульовані штуцери; фонтанні труби; вибійні штуцери; запобіжні клапани. Особливо інтенсивному зношуванню піддаються фланцеві з’єднання, запірна арматура і ущільнюючі елементи у вигляді кілець різних типорозмірів, кути поворотів трійників, фітингів та інших дільниць технологічних ліній, не дивлячись на наявні радіуси заокруглень.

Механізм газоабразивного зношування - складний комплексний процес, який проходить в короткий проміжок часу локальної дії абразивних частинок. При цьому різноманітні чинники потоку (швидкість, кут співударення, форма і розмір частинок тощо) міняють склад матеріалу в невеликих мікрооб’ємах. Енергія, що передається поверхні газоабразивним потоком поглинається металом (матеріалом), причому значна частина енергії проявляється у формі непружних деформацій. Ці деформації можна спостерігати у вигляді руйнування поверхонь і пластичного деформування мікрооб’ємів металу, на поверхні з’являються лунки та тріщини. Наявність навіть невеликої кількості абразивних частинок в газовому потоці значно збільшує швидкість протікання корозійних процесів внаслідок того, що частинки видаляють утворену при корозії окисну плівку, “освіжуючи” поверхню і підтримуючи максимальну для даних умов швидкість корозії.

Економічно вигідним шляхом підвищення довговічності деталей газоперекачувальних агрегатів є нанесення на поверхні, що піддаються дії газоабразивного потоку, стійких до зношування покрить.

Для вибору матеріалів і покрить, що забезпечать підвищення довговічності необхідно проведення порівняльних випробовувань на зношування. Критерієм стійкості до зношування є інтенсивність зношування, яка чисельно рівна .

На інтенсивність зношування обладнання газових і газоконденсатних родовищ впливають такі чинники, як тиск і швидкість газового потоку, вміст води і конденсату, кількість механічних домішок, що виносяться.

Швидкість газоабразивного потоку і інтенсивність зношування позв’язані степеневою залежністю:

, (1)

де - абсолютне зношування зразка (вагове або об‘ємне); - вага (об‘єм) абразиву, що викликав зношування ; а – коефіцієнт, який залежить від фізико-механічних властивостей абразивного і спрацьовуваного матеріалів; m=1,5…4 – показник степені, що залежить від кута атаки, абразивного і зношуваного матеріалів, відношення Нм/На (Нм – твердість матеріалу, На – твердість абразиву).

Інтенсивність зношування залежить від кута атаки (кут атаки – це гострий кут між напрямом руху частинки і дотичною до поверхні зношування). Ця залежність має чітко виражений максимум. Із зменшенням пластичності металу, максимум інтенсивності зношування зміщується в сторону великих кутів атаки. Для нормалізованих і високовідпущених сталей максимальне значення зношування спостерігається при куті атаки рівному 450.

Знаючи допустиму величину лінійного зношування труби (коліна, тощо), можна визначити термін їх служби:

, (2)

де - товщина стінки труби,м; - густина сталі, кг/м3; - вагова витрата абразиву, .

3.2 Опис конструкції та принципу роботи лабораторної установки

При випробуваннях в газовому середовищі використовують методи, що відрізняються способом передачі енергії твердим частинкам:

- струменевий - енергія передається стисненим газом, що вилітає з сопла;

- відцентрового прискорювача - енергія передається від-центровими силами;

- гравітаційний - енергія передається силою тяжіння при падінні частинок;

- газоабразивний - зношування в газоабразивному по-тоці.

Метод відцентрового прискорювача зручний для оцінки відносної стійкості до зношування, оскільки дозволяє вести паралельні випробовування досліджуваних і еталонних зразків (ГОСТ 23.210-78) і його проводять, здійснюючи ударну взаємодію потоку твердих (абразивних) частинок, що викидаються під дією відцентрових сил (рисунок 3.1) з чотирьох каналів вертикального ротора прискорювача, які вдаряють по досліджуваних і сталевих зразках із заданими кутами атаки і швидкістю V. Випробування проводяться до проходження певної кількості абразиву.

Дослідження матеріалів і покрить, визначення інтенсивності зношування виконується на спеціальній установці для випробувань матеріалів на газоабразивне зношування.

Технічна характеристика установки

Частота обертання ротора двигуна, хв-1 0…6500

Кількість випробуваних зразків, шт 12

Потужність двигуна, кВт 2

Габаритні розміри, мм

висота 870

довжина 790

ширина 605

Вага, кг 130.

Абразивний матеріал 1 з бункера 2 після відкриття заслінки 3 попадає в ротор 4, який приводиться в обертання електродвигуном 5. Швидкість обертання двигуна визна-чається за допомогою лічильника 6. По радіальних каналах 7 абразивні частинки відцентровою силою викидаються на досліджувані зразки 8. Робоча камера відцентрового прискорювача облицьована демпфуючим матеріалом 10. Для візуального спостереження за процесом дослідження кришка 9 робочої камери виконана з прозорого плексигласу, на цій кришці змонтовано бункер 2. Видалення відпрацьованого піску з робочої камери здійснюється порохотягом. Тримачі зразків кріпляться гвинтами на встановочному диску, який на кронштейнах закріплено в робочій камері.

Регулювання частоти обертання ротора безступінчате і здійснюється ручкою потенціометра на панелі управління. Частота обертання контролюється за допомогою лічильника . В схемі управління вмонтований годинниковий механізм, який автоматично вимикає двигун після відпрацювання заданого часу роботи.

3.3 Порядок проведення випробувань

3.3.1 Підготувати установку для проведення випробувань металів і покрить на газоабразивне зношування.

3.3.2 Підготувати зразки для випробування та зважити.

3.3.3 Основні характеристики випробувань:

- порівняльні випробування проводити з зразками виготовленими із сталі 45 ГОСТ 1050-78 і зразками (по вказівці викладача) з проведеним гартуванням, СВЧ, поверхневою обробкою або з нанесеними покриттями;

- дослідження проводити при кутах атаки 100,150,300;

- відстань від вихідного вікна канала до вісі ротора - 100 мм;

- витрата абразивного матеріалу 2 кг при швидкостях абразивних частинок 40, 80 і 120 м/с (за вказівкою викладача), що відповідає частоті обертання ротора – 2200, 4400 і 6600 хв-1.

3.3.4 Після проведення досліду зразки зважити.

3.3.5 Дані результатів занести в таблицю 3.1.

Таблиця 3.1 – Результати випробувань

Матеріал зразка	№ зразка	Вага до випробувань, г	Швидкість абразивних частинок, V м/с	Кут атаки, α	Розмір абразивних час- тинок, мм	Вага після випробувань, г	Втрата ваги, г