ДВИГАТЕЛЬ ВИНТОВОЙ ЗАБОЙНЫЙ Д1-195 ПОВЫШЕННОЙ НАДЁЖНОСТИ-Курсовая работа

Темой моего ДП является ВЗД типа Д1-195 повышенной надёжности. Двигатель состоит из трёх основных узлов: секции двигательной, секции шпиндельной и перелив-ного клапана. Основными элементами двигательной секции являются статор, ротор и двухшарнирное соединение. Шпиндельная секция состоит из осевой и радиальных опор, вала шпинделя и ниппеля. Переливной клапан предназначен для сообщения внутренней полости бурильной колонны с затрубным пространством при СПО.
Небольшой межремонтный период, сравнительно невысокая перегрузочная способность и др. факторы требуют развития опытно-конструкторских работ по усовер-шенствованию винтовых двигателей. Для этого необходимо уделить особое внимание таким элементам конструкций, как: уплотнение вала шпинделя, шарнирные соединения, переливной клапан, осевые и радиальные опоры.
В данном ДП рассматривается проблема, связанная с износом осевой опоры ВЗД. В настоящее время широко применяется осевая опора качения, имеющая тороидальные дорожки качения. Основным недостатком этой опоры является то, что не происходит выноса абразивных частиц из плоскости трения, что в свою очередь приводит к быстрому износу. Этот недостаток устраняется в представленной резинометаллической осевой опоре скольжения. В этой опоре используются упругие силы деформации резинового кольца для удаления абразивных частиц с поверхности трения. Данная конструкция состоит из двух основных элементов: диска пяты и подпятника. Рабочий торец диска пяты снабжён по радиусу канавками, размещёнными по окружности трения, при этом сквозные канавки чередуются с тупиковыми. С набегающей стороны у канавки имеется скос для создания гидродинамического давления между трущимися поверхностями. Геометрические и прочностные расчёты резинометаллической опоры скольжения представлены в дипломном проекте.
Для определения надёжности ВЗД при работе с осевой опорой качения необходимо произвести расчёт параметров надёжности. При этом я выбираю закон распределения Вейбулла, т. к. он является одним из самых распространённых в теории надёжности. Произведя проверку выбранной гипотезы по критериям согласия (Пирсона, Колмогорова) принятая мной гипотеза опровергается, поэтому дальше проводим расчёты по экспоненциальному закону распределения, являющийся частным случаем распределения Вейбулла. Произведя проверку о наработке ВЗД типа Д1-195 до отказа по экспоненциальному закону распределения, принятая мной гипотеза не отвергается. Согласно этого закона рассчитываю статистическую (толстая) и теоретическую (тонкая) функции плотности наработки, функции распределения отказов, функции вероятности безотказной работы и функции интенсивности отказов ВЗД типа Д1-195. Из графика интенсивности отказов видно, что после 110 часов работы двигателя происходит увеличение отказов.
Т. к. двигатель работает в среде сильно абразивной жидкости, многие его детали подвержены износу. Так, например ротор можно восстанавливать металлизацией, т. е. распылением расплавленного металла на специально подготовленную поверхность, с последующим шлифованием и полированием червячным абразивным кругом на вулканитовой связке, при этом необходимо контролировать размеры при помощи микрометра и специально разработанных приборов. Резьбы можно восстанавливать наплавкой, с последующей обработкой до необходимых размеров.
Раздел «Безопасность и экологичнось проекта» включает такие вопросы, как требования к персоналу при работах на объектах нефтегазового комплекса, требования к оборудованию и инструменту, мероприятия по промышленной санитарии, мероприятия по обеспечению пожарной безопасности, мероприятия по охране окружающей среды.
Экономический эффект от применения модернизированного ВЗД образуется за счёт повышения проходки на долото, механической скорости проходки и показателей надёжности двигателя. После выполнения расчётов экономический эффект на двигатель составляет 566 718 руб., а общий годовой эффект составляет 3 139 465 руб. При этом себестоимость метра проходки снизилась на 24 руб. 22 коп.

CN /h 1,75.
Так как винтовые забойные двигатели экономически целессобразно применять для бурения на больших глубинах, особое значение необходимо уделять осевой опоре. Существует множество патентов и авторских свидетельств решающих эту проблему, но в каждом из них есть свои достоинства и недостатки.
Осевая опора (рисунок 1.2) рассматривалась в патенте No1108186 класса Е21В4/00 Я.А. Эдельмана, В.П. Шумилова, Е.В. Сафонова, В.К. Полшкова, содержащая основные опорные диски 3 и 6, жёстко закреплённые на валу 1 и в корпусе 4 посредством распорных втулок 2, и промежуточные опорные диски 7 и 8, установленные по крайней мере по два между каждой парой основных опорных дисков. Между дисками 7 и распорными втулками 2, закреплёнными на валу, выполнен зазор 9, а диски 8, примыкающие к дискам 6, жёстко закреплены в корпусе, имеют возможность фрикционного взаимодействия по цилиндрическим поверхностям с распорными втулками 2, закреплёнными на валу, и между этими дисками 8 и распорными втулками 5, закреплёнными в корпусе, выполнен зазор 10.
Рисунок 1.2 - Осевая опора скольжения забойного двигателя

Цель изобретения–повышение долговечности опоры за счёт принудитель-ного разделения скоростей вращения в парах трения. Это достигается тем, что промежуточные опорные диски, примыкающие к основным опорным дискам, закреплённым на валу и в корпусе, имеют возможность фрикционного взаимодействия по цилиндрическим поверхностям с распорными втулками корпуса и вала.
Использование предложенной осевой опоры скольжения забойного двигателя в высокооборотном бурении, где применение осевых опор качения неэффективно, повышает долговечность опоры, но в условиях абразивной среды наблюдается износ контактирующих эластичных и металлических элементов трения. Поэтому стойкость опоры в среде абразивной жидкости не превышает 100-150 ч.
Указанная стойкость не отвечает современным требованиям технологии бурения, так как применение в настоящее время конструкции породоразру-шающих элементов обеспечивает продолжительность рейса до 300 и более часов.
Данная проблема рассматривалась Т. Г. Агошашвили, И. Н. Буяновским,
М. А. Евдокимовым, Г. А. Кораблёвым, Н. И. Ларченко, А. Г. Мессером и
В.П. Шумиловым в патенте No 2172383.
Опора (рисунок 1.3) состоит из вращающегося диска 1 закреплённого на валу путём осевого сжатия распорных втулок 2. Торцевые поверхности диска армированы выступающими над ними твёрдосплавными вставками 3, размещёнными по окружности трения с просветом между вставками, который меньше поперечного. Рабочая сторона не вращающегося диска 4 также армирована вставками. Тыльная сторона диска 4 имеет три радиальных выступа 5, которые входят в радиальные впадины, выполненные на торцевой поверхности обкладки эластичного элемента. Металлический каркас эластичного элемента 6 крепится в корпусе 7 путём осевого сжатия втулок 8.
В новой опоре в качестве пары трения используется твёрдый сплав. Этот материал имеет высокую твёрдость (превышающую твёрдость абразивных частиц в буровом растворе), что делает его весьма стойким к абразивному изнашиванию. Результаты испытаний лабораторных образцов, имитирующих осевой подшипник забойного двигателя, показали, что в широком диапазоне осевых нагрузок и частот вращения при работе в водной среде, твёрдосплавная пара обладает коэффициентом трения, не превышающим коэффициент трения пары резина-металл.
В процессе работы опоры осевая нагрузка с вала на корпус передаётся через эластичный элемент, что позволяет равномерно распределить нагрузку по рядам опоры, а также гасит ударные нагрузки, возникающие при работе долота по забою скважины.
Рисунок 1.3 – Осевая опора скольжения забойного двигателя

Отвод тепла от трущихся поверхностей рабочих дисков производится как малым объёмом промывочной жидкости протекающей в промежуточных между выступающими твёрдосплавными вставками, так и основным объёмом, проходящим через полый вал.