Выбор смазочного материала для вертлюга

ВВЕДЕНИЕ

 

Вертлюг — промежуточное  звено между поступательно перемещающимся талевым блоком с крюком, буровым  рукавом и вращающейся бурильной  колонной, которая при помощи замковой резьбы соединяется через ведущую  трубу со стволом вертлюга. Для  обеспечения подачи бурового раствора или газа перемещающийся вертлюг  соединен с напорной линией при помощи гибкого бурового рукава, один конец  которого крепится к отводу вертлюга, а второй — к стояку на высоте, несколько большей половины его  длины.

Вертлюг обеспечивает возможность  свободного вращения бурильной колонны  при невращающихся корпусе и талевой системе. Он подвешен на ее крюке и выполняет функции сальника для подачи внутрь вращающейся колонны бурового раствора, закачиваемого насосами по гибкому рукаву.

1 – ствол вертлюга; 2 – нижнее уплотнение; 3,4,6,7 – подшипники;

5 – корпус; 8 – крышка; 9 – верхний напорный сальник; 10 – подвод;

11 - штроп 

Рисунок 1 – Устройство вертлюга УВ-250МА

 

 

 

 

 

1 ПАРАМЕТРЫ РАБОТЫ ВЕРТЛЮГА

 

Параметры работы вертлюга должны соответствовать требованиям  бурения и промывки скважины. Вовремя  работы вертлюг подвержен влиянию  следующим видам нагрузок:

- Статическая нагрузка - постоянная осевая нагрузка, которую может выдержать вертлюг без разрушения при невращающемся стволе. Уровень осевых нагрузок, действующих на ствол вертлюга, зависит от глубины бурения и достигает наибольших значений при подъеме прихваченной бурильной колонны либо при расхаживании обсадной колонны с циркуляцией бурового раствора.

- Динамическая нагрузка установлена исходя из условия обеспечения расчетного ресурса основной опоры вертлюга при вращении с частотой 100 об/мин в течение 3000 ч. Основная опора вертлюга вращается с подвешенной к нему бурильной колонной, масса которой возрастает по мере углубления скважины и зависит от используемых труб.

Для восприятия этих нагрузок и фиксации ствола вертлюга от радиальных и осевых перемещений предусмотрены  опоры ствола вертлюга.

В качестве главной опоры  в вертлюгах применяют подшипники упорные или упорно-радиальные. 

Кроме восприятия нагрузок, основные опоры вовремя эксплуатации испытывают разнообразные повреждения: выкрашивание, отслаивание, усталостные трещины, осповидный износ на поверхностях тел качения и колец, образование подповерхностных трещин, приводящих к контактно-усталостным разрушениям.

Так же на долговечность  и безотказную работу вертлюга влияют суровые климатические условия  крайнего севера, в которых он эксплуатируется, а в частности низкие температуры.

 

 

 

 

 

2 БЫБОР СМАЗОЧНОГО МАТЕРИАЛА

 

Исходя из условий работы вертлюга, смазка его узлов и элементов  является важным аспектом его правильной эксплуатации. Поэтому для увеличения долговечности работы основных опор вертлюга предусмотрена система  смазки. В современных вертлюгах применяется комбинированная смазка — барботажная жидким маслом или с размещением в масляной ванне. Полость между корпусом с крышками и стволом вертлюга  заполняется жидким маслом для смазки основного и нижнего радиального подшипников. Стакан  ствола образует отдельную масляную ванну для смазки вспомогательного и верхнего радиального подшипников. Масло заливается через отверстие в верхней крышке корпуса. Для слива отработанного масла предусмотрено отверстие в нижней крышке корпуса. Уровень масла проверяется контрольной пробкой, навинченной в корпус вертлюга.

Так же для смазки уплотнений и пальцев вертлюга применяют  консистентную смазку.

 

2.1 Выбор масла

 

В соответствие с параметрами работы вертлюга (большие нагрузки на основные и вспомогательные опоры ствола вертлюга, частота вращения ствола до 200 об/мин, выкрашивание и износ основных опор, а также влияние низких температур окражающей среды) выбираем индустриальное масло И-12А1.

Масло И-12А1 дистиллятное из сернистых нефтей селективной очистки. Служит для смазывания втулок, подшипников веретен ровничных и других машин, узлов работающих с частотой вращения до 5 тыс. мин-1.

Основные параметры масла  И-12А1 приведены в таблице 1

 

Таблица 1 – Параметры  масла И-12А1

Наименования показателя	Значение
Кинематическая вязкость при 40 °С, мм2/с	13-17
Кислотное число мг КОН  на 1 г масла, не более	0,02
Зольность, %, не более	0,005
Массовая доля серы в маслах из сернистых нефтей, %, не более	1,0
Содержание механических примесей	отсутствует
Содержание воды	следы
Плотность при 20 °С,кг/м3, не более	880
Температура застывания °С, не выше	-30
Цвет на колориметре ЦНТ, единицы ЦНТ, не более	2,5
Температура вспышки,определяемая в открытом тигле, °С, не ниже	165
Стабильность против окисления: приращение кислотного числа окисленного  масла, мг КОН на 1 г масла, не более	2,5
Приращение смол, %, не более	1,5
Содержание растворителей  в маслах селективной очистки	отсутствует
Содержание водорастворимых  кислот и щелочей в маслах щелочной очистки	отсутствует

 

 

2.2 Выбор смазки

 

Для уменьшения трения и  износа трубы в манжетные камеры верхнего и нижнего уплотнений вертлюга следует закачивать пластичную смазку. В качестве которой следует применять  смазку универсальную УС-2 (солидол жировой).

УС-2 водостойкая, гидратированная  кальциевая смазка, предназначенная для смазывания узлов трения качения и скольжения различных машин и механизмов, работающих при температурах от минус 25ºС до плюс 60º С. В достаточно мощных механизмах (подшипники, шарниры, блоки, уплотнения, и т.д.) смазка работоспособна при температурах до минус 50º С.

Основные параметры смазки УС-2 приведены в таблице 2

Наименования показателя	Значение
Внешний вид	Однородная мазь, без комков, от светло-желтого до темно коричневого  цвета
Температура каплепадения, ºС, не ниже	78
Вязкость, эффективная при 0º С и среднем градиенте  скорости деформации 10 с-1, Па·с не более	250
Пенетрация при 25°С, мм · 10-1	230-290
Предел прочности на сдвиг  при 50°С, Па	196
Содержание механических примесей	отсутствует
Массовая доля воды, %, не более	2,5
Массовая доля свободной  щелочи в пересчете на NaOH, %, не более	0,2

Таблица 2 – Основные параметры  смазки УС-2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.3 Карта смазки 

 

Таблица 3 – Карта смазки вертлюга

Место смазки	Смазочный материал	Рекомендации
Все роликоподшипники опор вертлюга. (Рисунок 1)	Масло И-12А1	Масло заливать через отверстие  в крышке. Верхний и нижний уровни контролировать щупом. Смена масла  через 3 месяца, пополнение по мере надобности.
Пальцы штропа, верхние  и нижнее уплотнения, напорный сальник. (Рисунок 2, 3)	Смазка УС-2	Смазывать ручным шприцем через пресс-масленки 1 раз в смену по 20-50 г.

 

 

Смазка закачивается через  пресс-масленку 11

Рисунок 2 – Быстросъемный  напорный сальник

 

В полость между манжетами 4 подается смазка через пресс-масленку 10

Рисунок 3 – Нижнее уплотнение вертлюга

 

 

2.4 Выбор зарубежного аналога  масла

 

В качестве зарубежного аналога  масла И-12А1 для смазки опор вертлюга можно применить масло Shell Vitrea 22

Масло Shell Vitrea 22 - высокоиндексное минеральное масло с хорошей окислительной стабильностью. Может применяться в системах циркуляции и других закрытых системах, для которых не требуются легированные масла - в прямых, спирально-конических, червячных передачах, работающих при умеренных нагрузках и температурах.

Области применения масла Shell Vitrea 22:

1. Подшипники скольжения и качения.
2. Закрытые трансмиссии с цилиндрическими, спирально-коническими, цепными и червячными передачами, в которых допускается применение минеральных масел без присадок.
3. Циркуляционные системы смазки станков.
4. Высокоскоростные шпиндели.

Эксплуатационные свойства масла Shell Vitrea 22:

1. Хорошая термическая и окислительная стабильность. Для масел Shell Vitrea характерна природная устойчивость к образованию углеродистых отложений и других нежелательных продуктов окисления. Длительный срок службы масла.
2. Водоотделительная способность. Shell Vitrea Oils имеют отличные деэмульгирующие свойства. Благодаря этому вода может быть легко удалена из системы смазки.
3. Высокий индекс вязкости. Минимальное изменение вязкости масла в интервале рабочих температур.

Основные параметры масла  Shell Vitrea 22 приведены в таблице 4

 

Таблица 4 - Основные параметры масла Shell Vitrea 22

Наименования показателя	Значение
Кинематическая вязкость при 40°С, мм2/с	22
Плотность при 15°C, кг/м3, не более	869
Температура застывания °С, не выше	- 21
Температура вспышки в  открытом тигле, °C, не ниже	190

 

 

2.5 Выбор зарубежного аналога  смазки 

 

В качестве зарубежного аналога  смазки УС-2 выбираем смазку Shell Alvania WR2.

Смазка Shell Alvania WR2 - многоцелевая пластичная смазка класса “премиум” на основе минерального масла, загущенного смешанным литиево-кальциевым мылом, содержащая противоизносные, антиокислительные, антикоррозионные и противозадирные присадки для улучшения эксплуатационных свойств в различных областях применения.

Shell Alvania WR2 может приметься в узлах и механизмах, работающих в тяжелых условиях, под действием ударных нагрузок и в присутствии воды.

Преимущества продукта Смазка Shell Alvania WR2:

 - Длительный срок службы узла смазки в условиях вибрации и ударных нагрузок.

- Обеспечивает максимальный срок службы узла смазки при высоких нагрузках.

 - Длительный ресурс подшипника во влажной среде при температурах до 1300С.

- Отличные смазочные показатели и надежная длительная эксплуатация

 - Не содержит свинца и нитритов.

 

Таблица 5 - Основные параметры смазки Shell Alvania WR2

Наименования показателя	Значение
Температура каплепадения, ºС, не ниже	80
Пенетрация при 25°С, мм · 10-1	290
Предел прочности на сдвиг  при 50°С, Па	210

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

 

1 Баграмов Р.А. Буровые  машины и комплексы: учебник  для вузов. – М.: Недра, 1988. –  501 с.

2 ГОСТ 17479.4-87. Масла индустриальные. Классификация и обозначение.  – Введ. 1988-07-01. – М.: Изд-во стандартов, 1988. – 5 с.

3 ГОСТ 1033-79. Смазка солидол жировой. Технические условия.

 – Введ. 1981- 01-01. -М.: Изд-во стандартов, 1979. – 4 с.

4 Ильский А.Л., Шмидт А.П. Буровые машины и механизмы. – М.: «Недра», 1989. - 396 с.

5 Ильский А.Л., Миронов Ю.В., Чернобыльский А.Г. Расчет и конструирование бурового оборудования. Учебное пособие для вузов. – М.: «Недра», 1985. - 452 с.

6 Shell. Масла и смазки [Электронный ресурс]. – М. – Режим доступа: http://www.expert-oil.com/ . - Загл. с экрана.