книги из ГПНТБ / Халилов А.А. Техника подземного ремонта нефтяных скважин

лей, так как от этого в значительной степени зависят эксплуатационная надежность и себестоимость ключа.

Ниже рассмотрим конструкцию основных деталей ключа (рис. 38). В таблице 32 приводится спецификация деталей ключа.

Челюсть является одной из основных деталей ключа, она предназначена для захвата трубы.

При конструировании челюсти мы стремились макмально облегчить вес и придать ей необходимую жест­ кость. Для присоединения челюсти к рукоятке ключа в ней предусмотрена проушина с отверстием, а для уста­ новки плашки сделан прорез, что удлиняет срок службы челюсти.

Рис. 38. Основные детали ключа:

/ —челксть; 2—рукоятка; 3 —плашка; 4—сухарь; о —палец; б —пружинка;

Рукоятка по своей конструкции не сложная, облег­ ченная, имеет достаточную прочность и практически удобную длину.

В конце рукоятки сделан прорез, куда вставляется съемный сухарь.

Плашка имеет вид прямоугольной призмы с зубьями

111

на одной плоскости. По бокам у нее скошенные плоско­ сти для впрессовки в прорез челюсти. Для предотвраще­ ния выпадания плашка застопоривается в челюсти.

Сухарь имеет вид сегмента с зубьями. Направляющей частью сухарь впрессовывается в прорез рукоятки. Для предотвращения выпадания он застопоривается стопор­ ным болтом в рукоятке.

Сухарь и плашка являются наиболее ответственными и быстроизнашивающимися деталями ключа. Поэтому при конструировании автор уделил особое внимание вы­ бору материала для них.

Характерным в конструкции пальца является то, что он используется не только как соединительный шарнир рукоятки с челюстью, но и как опора для пружины. По­ этому палец удлинен и в конце сделан прорез для уста­ новки пружины. Для регулирования натяга пружины по мере необходимости в теле пальца предусмотрено пярь отверстий по окружности.

Пружина навивается из углеродистой пружинной про­ волоки диаметром 4,5 мм. Пружина предназначена для прижатия челюсти к захватываемой трубе. Пружина сконструирована так, чтобы в работе была достаточно упругой.

Одним концом пружина надевается на палец, а дру­ гим крепится в челюсти. Натяжение пружины осуще­ ствляется поворотом пальца вокруг своей оси с после­ дующим стопорением при помощи болта, входящего в одно из пяти отверстий пальца.

Ручка предусмотрена для удобства надевания и сня­ тия ключа с трубы. Она нарезанным концом ввинчивает­ ся в челюсть и одновременно заменяет стопорный бой г для крепления плашки в челюсти.

Все детали ключей с диаметрами захвата от 46 до 90 мм и от 86 до 135 мм унифицированы и взаимозаме­ няемы. Исключение составляют только две детали: че­ люсть и рукоятка.

Челюсти и рукоятки ключей рассчитаны по диамет­ рам захватываемых труб (муфт) и на передаваемые крутящие моменты для их свинчивания и развинчивания.

Предложенная нами конструкция ключа приемлема также при механизированном подземном ремонте с авто­ матом АПР-2.

112

4. КЛЮЧИ ДЛЯ МЕХАНИЗИРОВАННОГО СВИНЧИВАНИЯ ТРУБ

Для механизированного свинчивания и развинчива­ ния насосно-компрессорных труб требуются ключи двух видов: трубный и стопорный.

Трубным ключом (рис. 39) захватывают трубу при свинчивании ее. Ключ во время работы механизма полу­ чает вращательное движение от автомата АПР-2 (или механизма 1МШТК-16-60) посредством нажима водила механизма на конец рукоятки ключа.

Рис. 39. Трубный ключ Халилова к автомату АПР-2 (обозначения те же, что и к рис. 35)

Стопорным ключом (рис. 40) захватывают муфту для стопорения ее при свинчивании и развинчивании на­ сосно-компрессорных труб при подземном ремонте сква­ жин.

В основном бригады по подземному ремонту рабо­ тают трубным ключом. Стопорный ключ применяют во время спуска при свинчивании первых труб и во время подъема при развинчивании последних.

Для автомата АПР-2 и механизма 1МШТК использу­ ются те же ключи, что и для ручного свинчивания и раз­ винчивания насосно-компрессорных труб, но с укорочен­ ной рукояткой. В конструкции стопорного ключа ручка рукоятки заменена упором для соединения ключа с под­ веской автомата.

Конструкция ключей для свинчивания и -развинчива­ ния труб является единой как для ручной, так и для механизированной работы.

В предыдущем разделе дано подробное описание конструкции всех деталей ключей, здесь же остановимся лишь на конструкции измененной детали стопорного

Рис. 40. Стопорный ключ к автомату АПР-2:

1—челюсть; 2—рукоятка; 3—упор; 4—стойка

ключа, а именно: рукоятке ключа применительно к автомату АПР-2 с добавлением стойки. Стойка способствует устойчивости ключа в работе в горизонтальном положе­ нии.

5. КЛЮЧИ ХАЛИЛОВА С ДОЛГОВЕЧНОЙ ПЛАШКОЙ

Существующие конструкции сухарей трубных клю­ чей обладают одним из основных недостатков, а именно: не обеспечивают долговечности работы ключа, раньше других деталей изнашиваются зубья, что лимитирует срок службы ключа. Когда износятся заостренные вер­ шины зубьев сухаря, клйч теряет свою работоспособ­ ность и скользит по трубе. Тогда заменяют изношенный сухарь новым.

114

Для удлинения срока службы ключа предлагается новый вариант в виде круглой плашки (авт. свидетель­ ство № 249303). Зубцы круглой плашки расположены на ее цилиндрической поверхности по образующей. Преду­ смотрен упор-фиксатор для последовательного фиксиро­ вания рабочих положений плашки.

Конструкция и технология изготовления плашек и узлов соединения значительно упрощены. Долговечность предлагаемой плашки по сравнению с существующей увеличится в 20—25 раз в зависимости от числа зубьев плашки.

На рис. 41 показан общий вид нового ключа с круглой плашкой.

Принцип работы предлагаемого узла* ключа с круг­ лой плашкой: по мере износа рабочих зубьев круговым вращением плашки вводят в работу очередные зубья. При этом плашка после каждого поворота закрепляется с помощью упора-фиксатора в рабочем положении.

ТЕХНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

Экономия на один ключ новой конструкции составля­ ет 25 руб.

Стендовые испытания на нефтепромыслах объедине­ ния «Азнефть» промышленной серии этих ключей под­ твердили их надежность в работе. Как видно из рис. 42,

* Ключ трубный насосно-компрессорный с долговечной плаш­ кой. Ключи усовершенствованной конструкции рассчитаны для при­ менения при большом диапазоне диаметров труб—от 20 до 132 мм. Они могут быть использованы также для свинчивания и развинчи­ вания малых диаметров насосно-компрессорных труб (33 и 42 мм), муфт к штангам, полированных штоков, при сборке и демонтаже глубинных насосов и при различных монтажно-промысловых работах.

при износе плашки, в мест© ее соприкосновения с тру­ бой, она может поворачиваться вокруг своей оси и вновь обеспечивать хорошее сцепление.

Рис. 41. Трубный ключ с долговечной плашкой:

У—рукоятка; 2—палец; 3—челюсть; 4—плашка плоская; 5—ручка челюсти; 6—ось; 7—плашка круглая; Я—пружина; 9—фиксатор; 10—болт;

І І —болт стопорный

Рис. 42. Ключ Халилова с круглой плашкой в рабочем положении на вертикальной трубе

В заключение следует отметить, что вопрос долговеч­ ности контактных (зацепляемых) элементов ключей и слайдеров с трубами недостаточно исследован. Этот вопрос весьма актуален не только для инструментов, применяемых при подземном ремонте, но и для всех типоразмеров ключей и клиновых захватов, применяе­ мых для труб. Срок службы этих инструментов лимити­ руется износом и деформацией их зацепляемых элемен­ тов.

116

0

Автор настоящей книги изучил долговечность быстро­ изнашивающихся контактных элементов нефтепромыс­ ловых инструментов, под его руководством ведутся исследования в этой области лабораторией нефтепро­ мыслового инструмента ВНИИПТнефтемаша.

Вобласть исследования вошли следующие основные вопросы:

1.Выбор и расчет оптимальных геометрических раз­ меров, формы и профиля зацепляемых элементов.

2.Определение коэффициента зацепления между кон­ тактными элементами инструмента и поверхностью тру­ бы в зависимости от силы сцепления и качества поверх­ ностей.

3.Определение критерия износа и деформации про­

филя.

4.Долговечность зацепляемых элементов.

Впоследующих главах подробно остановимся на тех­ нологии производства, испытаниях, эксплуатации раз­

работанных нами ключей для подземного ремонта неф­ тяных скважин, а также на их технико-экономической эффективности.

Г Л А В А VI

ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА КЛЮЧЕЙ

Технологический процесс изготовления ключей запи­ сывается в специально разработанные для этой целй формы, составляющие систему технологической доку­ ментации. В Советском Союзе по РТМ 94-63 и РТМ 103-63 разработаны такие единые формы документации для машиностроительного и приборостроительного про­

изводства.

После внедрения процесса в производство составля­ ется приказ об его утверждении; дата и номер приказа записываются на титульный лист, имеющийся в комплек­ те технологической документации.

В качестве типового технологического процесса мы приводим технологический процесс с ключами Халилова

по нормали ОТу 26-02-200-70.

Цикл производства на любом машиностроительном заводе начинается с получения с материального склада

117

необходимых материалов для изготовления изделий и кончается сдачей готовой продукции на склад готовых изделий.

При стальном прокате заготовки для деталей ключа \ куют и штампуют, а при литом — отливают. В дальнейшем эти детали подвергаются механической и термиче­ ской обработке.

Тип производства ключей следует отнести к крупно­ серийному. Этот тип производства требует особенно разработки прогрессивной технологии изготовления, обес­ печивающей высокую производительность труда при максимальном снижении себестоимости.

Ключи Халилова выпускаются серийно на Хадыженском машиностроительном заводе.

1. РАЦИОНАЛЬНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ СЕРИЙНОГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ КЛЮЧА

К материалу заготовки предъявляются следующие основные требования:

1) максимальное приближение конфигурации заго­ товок к готовым деталям ключа;

2) высокие механические свойства, обеспечивающие необходимую прочность при облегченном весе деталей ключа.

Материалом для основных деталей ключа выбраны: для челюсти и рукоятки — хромистая сталь марки 40Х, для сухаря и плашки — хромоникелевая сталь марки

50ХН.

Эта высококачественная легированная сталь с после­ дующей термообработкой полностью отвечает предъяв­ ляемым к ней требованиям. Химический состав сталей марок 40Х и 50ХН (согласно ГОСТу 454—71) приводим в таблице 33.

118

При выборе способа изготовления заготовки автор стремился максимально приблизить конфигурацию заго­ товки к готовой детали, учитывая, однако, возможности за- вода-изготовителя. Поэтому была выбрана штамповка, которая обеспечивает минимальные величины припусков на механическую обработку.

Штамповка — высокопроизводительный способ полу­ чения заготовок—не требует е ы с о к о й квалификации. Она обходится дешевле, чем ковка и стальная фасонная от­ ливка.

Штампуется заготовка комбинированным способом: путем ковки заготовка получает предварительную фор­ му, после чего уже в штампе придается ей окончатель­ ный вид.

Рассмотрим процесс изготовления челюсти ключа

повка заготовки в формовочном штампе и просечка грата в просечном штампе.

Нагрев заготовки для поковки и штамповки играет очень важную роль. Ковка и горячая штамповка должны осуществляться при определенных температурах. Для

,легированных сталей требуется в начале обработки 110—150°С и в конце обработки 850—875°С (меньшие

цифры— для низколегированной стали, большие'— для высоколегированной). Все необходимые данные о поков-1 ке или штамповке и технологический порядок изготовле­ ния заготовки записываются в карту технологического процесса ковки и горячей штамповки и передаются в цех.

Штамповка на молотах выполняется в открытых штампах с образованием грата по линии разъема.

Объем куска материала, называемого первичной за­ готовкой, должен быть равен объему штампуемого из него изделия. Принимая во внимание, что при нагреве деталь деформируется, следует учитывать потерю, кото­ рая происходит при нагревах от угара металла. Изло­ женное правильно, если штамповка происходит без обра­ зования грата и металл равномерно, под давлением верхнего штампа, заполняет всю полость штампа. Но дело в том, что скорость течения металла в штампе не одинакова: он заполняет одни части полости быстрее,

119

чем другие. И здесь происходит то, что избыток металла не в состоянии переместиться по полости штампа туда, где имеется его нехватка, идет по пути наименьшего сопротивления — выходит из штампа в виде грата.

Учитывая это, первичную заготовку делают большего веса, чем было указано выше.

Следовательно, при определении веса исходного ма­ териала, кроме веса поковки, необходимо учесть потери на угар (на каждый нагрев 2%), а также отход на грат в пределах 5—10%' веса поковки.

При двух нагревах и одной отрезке грата вес заготов­

где Р1— теоретический вес штамповки.

Определить размеры заготовки из круглого или ква­ дратного сечения нетрудно. Необходимо только, чтобы для осадки высота первичной заготовки не превышала диаметра (стороны квадрата) более чем в 2,5 раза (во избежание продольного изгиба при осадке) и была бы больше 1,25 этого диаметра (для удобства резания на ножницах или рубки).

В случаях, когда заготовку подготавливают перед штамповкой путем ковки и при этом основным процес­ сом является вытяжка, превалирующая над процессом осадки, следует выбрать сечение первичной заготовки по наибольшему сечению штампуемого изделия.

В таблице 34 приводятся размеры заготовок деталей ключа.

Расход металла и трудоемкость' механической обра­ ботки во многом зависят от величины установленных припусков и допусков для заготовки.

Припуск в штампуемой детали предусматривается только в тех местах, которые будут подвергаться меха­ нической обработке.

Допуск дается на точность обработки, т. е. на допу­ стимые отклонения от номинального размера заготовки.

В настоящее время многие заводы имеют свои систе­ мы припусков и допусков на кузнечные работы.

В таблице 35 приводятся припуски и допуски на раз­ меры штампованных под молотом заготовок для деталей ключа. Желательно, чтобы размеры припусков были наи­ меньшими, так как увеличение припусков вызывает

120