 |
Химико-термические методы упрочнения
|
|
|
|
Химико-термическая обработка (ХТО) позволяет получить в поверхностном слое изделие сплав, практически любого состава и, следовательно, обеспечить комплекс необходимых свойств – физических, химических, механических и др. В настоящее время накоплен большой опыт по применению различных видов и методов ХТО в машиностроении.
Азотирование (ионное). Ионное азотирование (азотирование в тлеющем разряде) по сравнению с обычным газовым процессом имеет целый ряд преимуществ:
• ускоряет диффузионный процесс насыщения поверхностных слоев азотом в 2 раза;
• позволяет получить диффузионный слой регулируемого состава и строения при обычном азотировании происходит охрупчивание поверхности;
• характеризуется незначительными деформациями изделий и высоким классом чистоты поверхности;
• обладает большой экономичностью (электроэнергия, расход насыщающихся газов);
• не токсично и отвечает требованиям по защите окружающей среды.
В качестве азотосодержащих газов применяют аммиак, азот и смесь азота с водородом.
Износостойкость азотированной стали в 1.5 – 4 раза выше износостойкости закаленных высокоуглеродистых и цементованных сталей.
Для осуществления ионного азотирования освоен серийный выпуск специализированных установок НГВ-6.6/6-И1; НШВ-9.18/6-И2 и др., выпускаемых, в частности, Саратовским заводом электротермического оборудования.
Карбонитрация (жидкое азотирование). Широко применяется за рубежом. Приводится для упрочнения деталей машин с целью повышения их износостойкости. Процесс проводится при T=560-570 ˚С в расплаве цианита калия. Общая глубина слоя составляет порядка 0.15 – 0.6 мм с поверхностной твердостью (700 – 1300 HV). Карбонитридная зона способствует увеличению задиростойкости, уменьшает коэффициент трения, повышает износостойкость, обуславливает хорошую прирабатываемость трущихся поверхностей и сопротивление коррозии.
|
|
|
Проанализировав все вышеприведенные методы упрочнения, можно сделать вывод, что наиболее подходящим для предстоящего упрочнения метала является метод (ХТО) – химико-термического упрочнения, а в частности ионное азотирование.
Сущность ионного азотирования заключается в следующем.
В разряженной азотосодержащей атмосфере (1.3*10² - 17*10² Па) между катодом и анодом возбуждается тлеющий разряд и ионы газа, бомбардируя поверхность катода, нагревают ее до температуры насыщения, при которой происходит насыщение поверхностного слоя ионами азота. Температура азотирования составляет 470˚ - 580˚ С, рабочее напряжение колеблется от 400 до 1100 В. Продолжительность процесса от нескольких минут до 24 часов. Для разных марок сталей определены оптимальные режимы процесса, обеспечивающие требуемую толщину и твердость защитного слоя. Твердость азотированного слоя не меняется при нагреве до 450 - 500˚ С. Обычно общий слой азотирования (особенно при повышенных контактных напряжениях) составляет 0.4 – 0.5 мм. Ионное азотирование следует использовать в тех случаях, когда контактные напряжения не слишком велики и деталь работает в условиях трения скольжения, или абразивного износа.
Азотирование данного вида проводят в печах различной конструкции периодического и непрерывного действия – шахтных, камерных, толкательных и конвеерных.
Основными контролируемыми и регулируемыми параметрами газового азотирования являются:
температура;
продолжительность;
давление;
состав насыщающей среды.
Упрочнение метала гидроциклона следует производить в камерной печи при температуре 570˚С, с временем насыщения 9 часов, защитный слой при этом составит 0.52 мм. В этом случае будет достигнут ресурс в 2000 часов работы гидроциклона до списания.
|
|
|
Безопасность труда при проведении процессов азотирования
При проведении процесса азотирования предусматривают меры по защите работающих от возможных действий опасных и вредных производственных факторов в соответствии с ГОСТ 12.0.003 – 75. Уровни физически опасных и вредных производственных факторов не должны превышать значений, установленных санитарными нормами.
Производственное оборудование участка азотирования должно соответствовать требованиям ГОСТ 12.2.003 – 74 и ГОСТ 12.3.004 – 75.
Работающие на участке азотирования должны использовать средства индивидуальной защиты, предусмотренные санитарными нормами и соответствующие требованиям ГОСТ 12.4.011 – 75.
При работе с технологическими материалами, а так же при хранении и транспортировании их и отходов производства должны соблюдаться требования ГОСТ 12.3.004 – 75.
На рабочих участках азотирования должны быть разработаны рабочие инструкции по безопасности труда.
Монтаж гидроциклона
При монтаже, гидроциклон необходимо устанавливать вертикально и крепить двумя хомутами к стене бурового здания с помощью болтов. Хомуты следует изготавливать из стальных разных по размеру пластин:
габаритные размеры верхнего хомута пластины: 346 х 40 х 3;
габаритные размеры нижнего хомута пластины: 326 х 40 х 3;
Пластины следует изогнуть в форме полуокружности, как показано на рис.9
радиус верхней пластины 45 мм. радиус нижней пластины 40 мм.
Рис.9 эскиз хомута.
Крепить хомут к буровому сданию предлагается болтами, как это показано на рис.10.
Рис.10. Способ крепления хомутов к
буровому сданию.
III. ЭСКИЗНЫЙ ПРОЕКТ
Цель курсового задания заключается в модернизации гидроциклонной установки СГМ-ТПИ, уменьшение его габаритных размеров, упрощение технологии изготовления и увеличения срока службы.
В гидроциклонную установку входят: малогабаритный спиральный гидроциклон СМГ-С; соеденительные шланги; 3 штуцера с различными по диаметру отверстиями; хомуты, для крепления гидроциклона к стене бурового здания, болты.
На Рис. 11. показан гидроциклон
|
|
|
СМГ-С в рабочем положении,
закреплённый на стенке бурового здания с помощью хомутов.
Рис. 11. Эскиз гидроциклонной установки СМГ-С.
Принцип работы гидроциклонной установки СМГ-С.
В процессе бурения скважины, по мере ее углубки и зашламовывания очистного агента, возникает необходимость в очистке промывочной жидкости, зашламованный глинистый раствор поднимаясь по затрубному пространству направляется через отводной патрубок превентора в гидроциклон, где проходит очистку седиментационным осаждением, чему способствует 3 различных штуцера. Очищенная жидкость из гидроциклона направляется в зумпф, откуда через фильтр всасывается патрубком бурового насоса, который направляет промывочную жидкость с постоянным давлением, через гибкий шланг и сальник-вертлюг, в скважину, далее цикл повторяется.
В комплект гидроциклонной установки СМГ-С входят три песковых штуцера с различными проходными отверстиями, для различных режимов отчистки бурового агента от зашламовывания. Отверстия в них выполняются в виде конуса в верхней части. Начальный диаметр конуса штуцера, должен быть равен конечному диаметру внутренного конуса гидроциклона.
Применение штуцеров зависит от зашламованности бурового агента и производительности бурового насоса. Так штуцер (Рис.12,а) используется при производительности насоса 200-220 л/мин, штуцер (Рис.12,б) используется при расходе 160 л/мин, штуцер (Рис.12,в) ставится при производительности насоса 100 л/мин. Для снижения износа штуцеры следует упрочнить при помощи химико-термического упрочнения (ХТО).
Для крепления хомутов к стенке бурового здания, выбираем болты марки СЧ12-28, отлитых из серого чугуна. Шаг резьбы – 2 мм; диаметр – 20 мм
Чтобы исключить различного рода вибрации в процессе работы гидроциклона, между хомутами и корпусом гидроциклона не должно быть зазоров. Поэтому, очевидно, что необходимо сделать расчет.
С помощью этого расчета мы определим, на сколько оборотов можно затянуть гайку.
Толщина стенки бурового здания 
=100 мм.
Решение:
Допускаемое напряжение для болта 
= 80 МПа, для пластины
|
|
|
= 60 МПа. Принимаем 
= 2*105 МПа, 
= 0.7*105 МПа [ 5,табл. 2.4, стр 70].
При затягивании гайки пластина будет сжиматься, а болт растягиваться. Применяя метод сечений и составляя уравнение равновесия для сил (рис. 14), получим
Таким образом задача статически не определима, так как неизвестных сил две, а статика для системы сил, направленных по одной прямой, дает лишь одно уравнение.
Для составления уравнения перемещений рассуждаем следующим образом: при завертывании гайки на 
оборотов она переместится на 
. Так как вначале торец гайки касался шайбы, то это перемещение могло быть осуществлено за счет деформаций болта и пластины. Рис. 14
Предположим, что пластина абсолютно жесткая, тогда перемещение гайки равно удлинению болта. Если допустить, что пластина податливая, а болт абсолютно жесткий, то перемещение гайки равно сжатию пластины. Фактически обе детали податливы и при затягивании гайки деформируются. Следовательно, перемещение гайки равно сумме абсолютных значений удлинения болта и сжатия пластины.
или 
. (1)
Вычислим допускаемые силы для болта и пластины (для болта не учитываем влияние резьбы)
(2)
(3)
В качестве допускаемой должна быть принята меньшая сила 
Вычисляем коэффициенты податливости болта и пластины:
(4)
(5)
Определяем допускаемое по условию прочности число оборотов гайки:
(6)
Заключение
Гидроциклон СМГ-С рекомендуется использовать в неосложненных геолого-технических условиях, он может быть рекомендован для использования в организациях занимающихся геологоразведочным бурением.
Данная установка будет находить оптимальное применение при бурении на твердые полезные ископаемые с применением промывки глинистым раствором.
По сравнению с гидроциклоном СГМ-ТПИ данная гидроциклонная установка обладает следующими преимуществами:
• простота конструкции, эксплуатации, регулировки, монтажа, высокий ресурс работы;
• высокая степень очистки промывочной жидкости – до 0.2%;
• незначительные потери промывочной жидкости через штуцеры;
• уменьшены габаритные размеры и металлоемкость конструкции;
Технические характеристики модернизированного гидроциклона СМГ-С по сравнению с гидроциклоном СГМ-ТПИ остались неизменными. С учётом упрочнения средний ресурс гидроциклона СМГ-С до списания приблизился к 2000 часов.
Список использованной литературы
1. Поваров А. И. Гидроциклоны на обогатительных фабриках. -М.: Недра, 1978. -267 с.
2. Мустафаев А. М., Гутман Б. М. Гидроциклоны в нефтедобывающей промышленности. -М.: Недра, 1971. -260 с.
|
|
|
3. Рябчиков С. Я., Дельва В. А., Чубик П. С. Руководство к лабораторным работам по буровым машинам и механизмам. – Томск: изд.ТПУ, 1994.-112 с.
4. Резниченко И. Н. Приготовление, обработка и очистка буровых растворов. -М.: Недра, 1982. -230 с.
5. Ицкович Г. М. Сопротивление материалов: Учеб. Для учащихся машиностроит. Техникумов. -7-е изд., испр. –М.: Высш. Шк., 1986. -352 с.: ил.
6. Бабаев С. Г. Надежность и долговечность бурового оборудования. –М.: Недра, 1984. -184 с.
7. Поваров А. И. Гидроциклоны. М.: Госгортехиздат, 1961. -267 с.
8. Лахтин Ю.М., Арзамасов Б.Н. Химико-термическая обработка металлов. – Учебное пособие для вузов. – М.: Металлургия, 1985. 256 с.
|
|
|
