Студопедия

КАТЕГОРИИ:


Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Абразивность горных пород. Методы и схемы изучения изнашивания металлов при взаимодействии с горной породой


Лекция 10

 

Детали буровых машин и механизмов, бурильные и породообразующие инструменты в процессе работы изнашиваются. При достижении предельного износа эти детали и инструменты становятся непригодными для дальнейшей эксплуатации и требуют их восстановления или замены.

Под изнашиванием понимается постепенное изменение формы и размеров детали и инструмента в процессе работы. Результат изнашивания, проявляющийся в виде отделения частиц твердого тела или остаточной деформации его поверхности, называется износом.

Абразивность(от лат. abrasion соскобление) определяет способность горных пород изнашивать поверхность контакта другого, более твердого тела (алмаз, твердый сплав) в процессе трения при его движении. Абразивные свойства увеличивают интенсивность изнашивания породоразрушающего инструмента и снижают механическую скорость бурения.

Износ рабочих органов породоразрушающего инструмента осуществляется в процессе контакта с горной породой при внедрении в нее инструмента и частицами разрушенной породы.

Особую важность в алмазном бурении имеет износ, связанный с действием на алмаз и матрицу частиц разрушенной породы. При достижении породоразрушающим инструментом предельного износа он должен быть извлечен из скважины и заменен новым инструментом (возможен вариант восстановления изношенного инструмента). Для определения предельной величины износа применяют различные критерии, которые будут рассмотрены ниже.

Абразивность горной породы, как и любой другой показатель механических свойств, определяется условиями, в которых осуществляется бурение, и режимами, при которых происходит отработка инструмента. Изменение этих условий может повлечь настолько существенные изменения процесса изнашивания, что полученные в других условиях показатели не будут ни качественно, ни количественно характеризовать этот процесс. Оценка абразивности при бурении скважин необходима для конструирования новых типоразмеров породоразрушающих инструментов, определения областей их применения и выбора рациональных режимов бурения.



На абразивность горных пород влияет целый ряд факторов:

1. Структура пород: чем больше зерно, тем выше абразивность.

2. Текстура пород и особенно пористость и трещиноватость, усугубляющие абразивность.

Мономинеральная порода, как правило, менее абразивна, чем полиминеральная (при равной твердости). Например, граниты при равной твердости с сильно окремненными известняками более абразивны, так как в них менее твердые минералы (слюды, полевые шпаты), разрушаясь, образуют шероховатую поверхность трения, обнажают зерна кварца и концентрируют напряжения на малых площадках контакта кварцевых зерен с породоразрушающим инструментом.

3. Твердость горных пород и их зерен не имеет однозначного влияния на абразивность. Существующие методы количественной оценки абразивности имеют разное назначение и различную сложность определения.

 

В технике используются в основном следующие показатели изнашивания.

Интенсивность изнашивания – износ, происходящийся на единицу работы трения.

ω=W/Aтр

где W-износ в любых единицах, мг, мм, мм3 и т.д.

Aтр=fPL – работа трения, здесь f-коэффициент трения, P – нормальная нагрузка, L-путь трения.

Скорость изнашивания – износ в единицу времени.

атр=W/t0

где t0 – время опыта.

 

Показатели изнашивания зависят от большого числа одно­временно действующих факторов, к основным из которых отно­сятся: вид, и свойства трущихся поверхностей, режим трения, вид и свойства среды, в которой работают детали или инстру­менты. Вид и свойства поверхностей могут быть охарактеризо­ваны шероховатостью, кривизной, твердостью материалов и др.

Режим трения зависит от удельного давления, скорости относительного перемещения, характера приложения нагрузки, ча­стоты взаимодействия и т. п.

Режим трения при изучении абразивности пород может быть задан обобщенным показателем — удельной мощностью трения:

Nуд = fpvc,

где р — удельное давление на поверхностях трения; vc — ско­рость относительного перемещения.

Высокая энергоемкость разрушения горных пород об­условливает очень тяжелый режим трения породоразрушающих инструментов, высокую скорость их изнашивания и низкую дол­говечность.

Для условий непрерывного взаимодействия элементов вооруже­ния шарошечных долот режим работы может быть охарактеризо­ван средней удельной мощностью Nуд, определяемой по формуле

Nуд1v/F,

где A1 — работа, совершаемая элементом вооружения долота за одно взаимодействие с породой; v — частота взаимодействия: F — рабочая поверхность элемента вооружения долота.

Основные сведения о режиме работы породоразрушающих ин­струментов на примере долот типа Т диаметром 190,5 мм приве­дены ниже:

Частота взаимодействия v, с-1 .............................. ……..1,5—30

Удельная мощность N , Вт/мм5 ........................... …….0,4—8,0

Охлаждение q, м/с .................................................. ………….<12

Скорость, м/с:

Удара Vy ..................................................................... …..0,12—2,4

скольжения vc....................................................................................... ………………….1,6

Время контакта 1К, мс .............................................. …….0,2—50

Величины v, Nуд, q, tK определяют тепловой режим в области контакта металл — горная порода.

Среда характеризуется главным образом смазывающей и ох­лаждающей способностью. Детали горного оборудования и ин­струмента чаще всего работают в воздушной среде, в среде угле­водородных жидкостей (масла, промывочные жидкости на нефтя­ной основе), в воде и водных растворах, а также в различных эмульсиях.

Пластическое деформирование, резание или царапание метал­ла абразивной средой возможно только в том случае, если части­цы среды более твердые и образуют весьма шероховатую поверх­ность. Если исходить из этих представлений о сущности абразив­ного изнашивания применительно к горному делу, при трении закаленных сталей об осадочные горные породы абразивными будут только кварцевые песчаники и алевролиты. По отношению же к твердым сплавам ни одна из осадочных пород не будет абразивной.



<== предыдущая лекция | следующая лекция ==>
Динамическая прочность горных пород | МЕТОДЫ И СХЕМЫ ИЗУЧЕНИЯ ИЗНАШИВАНИЯ МЕТАЛЛОВ ПРИ ВЗАИМОДЕЙСТВИИ С ГОРНОЙ ПОРОДОЙ

Дата добавления: 2014-01-07; Просмотров: 2600; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



ПОИСК ПО САЙТУ:


Рекомендуемые страницы:

Читайте также:
studopedia.su - Студопедия (2013 - 2021) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! Последнее добавление
Генерация страницы за: 0.005 сек.