Ключ механический универсальный КМУ-50

Ключ механический универсальный КМУ-50

Ключ механический универсальный КМУ-50

1. Назначение, конструкции и условия работы оборудования

Назначение - механизация операций свинчивания и развинчивания, центрирования, захвата, удержания на весу колонны насосно-компрессорных труб при текущем ремонте скважин, эксплуатируемых всеми видами оборудования, включая электропогружные насосы.

Рисунок 1 - Ключ механический универсальный КМУ-50: 1 - блокировочная рукоятка; 2 - водило; 3 - редуктор; 4 - электропривод; 5-сменный маховик; 7 - кронштейн; 8 - вращатель; 9 - спайдер

Технические характеристики

Технические условия ТУ 3666-011-07538145-93

Нагрузка на спайдер максимальная, кН 500

Крутящий момент на водиле максимальный, Нм 4500

Частота вращения водила максимальная, об/мин: 60

Диаметр захватываемых труб, мм 48, 60, 73, 89

Привод электрический, инерционный, взрывобезопасный, с питанием от промысловой сети.

Двигатель привода электродвигатель АИМ 100 S4Y 2,5

Габаритные размеры, мм:

высота 960

длина 930

ширина 630

Масса в собранном виде, кг 370

Масса полного комплекта, кг 435

Рисунок 2 - Ключ механический универсальный КМУ-50: 1 - блокировочная рукоятка; 2 - механизм совмещения прорезей шестерни и корпуса; 3 - водило; 4 - редуктор; 5 - электропривод; 6 - сменный маховик; 7 - кронштейн; 8 - вращатель; 9 - спайдер

Ключ буровой механический универсальный КМУ-50 (Рисунок 1) предназначен для механизации операций по свинчиванию и развинчиванию, удержанию колонны насосно-компрессорных труб при текущем ремонте скважин.

Ключ состоит из блока вращателя с электроприводом, спайдера с блоком клиньев и блока управления электроприводом.

Вращатель - двухступенчатый редуктор с прямозубой цилиндрической передачей, рабочим органом которого является разрезное колесо с установленным на нем водилом. Корпус вращателя и разрезное колесо имеет прорезь для пропуска насосно-компрессорных труб.

Привод ключа КМУ-50 электрический инерционный взрывобезопасный с питанием от промысловой сети напряжением 380 В. Электродвигатель ключа типа В100 442-5 исполнения ВЗТ-4В мощностью 3 кВт. Ключ оснащен блоком управления электропривода с кабелем КРПСН 3х4-1х2,5.

Вращатель с электроприводом прикреплен быстросъемными зажимами к поворотной стойке, состоящей из плиты-кронштейна, приваренного к спайдеру.

Инерционное устройство позволяет регулировать величину крутящего момента на водиле ключа путем установки соответствующих сменных маховиков. Управление электроприводом - посредством магнитного пускателя и кнопочного поста управления.

Полуавтоматический спайдер состоит из разрезного корпуса, сменных блоков клиньев для труб диаметром 60; 73 и 89 мм, рукоятки управления и хомута. К корпусу спайдера приварен кронштейн для установки вращателя.

Система плановых ремонтов ключа КМУ-50

Для предупреждения выхода из строя буровых ключей необходимо кроме грамотной эксплуатации проводить качественный и своевременный ремонт.

Основой этого является планово-предупредительный ремонт, под которым понимается совокупность организационных и технических мероприятий по обслуживанию и ремонту ключа с целью обеспечения его безотказной работы.

Система ППР дает возможность не допускать износа ключа до такой степени, когда его ремонт становится технически невозможным или экономически невыгодным. Для этого наряду с техническим обслуживанием ключ через определенное число отработанных часов подвергается различным видам ремонта, благодаря чему восстанавливается его работоспособность и техническая характеристика.

Техническое обслуживание:

Уход за ключом заключается в систематическом осмотре надежности крепления колонны ключа, в проверке исправности пульта управления, в проверке уровня масла в редукторе ключа и т.д.

Своевременная смазка подшипниковых узлов, редуктора и других механизмов не было чрезмерного повышения tº подшипника.

Текущий ремонт это плановый ремонт, посредством которого ключ поддерживается в работоспособном состоянии.

При капитальном ремонте проводится полная разборка ключа, дефектовка деталей, замена или восстановление изношенных деталей, обкатка редуктора, испытание пневмоцилиндров, смазка и окраска деталей ключа.

1.1 Технологический процесс ремонта КМУ-50

Чтобы обеспечить бесперебойную работу бригад ПРС и КРС необходимо правильно организовать ремонт нефтепромыслового оборудования и оборудования для текущего и капитального ремонта скважин.

В условиях работы бригад ПРС и КРС тщательно следят за оборудованием и каждый месяц составляется специальный план - «План обязательной номенклатуры текущего ППР нефтепромыслового оборудования», в котором указываются те виды оборудования, которые должны пройти ремонт в этом месяце.

Ремонт оборудования в цеху проката оборудования осуществляется в следующей последовательности.

Мастер ПРС дает заявку на ремонт оборудования по установленной форме.

Получив заявку от мастера, механик ЦПО готовит инструменты и посылает транспорт, закрепленный за ЦПО, за оборудованием.

После завоза оборудования в цех, механик должен проверить комплектность оборудования и сдать заметку в карточке проката. Эта карточка подписывается механиком и мастером КРС и ПРС.

Если оборудование сдано в полном комплекте, то приступают к наружной мойке оборудования. Мойку производят с помощью агрегата ППУ.

Оборудование разбирается и производится мойка всех деталей. Ее осуществляют с помощью солярки или просто горячей воды.

Вымытые детали тщательно осматриваются и выбирают те, которые изношены, то есть производят выбраковку.

Изношенные шестерни восстанавливают наплавкой. Если износ большой их заменяют. Трещины заворачивают с помощью электродуговой сварки.

Затем приступают к сборке оборудования. Зубчатое зацепление должно вращаться свободно, без заеданий. Все болты должны быть затянуты.

Собранное оборудование смазывают. Заливают масло в редуктор и смазывают зубчатое зацепление разрезного колеса. И отправляют бригадам КРС и ПРС.

1.2 Техника безопасности при работе с ключом КМУ-50

При эксплуатации ключа КМУ и работе должны допускаться только лица, которые обучены работе с ними:

. При работе ключа зубчатое колесо должно быть закрыто защитными кожухами по всей поверхности вращения.

. Паспортная грузоподъемность должна быть отчетливо обозначена на видном месте механизма. Эксплуатация ключа, у которого нагрузка на спайдер превышает допустимую, запрещена.

Также запрещено:

а). Работать с ключом при наличии поврежденной заземляющей жилы или изоляции силового электрокабеля.

б). Работать с ключом без стопорных ключей.

в). Производить ремонт или крепление каких-либо частей во время работы механизма.

г). Чистить и смазывать движущиеся части.

д). Браться за вращающееся водило руками.

При ремонте КМУ необходимо соблюдать правила безопасности, которые помогут произвести ремонт без несчастных случаев.

При ремонте оборудования большое внимание должно уделяться освещению, т.к. плохое освещение очень плохо действует на зрение и может стать причиной несчастных случаев.

Рабочие, занятые очисткой резьбовых соединений с помощью металлической щетки должны работать в рукавицах.

Ремонтируемое оборудование должно быть хорошо закреплено в специальных приспособлениях или просто стоять на полу, но так, чтобы оно не могло упасть.

При использовании кран-балки ни в коем случае нельзя оставлять оборудование или механизмы висящими на кране, необходимо опускать кран, так чтобы оборудование находилось на полу.

Если ключ проходит испытание в цеху, то подключение электродвигателя к сети должны производить электрики.

2. Обработка статистической информации о надежности оборудования

Результаты наблюдений за надежностью машин и их элементов в том виде, как они получены по данным первичной учетной документации, представляют собой ряд неупорядоченных чисел, указывающих наработку изделий до отказов, ресурсы изделий и др.

Наработка до отказа КМУ-50 в часах по данным «НГДУ «Туймазанефть»: 166, 147, 151, 133, 151, 176, 170, 172, 184, 141, 138, 175, 202, 173, 149, 142, 130, 149,149, 144, 171, 153, 176, 131, 157, 133, 154, 178, 133, 194, 188, 138, 139, 166, 145, 160, 132, 157, 172, 143, 184, 157, 141, 124, 156, 140, 201, 156, 232, 149, 139, 154, 214, 154, 173, 188, 133, 177, 144, 221, 138, 157, 134, 163, 144, 158, 143, 179, 122, 174, 151, 159, 140, 182, 216, 207, 212, 199, 202, 181.

n=80

В результате наблюдений получены следующие данные о наработках до первого отказа КМУ-50 электроприводов установок (таблица 1). Под наблюдением находилось 10 изделий.

Число интервалов К определяем в зависимости от объема выборки. Если число интервалов слишком большое, то картина распределения будет искажена отсутствием опытных точек в отдельных интервалах, а при малом числе интервалов будут сглажены характерные особенности распределения.

Найдем число интервалов:

                                                                    (2.11)

Определим величину одного интервала:

                                                 (2.12)

где t_max, t_min - соответственно наибольшее и наименьшее значения случайной величины.

Полученное расчетное значение интервала  округляем до целого числа.

При составлении статистического ряда для каждого интервала подсчитывают:

n_i - количество значений случайной величины в i-ом интервале;

p_i=n_i/n - частность (опытная вероятность) в i-ом интервале;

f(t)=p_i/Dt - эмпирическую плотность вероятности;

F(t)=S(n_i/n) - эмпирическую вероятность отказов.

Таким образом, строим статистический ряд представленный в таблице 1.

Таблица 1 - Статистический ряд

2.2 Выбор закона распределения показателей надежности

Определим среднее значение для статистического ряда:

Определим среднее квадратичное отклонение:

Определим коэффициент вариации:

                                                           (2.21)

Зная коэффициент вариации можно определить параметр распределения Вейбулла - b и коэффициент [К_b] b=0,7; K_b=1,266.

Параметр а подсчитываем по выражению:

                                                                      (2.22)

Рекомендуется в первом приближении принимать распределение Вейбулла при V>0,5. Так как в нашем случае V=1,44 значит, принимаем распределение Вейбулла.

Строим теоретические кривые функции плотности распределения наработки f(t), теоретическую вероятность безотказной работы P(t), теоретическую функцию распределения отказности F(t) и функцию интенсивности отказов l(t). Для этого найдем эти значения.

2.3 Определения параметров выбранного закона распределения

Вычислим значения теоретической вероятности безотказной работы P(t) на каждом интервале по формуле:

                                                   (2.31)

Таблица 2 - Вероятность безотказной работы P(t)

Вычислим значения функции плотности распределения наработки f(t),

                 (2.32)

Таблица 3 - Функция плотности распределения f(t)

0

124

136

148

160

172

184

196

208

220

232

f(t)

0

0.0095

0.0070

0.0053

0.0042

0.0034

0.0028

0.0024

0.0020

0.0017

0.0014

Вычислим значения теоретической функции распределения отказности F(t) по формуле:

                                            (2.33)

Таблица 4 - Функция распределения отказности F(t)

Вычислим значения функции интенсивности отказов по формуле:

                                                                                         (2.34)

Таблица 5 - Функция интенсивности отказов l(t)

По данным таблицы строим зависимости показателей безотказности

Рисунок 3 - Статистическая вероятность безотказной работы

Рисунок 4 - Статистическая частота отказов оборудования

Рисунок 5 - Статистическая интенсивность отказов оборудования

2.4 Проверка гипотезы о соответствии эмпирического и теоретического законов распределения

После выдвижения гипотезы о том, что рассматриваемая случайная величина имеет определенный закон распределения с определенными параметрами, необходимо определить, насколько соответствует эта гипотеза имеющимся опытным данным. Для решения этой задачи существуют различные критерии - так называемые критерии согласия.

Критерии согласия являются объективными оценками близости эмпирических (опытных) и теоретических распределений. Т.е. позволяют с достаточной степенью вероятности ответить на вопрос: правильно ли был выбран закон распределения показателей надежности для рассматриваемого оборудования.

Наиболее часто в качестве критериев согласия опытных и теоретических распределений показателей надежности принимаются критерии: Пирсона (), Романовского, Колмогорова .

Проверим гипотезу по критериям согласия о правильности выбранного закона.

Критерий Пирсона:

                                                       (2.41)

где k - число интервалов статистического ряда;

n_i - частота в i-ом интервале;

n - общее число значений случайной величины;

p_i - теоретическая вероятность попадания случайной величины в i-ом интервале

p_i=p_iн-p_ik,                                 (2.42)

где p_iн и p_ik - функция вероятности в конце и в начале i-го интервала.

Полученное значение  сравнивают с табличным значением  этого критерия. Величина  определяется по специальным математико-статистическим таблицам в зависимости от числа степеней свободы r и доверительной вероятности Р_д.

Доверительной считается такая вероятность, которую можно признать достаточной для суждения о достоверности характеристик, полученных на основе выборочных наблюдений. В качестве доверительной вероятности принимают значения 0,95; 0,99; 0,999. Для инженерных расчетов наиболее приемлемой является доверительная вероятность .

Число степеней свободы r=k-s=10-3=7. При r=7 и c²=3,913 вероятность совпадения теоретического и статического распределения Р=0,7≥0,1, что подтверждает принятую нами гипотезу о распределении наработки до отказа по закону Вейбулла.

При выполнении условия . расхождения между теоретическими и эмпирическими частотами считают случайными, а теоретическое распределение показателей надежности - не противоречащим опытному. Критерий Колмогорова. Значение вероятности попадания случайной величины приведено в таблице 6.

Таблица 6 - Значение вероятности попадания случайной величины

Из таблицы 6 следует, что ½D_max½=0,2815, тогда параметр распределения

l=D_max=1,2                                                    (2.43)

где    D - максимальная разность между фактической и теоретической накопленными частотами случайной величины.

По таблице 6 находим Р(l)=0,964, т.е. гипотеза о распределении Вейбулла подтверждается.

Вывод: по видам кривых f(t), P(t) и коэффициенту вариации V=1,44 можно сделать вывод, что распределение наработки КМУ-50 до отказа изменяется по закону Вейбулла.

3. Пути и методы повышения надежности КМУ-50

Надежность оборудования зависит от его технического совершенства, уровня технического обслуживания и ремонтов в процессе эксплуатации.

Надежность КМУ-50 повышают конструктивными и технологическими методами: выбирают размеры и формы основных деталей, обеспечивающие оптимальные начальные зазоры, нагрузки и скорости в трущихся сопряжениях; обеспечивают оптимальный тепловой режим работы пар трения; используют смазочные масла с улучшенными свойствами; применяют для изготовления высококачественные материалы; снижают вибрацию машин; обеспечивают чистоту и надлежащую степень осушки внутренних рабочих полостей и теплообменных аппаратов; обеспечивают необходимую точность геометрической формы, правильное взаиморасположение и оптимальную шероховатость деталей пар трения; применяют современные способы упрочняющей обработки поверхностей деталей пар трения; используют ряд технологических приемов для получения износостойкого поверхностного слоя деталей (термическая и химико-термическая обработка, поверхностное пластическое деформирование, нанесение покрытий электролитическими способами и др.); повышают коррозионную стойкость теплообменных аппаратов; повышают надежность комплектующих изделий.

Ремонтный цикл - наименьший повторяющийся интервал времени или наработки изделия, в течение которого выполняются в определенной последовательности в соответствии с требованиями нормативно-технической документации все установленные виды ремонта.

Надежность оборудования во время эксплуатации обеспечивают следующими способами: применяют рациональную систему технического обслуживания и ремонта; не допускают использования КМУ-50 в режимах, не оговоренных технической документацией; внедряют современные способы восстановления поверхностей ряда ответственных деталей; проводят своевременную модернизацию ключа; непрерывно повышают квалификацию; применяют рациональный метод организации ремонтных работ; внедряют избыточное резервирование отдельных видов оборудования.

Низкая надежность оборудования, как правило, приводит к увеличению эксплуатационных расходов и времени простоя. Кроме того, при недостаточной надежности внезапные отказы частей и деталей вследствие нарушений установленной технологии могут привести к тяжелым авариям, затраты на ликвидацию которых весьма велики. Однако повышение надежности связано с усложнением оборудования и повышением его стоимости. Поэтому необходимо уставить некоторую оптимальную надежность, исходя из критерия минимальной стоимости проектирования, изготовления и эксплуатации оборудования. Проектирование и изготовление высоконадежного оборудования требует дополнительных средств. Однако с увеличением надежности уменьшается число отказов, необходимое количество запасных частей, что позволяет снизить эксплуатационные расходы. Таким образом, с увеличением надежности оборудования растет стоимость проектирования и изготовления, уменьшается стоимость эксплуатации. При этом существует некоторая (оптимальная) надежность, при которой суммарная стоимость проектирования, изготовления и эксплуатации минимальна. Такой оптимальный уровень надежности называется нормой надежности.

Требования повышения безотказной работы оборудования, связанные с обеспечением установленной оптимальной надежности, настолько высоки, что удовлетворить этим требованиям, не прибегая к специальным мерам по повышению его надежности, часто не представляется возможным.

Повышение надежности может быть осуществлено в три этапа - при проектировании, производстве и эксплуатации. Основными методами повышения. Надежности оборудования являются: резервирование, уменьшение интенсивности отказов оборудования, сокращение времени непрерывной работы и уменьшение среднего времени восстановления.

Резервирование, как средство повышения надежности, наиболее целесообразно применять для повышения надежности оборудования, предназначенного для непрерывной работы в течение короткого времени. Использование резервирования для повышения надежности оборудования, предназначенного для длительной работы, часто связано с высоким резервированием или с применением специальных способов резервирования. Повышение надежности оборудования, путем его резервирования приводит к ухудшению таких характеристик, как масса, габаритные размеры, стоимость, условия обслуживания (увеличение частоты проверок, числа запасных деталей и частей) и поэтому ограничивает пользование этого метода при конструировании бурового и нефтегазопромыслового оборудования.

Уменьшение интенсивности отказов связано с осуществлением комплекса мероприятий по повышению качества и в первую очередь долговечности оборудования.

Долговечность бурового и нефтегазопромыслового оборудования зависит прежде всего от долговечности наиболее ответственных деталей и частей. Задача повышения долговечности должна решаться в трех направлениях: 1) конструкторском - на стадии проектирования, 2) технологическом - при изготовлении, 3) эксплуатационном - в процессе использования, технического обслуживания и ремонта.

При конструировании оборудования решаются главные задачи создания рациональной конструкции машины - упрощение кинематической схемы. Правильный выбор материалов, обеспечение равнопрочности основных деталей. В сборочных единицах, обеспечение экономичности и эффективности машины в целом. На стадии конструирования необходимо выбрать такие размеры деталей, чтобы обеспечить такие условия их работы, при которых интенсивность изнашивания будет минимальной. В этом случае необходимо принять наивыгоднейшие нагрузки и скорости относительного перемещения трущихся поверхностей, предусмотреть наиболее совершенные устройства для смазки, выбрать оптимальные посадки в сопряжениях и т.п.

Для повышения долговечности машины конструктор обязан предусмотреть высокую ремонтопригодность ее основных частей, т.е. обеспечить простоту обслуживания и ремонта машины.

Одна из эффективных мер в этом направлении - максимальная унификация сборочных единиц и деталей, которая дает возможность изготовить машины из типовых сборочных единиц и агрегатов, благодаря чему можно быстро и просто заменить в них изношенные части на местах эксплуатации и ремонтировать в централизованном порядке на хорошо оснащенных специализированных предприятиях. Перспективным направлением в повышении долговечности машин является создание саморегулирующихся и самовосстанавливающихся сборочных единиц и систем. Сущность подобных решений заключается в обеспечении постоянства основных конструктивных параметров сопряжений в процессе работы посредством их автоматической регулировки.

При изготовлении оборудования различные технологические факторы оказывают большое влияние на долговечность деталей и машины в целом. Выбор заготовки, метода обработки и упрочнения рабочих поверхностей деталей, а также качество сборки во многом определяют долговечность сопряжений и надежность частей машины.

Технологические способы повышения долговечности позволяют добиться уменьшения интенсивности изнашивания деталей соответствующей обработкой рабочих поверхностей и их упрочнением.

Эксплуатационные свойства изделий в значительной степени определяются качеством изготовления деталей, характеризующимся в основном геометрическими параметрами, физико-механическими и физико-химическими свойствами рабочих поверхностей.

Исходя из условий эксплуатации, к качеству рабочих поверхностей, точности изготовления деталей и их физико-механическим свойствам предъявляются различные требования.

Перечисленные свойства рабочих поверхностей деталей зависят от применяемого материала и формируются посредством определенных технологических приемов.

К технологическим направлениям повышения долговечности оборудования относятся: подбор оптимальных сочетаний химического состава и структуры материала деталей; применение оптимальных способов формообразования заготовок деталей и термической обработки; выбор оптимальных условий механической обработки; улучшение геометрических параметров рабочих поверхностей деталей; применение упрочняющих способов обработки рабочих поверхностей деталей.

Одним из технологических направлений повышения долговечности машин являются мероприятия по улучшению физико-механических характеристик материалов, используемых для изготовления деталей машин. Основные прочностные характеристики будущих деталей формируются уже на стадии изготовления заготовок этих деталей, посредством литья, обработки давлением и др.

Большое влияние на динамическую прочность материала оказывает способ получения заготовки. Так, пределы колебаний ударной вязкости заготовок из стали Ст. 3, полученных отливкой и ковкой, находятся в диапазоне 2,0 - 20 кгс м/см².

Список источников

оборудование ремонт надежность ключ

1 Бабаев С.Г. Надежность и долговечность бурового оборудования. М.: Недра, 1974. - 184 с.

Авербух Б.А., Калашников Н.В., Кершенбаум Я.М. Ремонт и монтаж бурового и нефтепромыслового оборудования. Учебное пособие. М.: Недра, 1976. - 368 с.

Бабаев С.Г. Надежность нефтепромыслового оборудования. М.: Недра, 1987. - 264 с.

Бабаев С.Г. Основы теории надежности нефтепромыслового оборудования: Учебное пособие. - Баку.: АзИНЕФТЕХИМ, 1976. - 96 с.

Гмурман В.Е. Руководство к решению задач по теории вероятностей и математической статистике: учебное пособие для студентов вузов. М.: Высш.шк., 1999. - 400 с.

Гмурман В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика. Учебное пособие для студентов вузов. М.: Высш.шк., 2001. - 479 с.

ГОСТ 27.002 - 89. Надежность в технике. Основные понятия. Термины и определения.

Ишемгужин Е.И. Теоретические основы надежности буровых и нефтегазопромысловых машин. - Уфа: Изд. нефт. ин-та, 1981. - 84 с.

Протасов В.Н., Султанов Б.З., Кривенков С.В. Эксплуатация оборудования для бурения скважин и нефтегазодобычи. Под общ. ред. В.Н. Протасова: Учебник для вузов. - М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2004. - 691 с.

Решетов Д.Н., Иванов А.С., Фадеев В.З. Надежность машин: Учеб. пособие для машиностр. спец. вузов/ Под ред. Д.Н. Решетова. - М.: Высш. шк., 1988. - 238 с.