Разработка рецептуры раствора для обработки эластомера винтового забойного двигателя с целью повышения его ресурса

В данной магистерской диссертации исследуется изменение устойчивости образцов резины ИРП-1226 к износу резанием и трением после обработки в растворах солей, а так же изменение структуры резины.

Введение ………………………………………………………………………………………………….. 12
1 Литературный обзор……………………………………………………………………………….. 13
1.1 Историческая справка о создании винтового забойного двигателя ……….. 13
1.2 Устройство винтового забойного двигателя ………………………………………… 14
1.3 Принцип работы винтового забойного двигателя ………………………………… 17
1.4 Требования предъявляемые к современным ВЗД ………………………………… 17
1.5 Основные причины выхода из строя винтовых забойных двигателей …… 19
1.6 Анализ причин износа резиновой обкладки статора …………………………….. 20
1.7 Работы других исследователей по решению проблемы повышения ресурса
наработки рабочей пары ВЗД ………………………………………………………………….. 24
1.8 Решения проблемы преждевременного износа рабочих органов ВЗД ……. 33
2 Методы исследований …………………………………………………………………………….. 36
2.1 Экспериментальная часть ………………………………………………………………….. 36
2.2 Лабораторный стенд для испытания образцов на трение и режущее
воздействие ……………………………………………………………………………………………. 37
2.3 Лабораторный стенд для исследования изменения структуры эластомера
после обработки …………………………………………………………………………………….. 39
2.4 Методика проведения исследований ………………………………………………….. 41
3 Результаты экспериментальных исследований …………………………………………. 44
3.1 Результаты экспериментальных исследований изменения структуры
эластомера после обработки ……………………………………………………………………. 44
3.1.1 Необработанные образцы резины ИРП-1226 …………………………………. 44
3.1.2 Влияние раствора NaCl на изменение структуры образцов …………….. 44
3.1.3 Влияние раствора KCl на изменение структуры образцов ………………. 47
3.1.4 Влияние раствора MgCl2 на изменение структуры образцов …………… 50
3.1.5 Влияние раствора CaCl2 на изменение структуры образцов ……………. 53
3.1.6 Влияние раствора BaCl2 на изменение структуры образцов ……………. 55
3.2 Результаты экспериментальных исследований изменения износостойкости
эластомера на испытания резанием и трением ………………………………………….. 58
3.2.1 Износ образцов резины ИРП-1226 без обработки …………………………… 58
3.2.2 Исследование влияния раствора NaCl на износостойкость ……………… 59
3.2.3 Исследование влияния раствора KCl на износостойкость ……………….. 61
3.2.4 Исследование влияния раствора MgCl2 на износостойкость ……………. 63
3.2.5 Исследование влияния раствора CaCl2 на износостойкость …………….. 65
3.2.6 Исследование влияния раствора BaCl2 на износостойкость …………….. 67
4. Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение …… 70
4.1 Планирование научно-исследовательских работ …………………………………. 70
4.1.1 Структура работ научного исследования……………………………………….. 70
4.1.2 Определение трудоемкости выполнения работ ………………………………. 71
4.1.3 Разработка графика научного исследования ………………………………….. 72
4.2. Бюджет научно-технического исследования ………………………………………. 73
4.3 Экономическая эффективность внедрения новой технологии ………………. 78
4.4 Выводы по разделу «Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и
ресурсосбережение» ……………………………………………………………………………….. 80
5 Социальная ответственность …………………………………………………………………… 81
5.1 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности ………. 81
5.1.1 Специальные правовые нормы трудового законодательства …………… 81
5.1.2 Требования к правильному расположению и компоновке рабочей зоны
исследователя ……………………………………………………………………………………… 82
5.2 Производственная безопасность ………………………………………………………… 82
5.2.1 Анализ вредных и опасных факторов ……………………………………………. 83
5.2.2 Обоснование мероприятий по снижению уровней воздействия опасных
и вредных факторов на исследователя…………………………………………………… 87
5.3 Экологическая безопасность ……………………………………………………………… 89
5.3.1 Влияния процесса разработки проекта на окружающую среду ……….. 89
5.3.2 Влияния процесса реализации проекта на окружающую среду ……….. 89
5.4 Безопасность в чрезвычайных ситуациях ……………………………………………. 90
5.4.1 Анализ возможных ЧС …………………………………………………………………. 90
5.4.2 Обоснование мероприятий по недопущению ЧС и действия в случае
возникновения ЧС ……………………………………………………………………………….. 91
5.5 Выводы по разделу «Социальная ответственность» …………………………….. 92
Заключение ………………………………………………………………………………………………. 93
Список использованных источников ………………………………………………………….. 95
Приложение А ………………………………………………………………………………………….. 99

При изучении изменения структуры образцов была выявлена тенденция
роста количества кристаллов соли на поверхностях, подвергавшихся и не
подвергавшихся испытанию на износ трением и резанием. Наблюдается
разница текстуры в зоне разрушения образцов различных дней выдержки.
Образцы без обработки и с минимальной выдержкой – 5 суток имеют грубую
шершавую поверхность, которая образовалась отрывом крупных кусков
резины. С увеличением длительности выдержки поверхность зоны разрушения
разглаживалась и стала приобретать больший блеск из-за внедрения кристаллов
соли в структуру эластомера. Разрушаемые куски резины становились более
дисперсными, характер разрушения менялся с режущего на скалывающий.
Смена характера разрушения обусловлена проникновением ионов соли в
межпоровое пространство образцов резины в процессе их выдержки в
сушильном шкафе. По этой причине образец становится тверже, но менее
упругим.
Износ образцов на трение показал незначительное увеличение
износостойкости к данному виду износа обработанных образцов относительно
необработанных. Однако после выдержки более 10 суток в каждом растворе
соли негативное воздействие истирания за время эксперимента не наблюдается.
Изучение изменения износостойкости на режущее воздействие показало,
что упрочнение образцов наступает уже на 5 сутки для каждого раствора. По
среднему объему разрушения образцов прослеживается общая зависимость
роста износостойкости от времени обработки. При этом каждый раствор соли
имеет собственное время выдержки, при котором наблюдается максимальное
упрочнение образца. Для хлорида кальция – 10 суток, для хлорида натрия – 15
суток, для хлоридов калия, бария, магния – 20 суток. Наибольший рост
износостойкости получили образцы, обработанные в растворе хлорида магния в
течение 20 суток при температуре 80 °C.
По полученным результатам можно судить о перспективах данного
направления исследования. Необходимо дополнительно изучить влияние
разных концентраций конкретного раствора на упрочнение эластомера,
провести испытания с увеличенной осевой нагрузкой, а так же изучить влияние
других температур. Для получения более достоверных результатов о влиянии
растворов солей на эластомер двигательной секции необходимо приближение
лабораторных испытаний к реальным условиям работы винтового забойного
двигателя.