Смазка для опор шарошечных долот

 

Сущность изобретения: смазка содержит полиэтилен мол, м. 10000-4500020-40%, каучук этиленпропиленовый синтетический 12-15%; 0,0-ди(октилфенил)дитиофосфат цинка 3-5%, политетрафторэтилен 10-30% и минеральное масло - остальное. 4 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„5LI<„, 1778162 Ai

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

/ (54) СМАЗКА ДЛЯ ОПОР ШАРОШЕЧНЪ|Х

ДОЛОТ (57) Сущность изобретения: смазка содержит полиэтилен мол. м. 10000-45000 20-40%, каучук этиленпропиленовый синтетический

12-15%; 0,0-ди(октилфенил)дитиофосфат цинка 3-5, политетрафторэтилен 10-30% и минеральное масло — остальное. 4 табл. (2 1,) 4877671./04 (22) 13.08.90 (46) 30.11.92. Бюл. М 44 (71) Конструкторско-технологическое бюро технических средств бурения скважин (72) P.À.Èñìàêoâ, P.À.Ìóëeêoâ, Г.B,Êîíåñåâ, С.В.Ковтуненко, Ф.Д,Цикунков и P.Ô.×àíûшев (56) Синицын В.В. Пластичные смазки в

СССР. М.: Химия, 1984.

Авторское свидетельство СССР

М 1177339, кл. С 10 М 161/00, 1985.

Изобретение относится к смазкам с высокими противоизносными адгезионными и когезионными свойствами, предназначенными для негерметизированных узлов трения, работающих в гидроабразивных средах, а более конкретно — к смазкам для опор шарошечных долот, Широко известны смазки УСсА, Униол1, Лимол и ряд других пластичных смаэок на мыльных эагустителях с применением минеральных масел, наполнителей и различных присадок.

Процесс изготовления этих смазок заключается в термодиспергировании мыльного эагустителя в жидкой среде, с.последующим охлаждением. Некоторые из этих смазок при нагреве в процессе работы выше температурь1 плавления необратимо распадаются и вымь ваются или выбрасываются иэ узла трения.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту является смазка для опор шарошечных долот, содержащая, мас.%: полиэтилен мол.м.

10000...45000 (sl)s С 10 М 161/00//(С 10 М 161/00, 137:10, 143:02 147:02 этиленпропиленовый синтетический каучук 2...10

О.О-дидецил-S-,Â-метоксиэтилдитиофосфат 1...5 минеральное масла остальное.

Смазку получают путем смешенйя ком. понентов при 90...110 С в смесителях в определенной последовательности в течение

1,5...2;0 ч. Однако эта смазка имеет недостаточно высокие противоизносные адгеэионно-когезионные свойства (см.табл.2 и табл.3 настоящего описания), необходимые для негерметизированных. опор шарошечных долот.Целью изобретения является повышение противоизносных и адгезионно-когезионных свойств смазок.

Поставленная цель достигается тем, что смазка содержит минеральное масло, полиэтилен молекулярной массы 10000...45000, .каучук этиленпропиленовый синтетический, в качестве проиэвсдного дитиофосфорной кислоты содержит 0,0,-ди(октифенил)дитиофосфат цинка и дополнительно содержит политетрафторэтилен при следующем соотношении компонентов, мас.%:

1778162

25

35

55 полиэтилен молекулярной массы 10000...45000 20...40 этиленпропиленовый синтетический каучук 12...15 присадка ВНИИНП 354 3...5 политетрафторэтилен 10...30 минеральное масло остальное, Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод,.что заявляемый состав долотной смазки отличается от известного введением новых компонентов противоизносной, антиокислительной и противокоррозионной присадки ВНИИНП354 и мелкодисперсного политетрафторэтилена.

Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию "новизна".

Основное назначение многофункциональной присадки ВНИИНП 354 — антиокислительная и противокоррозионная добавка к смазочным маслам. Политетрафторэтилен используется в лакокрасочной промышленности, При высоких энергетических загрузках узлов трения они способны проявить ряд иных, не характерных для них свойств, способствуя повышению износостойкости сталей в тяжелонагруженных узлах трения.

Антиокислительная и противокоррозионная присадка ВНИИНП-354 при повышенных энергетических загрузках узлов трения проявляет высокие противоизносные свойства. Ввод присадки обуславливает изменение энергетического состояния поверхностных слоев долотной стали. Изменение контактной разности потенциалов и микротвердости долотной стали после взаимодействия с присадкой:

Видно, что компоненты масла и присадка в совокупности выступают как доноры электронов по отношению к металлу. Наибольшей активностью ЭДР взаимодействиям обладает масло с присадкой. При взаимодействиях с долотной сталью на поверхностях формируется защитная пленка из молекул присадки. В процессе работы .узла трения и реализации энергии, достаточной для отрыва от углеводородных радикалов серы и фосфора, последние дифундируют вглубь металлов, образовывая ь поверхностных слоях стали сульфиды и фосфиды железа, т.е. химически модифицируют поверхности трения. Характер изменения микротвердости до и после взаимодействия образцов стали со.смазочными средами показывает, что присадка облегчает внедрение индентора за счет пластифицирования поверхностных слоев металла. Вместе с этим, высокие противоизносные свойства смазки обусловлены разрушением макромолекул политетрафторэтилена и образованием устойчивых соединений металла с фтором, формированием на поверхностях полимеров трения.

Высокие адгезионные и когезионные свойства обусловлены вводом мелкодис20 персного защищающего компонента полит-; .етрафторэтилена и вулканизирующего действия серы присадки ВНИИНП 354 по отношению к синтетическому каучуку при высоких давлениях и температурах в узле . трения.

Таким образом, данный состав компонентов повышает противоизносные, адгезионные и когезионные свойства, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию "существенные отличия".

Анализ известных составов смазок, предназначенных для негерметизированных узлов трения, работающих в гидроабразивных средах показал, что они по своим противоизносным, адгезионным и ког6зионным свойствам уступают предлагаемой смазке.

Для оценки свойств были приготовлены

40 модели смазки с различным содержанием ингредиентов (табл,1).

Низкомолекулярный полиэтилен (далее

НМП), (TY 38 30151-77) является побочным . продуктом производства высокомолекуляр45 ного полиэтилена. Пределы молекулярной массы НМП 10000...45000. Это мазеподобное вещество белого с сероватым оттенком цвета. Температура каплепадения — 80 С, .содержание золы не более 0,1, содержа50 ние летучих (при 105 С) не более 0,5$.

Синтетический каучук этиленпропиленовый (далее СКЭП). (ТУ 38 10 3252-7S) имеет молекулярную массу 85...250 тыс. Число пропиленовых звеньев в цепи составляет

33...40, этиленовых — остальное. Доля металлов в СКЭП, мас. : ванадий -0,003, медь—

0,00005, железо — 0.0017.

Доля антиоксиданта (кеоноза "Д"), мас. : 0,3. Массовая доля золя — 0,07 .

1778162

Порошок политетрафторэтилена, используемый в лакокрасочной промышленности (далее НТФЭ) выпускают под техническим названием "фторолон — 4МП" (ТУ П-311-71) с дисперсностью частиц

0,05...0,2 мкм. Порошок ПТФЭ имеет белый цвет, маслянистый на ощупь, химическая формула (-СРг-СРг-).

Присадка ВНИИНП 354 представляет собой О,О,-ди(октилфенил)дитиофосфат цин ка. Обладает и ротиво кар розион н ы ми, антиокислительными и противоизносными свойствами, химическая формула ((яс,нцо),г .) z

Минеральное масло цилиндровое "52" (ГОСТ 6411-76) является остаточным маслом из продуктов прямой перегонки смеси эмбенских нефтей сернокислотной и селективной очистки. Рекомендуется для поршневых паровых машин, работающих с перегретым паром при.350...400 С и выше, Вязкость 51,сСт при 100 С. Температура вспышки (ГОСТ

6355-75) не ниже 318 С.

Смазку получают введением в НМП, нагретого до 100 С, предварительно. растворенного в бензине БР-1 ("калоша") . синтетического каучука и перемешиванием смеси до полного испарения бензина (около

1 часа). Затем последовательно вводят необходимое количество минерального масла с присадкой, порошка ПТФЭ и продолжают перемешивание в смесителе при 110 С в течение 0,5...1,0 часа до получения однородной смеси.

Сокращение сроков строительства скважин и повышение эффективности работы породоразрушающего инструмента тесно связано с износостойкостью узлов трения опор шарошечных долот. Одним из основных требований, предъявляемых к смазке опор шарошечных долот — обеспечение высоких противоизносных свойств долотных сталей.

Оценка противоизносных свойств смазок проводилась на стандартной машине трения СМТ-2 по методике, позволяющей моделировать энергетическую. загрузку узлов трения реальных опор шарошечных долот, В табл.2 приведены скорости изнашивания долотной стали 14 ХНЗМА от интенсивности нагрузки при трении по схеме диск-ролик.

Из табл.2 видно, что по сравнению с прототипом и базовой смазкой противоиэносные свойства заявляемой смазки во всем диапазоне изменения интенсивности существенно выше.

Поскольку в шарашечных долотах вымывание обычных пластичных смазок из негерметизированных опор происходит уже при спуске долота в скважину, и в дальнейшем смазка в опоре остается в виде пленки на металлических поверхностях, а объем. опоры заполняется буровым раствором, то смазочные материалы для таких долот должны обладать, в перву о очередь, повышенными адгезионными и когезионными свойствами, обуславливающими лучшую удерживаемость смаэок в опоре при воздействии промывочной жидкости, Поскольку стандартных методов определения адгезионно-когеэионных свойств смазок нет, нами использовались принятые в.других областях техники статистические методы равномерного отрыва и сдвига.

Методом равномерного отрыва измеряли силу Fp, необходимую для разрыва контакта поверхностей металлических дисков, при наличии между ними тонкого шва смазки. Диск помещали в термостатируемый шкаф, а при необходимости и в емкость с промывочной жидкостью. Сила Fp фиксировалась чувствительным динамометром или с помощью злектротензопреобразователя с записью на ленту потенциометра.

По формуле P„= — P

S где Fp — сила, приложенная для разрыва слоя смазки, Н;

S — площадь диска, м

2 находится удельная разрывная нагрузка Руд

35 (МПа), Метод статического сдвига позволяет измерить максимальную силу F, необходимую для сдвига структуры смазки, при этом тонкий шов смазки находится между нешли40 фованными поверхностями наковальни и груза, С помощью электродвигателя с понижающим редуктором осуществляется нагружение. Максимальное усилие, при котором осуществляется сдвиг груза по наковальне, 45 фиксируется тарированным индикатором часового типа, Коэффициент сопротивления сдвигу для испытываемой смазки находится по форму с

50 " где Fc- максимальное усилие в момент страгивания груза, Н;

Fr — сила тяжести груза, Н, Результаты определения адгеэионно55 когеэионных свойств смазок приведены в табл.3.

Из табл.3 следует, что по сравнению с прототипом, адгезионно-когезионные свойства заявляемой смазки во.всем диапазоне

1778162

Табл и ца 1

Таблица 2 изменения концентраций компонентов существенно выше, Поскольку в условиях работы долот на удерживаемость и свойства смазки в опорах оказывают влияние и другие факторы, необходимо оценивать уровень адгезионно-когезионных свойств смазок и в динамике, в условиях, максимально приближенных к реальным.

Из известных установок наиболее удовлетворяющим этому требованию является стенд "Опора" /Отчет УНИ "Повышение показателей работы долот и межремонтного периода забойных двигателей, 1985/. Уровень адгезионно-когезионных свойств смазок на нем оценивается по перепаду давления бурового раствора на негерметизированном натурном подшипнике опоры долота с помощью дифференциального манометра. Понятно, что чем больше перепад, тем большее количество смазки удерживается в опоре, т.е, выше адгезионно-когезионные свойства, и тем меньше количества промывочной жидкости попадает в опору.

Кинетика изменения перепада давления в процессе работы подшипника со смазками и в промывке водой приведены в табл.4.

Видно, что при работе долотного подшипника на смазках 1-4 перепад давления на (18...20) 10 Па выше, чем при работе на прототипе. Это говорит о лучших адгезионно-когезионных свойствах первых смазок по сравнению со второй. Периодический осмотр подшипника показал, что смазка "прототип" позволяет промывочной жидкости проникать к поверхностям трения, что сни5 жает эффективность действия смазки.

Более высокие адгезионно-когезионные свойства предлагаемой смазки позволяют увеличить долговечность подшипников опор шарашечных долот, что способствует

10 росту проходки на долото, сокращению сроков строительства скважин.

Формула изобретения

Смазка для опор шарашечных долот, со15 держащая минеральное масло, полиэтилен мол.м, 10000 — 45000, зтиленпропиленовый синтетический каучук и производное дити" офосфорной кислоты, отличающаяся тем, что, с целью повышения противоиз20 носных и адгезионно-когезионных свойств, смазка в качестве производного дитиофосфорной кислоты содержит 0,0ди(октилфенил)дитиофосфат цинка и дополнительно содержит политетрафторэтилен

25 при следующем соотноешении компонентов, мас. P: полиэтилен мбл.м.

10000-45000 20-40; этиленпропиленовый

30 синтетический каучук 12-15;

О,О-ди(октилфе йил)дитиофосфат,цинке: 3 -5 политетрафторэтилен 10-30 минеральное масло остальное.

1778162

Таблица 3

Показатели адгезионно-когезионных свойств смазок на различных загустителях

Таблица 4

Изменение перепада давления промывочной жидкости на однорядном элементе натурной опоры шарошечного долота Ш-190,5 Т при отработке в долотных смазках

Составитель P. Мулгоков

Техред М.Моргентал Корректор М. Петрова с

Редактор

Заказ 4164 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул,Гагарина. t01