Смазка для опор шарошечных долот Советский патент 1992 года по МПК C10M161/00 C10M161/00 C10M137/10 C10M143/02 C10M147/02 C10M159/10 C10N30/06 

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, Униол- 1, Л имол и ряд других пластичных смазок на мыльных загустителях с применением минеральных масел, наполнителей и различных присадок.

Процесс изготовления этих смазок заключается в термодиспергировании мыльного загустителя в жидкой среде, с последующим охлаждением. Некоторые из этих смазок при нагреве в процессе работы выше температуры плавления необратимо распадаются и вымываются или выбрасываются из узла трения.

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

полиэтилен мол.м.

10000...4500030...60

этиленпропиленовый синтетический каучук2...10 О.О-дидецил-S-,й-мето- ксиэтилдитиофосфат1.. .5 минеральное масло остальное. Смазку получают путемТмешенйя компонентов при 90...110°С в смесителях в определенной последовательности в течение 1,5...2,0 ч. Однако эта смазка имеет недоста точно высокие противоизносные адгезион- но-когезионные свойства (см.табл.2 и табл.3 настоящего описания), необходимые для негерметизированных опор шарошечных долот.

Целью изобретения является повышение противоизносных и адгезионно-когези- онных свойств смазок.

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

Ј

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 ВНИИНП- 354 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 противоизнос- ные свойства. Ввод присадки обуславливает изменение энергетического состояния поверхностных слоев долотной стали. Изменение контактной разности потенциалов и микротвердости долотной стали после взаимодействия с присадкой:

точной для отрыва от углеводородных радикалов серы и фосфора, последние дифунди- руют вглубь металлов, образовывая & 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 мелкодисперсного 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, адгези- онные 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 когези- онным свойствам уступают предлагаемой смазке.

Для оценки свойств были приготовлены

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

Низкомолекулярный полиэтилен (далее

НМП), (ТУ 38 30151-77) является побочным

- продуктом производства высокоМолекулярного полиэтилена. Пределы молекулярной массы НМП 10000...45000. Это мазеподоб- ное вещество белого с сероватым оттенком цвета. Температура каплепадения - 80°С, содержание золы не более 0,1%, содержание летучих (при 105°С) не более 0,5%.

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.

Видно, что компоненты масла и присадка в совокупности выступают как доноры электронов по отношению к металлу. Наибольшей активностью ЭДА 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, достаСинтетический каучук этиленпропиленовый (далее СКЭП). (ТУ 38 10 3252-79) имеет молекулярную массу 85...250 тыс. Число 55 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), jnac.%: 0,3. Массовая доля золя - 0,07%.

()2P:

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 (-CF2-CF2-).

Присадка ВНИИНП 354 представляет собой 0,0,-ди(октилфенил)дитиофосфат цмнка. Обладает противокоррозионными, антиокислительными и противоизносными свойствами, химическая формула

.Zn

s-Ji

Минеральное масло цилиндровое 52 (ГОСТ 6411-76) является остаточным маслом из продуктов прямой перегонки смеси эм- бенских нефтей сернокислотной и селективной очистки. Рекомендуется для поршневых паровых машин, работающих с перегретым паром при 350...400°С и выше. Вязкость 51 ,- сСтпри 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 рения опор шарошечных долот. Одним из основных требований, предъявляемых к смазке опор шарошечных долот - обеспечение высоких противоизносных свойств до- отных сталей.

Оценка противоизносных свойств смазок проводилась на стандартной машине рения СМТ-2 по методике, позволяющей моделировать энергетическую загрузку узов трения реальных опор шарошечных доот,

В табл.2 приведены скорости изнашивания долотной стали 14 ХНЗМА от интенивности нагрузки при трении по схеме иск-ролик.

Из табл.2 видно, что по сравнению с прототипом и базовой смазкой противоиз- осные свойства заявляемой смазки во сем диапазоне изменения интенсивности ущественно выше.

Поскольку в шарошечных допотах вымывание обычных пластичных смазок из негерметизированных опор происходит уже при спуске долота в скважину, и в дальней- шем 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 первую очередь, повышен- ными адгезионными и когезионными свойствами, обуславливающими лучшую удерживаемость смазок в опоре п ри воздействии промывочной жидкости.

Поскольку стандартных методов определения адгезионно-когезионных свойств

смазок нет, нами использовались принятые

в других областях техники статистические

методы равномерного отрыва и сдвига.

Методом равномерного отрыва измеря- ли 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 злектротензопреобразовэтеля с записью на ленту потенциометра.

30

По формуле Руа -,Ј, о

где Fp - сила, приложенная для разрыва слоя смазки, Н;

S - площадь диска, м , находится удельная разрывная нагрузка Руд

(МПа).

Метод статического сдвига позволяет измерить максимальную силу Fc, необходимую для сдвига структуры смазки, при этом тонкий шов смазки находится между нешлифованными поверхностями наковальни и груза, С помощью электродвигателя с понижающим редуктором осуществляется нагру- жение. Максимальное усилие, при котором осуществляется сдвиг груза по наковальне,

фиксируется тарированным индикатором часового типа.

Коэффициент сопротивления сдвигу для испытываемой смазки находится по формуле: W-

где FC - максимальное усилие в момент стра- гивания груза, Н;

Fr - сила тяжести груза, Н.

Результаты определения адгезионно- когезионных свойств смазок приведены в табл.3.

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

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-ко- гезионных 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 подшипник-е опоры долота с помощью дифференциального манометра. Понятно, что чем больше перепад, тем большее количество смазки удерживается в опоре, т.е. выше адгезион- но-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) 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 снижает эффективность действия смазки.

Более высокие адгезионно-когезион- ные свойства предлагаемой смазки позволяют увеличить долговечность подшипников опор шарошечных долот, что способствует

росту проходки на долото, сокращению сроков строительства скважин.

Формула изобретения Смазка для опор шарошечных долот, со- держащая минеральное масло, полиэтилен мол.м. 10000-45000, этиленпропиленовый синтетический каучук и производное дити- офосфорной кислоты, отличающаяся тем, что, с целью повышения противоиз- носных и адгезионно-когезцонных свойств, смазка в качестве производного дитиофосфорной кислоты содержит 0,0- ди(октилфенил)дитиофосфат цинка и дополнительно содержит политетрафторэтилен при следующем соотноешении компонентов, мас.%:

полиэтилен мйл.м. 10000-4500020-40;

этиленпропиленовый синтетический -каучук 12-15; 0,0-ди(о кти л фе ни л)ди- тиофосфат.цинке3 -5

политетрафторэтилен 10-30 минеральное ма сло остальное.

Таблица 1

Таблица 2

9177816210

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