автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.06, диссертация на тему:Технология непрерывного формирования стеклопластиковых насосных штанг

На правах рукописи

ООЗиььиэч

Русских Геннадий Иванович

ТЕХНОЛОГИЯ НЕПРЕРЫВНОГО ФОРМИРОВАНИЯ СТЕКЛОГ1 ЛАСТИКОВЫХ НАСОСНЫХ ШТАНГ

Специальность 05.17.06 — Технология и переработка полимеров и композитов

Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Бийск - 2007

003056094

Работа выполнена в ООО «Бийский завод стеклопластиков»

Научный руководитель - доктор технических наук,

старший научный сотрудник Афанасьев Юрий Герасимович

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор

Маркин Виктор Борисович;

кандидат технических наук Ишков Алексей Владимирович

Ведущая организацач:

ФГУП «Федеральный научно-производственный центр «Алтай», г. Бийск, Алтайский край

Защита состоится 27 апреля 2007г. в 11 часов на заседании диссертационного совета К 212.004.03 в Бийском технологическом институте (филиале) государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Алтайский государственный технический университет имени И.И. Ползунова» по адресу: 659305, Алтайский край, г. Бийск, ул. Трофимова, 27.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Бийского технологического института (филиала) государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Алтайский государственный технический университет имени И.И. Ползунова»

Автореферат разослан 26 марта 2007 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Светлов С.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В настоящее время применение полимерных композиционных материалов (ПКМ) получило большое распространение практически во всех отраслях промышленности. В то же время, разработка и внедрение новых технологий значительно отстает от потребностей вновь разрабатываемых конструкций изделий. В частности, это относится к технологиям получения высоконагруженных соединений пластик-металл. Важнейшим применением ПКМ - является применение стеклопластиковых стержней в качестве силовых элементов в строительстве, в полимерных изоляторах, в стеклопластиковых насосных штангах (ШНС) и др. Различие условий среды эксплуатации и разнообразие видов нагружения: от статического — до динамического, значительно усложняет задачу разработки технологических и конструктивных решений высоконагруженных узлов соединений ПКМ — металл. Опыт эксплуатации изделий из ПКМ для передачи нагрузок показал, что до 90% всех разрушений приходится на узел соединения. При этом масса узлов соединений составляет 20 - 30% от массы изделия. Технология получения высоконагруженных соединений пластик-металл до настоящего времени недостаточно разработана. К проблемам их получения добавляются проблемы эксплуатационной усталости и работы соединений в условиях агрессивной среды и повышенных температур. Одним из изделий, для которого эти проблемы выражены наиболее значительно, является стеклопластиковая насосная штанга, используемая в нефтедобыче.

Известно, что в России около 53%, а за рубежом - до 90% нефтедобывающих скважин оборудованы штанговыми насосами. По мере истощения месторождений нефти количество таких скважин будет расти. Штанговая добыча экономически целесообразна та малодебитных скважинах.

При добыче штанговыми насосами привод глубинного насоса от станка-качалки передаёт нагрузку при помощи колонны насосных штанг. Насосные штанги работают в сложных условиях изгибных и растягивающих напряжений, воздействия агрессивной среды водонефтяной жидкости в присутствии сероводорода, углекислоты, солей и др. примесей. Большая глубина добычи (до 3000 метров) обуславливает повышенные требования к прочности штанг. ШНС в три раза легче, обладают высокой коррозионной стойкостью, имеют более высокий, чем у стальных штанг, циклический ресурс.

При реализации технологических и конструктивных решений стеклопластиковых насосных штанг возникают проблемы получения соединений го разнородных материалов: стеклопластика и металла. Для эффективного решения задачи качества и производительности, наибольший интерес представляет технология непрерывного формирования узлов соединения стеклопластиковых насосных штанг в составе стеклопластикового стержня и стальных головок.

Работа выполнена в рамках научно-исследовательской программы создания стеклопластиковой насосной штанги ООО «Бийский завод стеклопластиков».

Цель и задачи исследования. Целью разработки является создание-технологии непрерывного формирования высоконагруженных соединительных узлов стеклопластик - металл, используемых в условиях динамического нагружения при эксплуатации стеклопластиковых насосных штанг.

Для реализации поставленной цели в работе определены следующие основные задачи:

- разработать технологию непрерывного формирования узлов соединения стеююплаетикового стержня со стальной головкой методом радиального обжатия;

- определить влияние параметров радиального обжатия на прочностные свойства стеклопластика, в том числе заматываемого соединения;

- изучить прочностные свойства полимерных композитов стеклопластика, в том числе в условиях агрессивной среды нефтяных месторождений;

- получить методом макетного моделирования различные конструктивно-технологические схемы узлов соединений ШНС пригодные для непрерывного формирования;

- разработать конструкцию ШНС, удовлетворяющую требованиям к прочностным и эксплуатационным характеристикам в условиях применения в скважинах нефтяных месторождений;

- исследовать прочность полученных образцов различных конструкций ШНС от статических нагрузок и циклическую прочность разработанной конструкции стеклопластиковой насосной штанги.

Объект, предметы и методы исследования.

В настоящей работе объектом исследования является технологический процесс производства стеклопластиковых насосных штанг. Предметами исследования являются материал, конструктивно-технологические решения стеклопластиковой насосной штанги с технологией непрерывного получения стержня из ПКМ с заформованным вовнутрь стальным элементом головки •штанги. Исследования проведены с использованием расчетно-аналитических и экспериментальных методов. Теоретические методы применялись для анализа и выбора конструктивного решения ШНС, для прогнозирования прочностных и эксплуатационных характеристик. Экспериментальные методы применялись для исследования технологии и конструкции ШНС, а также исследования характеристик материала штанг. Научная новизна работы.

- Разработана технология непрерывного формирования высоконагруженных узлов соединений, используемых в стеклопластиковых насосных штангах в условиях динамического нагружения при добыче нефти штанговыми насосами.

- Предложен алгоритм расчета параметров устройства обжатия стеклопластика вокруг заматываемого закладного элемента.

- Проведены экспериментальные исследования материала и натурных образцов ШНС в режимах, моделирующих эксплуатационные.

- Получен новый тип конструкции стеклопластиковой насосной штанги пригодной для непрерывного формования.

Практическая значимость. Разработана и внедрена на ООО «Бийский завод стеклопластиков» опытная технология непрерывного изготовления ШНС. Разработана утяжка - устройство для изготовления стеклопластиковых изделий переменного сечения методом радиального обжатия. Получен патент РФ № 2274715 на способ изготовления стержней переменного сечения и устройство для его осуществления. Изготовлены опытные образцы ШНС, разработанной конструкции. Получен патент РФ №2236542 на конструкцию стек-лопластиковой насосной штанги.

Изготовленные опытные образцы штанг были признаны специалистами - нефтяниками на 4-й Межрегиональной специализированной выставке «НЕФТЬ И ГАЗ -2003» в г. Томске, где разработанная конструкция штанги получила диплом «Сибирские Афины».

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на следующих научных конференциях: Международной научно-технической конференции «Подвесные и опорные полимерные изоляторы: производство, технические требования, методы испытаний, опыт эксплуатации, диагностика», 4 — 9 октября 2004 г., С — Петербург; IV Всероссийской научно — практической конференции «Техника и технология производства теплоизоляционных материалов из минерального сырья», 1— 4 июня, 2004 г., Бийск; 4-й Всероссийской научно-практической конференции «Информационные технологии в экономике, науке и образовании» 22 — 23 апреля 2004 г., Бийск; V Всероссийской научно — практической конференции «Техника и технология производства теплоизоляционных материалов из минерального сырья», 6 — 7 июня 2005 г., Белокуриха; XIX Всероссийской конференции «Численные методы решения задач теории упругости и пластичности» 28 — 31 августа 2005 г., Бийск; Всероссийской конференции «Управление качеством образования, продукции и окружающей среды», 6,7 июля 2006 г., Бийск; Всероссийской научно - практической конференции «Ресурсосберегающие технологии в машиностроении» 21— 22 сентября 2006 г., Бийск; Международной научно — технической конференции «Композиты — в народное хозяйство» (Композит 2006), 9 — 10 октября 2006 г., Барнаул.

На защиту выносятся: -Технология непрерывного изготовления стеклопластиковых стержней с за-формованными во внутрь их стальными элементами.

- Результаты исследования изменения прочностных свойств композиционных материалов в условиях имитирующих длительное воздействие агрессивных сред нефтяного месторождения.

- Новое конструктивно-технологическое решение стеклопластиковой насосной штанги и узла ее соединения, полученного методом непрерывного формирования.

- Результаты исследования по разработке конструкций соединений стеклопластиковых стержней со стальными заматываемыми элементами.

- Результаты исследования прочностных характеристик насосных штанг при статическом и циклическом нагружениях.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 печатных работ.

Структура и объём диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, основных выводов, списка использованной литературы из 139 наименований, приложения и содержит 158 страниц машинописного текста.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность исследования, определены цели, задачи, объект, предмет и методы исследования. Раскрыты научная новизна, практическая значимость работы, сформулированы положения, выносимые на защиту. Работа посвящена технологии получения высоконагруженных соединительных узлов стеклопластик-металл. Рассматривается технология и изделия, полученные из стеклопластика методами непрерывного формирования. Рассмотрены условия и проблемы применения насосных штанг в нефтедобыче, показаны преимущества использования стеклопластиковых насосных штанг (ШНС)

Первая глава диссертационной работы содержит литературный обзор, в котором рассмотрена область применения полимерных композиционных материалов (ПКМ), особенности и специфика использования ПКМ в разных областях экономики.

Рассмотрены проблемы технологии получения изделий из ПКМ, обусловленные особенностью взаимодействия волоконных наполнителей и полимерной матрицы. Изучены вопросы влияния степени армирования на прочность композита, определены технологические требования к обеспечению прочности. Имеется некоторый оптимум степени армирования, при котором достигается максимум прочности композита. При трёхмерном нагружении характер разрушения может существенно измениться. Дан обзор литературных источников, формулирующих необходимые критерии обеспечения прочностных характеристик ПКМ, описывающих природу распространения трещин при нагружении ПКМ и технологические способы повышения его прочности. При получении соединений стеклопластик-металл рассмотрены проблемы конструктивной совместимости материалов. Рассмотрено влияние степени армирования на величину концентрации напряжений и рабочую температуру эксплуатации. Показана роль сдвиговых характеристик ПКМ на прочность соединения ПКМ - металл. Такие соединения могут быть получены тремя разными вариантами конструктивного исполнения с использованием:

-соединений «охватывающего» типа, когда однонаправленный стержень из стеклопластика жёстко соединён со стальным оконцеватепем по его полой внутренней поверхности;

-соединений «заматываемого» типа, когда металлический элемент оконцева-теля вклеен или заформован вовнутрь стеклопдастикового стержня; -соединений комбинированных схем, сочетающих в себе элементы заматываемого и охватываемого соединений.

Такие соединения могут быть использованы в высоконагруженных узлах соединений конструкции ШНС.

Конструкции стеклопластиковых насосных штанг известны с 1988 г. (патент США №4360288). ШНС используются в США примерно на 20% скважин со штанговой добычей. Технические условия на штанги стандартизованы в стандартах Американского института нефти (API) и ГОСТ Р 5116198.

Конструкция ШНС (рисунок 1) представляет собой стеклопластиковый стержень круглого сечения 1 со стальными головками 2, имеющими резьбовые окончания для свинчивания штанг друг с другом.

Рисунок 1 - Общий вид конструкции ШНС

На основе информационных исследований проведён патентный обзор соединений ШНС и рассмотрены технические требования к ним. Сформулированы принципы разработки соединений стеклопластик-сталь, сделан морфологический анализ универсальной конструкции (рисунок 2).

1 - стержень из стеклопластика; 2 - корпус с внутренней полостью; 3 - резьбовое окончание; 4 - закладной элемент; 5 - полимерная заливка или клеевой шов

Рисунок 2 - Универсальная морфологическая схема конструкции головки

ШНС

Анализ конструкций ШНС «охватывающего типа» выявил их основной конструктивный и технологический недостаток - использование клеевых соединений, стабильность технологии которых целиком зависит от условий сборки. Соединения «заматываемого» типа при использовании станочной технологии имеют меньшие технологические разбросы и лучший адгезионный контакт металл - ПКМ за счет создания предварительных сжимающих напряжений. Таким образом, показаво, что развитие непрерывных технологий может существенно улучшить качество формируемых высоконагруженных узлов соединений.

Во второй главе рассматриваются проблемы технологии получения стержней из ПКМ переменного диаметра с заформовыванными во внутрь стержня закладными элементами оконцевателей. Известен способ непрерывного получения стержней из ПКМ - пултрузия, который обеспечивает получение стержней постоянного сечения с массовым содержанием связующего около 20%. Известен другой способ по патенту РФ №2142039, когда формование стержней происходит по схеме рисунка 3. Фиксация формы стержня осуществляется кольцевой нитью. Обжатие пропитанных стекловолокон ограничено прочностью кольцевой нити. В ходе работы были разработаны специальные устройства обжатия пропитанного жгута в зоне фиксации кольцевой нитью формы изделия. Устройство такого типа получило у специалистов термин «утяжка». Место размещения утяжки показано на рисунках 3,4. Утяжка представляет собой фильеру с нежесткой границей контакта, позволяющей обжимать стержень переменного сечения. Это делает технологию пригодной для получения заматываемых соединений (рисунок 4).

п п

п п

(=1 п

1 - шпулярник; 2 - ванна пропитки; 3 - кольцевая гребенка; 4 - укладчик закладных элементов; 5 — утяжка; 6 — кольцевой укладчик (вертлюг); 7 - тоннельная печь полимеризации; 8 - тянущее устройство; 9 - отрезное устройство; 10 - готовая штанга

Рисунок 3 - Схема технологической линии формования ШНС

Результаты опытных формований стержней постоянного сечения показаны в таблице 1. При формовании использовался стеклопластик на эпоксидном связующем с ангидридным отвердителем - ЭДИ. Испытания проведены методом продольного изгиба

Диаметр стержня, мм Относительное удлинение е,% Модуль упругости Еси, МПа Прочность при изгибе сти, МПа Прочность при растяжении ст0, МПа

13 5,20±0,42 43524±1352 1832±120 1809±119

16 4,17±0,15 47522±1491 161Ш47 1633±149

19 4,00±0,72 47415±2270 1563±268 1594±268

Таблица 1 отражает тенденцию снижения прочностных характеристик с увеличением диаметра стержня. Это связано с неравномерностью натяжения армирующих волокон, отклонениями в их ориентации, пропиткой волокон связующим и другими технологическими факторами.

1 - ванна пропитки; 2 - кольцевая раскладочная гребёнка; 3 - устройство подачи вкладышей; 4 - вкладыш; 5 - вертлюг - укладчик кольцевых нитей; 6 - печь полимеризации; 7 - устройство утягивания (утяжка). Рисунок 4 - Схема получения изделий при помощи утяжки для стержней с анкерными утолщениями и заматываемыми узлами соединений

Центральным элементом конструкции утяжки является рабочий элемент который обеспечивает функционирование утяжки благодаря контактному скольжению по периметру формуемого стержня. Разработанная утяжка обеспечивает следующие функциональные параметры: -радиальное воздействие на жгут;

- обеспечение требуемой геометрии сечения по ходу движения формуемого стержня;

- обеспечение радиальной неподвижности оси формуемого стержня посредством уравновешивания воздействующих на стержень сил;

- в каждый момент времени боковое ускорение формуемого стержня под действием силовых факторов должно быть близким или равным нулю;

- геометрическая неподвижность места приложения сил относительно места укладки фиксирующих кольцевых нитей;

- точное дозирование контактных усилий обжатия формуемого стержня.

В работе предложены и проанализированы возможные конструктивные схемы исполнения утяжек. По кинематике движения рабочего элемента конструкции утяжек можно выполнить по схемам, показанным на рисунке 5.

Исходя из условия равновесия сил, возможны двух и многоточечные осесимметричные схемы размещения рабочих элементов утяжки. Линейность контакта обеспечивается вращением системы рабочих элементов вокруг формуемого стержня. Условие фиксации формы стержня в обжатом состоянии — в подаче кольцевых нитей в зону, непосредственно примыкающую к плоскости вращения рабочих элементов.

6

а - радиальные; б - работающие в плоскости продольного сечения стержня; в - работающие в плоскости поперечного сечения стержня; г - с петлевым охватом стержня

Рисунок 5 - Кинематические схемы утяжек

По зоне контакта рабочих элементов утяжки можно разделить на утяжки с точечным контактом (рисунок 6) и утяжки с линейным (криволинейным) контактом. Линейный контакт рабочего элемента конструктивно обеспечивается за счет прижатия к обжимаемому жгуту боковой поверхности стержня или ребра пластины. Отличие точечного контакта от линейного весьма условно, так как при форме рабочего элемента в виде прямого стержня или криволинейного стержня с радиусом кривизны большим, чем у формуемого стержня, имеется контактное пятно (точечный контакт). В то же время, форма рабочего элемента в такой геометрии облегчает скольжение рабочего элемента по формуемому стержню, снижая тем самым вероятность повреждения волокон. Условие линейного контакта должно удовлетворять условию 8 > Б, где 5 - ширина контактной зоны, Б - шаг намотки кольцевой нити.

а - двухточечная схема, б — трехточечная схема, в — четырехточечная

Рисунок 6 - Схемы утяжек с точечным контактом рабочих элементов

Утяжка может быть с независимым приводом вращения или может быть закреплена на вращающейся части кольцевого нитеукладчика — вертлюга. На рисунке 7 представлены два разных варианта приводов утяжек. Достоинство независимого привода - в возможности регулировки скорости и даже направления вращения, а схемы с размещением утяжки на вертлюге - в простоте компоновки узлов. Условие работы утяжки для независимого привода (рисунок 7а) — в синхронности обжатия и укладке фиксирующей кольцевой нити 0)1 > со. В случае схемы рисунка 76 синхронность устанавливается автоматически. Смыкание - размыкание рабочих элементов утяжки обеспечивается с помощью энергии пружин разных конструкций или с помощью энергии сжатого газа или жидкости (рисунок 5).

2 3

2

а)

б)

1 - формуемый стержень; 2 - вертлюг; 3 - утяжка; 4 - независимый привод Рисунок 7 - Схемы передачи энергии вращения на утяжку: а) с независимым приводом; б) с установкой на вертлюге

В технологическом процессе утяжка обеспечивает следующие свойства при формовании композитного материала:

- Свойство обжатия и формования структуры стержня. Основное назначение утяжки в обжатии и формовании отдельных пропитанных жгутов стекловолокон в единый жгут, в том числе с вложенным вовнутрь вкладышем, с одновременной фиксацией формы кольцевой нитью.

- Свойство утяжки к удалению излишков связующего. Пропитанный в ванне жгут стеклянной арматуры, в виде набора ровингов или нитей, представляет собой материал с избытком связующего (40-50%) от массы материала, вместо потребных (15 - 20%). У тяжка обеспечивает удаление излишка связующего за счет деформирования (обжатия) жгута перед нанесением кольцевого слоя.

- Вибрационное воздействие утяжки на формуемый жгут. Рабочие элементы утяжки имеют некоторую несоосность с формуемым изделием. Имеющийся небольшой дисбаланс прикладываемых к изделию сил вместе с несоосно-стыо, в совокупности приводят к вибрационным воздействиям на изделие. При действии вибраций появляются следующие эффекты:

- реологическая нелинейность ( в результате низкочастотных сдвиговых колебаний увеличивается средне-интегральная скорость движения связующего, т.е. растет скорость пропитки);

- пристенное скольжение. При достаточно большой интенсивности периодического сдвигового деформирования пропитанный стекломатериал (жгут) переходит в вынужденное высокоэластичное состояние, в результате чего нарушается адгезионное взаимодействие с твердой стенкой закладного элемента. Это приводит к выравниванию плотности по толщине стеклопластика.

- Виброуплотнение и дегазация. Периодические импульсы вызывают в вязко-текучей среде пропитанного ровинга вибрацию стекловолокон и молекул связующего, что приводит к дегазации с образованием однородной, плотной, безпористой структуры.

- Ускорение релаксационных процессов. Под воздействием вибрационных импульсов у пропитанного стекломатериала ускоряются релаксационные процессы. При этом снижаются остаточные напряжения, интенсифицируется процесс укладки ровингов в плотную структуру. Качество изделий со сложными и глубокими выемками улучшается Волнообразное циклическое при-

ложение давления позволяет достичь оптимального уплотнения стеклопластика.

Таким образом, устройство утяжки уменьшает влияние известных недостатков технологии формования, в частности, несоосность оси формообразующего узла и оси изделия и создает меньшее трение , чем при формовании через жёсткую длинную фильеру при технологии пултрузии.

В диссертации представлен разработанный алгоритм расчётов для выбора параметров утяжки. Расчетные схемы работы устройства показаны на рисунке 8. Основой расчета служит критерий обеспечения прочности стеклопластика — оптимум объёмного армирования, при котором прочность максимальная. Особенность применения утяжек состоит в том, что усилие обжатия формуемого материала зависит от диаметра сечения в плоскости обжатия. В результате этого, на большем диаметре плотность материала получается выше. Кроме того, скольжение рабочих элементов утяжки по жгуту стек-ломатериала, пропитанного связующим, имеет ограничение по контактному давлению, при превышении которого возможно перерезание элементарных волокон. Алгоритм расчета построен на решении задачи прогиба гибкой нити под воздействием поперечной силы и контактной задачи Герца при взаимодействии упругих тел.

Силу прижатия рабочих элементов утяжки Р в зависимости от натяжения жгута ровингов можно оценить (рисунок 8а) по формуле

где F—усилие натяжения жгута, Н; 1 - расстояние между зоной обжатия и ближайщей точкой перегиба, м; И — глубина обжатия жгута, м

Классическая теория контакта соприкасающихся тел создана из следующих допущений контактных задач Герца: - материалы соприкасающихся тел однородны и изотропны;

В

а)

б

а - прогиба гибкой нити; б - контактной задачи Герца Рисунок 8 - Схемы расчета

- нагрузки, приложенные к телам, создают в зоне контакта только упругие деформации, подчинённые закону Гука;

- площадка контакта весьма мала по сравнению с общими поверхностями соприкасающихся тел,

- силы давления нормальны к поверхности контакта тел;- силами трения на площадке контакта пренебрегают.

Несмотря на некоторые ограничения, зависимости, основанные на теории Г.Герца, корректны, поскольку:

- контакт соприкасающихся тел проходит при скольжении одного тела по периметру другого, и поэтому, с учётом уравновешенности радиальных сил воздействующих на рабочие элементы утяжки, можно считагь жгут ровингов упругим;

- силами трения можно пренебречь, т.к. при обжатии жгута, выдавливаемое связующее играет роль жидкой смазки. Схема приложения сил показана на рисунке 86.

Наибольшее давление на площадке контакта рабочего элемента утяжки

равно:

р

п

V Е. ^ )

где D - диаметр жгута, м; Р - сила прижатия, Н; qo- наибольшее давление на площадке контакта, равное наибольшему сжимающему напряжению контакта, Па; Е1- модуль продольной упругости рабочего элемента, Па; Ег - модуль упругости при сжатии жгута поперёк волокон, Па; ць ц2~ коэффициенты Пуассона элементов утяжки и жгута ровинга.

Утяжки различных конструкций были исследованы при отработке технологии формования стержней с утолщениями. В таблице 2 даны некоторые результаты формования стержней разного диаметра.

Таблица 2 - Результаты исследования утяжки на стержнях с утолщениями

№ опыта Количество рабочих элементов утяжки по Рис 6. Обжатие цилиндрического стержня Обжатие стержня в зоне закладного элемента

Дстержн, ММ Плотность, кг/м3 Дсгержн, ММ Плотность, кг/м3

1 2 12,5 2180 22 2230

2 2 12,5 2130 22 2150

3 3 15,3 2100 24 2170

4 3 19,13 2090 32 2230

5 2ряда по 3 20,1 2060 32 2120

6 3 19,7 2170 28-34 2190

7 2ряда по 3 19,6 2160 28-34 2190

8 3 19 2153 22-30 2170*

* связующее на аминном отвердителе

Формование проводилось с использованием стеклоровинга 1200 - 2500 текс и связующего ЭДИ. В части опытов использовалось связующее с амин-ным отвердителем, имеющим большую вязкость. По величине плотности ПКМ, сделанной расчетным путем, исходя из содержания связующего, видно влияние степени обжатия на плотность стеклопластика. На большем диаметре стержня в зоне закладного элемента в сравнении с основным диаметром плотность имеет большую величину, за счет большего усилия прижатия пружиной рабочего элемента к стержню.

В третьей главе приводятся результаты исследования ПКМ в условиях, имитирующих агрессивные среды нефтяных месторождений. Сделан литературный обзор источников по проблемам влияния различных сред на стеклопластик и другие ПКМ водных сред, кислых сред и сред из нефтепродуктов.

Были проведены трёхмесячные испытания ПКМ однонаправленного армирования в агрессивных средах на модельных образцах стеклопластика и базальтопластика диаметром 5,5 мм с ежемесячной проверкой их прочностных характеристик. Исследования проводились: в водной среде, в 2% растворе №С1, 10% растворе соляной кислоты и дизельном топливе при температуре среды 20"С и 55"С. При механических испытаниях образцов диаметром 5,5 мм методом продольного изгиба определялись изгибное напряжение и модуль упругости. Подтверждено снижение прочности ПКМ, находившимся в течение 10-15 суток в среде, с частичным восстановлением свойств к концу 30 суток и с дальнейшим их монотонным снижением.

С учетом характера снижения прочности в течение 10-15 суток разработан сравнительный метод экспресс-анализа образцов микропластика, изготовленных из разных материалов. Испытания на образцах микропластика, проводившиеся методом осевого растяжения, подтвердили выводы, сделанные на модельных образцах.

Выявлено, что определяющее влияние на снижение прочности ПКМ оказывает химическое и физическое воздействие воды на структуру материала. При выдержке образцов в среде с температурой, превышающей температуру стеклования (80°С), наблюдается резкое падение прочности ПКМ. Другим важным фактором стойкости ПКМ к влиянию среды является вид и технология нанесения замасливателя. После обработки результатов были по пучены зависимости изменения прочностных характеристик для воды, 2 % раствора ИаС1 в воде, 10 % НС1 и дизельного топлива. На рисунках 9 и 10 показаны изменения относительной прочности стеклопластиковой (СПА) и ба-зальтопластиковой (БПА) арматуры в воде и дизельном топливе. В результате исследований показано, что солесодержащая среда в меньшей степени влияет на снижение прочностных характеристик, чем вода с малым содержанием солей. Наиболее сильное влияние на снижение прочности оказывает 10 % соляная кислота. Дизельное топливо оказывает меньшее влияние на снижение прочности, чем вода.

■ СПА 55оС; X БПА 20оС, Ж Б ПА 55оС; ♦ СПА 20оС

Рисунок 9 - Относительное изменение прочности СПА и БПА от времени экспозиции в воде

■ СПА 20оС; А СПА 55оС; X БПА 20оС; • БПА 55оС Рисунок 10 — Относительное изменение прочности СПА и БПА от времени экспозиции в дизельном топливе

Из представленных данных следует, что образцы базальтопластика на аминном отвердителе показал худшие характеристики стойкости к агрессивным средам, чем образцы стеклопластика на ангидридном отвердителе. Сравнительные испытания БПА на ангидридном и аминных отвердителях подтвердили лучшую стойкость к соляной кислоте (примерно на 50%) ПКМ с ангидридным отвердителем.

На рисунке 11 приведена зависимость прогноза прочности СПА для воды при разных температурах эксплуатации. Из прошедших старение образцов были изготовлены шлифы и получены фотографии на электронном сканирующем микроскопе ASM - 840. На рисунке 12 показаны структурные изменения СПА в водной среде. Изменения коснулись матрицы и волокон. Видно нарушение адгезии на границе волокно- матрица. Волокна получили коррозионное разрушение, что подтвердило влияние качества замасливателя волокон и технологии его нанесения на снижение прочностных характеристик ПКМ в условиях агрессивных сред.

О 100 200 300 СуТКИ 400

Рисунок 11 - Прогнозные характеристики снижения прочности СПА 5.5 мм в воде при разных температурах эксплуатации, полученные на основе обработки результатов Зх месячной экспозиции образцов в зоде

Прогноз влияния среды на прочность показывает тенденцию снижения прочностных показателей ПКМ от времени и температуры. При этом, перенос результатов испытаний па стержни большего диаметра требует учета масштабного фактора, а также учета снижения скорости падения прочности при более длительных экспозициях, что следует из анализа литературных данных.

Рисунок 12 - Вид образцов СПА: х 10ОО , слева - исходный, справа - после выдержки в воде при 80 С в течение 90 суток (стрелками показана коррозия волокна и нарушение адгезии на границе волокно-матрица)

Анализ фотографий показывает влияние на стойкость ПКМ к агрессивным средам разделительного слоя волокно - матрица, связанное с видом за-маслЕвателя и технологией его нанесения.

В четвертой главе представлены результаты разработки конструкции ШНС и се испытаний. Сделан сравнительный анализ конструктивных схем ШНС относительно ШНС «идеальной» конструкции (с прочностью узла соединения равной прочности стержня).

На макетных образцах исследованы варианты схем с цанговым охватом анкера и соединения с разрезной гайкой (рисунок 13). Схемы с анкерным стержнем неприменимы в ШНС из-за больших габаритов головки ШНС. Вариантом соединения с анкерным стержнем является замагываемое соединение, когда вкладышем анкера является стальной закладной элемент.

1 - стержень с анкерным уширением; 2 - корпус; 3 - накидная гайка; а - схема ШНС с цанговым соединением; б) - схема с разрезной гайкой

Рисунок 13 - Схемы ШНС с охватом анкерного уширения стержня

Схема заматываемого типа, когда в процессе формования в стержень вставляется закладной вматываемый элемент, обеспечивает стабильность технологии. Выбор геометрии тела закладного элемента представляет известную сложность из-за расклинивающих радиальных усилий и концентраций напряжений.

Комбинированная схема представляет собой заматываемую конструкцию, усиленную снаружи бандажом. Бандаж позволяет блокировать распирающие усилия, а форма закладного элемента может иметь сложную конфигурацию, дополняя адгезионную связь механической.

При работе с различными конструктивными схемами вматываемых закладных элементов (рисунок 14) выявлено влияние конфигурации закладных элементов на прочностные характеристики соединений. Определены диапазоны длин и диаметров закладных элементов, обеспечивающих низкие концентрации напряжений и улучшающих адгезионные связи.

Рисунок 14 — Варианты отработанных конструкций закладных элементов

Рисунок 15 - Вид разработанной конструкции ШНС в разрезе по патенту РФ №2236542 (стрелкой показано типичное место обрыва стержня при циклических испытаниях)

В результате исследований предложена конструкция штанги с закладным элементом волнообразной формы и стальным бандажом (рисунок 15), Проведено опытное формование ШНС 19 и ШНС22, отличающихся диаметрами стержня. Сделан анализ применения ШНС в реальных условиях эксплуатации Даны результаты проверки на прочность натурных образцов ШНС. В качестве образцов использовались макеты, полученные формованием по разработанной технологии с получением стекло ил асти ков ых стержней с вмотанными вовнутрь стержня закладными элементами. Длина макетных образцов составляла 800-1200 мм. На рисунке 16 приведены результаты статических испытаний 151НС19 и ШНС 22. Вид образцов ШНС после испытаний показан еа рисунке 17.

я

Н

щ нос Я 1000

I 900

а. 800

| 700

1 600

в 500

Я 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1314 15

А ШНС22 ♦ ШНС 19

Рисунок 16 - Результаты статических испытаний на разрыв образцов ШНС 19 и ШНС22

Учитывая циклический характер эксплуатационного нагруження, проведены циклические испытания ШНС. Выявлена связь между статическим и циклическим нагружениями но разрушающим напряжениям. Исследования ШНС на циклическую прочность показали, что результаты циклического на-тружения соединений с анкерным у шире ни ем стержня для разных видов изделий приводит к подобным по форме зависимостям. На рисунке 18 по результатам циклических испытаний видно, что форма кривой циклической прочности СПА 5,5 мм подобна кривой, полученной для ШНС19.

. д.. . . ....

к А А А А ■ А

Л. ♦ 1 А г

♦ ♦ ♦ ♦ —

--1-1 г—Г -I---1---7---г

Циклические испытания проводили со знакопостоянной (растягивающей) Нагрузкой, Нагрузку варьировали изменением максимума в цикле при постоянном значении минимума. Значение минимального напряжения в цикле составляло 34,6 МПа для образцов ШНС и 69,3 МПа для образцов СПА. Частота колебаний нагрузки составила 230 цк^оа в минуту. На рисунке 19 «оказан вид образцов ШНС 19 после циклических испытаний. Образцы ШНС разрушались но стеклопластику, расположенному внутри окоицевателя (рисунки 15,19). Подобное разрушение по анкеру наблюдалось и для СПА,

Циклические испытания выявили существенную разницу в характере разрушений по сравнению со статическими испытаниями. Видно, что при максимальной разрывной статической нагрузке разрыв происходит в местах концентраций напряжений (рисунок 17). При циклической же нагрузке (рисунок 19) при меньших напряжениях - в месте изменения жесткости материалов в поперечном сечении соединения (сечение А рисунка ! 5).

испытаний

3 3,5 4 4,5 5 5,5 |дМ 6

Рисунок 18- Кривые циклической прочности ШНС 19 и СПА5,5

Рисунок 17- Вид разрушений ШИС19 после статических

Рисунок 19 -

Получена обобщенная зависимость циклической прочности для разных видов изделий, выраженная через относительную приведенную нагрузку, которая зависит от временной прочности, от значения максимального напряжения в цикле и от величины амплитуды и цикле. Выявленная зависимость приведена в формуле

{о}-0,462(Н К)-4)'0''6* ,

где Тч1- число циклов; {сг} — относительная приведенная нагрузка в цикле:

[—й—г

да, да, „ ; - минимальное значение временной проч----•сир(0-0002-(Т,) ■ г г

тах

ности образцов, Па- сгц - максимальное значение напряжения е цикле, Па;

о ц - амплитуда напряжений в цикле, Па. При 7,5 млн циклов нагружен ия для

узлов соединения анкерного (заматываемого) типа {<т}=0,152.

Проведена оценка качества различных аналогов ШНС по предложенному автором Критерию «удельная материалоёмкость». Формула разработана с учётом особенностей конструкций штанг

Хл* + IX™ + Е^™

у =_А_______Р1 Л

где у,,, ■ , у„. V щ — суммарные массы деталей, изготовленных соот-

/ 11 с /л / * км

ветственно из материалов стеклопластика, стали, композита используемого

в бандаже, кг; р (,р - плотность материалов, кг/м3;- разрушаю-

р

, . __д •').';',' мОКС

щое напряженке разрыва штанги, Па; (Ту -- ——1--- напряжение от

максимальной динамической нагрузки от одной штанги, отнесенной к площади сечения стержня, Па; Р])ш1 иакс — (С?е + О, )П + с) - формула Миплса;

Вид образцов ШНС19 после циклических испытаний.

С = —-—----, где /г - длина *ода полированного штока ,см: Я ,— число

178913 р

ход о с (частота движений штока ) насоса, мин"'; , Сг - вес штанги в воздухе и сила Архимеда. В силу малости е: (1+с) ~ 1, На рисунке 20 показана диаграмма удельной материалоемкости различных вариантов и конструкций штанг

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

Рисунок 20 -- Диаграмма удельной материалоемкости различных вариантов и конструкций штанг, 1-3 - стальные (19,22,25мм) по ГОСТ; 4-6 -ШНСи (19,22,25) «идеальные»; 7-9 - ШНС (19;22;25,4) по API; 10-13 - разработанные конструкции ШНС, в том числе, 10 - ШНС19; 31 - ШНС19 со стек-лопластиковым бандажом; 12,13 - ШНС22

Анализ диаграммы показывает, что в конструкциях ШНС выполненных из материалов с более высокой удельной прочностью коэффициент удельной материалоемкости уменьшается. Условно взятая для сравнения конструкция «идеальной» ШНСи представляет собой равнопрочную (без применения стали) конструкцию, полностью реализующую прочность стеклопластика.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Разработана и реализована на Бийском заводе стеклопластиков технология непрерывного формирования высоконагруженных узлов соединений для использования в условиях динамического нагружен и я стекло пластиковых насосных штанг.

2. Разработан способ и устройство узла обжатия (утяжка), позволяющие заформовьтвать методом радиального обжатия в стеклопласта швы й стержень стальные закладные элементы головок штанг. На способ и устройство узла обжатия получен патент РФ.

3. На основе проведенных исследований составлен алгоритм расчета параметров узла обжатия стеклопластика вокруг заматываемого закладного элемента позволяющий оценить технологические параметры обжатия.

4. Установлено, что снижение прочностных свойств ПКМ в водосодер-жащих средах обусловлено диффузией их в полимерную матрицу,

приводящей к нарушению адгезионной связи между полимером и волокном.

5. Показано различие в характере разрушения ШНС при разных видах нагружения. При статических испытаниях разрыв стержня происходит в местах концентрации напряжений внутри узла соединения, а при циклических испытаниях при меньших напряжениях - в месте выхода стеклопластикового стержня из узла соединения.

6. Предложена конструкция стеклопластиковых насосных штанг удовлетворяющая эксплуатационным характеристикам в условиях применения их в нефтедобывающих скважинах. Конструкция ШНС отличается от своих аналогов заматываемой конструкцией соединения получаемого механизированным способом. На конструкцию ШНС получен патент РФ.

Опубликованные работы по теме диссертации

1. Патент РФ №2236542 МПК7 Е21В 17/ОО.Насосная штанга./ Г.И.Русских

B.А. Башара,- №2003113137, опубл. 20.09.2004., бюл. № 26, приоритет от 05.05.2003.

2. Русских, Г.И. Насосная штанга из стеклопластика. //Техника и технология производства теплоизоляционных материалов из минерального сырья: Доклады IV Всероссийской научно-практической конференции. 1- 4 июня, г. Бийск-М.: ЦЭИ «Химмаш», - 2004. - С. 90.

3. Кузнецов, Н.П. К выбору оптимальной конструктивно-компоновочной схемы насосной штанги из стеклопластика./Н.П.Кузнецов, Г.И. Русских//Вестник Ижевского гос. техн. ун.-та. - 2004,-№4, - Ижевск: ИжГТУ,-С 13-16.

4. Блазнов, А.Н. Стеклопластиковые стержни ООО «Бийский завод стеклопластиков» для полимерных изоляторов./А.Н.Блазнов, Ю.И.Ладыгин.,

A.Н.Луговой, Г.И.Русских, В.Ф.Савин // Сб. «Подвесные и опорные полимерные изоляторы: производство, технические требования, методы испытаний, опыт эксплуатации, диагностика». Материалы международной научно-технической конференции 4-9 окт. 2004г. - С-Петербург: ПЭИПК, - 2004, -

C.57.

5. Блазнов, А.Н. Усталостная прочность стеклопластиковых стержней с оконцевателями./ А.Н. Блазнов, А.Н. Луговой, Г.И. Русских, В.Ф. Савин //Труды XIX Всероссийской конференции «Численные методы решения задач теории упругости и пластичности», Бийск, 28-31 августа 2005г. - Новосибирск: «Параллель», - 2005, — С.43 - 46.

6. Блазнов, А.Н Влияние методики на результат испытаний однонаправленных стеклопластиков/А.Н. Блазнов, Ю.П. Волков, А.НЛуговой,

B.Ф.Савин , Г.И. Русских// Измерения, автоматизация и моделирование в промышленности и научных исследованиях. Межвуз. сборник. - Бийск: Ал-тГТУ, - 2005, - С.39 - 42.

7. Русских, Г.И. Исследование химической стойкое ги полимерных композитов на микропластике с разным типом волокна./Г.И.Русских, М.А. Титова, О.Г. Силинская, Ю.Г.Афанасьев // Техника и технология произвол-

ства теплоизоляционных материалов из минерального сырья: Доклады VI Всероссийской научно-практической конференции 31 мая-2 июня 2006 г. (г. Белокуриха). - М.: ФГУП «ЦНИИХМ»,-2006, - С. 218 -220.

8. Патент РФ № 2274715, МПК7 Е04 С5/07 Способ изготовления стержня переменного сечения из композиционного материала и установка для его осуществления./ Башара В.А., Гаврилов В.В., Дробышев В.А. Кархин С.А., Русских Г.И., 200428397/03, опубл.20.04.2006, бюл. №> 11, приор. 24.09.04г.

9. Русских, Г.И. Технология формования композитных стержней способом радиального обжатия. 4.1.Анализ конструкций утяжек. / Г.И.Русских, Ю.Г. Афанасьев // Ползуновский вестник. - 2006. - № 2-2. - С. 134 -140.

10. Русских, Г.И. Технология формования композитных стержней способом радиального обжатия. Ч. 2.Метод расчёта./Г.И.Русских, Ю.Г.Афанасьев// Ползуновский вестник, - 2006. - № 2 - 2. - С. 140 - 147.

11. Русских, Г.И. Оценка качества конструкций насосных штанг по критерию «удельная материалоемкость»/ Материалы Всероссийской научно-практической конференции «Управление качеством образования, продукции и окружающей среды» 6 - 7июля 2006г. - Бийск: АлтГТУ, - С. 254 - 259.

12. Русских, Г.И. Влияние агрессивных сред на прочность полимерных композитов/ Г.И.Русских, Ю.Г. Афанасьев//Ресурсосберегающие технологии в машиностроении: Материалы 5-ой Всероссийской научно-практической конференции 21 -22сентября2006года. -Бийск: АлтГТУ, БТИ.-2006. -С. 126-131.

Сдано в набор 07.03.2007. Подписано в печать 16.03.2007. Формат 60x84/16. Гарнитура Times. Бумага офсетная. Печать оперативная. Усл. печ. л. 1,5. Тираж 100 экз.

Отпечатано в полном соответствии с авторским оригиналом.

ООО "Издательство "Формат" г. Бийск, пер. Муромцевский, 2

Список обозначений и сокращений.

Введение.

1 ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИТОВ И ВЫСОКОНА-ГРУЖЕННЫХ СОЕДИНЕНИЙ НА ИХ ОСНОВЕ.

1.1 Применение полимериых композиционных материалов.

1.2 Технология стеклопластиков однонаправленного армирования.

1.2.1 Факторный параметрический анализ технологии полимериых композиционных материалов.

1.2.2 Технологические требования к обеспечению прочности полимерного композита.

1.3 Обеспечение прочностных характеристик полимерных композиционных материалов однонаправленного армирования.

1.3.1 Зависимость прочности полимерных композиционных материалов от объемного армирования.

1.3.2 Критерии прочности. Прочностные свойства стеклопластика.

1.4 Конструктивно-технологические решения узлов соединений из полимерных композиционных материалов.

1.4.1 Принципы конструирования соединений композит - металл.

1.4.2 Анализ особенностей технологии изготовления изделий из стеклопластика.

1.5 Анализ конструкции стеклопластиковой насосной штанги.

1.5.1 Состояние вопроса применения насосных штанг из стеклопластика.

1.5.2 Патентно-информационные исследования.

1.5.3 Морфологический анализ универсальной конструкции стеклопластиковой насосной штанги.

1.5.4 Технические требования, предъявляемые к насосным штангам.

2 ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИТОВ С ЗАМАТЫВАЕМЫМИ УЗЛАМИ СОЕДИНЕНИЙ.

2.1 Обоснование применения и анализ технологий.

2.2 История создания способа получения стержней.

2.3 Морфологический анализ конструкций утяжек.

2.4 Конструктивные схемы утяжек.

2.4.1 Геометрия размещения рабочих элементов.

2.4.2 Схемы передачи энергии на утяжку.

2.4.3 Физические свойства утяжки.

2.4.4 Практическое применение утяжек.

2.5 Алгоритм расчета утяжек.

2.5.1 Блок схема алгоритма.

2.5.2 Задачи расчёта параметров утяжки.

2.5.3 Расчёт параметров обжатия жгута как гибкой нити.

2.5.4 Расчёт контактных давлений.

2.5.5 Влияние скорости вращения вертлюга на обжатие жгута.

2.5.6 Влияние центробежных сил на пружины рабочих элементов.

2.5.7 Влияние инерционных масс рабочих элементов утяжки на обжатие.

2.5.8 Определение параметров отжима излишнего связующего.

2.6 Технология изготовления стеклопластиковых насосных штанг.

3 ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИТОВ.

3.1 Прогнозирование значений механических характеристик стержней.

3.2 Влияние температуры на прочность стержней из композитных материалов.

3.3 Исследование стойкости композиционных материалов в агрессивных средах нефтяных месторождений.

3.3.1 Проблемы химической стойкости стеклопластиков.

3.3.2 Исследование снижения прочностных характеристик ПКМ после воздействия агрессивной среды.

3.3.3 Сравнительные характеристики методов испытаний после проведения исследования полимерных композиционных материалов в среде 10% соляной кислоты.

3.3.4 Исследование химической стойкости ПКМ на образцах микропластика.

3.4 Коррозионные характеристики насосных штанг.

4 ИССЛЕДОВАНИЕ КОНСТРУКЦИЙ СТЕКЛОПЛАСТИКОВЫХ НАСОСНЫХ ШТАНГ.

4.1 Исследование конструктивных схем стеклопластиковых насосных штанг.

4.2 Анализ схем конструкций стеклопластиковых насосных штанг охватывающего типа.

4.2.1 Схемы стеклопластиковых насосных штанг со стержнем, имеющим диаметральное уширение на концах.

4.2.2 Исследования схем анкерных соединений.

4.2.3 Схемы со стержнем постоянного диаметра.

4.3 Анализ схем заматываемого и комбинированного типа.

4.3.1 Физические аспекты выполнения схем соединений заматываемого типа.

4.3.2 Адгезионная прочность соединений.

4.4 Выбор конструктивной схемы заматываемого соединения.

4.4.1 Исследования по выбору формы закладного элемента.

4.4.2 Исследование влияния площади сечения стеклопластика и закрепления бандажа па характер нагружения соединения.

4.5 Изучение роли бандажей в заматываемом соединении.

4.5.1 Исследования по выбору формы и параметров бандажа.

4.5.2 Исследования по выбору конструкций бандажей.

4.6 Анализ конструктивной схемы с волнообразной формой поверхности закладного элемента.

4.6.1 Концепция разработки закладного элемента волнообразной формы.

4.6.2 Конструкция стеклопластиковых насосных штанг комбинированной схемы с заматываемым закладным элементом.

4.7 Исследования прочностных характеристик стеклопластиковых насосных штанг.

4.7.1 Исследование прочностных характеристик материала стеклопластико-вого стержня.

4.7.2 Статические испытания стеклопластиковых насосных штанг.

4.7.3 Циклические испытания стеклопластиковых насосных штанг.

4.8 Оценка качества насосных штанг по критерию «удельная материалоёмкость».

Основные результаты работы.

Технология волокнистых полимерных композиционных материалов (ПКМ) в последние годы активно развивается. Это обусловлено не только потребностью в создании новых изделий с применением композитов, но и порождено появлением новых волокнистых материалов и полимерных связующих.

Наибольшие проблемы в применении ПКМ вызывает анизотропия их свойств. Поэтому конструктору важно провести анализ распределения напряжений в изделии и предложить структуру армирования, наиболее полно реализующую прочностные качества ПКМ. Технологу важно выбрать наиболее приемлемый технологический процесс для обеспечения оптимальной структуры материала. В связи с этим, качественных характеристик изделий из ПКМ можно добиться только согласованными усилиями конструктора, технолога и материаловеда. Объемы производства ПКМ и их номенклатура с каждым годом увеличиваются. Объем мирового производства изделий из ПКМ в 2004 г. составил 12 млн. тонн, из них стеклопластиков - около 10,7 млн. тонн [1].

Одной из важнейших областей применения ПКМ является их использование в стержневых конструкциях для передачи нагрузок. В частности, это применение стеклопластиковых стержней в строительстве, в качестве арматуры железобетонных конструкций и связей для утепленных стен. Началось применение стержней из ПКМ в сооружениях вантовых конструкций. В электроэнергетике происходит широкое внедрение стеклопластиковых стержней в подвесных и опорных полимерных изоляторах. В нефтедобыче - находят применение стержни в стеклопластиковых насосных штангах. Следует отметить разнообразие условий, в которых используются изделия из ПКМ. Так, стеклопла-стиковая арматура помещается в щелочную среду бетона, стеклопластиковые насосные штанги - в кислую, с присутствием солей и углеводородов, среду нефтяных месторождений. Всё это накладывает особые эксплуатационные требования для каждого разрабатываемого изделия из ПКМ. Особенности вида нагружения - от статического, в строительной арматуре, до циклического в насосных штангах, еще более усложняет задачу получения изделий, в полной мере отвечающих требованиям условий применения.

Важнейшей проблемой технологии при создании стержневых изделий из композиционных материалов (КМ) является получение надежных узлов соединений пластик- металл. Не смотря на важность решения многочисленных проблем механики и прочности, проектирования конструкций и технологии получения ПКМ, самой значимой проблемой остается проблема разработка конструктивно-технологических решений (КТР) соединений высоконагруженных изделий из волокнистых КМ. Это связано с тем, что большинство разрушений конструкций из КМ происходит в зоне соединений (65-85%), хотя масса зоны стыков составляет 20-30% от массы конструкции. Вопросам комплексного изучения прочности, технологии и проектирования соединений уделяется ещё недостаточное внимание. В настоящее время практически отсутствуют работы по исследованию прочности соединений при длительном статическом и переменном пагружении. Слабо изучены ползучесть и долговечность соединений из ПКМ. Из-за недостатка опыта в различных отраслях машиностроения отсутствуют достоверные данные по влиянию условий эксплуатации на свойства КМ в зонах соединений [2]. Одной из сложнейших конструкций, с точки зрения нагружения и условий эксплуатации, является стеклопластиковая насосная штанга (ШПС). В отличие от стержневых изделий из ПКМ, применяемых в строительстве и изоляторах, ШНС работает в сложных условиях динамических циклических нагрузок, отягощенных влиянием на стержень и узел соединения агрессивной среды нефтяной жидкости.

Штанговая насосная добыча стала применяться в США и в России, на Бакинских промыслах с начала XX века. Сейчас около 57% общего фонда добывающих скважин в России и странах СНГ эксплуатируются штанговыми глубинными (ШГН) насосами [3]. В старых нефтедобывающих районах России, например, в Башкирии штанговая добыча составляет до 80 % всей добычи [4]. В Западной Европе штанговая добыча применяется на 90% всех добывающих скважин [5]. В США штанговая добыча составляет около 85% всего эксплуатируемого фонда скважин. В 1983 г. в США эксплуатировалось 450 тыс. скважин со штанговой добычей [6].

При штанговой добыче плунжерный глубинный насос, погруженный в нефтеносный слой, приводят в действие путем передачи возвратно-поступательного движения через колонну насосных штанг, соединенную с расположенным па поверхности земли станком-качалкой. Колонна насосных штанг составлена из штанг разного сечения в соответствии с действующими напряжениями и свойствами добываемой среды. Насосные штанги при эксплуатации подвержены переменным усилиям и поэтому в процессе откачки жидкости работают в условиях многоцикловой усталости. Добываемая среда, кроме углеводородов, содержит воду, соли, газы С02, Н2, S и SO2 , что подвергает штанги коррозии. Коррозия стальных штанг в несколько раз снижает циклический ресурс штанг [5,7].

Другой серьёзной трудностью в штанговой добыче является влияние кривизны скважин. На месторождениях Западной Сибири угол наклона скважины достигает 40 - 60°. Средняя кривизна ствола скважин составляет 27° [3]. Это увеличивает нагрузки на колонну штанг, снижая межремонтный период. Проблемой в штанговой добыче являются пескопроявление и отложение асфальто -парафиновых и солевых отложений (АСПО). Обводнённость нефтяных скважин приводит к повышенному отложению солей. Например, в эксплуатационных скважинах в колоннах пасосно-компрессорных труб (НКТ) накапливаются гипсовые пробки мощностью до 500 м, а производительность скважин за десятидневный период может падать со 120 до 5 т в сутки. В Западной Сибири аварийный фонд добывающих скважин, оборудованных штанговыми насосами, из-за отложения солей (в 90-е годы XX века) составлял 60 - 80% [8]. В ОАО «НК «Роспефть-Пурнефтегаз»» около 70% скважин работает в осложненных условиях, в том числе 7,3% с пескопроявлением и 59% скважин с гидратно-парафииовыми отложениями. В наличии также высокая агрессивность пластовых вод. Скорость коррозии стального оборудования достигает 6 мм/год [3]. Ущерб нефтедобывающей промышленности США от потерь, связанных с коррозией в 1975 году составил 676,9 млн долларов [9].

Все разнообразие конструкций штанговых колонн возникло из необходимости увеличения ресурса оборудования. Кроме того, кривизна скважин увеличивает трение штанг о НКТ, что также приводит к увеличению обрывности. Так в условиях 110 «Башнефть» при увеличении темпа набора кривизны с 2° до 4° на 10 м и обводнением продукции с 20 до 90% наработка на отказ штангового оборудования снижается примерно в два раза [3,10].

Причинами неисправностей, регистрируемых при эксплуатации колонн стальных насосных штанг, служат [5,7]:

- выход из строя штанг в результате механического повреждения поверхности стержня;

- выход из строя штанг в результате изгиба. Любой изгиб стальных штанг меняет структуру металла и приводит к повышению напряжений в этих местах;

- выход из строя штанг в результате знакопеременных нагрузок. Колонна насосных штанг подвергается вибрациям в результате работы привода. Резьбовые участки стальных штанг более жесткие на изгиб, что вызывает усталостные изломы;

- выход из строя штанг в результате коррозии.

В общем, в условиях циклического нагружения коррозионная среда снижает циклическую прочность стальных штанг от 3 до 9 раз [5]. Так как значительная часть разрушений штанговой колонны связано с резьбовыми соединениями и зонами свинчивания (муфтами, квадратами под ключ, высадками) имеется выгода применения непрерывной штанги с длиной равной длине штанговой колонны. Это подтверждают опытные данные эксплуатации стальных штанг НГДУ «Чекмагушнефть» АНК «Башнефть» [4]. Обрывность по элементам ШН составляет:

- по телу штанги- 67%;

- по резьбе- 5,3%;

- по муфте -18,3%;

- по высадке и квадрату под ключ- 19%.

Обрыв по телу стальной штанги также связан с зоной высадки и режимами термообработки поскольку происходит вблизи головки. По этой причине используются непрерывные прутковые штанги типа «Corod» [3]. Известно также применение стальных канатных и ленточных непрерывных штанг, однако применение таких штанг из стеклопластика практически неизвестно, по-видимому, из-за трудности подгонки длины колонны штанг для разных скважин.

В связи с этим, практически единственной возможностью при использовании технологии сегодняшнего дня является применение комбинированных штанг с соединением стеклопластик-металл.

Так как надежность соединений стеклопластик-металл целиком и полностью зависит от технологии их получения, исключение или снижение роли «человеческого фактора» в процессе изготовления соединений является весьма важной задачей. Технологические непрерывные процессы в наибольшей степени решают эту задачу, поскольку уменьшают внутрипартионные разбросы характеристик прочности и снижают трудоемкость производства.

В настоящей работе рассматриваются проблемы создания конструктивно-технологических решений высоконагруженных соединений стеклопластик-металл с использованием технологии непрерывного формования при производстве стеклопластиковой насосной штанги.

Общий интерес к применению стеклопластиковых насосных штанг вызван тем, что они, в отличие от стальных, имеют:

- меньшую в три раза массу;

- большую прочность на разрыв;

- высокую коррозионную стойкость;

- больший, чем у стальных штанг ресурс циклических нагрузок.

Применение ШНС способствует увеличению подачи на одной скважине до 23% за счет увеличения длины хода плунжера насоса, а также за счет большей податливости материала штанг. Снижение массы колонны штанг ведет к экономии энергии на единицу продукции до 20%, расчетная потребляемая мощность снижается на 22-26%. Производительность по нефти возрастает на 70% [11]. Меньшая масса штанговой колонны с применением ШНС позволяет увеличить глубину штанговой добычи до 3000-5000м.

Актуальность работы заключается в недостаточном изучении вопросов разработки соединений стеклопластик-металл, решения проблем прочности стеклопластиковых стержней и их соединений, вопросов эксплуатационной пригодности изделий из ПКМ в условиях циклического нагружения при воздействии агрессивных сред и высоких температур.

Целью работы является разработка технологии непрерывного формирования соединительных узлов стеклопластик-металл, пригодного для использования в стержневых конструкциях в условиях динамического нагружения, в частности, стеклопластиковых насосных штангах.

Для реализации поставленной цели определены следующие основные задачи:

- разработать технологию непрерывного формирования узлов соединения стеклопластикового стержня со стальной головкой методом радиального обжатия;

- определить влияние параметров радиального обжатия на прочностные свойства стеклопластика, в том числе заматываемого соединения;

- изучить прочностные свойства полимерных композитов стеклопластика, в том числе в условиях агрессивной среды нефтяных месторождений;

- получить методом макетного моделирования различные конструктивно-технологические схемы узлов соединений ШНС пригодные для непрерывного формирования;

- разработать конструкцию ШНС, удовлетворяющую требованиям к прочностным и эксплуатационным характеристикам в условиях применения в скважинах нефтяных месторождений;

- исследовать прочность полученных образцов различных конструкций ШНС от статических нагрузок и циклическую прочность разработанной конструкции стеклопластиковой насосной штанги.

В настоящей работе объектом исследования является процесс технологии непрерывного производства стержневых конструкций с соединением стеклопластик-металл. Предметом исследования являются технология получения стеклопластикового стержня с заформованным вовнутрь него стального элемента головки штанги, а также материал, конструктивно-компоновочные схемы соединений стеклопластик-металл, пригодных для стеклопластиковой насосной штанги

Автор выражает свою признательность и благодарность: научному руководителю - доктору технических наук, старшему научному сотруднику Афанасьеву Ю.Г.; директору ООО БЗС Рудольфу А.Я. - за помощь и поддержку при выполнении работы; д.х.н. проф. Верещагину А.Л., канд. техн. наук Блаз-пову A.M., канд. техн. наук Башаре В.А. - за помощь в разработке программы исследований и обсуждении научных материалов диссертационной работы, а также: Савину В.Ф., Ткачеву С.Н., Бочкареву А.С., Куклиной С.В. - за помощь в проведении экспериментальных работ, обсуждении полученных результатов, получении замечаний, консультации и поддержку.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Разработана и реализована на Бийском заводе стеклопластиков технология непрерывного формирования высоконагруженных узлов соединений для использования в условиях динамического нагружения стеклопластиковых насосных штанг.

2. Разработан способ и устройство узла обжатия (утяжка), позволяющие заформовывать методом радиального обжатия в стеклопластико-вый стержень стальные закладные элементы головок штанг. На способ и устройство узла обжатия получен патент РФ.

3. На основе проведенных исследований составлен алгоритм расчета параметров узла обжатия стеклопластика вокруг заматываемого закладного элемента позволяющий оценить технологические параметры обжатия. '

4. Установлено, что снижение прочностных свойств ПКМ в водосо-держащих средах обусловлено диффузией их в полимерную матрицу, приводящей к нарушению адгезионной связи между полимером и волокном.

5. Показано различие в характере разрушения ШНС при разных видах нагружения. При статических испытаниях разрыв стержня происходит в местах концентрации напряжений внутри узла соединения, а при циклических испытаниях при меньших напряжениях - в месте выхода стеклопластикового стержня из узла соединения.

6. Предложена конструкция стеклопластиковых насосных штанг удовлетворяющая эксплуатационным характеристикам в условиях применения их в скважинах нефтяного месторождения. Конструкция ШНС отличается от своих аналогов заматываемой конструкцией соединения получаемого механизированным способом. На конструкцию ШНС получен патент РФ.

1. Михайлин, Ю.А. Полимерные композиционные материалы: состояние и перспективы/ Полимерные материалы, №11,- 2006. - С. 32-35.

2. Воробей, В.В.Соединения конструкций из композиционных материалов./ В.В. Воробей, О.С. Сироткин // Л.: Машиностроение, Лен. отд-ние, - 1985. -168 с.

3. Ивановский, В.Н. Скважинные насосные установки для добычи нефти./ В.Н.Ивановский, В.И. Дарищев, А.А. Сабиров, B.C. Каштанов, С.С. Пекин- М: ГУП Изд-во «Нефть и газ», РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2002.- 824 с.

4. Галимуллип, М.Л. Разработка технических средств повышения работоспособности скважинных плунжерных насосов. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. Уфа. - 2004. - 25 с.

5. Ришмюллер, Г.,, Май ер, X. Добыча нефти глубинными штанговыми насосами./ Г. Ришмюллер, X. Майер //Шеллер-Блекманн, ГМБХ, - Терниц:- 1988.-150 с.

6. Применение нефтедобывающих систем в осложнённых услови-ях.//Обзорная информация: М.: ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, - 1989, - 60 с.

7. Персиянцев, М.Н. Добыча нефти в осложнённых условиях. М: Недра, -2000.-652 с.

8. Кащавцев, В. Пуд соли.//Нефть России, №6, - 2004. - С. 110 - 113.

9. Кисельман, Г.С. Экономическая эффективность предотвращения коррозии в нефтяной промышленности. М.: Недра, - 1988.-215 с.

10. Газаров, А.Г. Разработка методов снижения износа штангового насосного оборудования в наклонно-направленных скважинах. Автореферат на соискание ученой степени кандидата технических наук. Уфа, - 2004. - 24 с.

11. Алиевский, П.А. Насосные штанги из стеклопластика. / П.А. Алиевский, И.А Арутюнов, Р.М Бикчентаев и др.//Нефтяное хозяйство. №12, - 2003. -С. 62 -66.

12. Справочник но композиционным материалам. В двух книгах / Под ред. Дж. Любина, пер. с англ. М.: Машиностроение, - 1988, - кн. 1 - 448 е., кн. 2-581 с.

13. Цыплаков, О.Г. Научные основы технологии композиционно волокнистых материалов. 4.1. - Пермь: Кн. изд-во, - 1974,-316 е., 4.2. - Пермь: Кн. Изд-во,- 1975,-274 с.

14. Андреевская, Г.Д. Высокопрочные ориентированные стеклопластики. -М.: Наука,- 1966.-371 с.

15. Пчелинцев, А.В. К вопросу об оценке влияния адгезии на прочностные характеристики эпоксидных стеклопластиков. //Армированные стеклопластики. Сборник трудов ЛМИ, №82, - Л: -1970. - С. 120 - 123.

16. Рогинский, С.Л. и др. О роли некоторых основных факторов в формировании высокопрочных армированных структур./ С.Л.Рогинский, М.А.Колтунов, В.И. Натрусов и др.//Механика полимеров, №4, - 1973.- С. 743 746.

17. Калинчев В.А., Макаров Н.С. Намотанные стеклопластики. М: Химия,- 1986.-272 с.

18. Сидорин, Я.С. О принципах назначения норм прочности для конструкции из композитных материалов/Я.С.Сидорин, М.К. Смирнова, В.Е.Спиро // Механика композитных материалов, №6, - 1984. - С. 882 - 887.

19. Армированные стеклопластики современные конструкционные материалы./ Э.С. Зеленский, А.М Куперман., Ю.А Горбаткина и др. //Российский химический журнал,t.XLV,-№2,-2001.-С. 56-74.

20. Машиностроение. Энциклопедия/ Ред. совет: К.В. Фролов (пред.) и др.-М.: Машиностроение.// Неметаллические конструкционные материалы.

21. T.II 4 /Ю.В. Антипов, П.Г. Бабаевский, Ф.Я. Бородай и др.; Под ред. А.А. Кулькова. — 2005. — 464 с.

22. Цыплаков, О.Г. Исследование структурно-механических характеристик армированных полимеров. Армированные стеклопластики. Сборник трудов ЛМИ, №82, - Л.:ЛМИ, - 1970. - С. 62 - 75.

23. Мищенко, А.П. Влияние адгезионных свойств на прочность однонаправ-лено армированных стеклопластиков./ А.П. Мищенко, А.В. Пчелинцев //Армированные стеклопластики. Сборник трудов ЛМИ,-№82,-Л.: -1970. -С. 20-24.

24. Армированные стеклопластики современные конструкционные материалы./ Э.С. Зеленский, А.М Куперман., Ю.А Горбаткина и др. //Российский химический журнал, - №2, - t.XLV, - 2001. - С. 56 - 74.

25. Петров, В.А. Физические основы прогнозирования долговечности конструкционных материалов/ В.А.Петров, А.Я. Башкарев, В.И; Веттегрень, -СПб.: Политехника, 1993. - 475 с.

26. Корягин, С.И. Теория адгезии и экспериментальные методы исследования прочности сцепления. / Пластические массы, -№3, 1997. - С. 17-21.

27. Тарнопольский, Ю.М. Современные тенденции развития волокнистых композитов./ Механика полимеров, -№3, 1972. - С. 541 - 552.

28. Шеппнер, Г.А. Предсказание и измерение остаточных деформаций в композитном соединении./Г.А. Шеппнер, Д.Х. Молленхауэр, Э.В. Ярве// Механика композитных материалов. №2, - Т.40, - 2004. - С. 187-210.

29. Физико-химические основы композиции неорганическое вяжущее-стекловолокпо./под ред. А.А.Пащенко, Киев, -1979. - 224 с.

30. Михайлин, Ю.А. Полимерные композиционные материалы: состояние и перспективы/Полимерные материалы.-№10,-2006.-С.8 -13.

31. Тарнопольский Ю.М. Конструкционная прочность и деформативность стеклопластиков / Ю.М. Тарнопольский, A.M. Скудра. Рига: Зинатне, -1966.-260 с.

32. Конструирование и расчёт машин химических производств. Учебник для машиностроительных вузов./Ю.Г.Гусев., И.Н. Карасёв, Э.Э. Кольман Иванов и др. - М.: Машиностроение, -1985. - 408 с.

33. Конструкционные стеклопластики. /Альперин В.И., Корольков Н.В., Мотовкин А.В. и др. М.: Химия, - 1979. - 360 с.

34. Шпаков Б.В. Расчёт анизотропных стеклопластиков на растяжение./ Пластические массы, №3, - 1962. - С. 54 - 56.

35. Рикардс, Р.Б.Упругие свойства композита с анизотропными волокнами./ Р.Б. Рикардс, А.К. Чате// Механика композитных материалов, №1, - 1980. -С. 22- 29.

36. Анисимов, Ю.Н. Прогнозирование прочностных свойств армированных стеклотканью композитов на основе их межфазных характеристик / Ю.Н. Анисимов, С.Н. Савин // Пластические массы. -№ 11,- 2002. С. 12 - 13.

37. Скудра, A.M. Ползучесть и статическая усталость армированных пластиков /A.M. Скудра, Ф.Я. Булаве, К.А. Роценс. Рига.: Зинатне, - 1971. -238 с.

38. Черепанов, Г.П. Механика разрушения композиционных материалов. -М.: Паука. Главная редакция физико-математической литературы. 1983. -296 с.

39. Болотин, В.В. Объединённая модель разрушения композитных материалов при длительно действующих нагрузках./Механика композитных материалов, №3, - 1981. - С. 405 - 420.

40. Бондарев, Б.А. Комплексная оценка свойств стеклопластиковой арматуры / Б.А. Бондарев, В.Ф. Набоков, А.И. Кокорев // Автомобильные дороги.- 1994.-№7.-С. 16-18.

41. Каримбаев, Т.Д., Малые упруго пластические деформации однона-правлепно - армированных композиционных материалов / Т.Д. Каримбаев, Б.М Мыктыбеков. // Механика композиционных материалов и конструкций. - 2005. - Т. 11. - № 3. - С. 377 - 392.

42. Тарнопольский, Ю.М. Методы статических испытаний армированных пластиков / Ю.М. Тарнопольский, Т.Я. Кинцис. 3-е изд., перераб. и доп. -М.: Химия,- 1981.-272 с.

43. Рогинский, C.J1. Высокопрочные стеклопластики./ СЛ. Рогинский, М.З. Канович, М.А. Колтунов М: Химия, - 1979. - 144 с.

44. Ермоленко, А.Ф. Влияние степени армирования на прочность и характер разрушения однонаправленных волокнитов./ А.Ф.Ермоленко, В.Д. Протасов // Механика композитных материалов, №2, - 1989. -С. 276 - 283.

45. Зиновьев, П.А.,. Прочность однонаправленных композитов в условиях высокого гидростатического давления. / П.А.Зиновьев, П.А., Цветков, Г.Г. Кулиш и др. //Механика композитных материалов, т.37, - №4, - 2001.-С. 451.

46. Болотин, В.В. Некоторые вопросы механики композитных полимерных материалов./Механика полимеров,-№1, 1975.-№1, - С. 126 - 133.

47. Николаев, В.П. Прочность и надёжность намоточных стеклопластиков / В.П.Николаев., В.Д.Попов, А.К. Сборовский, JL: Машиностроение., Ле-нингр. отд - ние, - 1983. - 168 с.

48. Разрушение конструкций из композитных материалов/ И.В. Грушецкий И.П. Димитриенко, А.Ф., Ермоленко и др.; Под ред. В.П. Тамужа, В.Д. Протасова.- Рига: Зинатне, -1986. 264 с.

49. Алксне, В.И. Влияние кремнеорганических аппретов на физико-механические свойства стеклопластиков./ В.И. Алксне, К.П. Гриневич, И.Э. Якобсон //Механика полимеров, №5, - 1967. - С. 787 - 794.

50. Баженов, С.А. Продольное растрескивание однонаправленных волокнистых композитов при растяжении./ С.А. Баженов С.А., A.M. Куперман, Э.С. Зеленский, А.А. Берлин // Механика композиционных материалов и конструкций. Т.1. -№2, 1995. - С. 1-11.

51. Грушевецкий, И.В Изменение жёсткости однонаправленного волокнистого композита вследствие дробления волокон./ И.В. Грушевецкий, М.Я. Микельсон, В.П. Тамуж // Механика композитных материалов. №2,- 1982. -С.211 -216.

52. Кундрат, Н.М. Исследование механики разрушения в композиции с жестким включением при растяжении сосредоточенными силами./Механика композиционных материалов и конструкций. Т.6, - №3, - 2000. - С. 333 -342.

53. Цыплаков, О.Г. Основы прочности, трещиностойкости и герметичности армированных пластиков при растяжении.//Армированные стеклопластики. Сборник трудов ЛМИ. №55, Л.: ЛМИ, - 1966. - С. 6 - 29.

54. Чериин, И.З. Эпоксидные полимеры и композиции./ И.З.Чернин, Ф.М. Смехов, Ю.В. Жердев М.: Химия, - 1982. - 232 с.

55. Антакс, В.П. Влияние неупругости стекловолокна на длительную прочность армированных пластиков при одноосном растяжении вдоль волокон./ В.П.Антакс, A.M. Скудра //Механика полимеров, №4, - 1967. - С. 719.

56. Карпов, Я.С. Экспериментальные исследования несущей способности соединений высоконагруженных деталей из композиционных материалов/Механика композиционных материалов и конструкций. Т.2, - №4, -2005.-С. 573 - 597.

57. Копей, Б.В.У совершенствование и расчет соединений полимерных стержней насосных штанг с металлическими головками. / Б.В. Копей, С.М. Киндрачук, О.В. Максымук// Нефтяное хозяйство, №2, - 2000. - С. 56 - 59.

58. Патент РФ № 2142039 МПК7 6Е 04 С5/07 Арматурный элемент для армирования теплоизоляционных стеновых конструкций и способ его изготовления./ Башара В.А., Вальд А.В., Иванов С.Н., 98117752, приор. 28.09.98.

59. Исунов, Л.П. Концентрация напряжений в волокнистом композите. / Механика композитных материалов. 1982, -№ 1, - С. 23 - 33.

60. Полилов, А.Н. Разрушение однонаправленных композитов около концентраторов напряжений. / Изв. АН СССР. Механика твердого тела, №5,- 1975.-С. 139- 143.

61. Тарнопольский, Ю.М. Методы испытания композитов на сдвиг. / Ю.М. Тарпопольский, Т.Я. Кинцис // Механика композитных материалов, №3, -1981.-С. 527- 541.

62. Промышленные полимерные композиционные материалы. Пер. с англ. / Под ред. П.Г. Бабаевского, М.: Химия, -1980. - 472 с.

63. Мережко Ю.А. Система обеспечения монолитности высоконагруженных толстостенных изделий, получаемых намоткой из армированных реактопла-стов./ Ю.А.Мережко, Р.С. Зиновьев //Справочник. Инженерный журнал -№9, -2000.-С. 15-18.

64. Крысань В.А. Разрушение элемента соединения композит-металл в условиях концентрации напряжения./ В.А. Крысань, JI.B. Никитин// Механика композитных материалов, №2, - 1986. - С. 269.

65. Основные закономерности реализации механических свойств волокон наполнителя в однонаправленном композите./Ю.Г.Корабельников, О.Ф. Си-луянов, В.П. Тамуж и др.// Механика композитных материалов, №2, -1987. -С. 270-274.

66. Щербаков, В.Т. Анализ несущей способности тонкостенных трубчатых стержней из композитных материалов./Механика композитных материалов, -№2,-1983.-С. 296-302.

67. Идеология конструирования, структурный синтез машин. / Приложение. Справочник. Инженерный журнал, №9, - 2000. - С. 2.

68. ГОСТ Р 51161 98 Штанги насосные стеклопластиковые. Технические условия.

69. ГОСТ 13877 96 Насосные штанги и штанговые муфты.

70. Гончаренко,В.А. Радиальная пропитка пучка волокон под действием внешнего давления./ «Пластические массы», №2, - 2005. - С. 7 - 11.

71. Шалыгин, В.Н. О некоторых технологических свойствах стеклопластиковых композиций./ В.Н. Шалыгин, Г.С. Пашков // Армированные стеклопластики. Сборник трудов ЛМИ. №82. Л.: ЛМИ, - 1970. - С. 81 - 88.

72. Кандырин, Л.Б. Уплотнение высоконаполненных композиций на основе жидких термореактивных связующих при вибрации /Л.Б. Кандырин, Л.К. Щеулова, С.М., Гринберг, В.Н. Кулезнев //Пластические массы, №3, - 1996. -С. 24-27.

73. Русских, Г.И. Технология формования композитных стержней способом радиального обжатия. 4.1 .Анализ конструкций утяжек. / Г.И.Русских, Ю.Г. Афанасьев // Ползуновский Вестник, Барнаул: Алт. гос. техн. ун - т. - №2 -2,-2006.-С. 134- 140.

74. Басов, Н.И. Вибропрессование полимеров./ Н.И. Басов, С.А. Любарто-вич, AJI. Любартович. Л.: «Химия», - 1979. - 160 с.

75. Коробов, В.И. Технологический процесс переработки термореактивных материалов способом компрессионного вибропрессования с адаптивной системой управления./Пластическиемассы,-№2,- 1995.-С. 31.

76. Качурин, В.К. Гибкие нити с малыми стрелками. М.: Государственное издательство технико - теоретической литературы, -1956. -224 с.

77. Благопадёжин, А.Л.' Экспериментальное влияние технологического фактора прикатки на физико-механические свойства стеклопластика./А.Л. Благопадёжин, Н.С. Мезенцев //Механика полимеров, 1976, - №6, - С. 10431047.

78. Русских, Г.И. Технология формования композитных стержней способом радиального обжатия. Ч.2.Метод расчёта. / Г.И.Русских, Ю.Г.Афанасьев //Ползуновский Вестник, Барнаул: Алт. гос. техн. ун-т. - №2 - 2, - 2006. -С. 140- 147.

79. Болотин, В.В. Влияние технологических факторов на механическую надёжность конструкций из композитов./Механика полимеров, №3. - 1972. -С. 529- 540.

80. Поляков, B.C. Детали машин/ B.C. Поляков, В.Н. Кудрявцев и др.; под ред. Н.И. Колчина. М, Л: Машгиз, - 1954. - 729 с.

81. Краткий справочник конструктора нестандартного оборудования. В 2х томах, т.2./ В. И. Бакуменко, В.А.Бондаренко, С.Н. Косоруков и др.; под общей ред. В.И. Бакуменко//М.: Машиностроение, 1997. - 524 с.

82. Тарнопольский, Ю.М. Современные тенденции развития волокнистых композитов./ Механика полимеров, №3, - 1972. - С. 541 - 552.

83. Справочник машиностроителя. Под ред. Серенсена С.В. В 6 ти томах. Т.З. - М.: Машгиз, -1955. - 563 с.

84. Расчёты на прочность в машиностроении/ С.Д.Пономарёв, В.А. Бидер-ман, К.К. Лихарёв и др. Т. 2 , М.: Машгиз, - 1958, - 974 с.

85. Крагельский, Н.В. Узлы трения машин. Справочник/ Н.В. Крагельский, Н.М. Михин // М.,: Машиностроение, - 1984. - 280 с.

86. Жермен, П. Курс механики сплошных сред. Общая теория./ пер. с фр. В.В.Федулова-М.: Высшая школа, -1983. 399 с.

87. Котомин, С.В. Уплотнение и монолитизация арамидпых и композитных волокон. 2. Монолитизация композитных волокон./ С.В. Котомин, И.П.Авдеев // Механика композитных материалов. 2003, - т.39, - №1,-С. 97 106

88. Сердюк, Д. Потери предварительного напряжения в стабилизирующих вантах композитного седловидного вантового покрытия./Д.Сердюк, К. Ро-зенс, Л. Пакрастиныи// Механика композитных материалов. Т.39, - №4, -2003. - С. 513 - 522.

89. Сердюк, Д.Уменыпеиие перемещений композитного седловидного вантового покрытия/ Д. Сердюк, К. Розенс // Механика композитных материалов. Т.40, - №5, - 2004. - С. 675 - 684.

90. Патент РФ №2236542 МПК7 Е21В 17/00.Насосная штанга./ Русских Г.И., Башара В.А.,2003113137, опубл. 20.09.2004. Бюл. № 26, приор. 05.05.2003.

91. Тарнопольский, Ю.М. Конструкционная прочность и деформативность стеклопластиков / Ю.М. Тарнопольский, A.M. Скудра. Рига: Зипатне, -1966.-260 с.

92. Механика разрушения композиционных материалов. / Т. Фудзии, М. Дзако; пер. с японского. М.: Мир, - 1982. - 232 с.

93. Арнаутов, А.К. Продольный изгиб как метод определения изгибной прочности композитных материалов / А.К. Арнаутов, Ю.М. Тарнопольский // Механика композитных материалов. Т.40, - №1, - 2004. - С. 25 - 42.

94. Луговой, А. Н. Исследование механических характеристик однона-правлено армированного стеклопластика методом продольного изгиба. Диссертация на соискание степени кандидата технических наук. 2006. -177 с.

95. Энциклопедия полимеров. В трех томах; Под редакцией В. А. Каргина М.: «Советская энциклопедия», - 1972. - С. 754 - 764.

96. Воробьева, Г.Я. Коррозионная стойкость материалов в агрессивных средах химических производств. Изд. 2-е пер. и доп. М., «Химия», 1975.-816с.

97. Гуртовник, И.Г. Радиопрозрачные изделия из стеклопластиков./ И.Г. Гуртовник, В.И.Соколов, И.Н.Трофимов, С.Г. Шалгунов М:, Мир, - 2002, -386 с.

98. Кротов, А.С. Диагностика процессов сорбции и диффузии влаги в полимерных композиционных материалах. Автореферат дисс. на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук. Рукопись. Барнаул, -2002.-22 с.

99. Готлиб, ILM. Прогнозирование долговечности эпоксидных композиционных материалов в агрессивных средах./ Е.М. Готлиб, З.С. Ксвлишвили, Ю.А. Соколова //Пластические массы. №3, -1995. - С. 36 - 37.

100. Махмутов, И.М. Разрушение композитов с учетом воздействия температуры и влаги./ И.М. Махмутов., Т.Г.Сорина, Ю.В.Суворова и др.//Механика композитных материалов,, №2, - 1983. - С. 245 - 250.

101. Романенков, И.Г. Изменение прочностных и упругих свойств стеклопластиков при длительном выдерживании в воде. / Пластические массы,-№4,- 1962.-С. 46-51.

102. Гуменюк, B.C. Влияние агрессивных сред на прочностные характеристики стеклопластика. /B.C. Гуменюк, В.В. Лущик //Механика полимеров, -№4,-1967.-С. 757-760.

103. Романенков, И.Г. Изменение физико-механических свойств стеклопластиков под воздействием различных агрессивных сред./Пластические массы, -№8,-1961.-С. 38 -43.

104. Хартранфт, Р. Влияние связанности процессов диффузии тепла и влаги на напряженное состояние пластины./ Р. Хартранфт, Дж. Си.// Механика композитных материалов,-№1,- 1980.-С. 53-61.

105. Ли, X. Справочное руководство по эпоксидным смолам./ X. Ли X., К. Невилл ; иер. с англ. под ред. Н.В. Александрова М:, «Энергия», - 1973. -416с.

106. Зеленев, Ю.В. О прогнозировании механических свойств полимерных материалов./ Ю.В. Зеленев, Е.М. Кулишова, А.В. Шеворошкин А.В. и др. //Пластические массы, №9, - 1997. - С. 22 - 26.

107. Химическая стойкость эпокси-новолачных композиций горячего отверждения и стеклопластиков на их основе./О.М.Черток, Н.Ф. Тарасенко, М.С.Тризно, А.Ф. Николаев//Пластические массы, № 10, - 1966.1. С. 40-41.

108. Влагоперенос в конструкционных композиционных материалах/ Б.Д. Гойхман, Р.А. Чеперегина, В.А. Буряченко и др.// Пластические массы, -№3, 1982. - С. 23 - 25.

109. Сапожников, С.Б. Влияние влаги на напряженное состояние границы раздела волокно-матрица армированного пластика./ С.Б. Сапожников,А.О. Щербакова //Известия Челябинского научного центра,- вып. 3(12), 2001. -С. 43 -48.

110. Основные закономерности реализации механических свойств волокон наполнителя в однонаправленном композите./Ю.Г.Корабельников, О.Ф. Си-луянов, В.П. Тамуж и др.// Механика композитных материалов, №2,- 1987.-С. 270 274.

111. Щербакова, А.О. Микромеханические аспекты дилатации стеклопластиков во влажной атмосфере с учетом реологических свойств матрицы./А.О. Щербакова, С.Б. Сапожников//Известия Челябинского научного центра, -вып. 4(26),-2004.-С. 71 -76.

112. Шевченко, А.А. Слоистые пластики в химических аппаратах и трубопроводах./ Л.Л.Шевченко, П.В. Власов, -М.: «Машиностроение», -1971. -208 с.

113. Анискевич, А.Н. Экспериментальное исследование сорбции влаги в эпоксидном связующем ЭДТ-1 О/Механика композитных материалов, -№6,- 1984.-С. 969 973.

114. Перлин, С.М. Влияние некоторых сред на механические свойства намотанных стеклопластиков./Пластические массы, №8, - 1966. - С. 62 - 65.

115. Олдырев, П.П.Влияние влаги на многоцикловую усталость армированных пластиков /Механика композитных материалов, №3, - 1983. - С. 446 -456.

116. Басов, Н.И. Вибропрессование полимеров./ Н.И. Басов, С.А. Любарто-вич, АЛ. Любартович. Л.: «Химия», -1979. -160 с.

117. Сироткин, О.С. Соединение конструкций из композитов.// Композиционные материалы: Справочник/ О.С. Сироткин, Ю.С. Царахов; М.: Машиностроение, -1990. - С. 486 - 502.

118. Комаров, Г.В. Способы соединения деталей из пластических масс. М: Химия, - 1979.-288 с.

119. Композиционные материалы: Справочник/ В.В.Васильев, В.Д.Протасов, В.В.Болотин и др. Под общ. ред. В.В.Васильева, Ю.М. Тарно-польского, М.: Машиностроение, 1990. - 512 с.

120. Зиновьев, П.А.,. Прочность однонаправленных композитов в условиях высокого гидростатического давления. / П.А.Зиновьев П.А., Цветков, Г.Г. Кулиш и др. //Механика композитных материалов. №4, - т.37 , - 2001.-С. 451.

121. Семенов-Ежов, И.Е. Концентрация напряжений в прессовых соединениях объемных деталей./Справочник. Инженерный журнал, №9, - 2000. -С. 34 - 36.

122. Ганов, Э.В. Анализ напряженного состояния стыкового соединения оболочек сосудов из стеклопластика под действием гидростатического давления. / Э.В. Ганов, В.Н. Киреев, В.Д. Попов //Механика композитных материалов, №1, - 1985. - С. 156 - 159.

123. Сапожников. С.Б. Проектирование узла соединения стеклопластиковых трубчатых штанг глубинного насоса./ Электронный журнал «Нефтегазовое дело», 2004//www/ogbus.ru.

124. Кузнецов, Н.П. К выбору оптимальной конструктивно-компоновочной схемы насосной штанги из стеклопластика./ Н.П.Кузнецов, Г.И. Рус-ских//Вестник Ижевского государственного технического университета. -№4, 2004, - Ижевск: ИжГТУ, - С. 13 - 16.

125. Орлов, П.Н.Основы конструирования. Справочно-методическое пособие. В 3 книгах. Кн.1. - М., «Машиностроение», -1977. - 623 с.

126. Березин, А.В. Особенности повреждений и оценки прочности композитов. / А.В. Березин, А.И. Козинкина // Механика композиционных материалов и конструкций. -Т.5, -№1,-1999. С. 99 -120.

127. Русских, Г.И. Насосная штанга из стеклопластика. /Сб. Техника и технология производства теплоизоляционных материалов из минерального сырья: Доклады IV Всероссийской научно-практической конференции. 1 4 июня, г. Бийск-М.: ЦЭИ «Химмаш», - 2004. - С. 90.

128. Ивановский, В.Н. Методика определения допускаемых приведенных напряжений для насосных штанг из новых материалов./В.Н. Ивановский, В.И. Дарищев, А.А. Майницкий. //Нефтегазовая вертикаль, -№12, -2006. -С.116.

129. AH dimensions in inches (mm). 'Minimum length exclusive of lillec.