Технология изготовления изделий нефтегазового машиностроения

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ 

«СТАНКИН»

В. А. ТИМИРЯЗЕВ
А. Г. СХИРТЛАДЗЕ
Г. А. МЕЛЕТЬЕВ

Технология изготовления изделий 

нефтегазового машиностроения

Учебное пособие

Под общей редакцией 

д-ра техн. наук, профессора В. А. Тимирязева

Йошкар-Ола

ПГТУ
2022

УДК 621.121.002(075.8)
ББК 30.8

Т 38

Р е ц е н з е н т ы:

зав. кафедрой машиностроения и материаловедения ПГТУ, 

доктор технических наук, профессор С. Я. Алибеков;

и. о. зав. кафедрой физики и материаловедения, 

доктор технических наук, профессор МарГУ А. И. Мурзашев

Печатается по решению 

редакционно-издательского совета ПГТУ

Тимирязев, В. А. 

Т 38    Технология изготовления изделий нефтегазового машиностро
ения: учебное пособие / В. А. Тимирязев, А. Г. Схиртладзе,
Г. А. Мелетьев. – Йошкар-Ола: Поволжский государственный технологический университет, 2022. – 386 с.
ISBN 978-5-8158-2278-8

Изложены научные основы разработки технологических процессов из
готовления деталей и сборки изделий нефтегазового машиностроения. 
Приведены примеры расчета и методы достижения параметров точности 
изделий при их изготовлении. Рассмотрены технологические процессы изготовления типовых деталей на высокопроизводительных многоцелевых 
станках и на станках с ЧПУ. 

Для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направле
ниям подготовки «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств», «Автоматизация технологических процессов 
и производств (нефтегазовая отрасль)».

УДК. 621.121.002(075.8)

ББК 30.8

ISBN 978-5-8158-2278-8
© Тимирязев В. А., Схиртладзе А. Г.,
Мелетьев Г. А., 2022
© Поволжский государственный
технологический университет, 2022

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ.............................................................................................7

РАЗДЕЛ 1. ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ 
БУРОВЫХ ДОЛОТ............................................................................11

Глава 1. Служебное назначение, конструкция
и параметры точности буровых долот............................................11

1.1. Служебное назначение и особенности конструкции 

трехшарошечных буровых долот .............................................11

1.2. Технические требования на изготовление

трехшарошечных буровых долот .............................................18

1.3. Размерные связи, определяющие разновысотность зубьев 

буровых долот............................................................................25

1.4. Влияние погрешности базирования соединяемых лап 

на параметры точности трехшарошечных долот....................32

1.5. Размерные связи, определяющие радиальное 

положение зубьев и смещение осей шарошек 
относительно оси долота...........................................................44

1.6. Влияние качества изготовления трехшарошечных долот 

на их работоспособность...........................................................52

Глава 2. Технологии изготовления базовых деталей 
буровых долот......................................................................................57

2.1. Достижение требуемой точности изготовления лап 

на операциях технологического процесса ...............................57

2.2. Достижение требуемой точности изготовления

корпуса шарошки.......................................................................72

Глава 3. Технология сборки шарошек............................................88

3.1. Обеспечение требуемого натяга в соединении 

твердосплавных режущих зубков с корпусом шарошки........88

3.2. Определение нагрузочной способности соединения зубков 

с корпусом шарошки .................................................................96

3.3. Достижение требуемой равновысотности зубков 

в корпусе шарошки..................................................................104

Глава 4. Технологии общей сборки трехшарошечных 
буровых долот....................................................................................112

4.1. Технологические методы достижения требуемой точности

на операциях общей сборки буровых долот..........................112

4.2. Достижение требований точности долота 

на операции создания его базовых поверхностей.................120

4.3. Достижение точности сборки буровых алмазных долот ......133

РАЗДЕЛ 2. ИЗГОТОВЛЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ ДЛЯ ИЗДЕЛИЙ
НЕФТЕГАЗОВОГО МАШИНОСТРОЕНИЯ..............................139

Глава 5. Технологии изготовления типовых деталей машин..139

5.1. Основы разработки технологических процессов

изготовления деталей машин ..................................................139

5.2. Заготовки для изготовления деталей машин..........................151

5.2.1. Заготовки отливки..........................................................151
5.2.2. Заготовки, получаемые обработкой давлением ..........157
5.2.3. Заготовки, получаемые сваркой 

и комбинированными методами....................................165

5.2.4. Получение заготовок и изделий 

методом порошковой металлургии ..............................172

5.3. Методы обработки наружных и внутренних 

цилиндрических поверхностей................................................179
5.3.1. Обработка цилиндрических поверхностей точением.179
5.3.2. Сверление отверстий.....................................................183
5.3.3. Зенкерование отверстий................................................186
5.3.4. Развертывание отверстий............................................188
5.3.5. Протягивание отверстий..............................................189
5.3.6. Шлифование наружных и внутренних цилиндрических

поверхностей...................................................................192

5.4. Методы обработки плоских и профильных поверхностей ...196

5.4.1. Обработка поверхностей деталей фрезерованием ....196
5.4.2. Обработка поверхностей деталей строганием 

и долблением....................................................................200

5.4.3. Обработка плоских поверхностей деталей 

точением .........................................................................203

5.4.4. Обработка наружных поверхностей деталей 

протягиванием................................................................205

5.4.5. Обработка плоских поверхностей деталей 

шлифованием...................................................................206

5.5. Методы нарезания винтовых поверхностей...........................210
5.6. Методы нарезания зубчатых колес и червячных пар ...........223

5.6.1. Нарезание цилиндрических зубчатых колес.................223
5.6.2. Нарезание конических зубчатых колес.........................230
5.6.3. Методы отделки зубчатых колес ................................237
5.6.4. Методы нарезания червячных пар ...............................244

5.7. Типовые технологические маршруты изготовления

деталей машин..........................................................................249
5.7.1. Технологические маршруты изготовления валов ........249
5.7.2. Технологические маршруты изготовления

зубчатых колес................................................................255

5.7.3. Технологический маршрут изготовления корпуса.......263

Глава 6. Технологии изготовления деталей нефтегазового 
машиностроения на многоцелевых станках 
и на станках с ЧПУ ..........................................................................267

6.1. Проектирование технологических операций изготовления 

деталей на многоцелевых станках и на станках с ЧПУ.........267

6.2. Изготовление деталей нефтегазового машиностроения

на многоцелевых станках и на станках с ЧПУ.......................284
6.2.1.Изготовление замков бурильных труб. Изготовление 

ниппеля.............................................................................284

6.2.2.Изготовление детали ниппель 2....................................289
6.2.3.Изготовление муфты.....................................................291
6.2.4.Изготовление переводников...........................................295
6.2.5.Изготовление детали ось...............................................298
6.2.6.Изготовление корпуса клапана 4001.............................300
6.2.7.Изготовление корпуса клапана 5410.............................303

6.3. Изготовление деталей погружного насоса.............................307

6.3.1.Изготовление детали аппарат направляющий...........308
6.3.2.Изготовление рабочего колеса......................................325

РАЗДЕЛ 3. CБОРКА ИЗДЕЛИЙ 
НЕФТЕГАЗОВОГО МАШИНОСТРОЕНИЯ..............................331

Глава 7. Деление машин на сборочные единицы .......................331

Глава 8. Разработка техпроцесса сборки 
шестеренного насоса ........................................................................335

Глава 9. Технологии сборки зубчатых и червячных передач..350

9.1. Сборка цилиндрических зубчатых передач ...........................350
9.2. Сборка конических зубчатых передач....................................356
9.3. Сборка червячных передач......................................................361

ЗАКЛЮЧЕНИЕ...................................................................................367

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ ЗНАНИЙ .369

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ..................................................................371

Приложение 1. Математическое описание и моделирование баз..373

Приложение 2. Расчет предельных значений натяга 
в соединениях зубков, устанавливаемых 
на всех полосках корпуса шарошки..................................................381

Введение

Добыча нефти и газа в настоящее время является одним из основ
ных сырьевых потенциалов, обеспечивающих повышение благосостояния и стабильность дальнейшего развития экономики страны. 
Растущий спрос на углеводородное сырье требует поиска и освоения
новых нефтяных и газовых месторождений, что обуславливает необходимость бурения в разнообразных по сложности геологических породах. 

Технологические системы нефтегазового комплекса включают 

различное сложное взаимосвязанное оборудование, эффективная работа которого определяет необходимость его качественного изготовления, повышения надежности и долговечности.

Это обусловливает необходимость по-новому ставить задачи со
вершенствования и дальнейшего развития производства изделий 
нефтегазового оборудования с применением цифровых производственных технологий и современного станочного оборудования,
включая роботизированные технологические комплексы, станки с 
ЧПУ и обрабатывающие центры.

В настоящем издании подробно описываются технологические 

процессы сборки и изготовления основных деталей бурового оборудования, для которого ключевым является шарошечный буровой инструмент – буровые долота и их элементы, изготавливаемые в условиях крупносерийного и массового производства. 

Эти изделия изготавливают на специализированных заводах 

нефтегазового машиностроения с использованием высокопроизводительного отечественного и импортного технологического оборудования.

Сложность изготавливаемых изделий бурового оборудования 

определяет необходимость применения различных методов механической обработки с использованием широкой номенклатуры
применяемого режущего инструмента. В книге дано подробное 
описание применяемых методов обработки и режимов резания,

обеспечивающих достижение требуемого качества изделий с наиболее высокой производительностью.

Для анализа рассматриваемых технологических процессов и 

расчета точности, достигаемой на различных этапах изготовления 
изделий, авторами использованы аналитические методы теории баз 
и методы расчета точности конструкторских и технологических размерных цепей.

Представленные в учебном пособии методы расчета параметров 

точности зубков и базовых отверстий в корпусе шарошки позволяют 
путем выполнения селективной сборки обеспечить одинаковый требуемый гарантированный натяг, что повышает надежность и прочность прессового соединения зубков с корпусом.

Эксплуатация бурового инструмента и оборудования осуществ
ляется в агрессивной абразивной среде при воздействии сложных знакопеременных нагрузок, вызывающих коррозию, интенсивный износ
и поломку деталей бурового инструмента. Рассматриваемые в настоящем издании методы газотермического напыления покрытий позволяют восстановить работоспособность бурового инструмента и повысить его долговечность.

При изложении и анализе технологических процессов изготовле
ния и применения бурового оборудования и инструмента авторы опирались на труды авторитетных ученых, исследователей, специалистов-практиков, а также использовали работы ведущих научно-исследовательских институтов и заводов-изготовителей буровой техники.

Существенную роль в современном производстве машин для до
бычи нефти и газа и нефтегазового оборудования, во многом определяя уровень развития производства, имеют измерения геометрических параметров оборудования и их деталей: измерения точности размеров, расположения, формы и шероховатости поверхности.

Условия эксплуатации и конструкции машин для добычи нефти и 

газа и нефтегазового оборудования определяют характерные требования, предъявляемые к их производству и его метрологическому обеспечению. При изготовлении нефтегазового оборудования и машин 
необходимо обеспечивать высокую эксплуатационную надежность 
изделий, работоспособность в течение всего цикла эксплуатации, 

высокую ремонтопригодность, эффективность монтажа, унификацию 
нормализованных рядов узлов и изделий одного назначения, унификацию и взаимозаменяемость быстроизнашиваемых узлов и деталей, 
а также высокую прочность деталей.

От технологических методов производства и его метрологиче
ского обеспечения, в конечном счете, зависят работоспособность и 
эксплуатационная надежность машин и оборудования нефтегазодобычи. В связи с многообразием видов и типоразмеров таких машин и 
оборудования унификация и стандартизация являются эффективным 
средством уменьшения трудоемкости изготовления оборудования и 
технологии его ремонта. Это способствует повышению качества оборудования и снижению трудоемкости самого метрологического обеспечения производства.

Существует две особенности производства машин и оборудова
ния нефтегазадобычи и его метрологического обеспечения.

Первая особенность состоит в том, что круг задач, решаемых ма
шиностроительными предприятиями отрасли и ее метрологическим 
обеспечением, очень широк. Это обусловлено производством оборудования, машин, технологического оснащения и различного инструмента для обеспечения геологоразведочных работ, бурения и эксплуатации нефтяных и газовых скважин, транспортировки газа, нефти и 
нефтепродуктов, переработки нефти и газа, а также широкой номенклатуры продуктов и изделий на их основе (полимеров, резины и т.п.).

Вторая особенность заключается в специфических условиях экс
плуатации машин и оборудования нефтегазодобычи, в частности, на 
открытом воздухе, в различных климатических условиях, под водой, 
под землей, в условиях интенсивного абразивного изнашивания, в 
агрессивных средах, при резких перепадах температуры и давления.

Это обуславливает высокие требования к производству, его мет
рологическому обеспечению, качеству выпускаемых изделий, к 
надежности, безотказности и ремонтопригодности.

Обеспечение и поддержание необходимого уровня качества изде
лий нефтегазового машиностроения и, следовательно, их конкурентоспособности на мировом рынке невозможно без систематического
мониторинга
и
контроля входных и
выходных параметров

технологических процессов, что неизбежно связано с выполнением
большого количества измерений. Поэтому перед специалистом в области нефтегазового машиностроения встают задачи должной организации измерительного процесса, обработки и представления результатов измерений в соответствии с принципами метрологии и действующими нормативными документами. Метрологическое обеспечение нефтегазового производства, основанное на практическом использовании положений метрологии, является составной частью системы управления качеством и одной из основных предпосылок достижения требуемого качества выпускаемых машин и оборудования 
нефтегазодобычи [20].

Деятельность инженера-исследователя, инженера-технолога, ин
женера-конструктора постоянно связана с измерениями. Например, 
инженер-конструктор обязан иметь четкое представление о возможностях измерительной техники, обеспечивать взаимозаменяемость 
деталей и сборочных единиц, контролепригодность разрабатываемого изделия на всех стадиях его жизненного цикла. Измерительная 
информация является основой для принятия технических и управленческих решений при испытании продукции нефтегазового машиностроения, при оценке ее технического уровня, при аттестации и сертификации качества. Знание современных правил, норм и требований 
в области измерений также необходимо для специалистов, осуществляющих функции организации и управления производством машин 
для добычи нефти и газа.