ступень погружного насоса

Формула изобретения

Ступень погружного насоса для откачки агрессивных пластовых вод с высокой концентрацией абразивных частиц, содержащая направляющий аппарат и рабочее колесо, а в случае одноопорной конструкции и втулку защитную вала, отличающаяся тем, что она изготовлена из порошкового материала при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Углерод - 0 - 1,5

Никель - 0,5 - 15,0

Молибден - 0 - 2,5

Медь - 10,0 - 20,0

Железо - Остальное

при этом медь в материал вводят методом пропитки (инфильтрации).

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области насосостроения и может быть использовано для изготовления ступеней (рабочих органов) погружных центробежных и центробежно-вихревых насосов, предназначенных для откачки агрессивных пластовых вод (в частности после кислотной обработки скважин) с высокой концентрацией абразивных частиц.

Известна радиальная пара трения в рабочих органах погружных насосов, работоспособная при повышенном содержании абразивных частиц, элементы которой выполнены из порошковой медистой стали с добавлением в любой элемент пары хрома и молибдена (Патент РФ на изобретение "Пара трения" 2114334, 27.06.98 г.).

К недостаткам ступеней из такого материала относится их низкая коррозионная стойкость в солянокислых растворах.

Известны коррозионностойкие рабочие органы, состоящие из направляющего аппарата и рабочего колеса, а в случае одноопорной конструкции и втулки защитной вала, изготавливаемые из материала типа нирезист состава: 3% С, 1-2,8% Si, 13,5-17,5% Ni, 1,5-2,5% Cr, 5,5-7,5% Сu, 0,012% S, ост. Fe (Вихман В.Г., Филиппов В.Н. Погружные центробежные износостойкие насосы для добычи нефти: Экспресс-информация. М.: ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, 6, 1989; Отливки рабочих органов погружных центробежных насосов для добычи нефти из чугуна аустенитного модифицированного типа "Нирезист" ТУ 26-06-1305-81).

Недостатком ступеней из таких материалов является низкая износостойкость радиального узла трения в абразивной среде.

Настоящее изобретение решает задачу создания ступеней погружного насоса, как центробежного, так и и центробежно-вихревого, обеспечивающих откачку агрессивных пластовых вод (в том числе после кислотной обработки скважин) с высокой концентрацией абразивных частиц. При этом существенным является не форма ступени, а сочетание материалов, из которых изготовлены ее элементы.

Указанный технический результат достигается тем, что ступень погружного насоса изготавливается из порошкового материала на основе железа, содержащего углерод, никель, молибден, и медь при следующем соотношении компонентов, мас.%: С - 0-1,5; Ni - 0,5-15,0; Мо - 0-2,5; Сu - 10,0-20,0; Fe - остальное, при этом медь в состав сталей вводят методом пропитки (инфильтрации).

При стендовых испытаниях за показатель износостойкости радиальной пары трения ступени погружного насоса была принята величина абсолютного износа трущихся поверхностей. При этом узел трения был выполнен так, что нагрузка (150 Н) на ось вращения защитной втулки распределялась равномерно во всех направлениях с частотой прецессии 3 об/мин при длине пары 13 мм и начальном диаметре 21 мм. Среда испытаний - консистентная смазка с абразивом (5 мас.%) из дисперсного электрокорунда со средним размером частиц 2,6 мкм. Скорость подачи среды в зону трения - 6 см³/ч. Разброс величин износа не превышал 20%.

Коррозионные испытания в статических условиях проводили гравиметрическим методом в ультратермостате MWL UH-16 при температурах от (202)^oС до (803)^oС; время испытаний составляло 24 ч. В качестве рабочей среды использовали водный раствор NaCl (5%) + НСl (3%) в соответствии с ASTM В117-97. Скорость коррозии образцов рассчитывали согласно ГОСТ 9506-87. Динамические испытания проводили при 705^oС в том же растворе, но с добавлением в него порошка кварца в количестве 0,1 г/л. Время испытаний составляло 6 ч. Погрешность оценки составляла не более 20%.

Скорости коррозии и износа ступеней из различных материалов представлены в таблице. Из анализа данных, приведенных в таблице, следует, что введение в порошковые стали, содержащие более 0,5% никеля, 15% меди существенно снижает их скорость коррозии. Добавка углерода несколько ухудшает коррозионные свойства в статических условиях, но при этом заметно увеличивается абразивная износостойкость пар трения. Легирование молибденом, повышая механические свойства, практически не оказывает влияния на скорости коррозии и износа.

В сравнении с аналогом предлагаемая ступень, например из материала ЖГр1Н4Д15, при одинаковой скорости износа имеет коррозионные свойства в 5-10 раз лучше, а в сравнении с прототипом - при сопоставимых скоростях коррозии имеет скорость износа в 9 раз меньше.

Согласно изобретению ступень погружного насоса изготавливают по следующей технологии: смешивание исходных порошков (углерод, железо, никель, молибден), прессование при давлении 600-800 МПа и спекание в защитной атмосфере, совмещенное с пропиткой медью, при (115030)^oС.

В случае изготовления ступени из порошковой смеси, содержащей в своем составе 10-20% меди, коррозионная стойкость ступени снижается в 3-7 раз за счет появления пористости, при этом ее износостойкие свойства практически не изменяются.