Затвор пробкового крана (варианты)

Полезная модель относится к области нефтегазодобывающего оборудования, а именно к устройствам пробкового крана с уплотнением затвора "металл-металл", который предназначен для перекрытия потоков рабочей среды в быстросборных трубопроводах высокого давления при цементировании, освоении, гидравлическом разрыве пластов, интенсификации добычи, глушении и ремонте скважин. Затвор пробкового крана, имеющий упрочненную рабочую поверхность, при этом на рабочую поверхность, предварительно механически обработанную до удаления следов износа упрочнения, методом детонационного напыления нанесено защитное покрытие из порошкового материала, выбранного из следующей группы: WC/CoCr, WC/Ni, Cr₃ C₂/NiCr, WC/Cr₃C₂/Ni, WC/NiCrBSi. Технический результат - повышение ресурса работы затвора пробкового крана.

Область техники, к которой относится полезная модель

Полезная модель относится к области нефтегазодобывающего оборудования, а именно к устройствам пробкового крана с уплотнением затвора "металл-металл", который предназначен для перекрытия потоков рабочей среды в быстросборных трубопроводах высокого давления при цементировании, освоении, гидравлическом разрыве пластов, интенсификации добычи, глушении и ремонте скважин.

Уровень техники

В процессе эксплуатации, на рабочей поверхности затвора пробкового крана под воздействием абразивных частиц и агрессивной среды возникает износ, вследствие чего необходима замена затвора. Нанесение на рабочую поверхность затвора пробкового крана защитного износостойкого покрытия [упрочнение рабочей поверхности] позволяет увеличить ресурс работы пробкового крана.

Из уровня техники известна шиберная задвижка, содержащая запирающий элемент с уплотнительными поверхностями и уплотнительные седла, причем уплотнительные поверхности запирающего элемента выполнены с покрытием в виде напыленного высокоскоростным газопламенным методом порошковым материалом, включающего карбид вольфрама на связке кобальта и хрома или никеля [патент RU 67664 публ. 27.10.2007].

Недостаток шибера заключается в том, что в дальнейшем упрочненные рабочие поверхности, подвергшиеся износу, нельзя повторно восстановить методом высокоскоростного газоплазменного напыления.

Сведения, подтверждающие осуществление полезной модели

Задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, состоит в создании затвора пробкового крана с повышенным ресурсом работы.

Технический результат, достигаемый при реализации полезной модели, заключается в повышении ресурса работы затвора пробкового крана за счет применения ремонтной технологии восстановления рабочей поверхности затвора, на которую уже было нанесено защитное покрытие методом хромирования с предварительной химико-термической обработкой (ХТО), газопламенным или плазменным методом напыления самофлюсующегося сплава на никелевой основе с последующим оплавлением и которое подверглось износу в процессе эксплуатации пробкового крана.

Поставленный технический результат достигается за счет того, что затвор пробкового крана содержит упрочненную рабочую поверхность, при этом на упрочненную рабочую поверхность, предварительно обработанную до удаления следов износа упрочнения, методом детонационного напыления нанесено защитное покрытие из порошкового материала, выбранного из следующей группы: WC/CoCr, WC/Ni, Cr₃ C₂/NiCr, WC/Cr₃C₂/Ni, WC/NiCrBSi.

Кроме того, в частном случае реализации полезной модели глубина предварительной механической обработки рабочей поверхности составляет 0,2-0,4 мм, а толщина защитного покрытия после механической обработки составляет 200-400 мкм.

Защитное покрытие, нанесенное методом детонационного напыления на упрочненную известными методами упрочнения рабочую поверхность затвора, подготовленную путем механической обработки до удаления следов износа, обеспечивает высокие прочностные характеристики (адгезию и когезию), что позволяет увеличить ресурс работы пробкового крана.

Также, поставленный технический результат достигается за счет того, что затвор пробкового крана содержит упрочненную рабочую поверхность, на которую методом детонационного напыления с частотой выстрелов 5-6 Гц нанесено защитное покрытие из порошкового материала, состоящего из карбида вольфрама или карбида хрома на связке кобальта и хрома или никеля, при этом содержание связки составляет не более 25 вес.%.

Кроме того, в частном случае реализации полезной модели, толщина защитного покрытия после механической обработке составляет 200-400 мкм.

Кроме того, в частном случае реализации полезной модели, защитное покрытие состоит из порошкового материала карбида вольфрама, кобальта, хрома при следующем содержании вес.%: WC - 86, Со - 10, Сr - 4.

Осуществление полезной модели

Реализация полезной модели подтверждается приведенными ниже примерами и поясняется чертежами.

На фиг.1 - представлен общий вид затвора пробкового крана.

Затвор 1 пробкового крана, представленный на фиг.1, содержит упрочненную рабочую поверхностью 2. Для восстановления упрочненной известными методами рабочей поверхности 2, имеющей следы износа упрочненного покрытия, ее предварительно механически обрабатывают до удаления следов износа покрытия, нанесенного методом гальванического хромирования с предварительной химико-термической обработкой (ХТО) или методом напыления самофлюсующегося сплава на никелевой основе с последующим оплавлением. При этом глубина механической обработки может составлять 0,2-0,4 мм. После механической обработки на подготовленную рабочую поверхность 2 методом детонационного напыления наносят износостойкое покрытие 3 толщиной 400-550 мкм. Износостойкое покрытие 3 выбирают из следующей группы порошковых материалов: WC/CoCr, WC/Ni, Cr₃C₂/NiCr, WС/Сr₃С₂/Ni, WC/NiCrBSi. Предварительно механически обработанная рабочая поверхность 2 затвора 1, упрочненная методом хромирования с ХТО, имеет твердость подложки выше 50 HRC. Предварительно механически обработанная рабочая поверхности 2 затвора 1, упрочненная методом напыления самофлюсующегося сплава на никелевой основе с последующим оплавлением, имеет твердость до 62 HRC, за счет наличия остаточного покрытия. Таким образом, использование в качестве подложки механически обработанной до удаления следов износа рабочей поверхности затвора, упрочненной методами хромирования с ХТО или методом напыления с последующим оплавлением, обеспечивает возможность нанесение порошковых материалов методом детонационного напыления на подготовленную рабочую поверхность с твердостью подложи до 62 HRC.

При этом подложка рабочей поверхности для восстановления затвора пробкового крана методом высокоскоростного газопламенного напыления имеет ограничение по твердости до 45 HRC, что делает невозможным восстановление упрочненной рабочей поверхности затвора пробкового крана методом высокоскоростного газопламенного напыления.

При этом метод детонационного напыления можно использовать и для упрочнения новых затворов пробкового крана. Для этого на рабочую поверхность 2 затвора пробкового крана методом детонационного напыления с частотой выстрелов 5-6 Гц наносят износостойкое защитное покрытие 3 толщиной 400-450 мкм из порошкового материала, состоящего из карбида вольфрама (WC) или карбида хрома (Сr₃С ₂) на связке кобальта (Со) и/или хрома (Сr) и/или никеля (Ni), предпочтительно из порошка со следующим содержанием компонентов вес.%: WC - 86, Со - 10, Сr - 4. Технические характеристики полученного защитного покрытия 3: микротвердость - 900-1200 HV; адгезия - 120-150 МПа; коэффициент использования материалов - 55-65%.

Ресурс работы затвора 1 пробкового крана с защитным покрытием, нанесенным методом детонационного напыления, по сравнению с гальваническим хромовым покрытием или полученным напылением с последующим оплавлением увеличивается в 2-4 раза.

1. Затвор пробкового крана, имеющий упрочненную рабочую поверхность, при этом на рабочую поверхность, предварительно механически обработанную до удаления следов износа упрочнения, методом детонационного напыления нанесено защитное покрытие из порошкового материала, выбранного из следующей группы: WC/CoCr, WC/Ni, Cr₃ C₂/NiCr, WC/Cr₃C₂/Ni, WC/NiCrBSi.

2. Затвор по п.1, отличающийся тем, что рабочую поверхность механически обрабатывают на глубину 0,2-0,4 мм.

3. Затвор по п.1, отличающийся тем, что толщина защитного покрытия после механической обработке составляет 400-550 мкм.

4. Затвор пробкового крана, имеющий упрочненную рабочую поверхность, на которую методом детонационного напыления с частотой выстрелов 5-6 Гц нанесено защитное покрытие из порошкового материала, состоящего из карбида вольфрама или карбида хрома на связке кобальта и хрома или никеля, при этом содержание связки составляет не более 25 вес.%.

5. Затвор по п.1, отличающийся тем, что порошковый материал состоит из карбида вольфрама, кобальта и хрома при следующем содержании, вес.%: WC - 86, Co - 10, Cr - 4.