Рабочая ступень центробежного насоса (варианты)

Полезная модель относится к области нефтегазодобывающего оборудования, а именно к центробежным насосам; предназначенным для перекачки различных жидкостей при технологических операциях бурения и освоения нефтяных и газовых скважин, в частности, кислотной обработки скважин, цементировании нефтяных и газовых скважин, гидроразрыве пласта. Рабочая ступень центробежного насоса включает центробежное рабочее колесо и корпус направляющего аппарата, в котором размещено рабочее колесо с образованием щелевого уплотнения. При этом поверхность рабочего колеса и поверхность корпуса направляющего аппарата в месте образования щелевого уплотнения механически обработаны на глубину не более 0,3 мм. На обработанные поверхности методом детонационного напыления нанесено покрытие, включающее подслой WC/Co толщиной не более 0,05 мм, и защитное покрытие из порошкового материала NiCrBSi с рабочей толщиной после механической обработки 0,3 мм. Технический результат - повышение ресурса работы рабочей ступени центробежного насоса.

Область техники, к которой относится полезная модель

Полезная модель относится к области нефтегазодобывающего оборудования, а именно к центробежным насосам, предназначенным для перекачки различных жидкостей при технологических операциях бурения и освоения нефтяных и газовых скважин, в частности, кислотной обработки скважин, цементировании нефтяных и газовых скважин, гидроразрыве пласта. Уровень техники

Из уровня техники известна рабочая ступень центробежного насоса, где проточная часть выпускается в исполнении из стали 20Х13 - для перекачивания чистых не агрессивных сред. Для агрессивных сред в коррозионно-стойком исполнении из сталей КС 14, ВНЛ, 12Х18Н12МЗТЛ. В настоящее время ведутся работы в дуплексном и супердуплексном исполнении [см. статью Твердохлеб И.Б. - директор по НИОКР ООО «УК «ГМС» http://www.hms.ru/common/img/uploaded/files/smi/2010-01.pdf)].

Основной причиной снижения КПД насосных агрегатов, используемых при добыче нефти, трубопроводного ^транспорта нефти и нефтепродуктов и иных рабочих жидкостей, в межремонтный период является износ щелевого уплотнения и рост потока утечек из полости нагнетания во всасывающий патрубок. Износ щелевого уплотнения определяется индивидуальными свойствами насоса, такими как качество сборки, балансировки, центровки, общим временем эксплуатации и т.д., а также способностью насоса воспринимать динамические нагрузки. Поток утечек через щелевое уплотнение не только уменьшает производительность насоса и увеличивает расход электроэнергии, но и изменяет условия всасывания, что приводит к дополнительным потерям напора, появлению рециркуляционных зон, а в некоторых режимах и к росту кавитационнных зон и вибрации и снижению КПД. Таким образом, поток утечек через щелевое уплотнение приводит к снижению надежности и эффективности работы насосной установки. [см. статья Коваленко А.М. БГИТА, г.Брянск, РФ http://science-bsea.bgita.ru/2007/mashM 2007/kovalenko.htm].

Сведения, подтверждающие осуществление полезной модели Задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, состоит в создании рабочей ступени центробежного насоса с повышенным ресурсом работы.

Технический результат, достигаемый при реализации полезной модели, заключается в повышении ресурса работы рабочей ступени центробежного насоса за счет упрочнения щелевого уплотнения рабочей ступени, что обеспечивает снижение износа щелевого уплотнения и повышение ресурса работы рабочей ступени и. следовательно, увеличение межремонтного периода. Вышеприведенные технические результаты достигаются и при восстановлении [ремонте] щелевого уплотнения рабочей ступени, которое подверглось износу в процессе эксплуатации центробежного насоса.

Поставленный технический результат при упрочнении достигается за счет того, что рабочая ступень центробежного насоса включает рабочее колесо и корпус направляющего аппарата, в котором размещено рабочее колесо с образованием щелевого уплотнения, при этом поверхность рабочего колеса и поверхность корпуса направляющего аппарата в месте образования щелевого уплотнения механически обработаны на глубину не более 0,3 мм, а на обработанные поверхности методом детонационного напыления нанесено покрытие, включающее подслой из порошкового материала WC/Co толщиной не более 0,05 мм, и защитное покрытие из порошкового материала NiCrBSi с рабочей толщиной после механической обработки 0,3 мм.

Упрочнение щелевого уплотнения рабочей ступени методом детонационного напыления обеспечивает снижение износа щелевого уплотнения, что приводит к повышению ресурса работы рабочей ступени и центробежного насоса в целом.

Кроме того, в частном случае реализации полезной модели детонационное напыление производят с частотой выстрелов 6 Гц.

Также поставленный технический результат достигается за счет того, что рабочая ступень центробежного насоса включает центробежное рабочее колесо и корпус направляющего аппарата, в котором размещено рабочее колесо с образованием щелевого уплотнения, при этом поверхность щелевого уплотнения механически обработана до удаления следов износа на глубину не более 0,4 мм, а на обработанную поверхность методом детонационного напыления нанесено покрытие, включающее подслой из порошкового материала WC/Co толщиной не более 0,05 мм, и защитное покрытие из порошкового материала NiCrBSi с рабочей толщиной после механической обработки не более 0,4 мм. Осуществление полезной модели Реализация полезной модели подтверждается приведенными ниже примерами и поясняется чертежами.

Рабочая ступень центробежного насоса, представленная на фиг.1, включает рабочее колесо 1 и корпус направляющего аппарата 2, в котором размещено рабочее колесо с образованием щелевого уплотнения 3. Для упрочнения щелевого уплотнения 3 поверхность 1¹ рабочего колеса 1 и поверхность 2¹ корпуса направляющего аппарата 2 механически обрабатывают на глубину не более 0,3 мм, после чего методом детонационного напыления с частотой выстрелов 6 Гц наносят подслой (на чертеже не показано), предпочтительно из порошкового материала WC/Co толщиной не более 0,05 мм, затем наносят защитное покрытие 4 из порошкового материала NiCrBSi толщиной 0,45-0,55 мм. Затем поверхности 1¹ и 2¹ механически обрабатывают до толщины рабочего слоя не более 0.3 мм. Для ремонта (восстановления) щелевого уплотнения 3 поверхность 1¹ рабочего колеса 1 и поверхность 2 ¹ корпуса направляющего аппарата 2 механически обрабатывают до удаления следов износа на глубину не более 0,4 мм. После механической обработки на подготовленную поверхность 1¹ рабочего колеса 1 и поверхность 2¹ корпуса направляющего аппарата 2 методом детонационного напыления с частотой выстрелов 6 Гц наносят подслой из порошкового материала WC/Co толщиной 0,05 мм и защитное покрытие из порошкового материала NiCrBSi толщиной 0,5-0,55 мм. Затем поверхности 1¹ и 2¹ механически обрабатывают до толщины рабочего слоя не более 0.4 мм

Частота выстрелов 6 Гц обеспечивает оптимальную производительность нанесения покрытия, в то время как при увеличении частоты выстрелов происходит перегрев обрабатываемой детали, в данном случае поверхности лабиринтного уплотнения рабочего колеса и корпуса направляющего аппарата, и перегрев наносимого покрытия.

Механическая обработка поверхности детали и толщина рабочего слоя покрытия до 0,3 мм (при восстановлении [ремонте] до 0,4 мм) обусловлены конструкционной прочностью стенки щелевого уплотнения, увеличением остаточных напряжений для этого типа покрытия, которые влияют на прочностные характеристики покрытия. Поскольку, наносимое защитное покрытие выполняет роль не только износостойкого, но и коррозионностойкого покрытия, то его толщина должна быть не менее 0,2 мм. Подслой из WC/Co предназначен для увеличения сцепления (адгезии) между рабочей поверхностью обрабатываемой детали и защитным покрытием. Толщина подслоя 0,05 мм установлена экспериментально, при этом увеличение толщины подслоя практически не влияет на адгезионные характеристики, а экономически это не целесообразно.

Применение защитного покрытия увеличивает срок службы щелевого уплотнения, что обеспечивает увеличение межремонтного периода при сохранении производительности насоса. Покрытия, полученные детонационным методом, имеют наибольшие адгезионные характеристики и минимальную пористость по сравнению с другими газотермическими методами нанесения покрытий. Защитное покрытие, нанесенное на щелевое уплотнение рабочей ступени центробежного насоса, позволяет улучшить эксплуатационные характеристики насоса и продлевает срок его службы.

1. Рабочая ступень центробежного насоса, включающая центробежное рабочее колесо и корпус направляющего аппарата, в котором установлено рабочее колесо с образованием щелевого уплотнения, при этом поверхность рабочего колеса и поверхность корпуса направляющего аппарата в месте образования щелевого уплотнения механически обработаны на глубину не более 0,3 мм, на обработанные поверхности методом детонационного напыления нанесено покрытие, включающее подслой из порошкового материала WC/Co, толщиной не более 0,05 мм и защитное покрытие из порошкового материала NiCrBSi с рабочей толщиной после механической обработки 0,3 мм.

2. Рабочая ступень по п.1, отличающаяся тем, что детонационное напыление производят с частотой выстрелов 6 Гц.

3. Рабочая ступень центробежного насоса, включающая центробежное рабочее колесо и корпус направляющего аппарата, в котором размещено рабочее колесо с образованием щелевого уплотнения, при этом поверхность щелевого уплотнения механически обработана до удаления следов износа на глубину не более 0,4 мм, а на обработанную поверхность методом детонационного напыления нанесено покрытие, включающее подслой из порошкового материала WC/Co, толщиной не более 0,05 мм и защитное покрытие из порошкового материала NiCrBSi с рабочей толщиной после механической обработки не более 0,4 мм.

4. Рабочая ступень по п.3, отличающаяся тем, что детонационное напыление производят с частотой выстрелов 6 Гц.