Подшипник погружного скважинного насосного агрегата для добычи нефти
Техническое решение относится к подшипникам скольжения с парами трения повышенной износостойкости, и может быть использовано в узлах трения, предназначенных для работы в абразивосодержащих агрессивных средах в широком диапазоне температур и давлений, а именно в погружных электроцентробежных насосах для добычи нефти, преимущественно в коррозионно-износостойком исполнении. Подшипник включает в себя пару трения, один из элементов которой выполнен из спеченного твердого сплава, а ответный элемент пары трения выполнен из закаленного медноникельоловянного сплава со спиноидальной структурой. Достигаемый технический результат заключается в повышении надежности и долговечности подшипников насосного агрегата за счет уменьшения нагрева пары трения в процессе работы и, соответственно, снижения склонность подшипника к солеотложениям, а также улучшения прирабатываемости и снижения вероятности заклинивания подшипника при сохранении высокой коррозионной стойкости в агрессивных средах, в том числе содержащих хлориды и сероводород, а также высокой твердости и износостойкости. 4 з.п. ф-лы, 1 илл.
Техническое решение относится к подшипникам скольжения с парами трения повышенной износостойкости, и может быть использовано в узлах трения, предназначенных для работы в абразивосодержащих агрессивных средах в широком диапазоне температур и давлений, а именно в погружных электроцентробежных насосах для добычи нефти, преимущественно в коррозионно-износостойком исполнении.
Известен подшипник погружного скважинного насосного агрегата для добычи нефти, описанный в патенте RU 2190786 С2, 2002.10.10, включающий в себя пару трения, элементы которой выполнены из спеченного твердого сплава (карбида кремния). Описанное техническое решение принято за прототип.
Основными недостатками прототипа является существенный нагрев за счет низкой теплопроводности твердого сплава, что существенно повышает интенсивность солеотложения на деталях подшипник, а также склонность к заклиниванию при попадании в зазор пары трения твердых частиц мехпримесей и отсутствие прирабатываемости элементов пары трения.
Таким образом, задача, на решение которой направлена заявленная полезная модель, состоит в создании подшипника погружного скважинного насосного
агрегата для добычи нефти в коррозионно-износостойком исполнении.
Технический результат, достигаемый при реализации полезной модели, заключается в повышении надежности и долговечности подшипников насосного агрегата за счет уменьшения нагрева пары трения в процессе работы и, соответственно, снижения склонность подшипника к солеотложениям, а также улучшения прирабатываемости и снижения вероятности заклинивания подшипника при сохранении высокой коррозионной стойкости в агрессивных средах, в том числе содержащих хлориды и сероводород, а также высокой твердости и износостойкости.
Подшипник погружного скважинного насосного агрегата для добычи нефти, обеспечивающее достижение указанного выше технического результата, включает в себя пару трения, один из элементов которой выполнен из спеченного твердого сплава. При этом в отличии от прототипа ответный элемент пары трения выполнен из закаленного медноникельоловянного сплава со спиноидальной структурой.
Кроме того, в частном случае реализации полезной модели ответный элемент содержит никель в количестве от 4,5 до 5,5%, а олово в количестве от 4,5 до 5,5%.
Кроме того, в частном случае реализации полезной модели ответный элемент дополнительно содержит цинк в количестве от 1 до 3%.
Кроме того, в частном случае реализации полезной модели ответный элемент закален на твердость 30-35 HRC.
Кроме того, в частном случае реализации полезной модели спеченный твердый сплав выполнен на основе карбида вольфрама или титана или карбонитрида титана.
Теплоотвод из зоны трения при работе подшипника с парой трения «медный сплав - твердый сплав» будет значительно выше, чем у традиционной пары трения «твердый сплав - твердый сплав» за счет большей теплопроводности сплава на основе меди. Меньший нагрев пары трения в процессе работы существенно снижает склонность подшипника к солеотложениям.
Заявленный подшипник не склонен к заклиниванию при попадании в зазор между трущимися поверхностями частиц с высокой твердостью (кварцевый песок, пропант и т.д.) в связи с большой разницей в твердости двух элементов пары трения. Попавшие в зазор твердые частицы либо внедрятся в поверхность элемента из сплава на основе меди, либо процарапав ее, выдут из зоны трения.
Кроме того, за счет большой разницы в твердости двух элементов пары трения обеспечивается хорошая прирабатываемость поверхностей трения, вследствие чего увеличивается площадь контакта поверхностей трения и повышаются воспринимаемые парой трения удельные нагрузки.
Спиноидальная структура способствует явлению переноса при трении скольжении, что повышает износостойкость пары, а также уменьшает потери на трение и нагрев подшипника.
Легирование медного сплава никелем придает ему высокую коррозионную стойкость в агрессивных средах, в том числе содержащих хлориды и сероводород,
при этом закалка и наличие в составе сплава никеля и олова, придает сплаву высокую твердость (30-35 HRC) и износостойкость.
Возможность осуществления полезной модели, охарактеризованной приведенной выше совокупностью признаков, подтверждается описанием радиального подшипника насосной модуль-секции погружного скважинного насосного агрегата для добычи нефти, выполненного в соответствии с настоящей полезной моделью.
Подшипник 1 включает в себя корпус 2 с центральным отверстием 6 для размещения вала 3 модуль-секции и отверстиями 4 для прохода перекачиваемой жидкости, а также первую втулку 5, запрессованную в центральном отверстии корпуса. Втулка 5 образует неподвижную поверхность трения радиальной опоры вала (первый элемент пары трения). Подшипник 1 включает в себя также вторую втулку 7, закрепленную на валу модуль-секции посредством шпоночного соединения 8. Втулка 7 образует подвижную поверхность трения радиальной опоры (ответный элемент пары трения).
Втулка 5 выполнена из медноникельоловянного сплава (оловянистой бронзы) со спиноидальной структурой и следующим содержанием легирующих элементов: олово 4,5-5,5%, цинк 1-3%, никель 4,5-5,5%, закаленного на твердость не менее 30 HRC.
Втулка 7 выполнена из спеченного твердый сплава карбида титана.
Кроме того, втулка 7 может быть выполнена из упомянутого медноникельоловянного сплава, при этом втулку 5 выполняют из твердого сплава.
Стендовые испытания в абразивном растворе с концентрацией твердых
частиц двуокиси алюминия 10 г/л и удельной нагрузке 10 кг/см2, показали, что по износостойкости заявленная пара трения не уступает известным парам трения с двумя элементами из спеченного твердого сплава.
1. Подшипник погружного скважинного насосного агрегата для добычи нефти, включающий в себя пару трения, один из элементов которой выполнен из спеченного твердого сплава, отличающийся тем, что ответный элемент пары трения выполнен из закаленного медноникельоловянного сплава со спиноидальной структурой.
2. Подшипник по п.1, отличающийся тем, что ответный элемент содержит никель в количестве от 4,5 до 5,5%, а олово в количестве от 4,5 до 5,5%.
3. Подшипник по п.1, отличающийся тем, что ответный элемент дополнительно содержит цинк в количестве от 1 до 3%.
4. Подшипник по п.1, отличающийся тем, что ответный элемент закален на твердость 30-35 HRC.
5. Подшипник по п.1, отличающийся тем, что спеченный твердый сплав выполнен на основе карбида вольфрама, или титана, или карбонитрида титана.
