Химический состав и механические свойства материалов рабочих органов насосов типа ЭЦН

Примечания.

* — большее значение соответствует технологическому процессу «спекания од­нов­ре­мен­но с инфильтрацией медью, меньшее — введению меди в шихту до спекания»;

** — сведения отсутствуют.

Цериево-бористый чугун СЧОЗЦ01Б применяется в основ­ном для насосов обыч­ного исполнения.

Цериево-бористый чугун отличается от обычного серого чу­гуна весьма мел­кой микроструктурой и повышенными эксплуа­тационными свойствами. Одним из отрицательных технологи­ческих свойств цериево-бористого чугуна яв­ляется его склон­ность к отбелу в тонких частях отливки.

Чугун аустенитный модифицированный с большим содержа­нием никеля и меди применяется в износостойких и коррозионностойких насосах.

Американские, китайские и европейские фирмы отливают рабочие органы из «нирезиста» — чугуна, близкого по составу к аустенитному корро­зион­нос­той­кому чугуну.

Литейные свойства цериево-бористого чугуна и аустенитного коррозион­нос­тойкого чугуна значительно отличаются: коррозионностойкий чугун обла­дает повышенными усадочными свой­ствами и имеет высокую температуру за­лив­ки.

Аустенитный коррозионностойкий чугун склонен к мартенситному прев­ра­щению, сопровождающемуся увеличением объе­ма отливки при низких тем­пе­ратурах. Поэтому весьма важным свойством аустенитного коррозион­нос­той­ко­го чугуна является «ростоустойчивость» при температурах минус 55—60 °С.

Рост зерна и нестабильную твердость отливки можно устра­нить строгим соб­людением химического состава шихтовых ма­териалов и технологического рег­ламента литья.

Конструкция ступеней насосов создает определенные техно­логические слож­ности в их производстве из-за малых диамет­ральных габаритов деталей, узких гидравлических каналов, тон­ких профилей лопаток, а также высоких тре­бо­ваний к шерохо­ватости поверхностей.

Традиционная технология изготовления ступеней российскими произ­во­ди­те­лями — литье, причем, гидравлические каналы вы­полняются в песчаных стерж­нях.

В погружных насосах используются две принципиально раз­личные конст­рук­ции рабочих органов: с цилиндрическими и с наклонно-цилиндрическими фор­мами лопаток.

В рабочих органах с цилиндрическими лопатками образую­щие ци­линд­ри­чес­ких лопаток параллельны оси детали, что позволяет при изготовлении ли­тей­ных стержней извлекать все ло­патки стержневого ящика, формирующего стер­жень, одним дви­жением, параллельным основной оси отливки. Зна­чи­тель­но слож­нее изготовление литейного стержня рабочих органов с наклон­но-ци­линд­рическими лопатками, так как образующие таких ло­паток не параллельны оси насоса. Лопатки стержневого ящика, формирующего стержень, изв­ле­кают­ся из него под определен­ным углом к основной оси. Для обеспечения движения ло­паток стержневого ящика механическим способом требуется весьма сложная конст­рукция стержневой оснастки.

Литейные стержни рабочих органов с цилиндрическими ло­патками фор­муют­ся в настоящее время на пескострельных по­луавтоматах по «горячим ящи­кам», т.е. с использованием термо­реактивных смол в качестве крепителя [3].

Стержни рабочих органов с наклонно-цилиндрическими ло­патками фор­муют­ся из сырых стержневых смесей на пескострельных машинах с ручной раз­боркой стержневых ящиков и с последующей тепловой сушкой стержней.

Качество отливок значительно зависит от стабильности тех­нологических про­цессов: качества песка, крепителей, смол, плот­ности набивки стержней, форм и прочности стержней.

Требования к качеству отливок рабочих органов установлены ТУ-26-06-4111-001-88 и ТУ 26-06-1305-95, в которых оговарива­ются требования к отлив­кам по точности, шероховатости, рако­винам, спаям, недоливам и т.д.

Отклонение по ширине в меридиональном сечении рабочих каналов свыше плюс 0,3, минус 0,2 мм, наличие дефектов, уве­личивающих гидравлическое соп­ротивление каналов — шерохо­ватости, приливов, раковин и т.д., сверх раз­ре­шаемых ТУ, при­водит к снижению параметров ступени и насоса по напору и КПД ниже допустимых.

Шероховатость отливок находится в пределах Rz 40...80 мкм по ГОСТ 2789-83.

Этот интервал характерен для отливок рабочих органов, из­готавливаемых как российскими предприятиями, так и фирма­ми США, Китая и Европы. Более низ­кую (Rz10) шерохова­тость позволяет получить альтернативная тради­цион­но­му ли­тью технология получения заготовок методом порошковой ме­тал­лур­гии, разработанным АО «Новомет», которая предусмат­ривает:

- приготовление шихты требуемого химического состава;

- изготовление прессовок фрагментов (разный химический состав фраг­мен­тов позволяет придать им после спекания требу­емый комплекс фи­зи­ко-химических свойств);

- сборка фрагментов в детали;

- спекание деталей с одновременным соединением прессо­вок-фраг­мен­тов в единые заготовки по оригинальной запатен­тованной технологии;

- механическая обработка заготовок;

- пропитка готовых изделий составами, затрудняющими солеотложение и повышающими коррозионную стойкость.

Порошковая технология изготовления ступеней позволяет существенно по­высить КПД насосов (рис. 1.158) [3, 4].

Рис. 1.158. Характеристики степеней насосов ЭЦНМ, изготовленных по порошковой технологии:

— СН5-50 — серийная ступень:

— СНВ5-50 — новая, высоконапорная ступень

Порошковая технология позволила АО «Новомет» произво­дить к насосам вы­соконапорпые ступени новой, запатентован­ной конструкции, которые раз­ви­вают повышенный по сравне­нию с серийными ступенями напор на режимах ма­лых и боль­ших подач. Форма напорной характеристики высоконапорной сту­пе­ни удовлетворяет эксплуатационным требованиям освоения скважин после ре­мон­та, хотя при этом КПД высоконапорных ступеней по сравнению с ана­ло­гич­ны­ми ступенями, изготовлен­ными по порошковой же технологии, несколько сни­жается.

Высокие гидравлические характеристики насосов обеспечи­вает материал рай­тон, который фирма REDA использует наряду с нирезистом для изго­тов­ле­ния рабочих органов насосов низкой и средней производительности [3].

Райтон — полифенилиновая сульфидная смола (полисульфон), созданная фир­мой «Philips Petroleum Co» (США) для из­готовления деталей и покрытий. Ма­териал характеризуется от­личной химической сопротивляемостью и спо­соб­ностью не те­рять своих свойств при температурах до 232 °С. Райтон исполь­зует­ся для изготовления рабочих колес насосов. В шифрах таких насосов опу­ще­на буква «N», обозначающая нирезист, например, насос D1400.

Рабочие колеса из райтона превосходят по коррозионной абразивной и вы­со­котемпературной стойкости рабочие колеса из нирезиста из-за низкой теп­лос­тойкости шайбы из фенольного ламината, применяемой в металлических ко­ле­сах

Рабочие колеса и направляющие аппараты ЭЦН фирмы EST изго­тав­ли­вают­ся литьем из сплава Туре 1 Niresist (ASTM Ф436).

Корпуса изготавливаются из низкоуглеродистой стали (С1035 или экви­ва­лент­ной).

Материалом модуль-головки является низкоуглеродистая сталь (С 1026 или эквивалентная).

Валы изготавливаются из высокопрочной нержавеющей ста­ли (Nitronic 50 или эквивалентной). Концы валов имеют шлицы в соответствии SAE. Ма­те­риа­лом муфты валов является высоко­прочная нержавеющая сталь или сплав К-500 Monel.

Болты для соединения секций насоса изготавливаются из стали A151 3140, 4037 или 5137. Имеются также болты из сплава К-500 Monel.

Все кольцевые уплотнения отливаются из высоконасыщенного нитрила, используемого также в погружных электродвига­телях.

Сетка входного модуля изготавливается из нержавеющей стали.

Для снижения отложений солей и парафинов применяются эпоксидные и теф­лоновые покрытия. Толщина эпоксидного — 0,1—0,2 мм, тефлонового — 0,025—1,8 мм. Напы­ление твердого покрытия (вольфрам, карбид хрома) по­вы­шает абразивостоикость ступени.

Особенности конструкции насосов, характеризующиеся большим соот­но­ше­нием длины к диаметру и высокими нагрузками в корпуса и валы, обус­лав­ли­вают высокие требования к точности их изготовления и прочностным ха­рак­те­ристикам (табл. 1.73, 1.74) [3].

Для условий работы в активнокоррозионной среде фирма REDA выпускает на­сосы с корпусными деталями (модуль насоса, входной модуль, головка) из спла­ва Redalloy (редаллой) представляющего собой ферритную сталь, содер­жа­щую 0,008% углерода.

Таблица 1.73