СТУПЕНЬ ПОГРУЖНОГО МНОГОСТУПЕНЧАТОГО ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА

СТУПЕНЬ ПОГРУЖНОГО МНОГОСТУПЕНЧАТОГО ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА


RU (11) 2220327 (13) C2

(51) 7 F04D13/10, F04D29/02 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 07.12.2007 - действует 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 2002106717/06 
(22) Дата подачи заявки: 2002.03.15 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2002.03.15 
(45) Опубликовано: 2003.12.27 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: БОГДАНОВ А.А. Погружные центробежные электронасосы для добычи нефти. - М.: Недра, 1968. с.47-49, рис.35.
RU 24518 U1, 10.08.2002.
RU 1725 U1, 16.02.1996.
RU 2114334 C1, 27.06.1998.
RU 2193115 C1, 26.11.2002.
US 4781531 A, 01.11.1988.
GB 2145772 A, 16.04.1985.
US 4741668 A, 03.05.1988.
US 5133639 A, 28.07.1992. 
(72) Автор(ы): Глускин Я.А.; Пальчиков А.И. 
(73) Патентообладатель(и): Общество с ограниченной ответственносью " Борец" 
Адрес для переписки: 127018, Москва, ул. Складочная, 6, ООО "Борец", И.О.начальника БНТИ Р.С.Ивановой 

(54) СТУПЕНЬ ПОГРУЖНОГО МНОГОСТУПЕНЧАТОГО ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА 

Изобретение относится к гидромашиностроению и может быть использовано, в частности, при создании погружных центробежных насосов для добычи нефти из скважин с высоким содержанием газа в пластовой жидкости. Ступень насоса содержит направляющий аппарат и рабочее колесо, выполненное в виде единого целого со втулкой. Внешняя цилиндрическая поверхность втулки образует пару трения с соответствующей внутренней цилиндрической поверхностью направляющего аппарата. Одна из деталей, поверхности которых образуют упомянутую пару трения, выполнена из спеченного пористого металлического материала, а вторая - из литейного чугуна нирезиста. При этом, по меньшей мере, часть детали из спеченного пористого металлического материала пропитана сплавом с высоким содержанием меди. Изобретение направлено на снижение себестоимости и повышение технологичности ступени насоса с одновременным повышением антифрикционных свойств пары трения, повышением коррозионной стойкости, исключением возможности сваривания трущихся деталей и уменьшением срока приработки трущихся поверхностей. 6 з.п. ф-лы, 1 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к гидромашиностроению и может быть использовано, в частности, в нефтедобывающей промышленности при создании погружных центробежных насосов, предназначенных для добычи нефти из скважин с высоким содержанием газа в пластовой жидкости.

Известна ступень скважинного многоступенчатого центробежного насоса (А.А. Богданов. Погружные центробежные электронасосы для добычи нефти, М., Недра, 1968, с. 47-49, Рис. 35), содержащая направляющий аппарат и рабочее колесо, при этом рабочее колесо выполнено в виде единого целого со втулкой, внешняя цилиндрическая поверхность которой совместно с соответствующей внутренней цилиндрической поверхностью направляющего аппарата образует пару трения.

Недостатком прототипа является низкая износостойкость пары трения, обусловленная тем, что рабочее колесо и направляющий аппарат выполнены из литейного чугуна. Кроме того, в описанном устройстве не исключена возможность сваривания деталей, образующих пару трения, в зонах сухого трения при высоком содержании газа в пластовой жидкости.

Таким образом, задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, состоит в создании ступени погружного многоступенчатого центробежного насоса, предназначенного для добычи нефти из скважин с высоким содержанием газа в пластовой жидкости.

Технический результат, достигаемый при реализации изобретения, заключается в снижении себестоимости и повышении технологичности ступени погружного многоступенчатого центробежного насоса с одновременным повышением антифрикционных свойств пары трения, образуемой поверхностями рабочего колеса и направляющего аппарата, повышением коррозионной стойкости, исключением возможности сваривания трущихся деталей при повышенном содержании газа в потоке пластовой жидкости, уменьшении срока приработки трущихся поверхностей.

Ступень погружного многоступенчатого центробежного насоса согласно изобретению содержит направляющий аппарат и рабочее колесо, выполненное в виде единого целого со втулкой, внешняя цилиндрическая поверхность которой образует пару трения с соответствующей внутренней цилиндрической поверхностью направляющего аппарата. При этом, в отличие от прототипа, одна из деталей, поверхности которых образуют упомянутую пару трения, выполнена из спеченного пористого металлического материала, а вторая деталь выполнена из литейного чугуна нирезиста. При этом, по меньшей мере, часть детали из спеченного пористого металлического материала пропитана сплавом с высоким содержанием меди.

В частном случае реализации изобретения, спеченный пористый металлический материал может иметь остаточную пористость после пропитки сплавом с высоким содержанием меди в пределах от 5 до 30%.

В частном случае реализации изобретения, содержание меди в спеченном пористом металлическом материале после его пропитки может находиться в пределах от 5 до 15%.

В частном случае реализации изобретения, деталь ступени из спеченного пористого металлического материала может быть выполнена из составных частей, преимущественно, одинакового состава, соединенных между собой в процессе спекания порошка.

В частном случае реализации изобретения, деталь ступени из спеченного пористого металлического материала может быть пропитана сплавом с высоким содержанием меди вблизи поверхностного слоя и в местах соединения составных частей.

В частном случае реализации изобретения, деталь ступени из спеченного пористого металлического материала может быть пропитана сплавом с высоким содержанием меди по всему объему.

В частном случае реализации изобретения, спеченный пористый металлический материал может быть сформирован из порошка чугуна нирезиста.

На чертеже изображена ступень погружного многоступенчатого центробежного насоса.

Ступень содержит направляющий аппарат 1 и рабочее колесо 2. Направляющий аппарат 1 состоит из выполненных в виде единого целого стакана 3, нижнего диска 4, лопастей 5, верхнего диска 6 и втулки 7 с внутренней цилиндрической поверхностью 8. Рабочее колесо 2 состоит из выполненных в виде единого целого втулки 9, верхнего диска 10, лопастей 11 и нижнего диска 12. Втулка 9 имеет внешнюю цилиндрическую поверхность, нижняя часть 13 которой образует пару трения с внутренней поверхностью 8 втулки направляющего аппарата соответствующей ступени насоса, а верхняя часть 14 образует пару трения с внутренней поверхностью втулки направляющего аппарата следующей ступени.

Втулка 9 установлена на валу насоса и зафиксирована от проворота посредством шпонки (не чертеже не показана). В пазах дисков 10 и 12 закреплены антифрикционные шайбы 15 и 16, изготовленные из текстолита.

Направляющий аппарат 1 выполнен из упрочненного пористого порошкового материала, соответствующего ТУ 3498-055-20720914-98 на порошковый композитный материал (марка материала ПК 90Д25). Химический состав порошкового материала (в мас.%): углерод 0,7-1,3, медь 20,0 -30,0, железо - остальное, механические свойства: твердость НВ не менее 150, разрушающее усилие на втулку - 10 кН, остаточная пористость после изготовления от 2 до 10%.

Рабочее колесо 2 выполнено из чугуна аустенитного модифицированного типа “Нирезист”, соответствующего ТУ 26-06-1305-95. Химический состав чугуна (в мас.%): углерод 2,7-3,1, кремний 1,2-1,9, марганец 0,85-1,5, хром 0,7-1,5, никель 15-17, медь 6,1-8, алюминий 0,01-0,3, кальций 0,02-0,1, редкоземельные металлы 0,01-0,08, ниобий 0,005-0,02, барий 0,05-0,1, тантал 0,003-0,01, фосфор 0,001-0,25, сера 0,001-0,03, магний 0,01-0,07, железо - остальное, механические свойства: твердость НВ от 120 до 180, предел прочности на сжатие - 18 кг/мм2.

Направляющий аппарат изготавливают следующим образом. Предварительно двухсторонним прессованием порошкового чугуна формируют части заготовки рабочего колеса: стакан, верхний диск, нижний диск с лопастями и втулку. Затем осуществляют спекание частей заготовки с обеспечением исходной пористости структуры 18% и собирают заготовку, закрепляя на верхней поверхности пропиточные брикеты из порошка на основе сплава меди, а на соединяемые поверхности с помощью шликерной технологии наносят мелкодисперсный порошок аналогичного состава. Помещают собранную заготовку в муфельную печь и нагревают печь до температуры, превышающей температуру плавления меди. В процессе выдержки заготовки в печи происходит диффузионная сварка частей заготовки и инфильтрация легкоплавкого компонента (сплава меди) по всему объему заготовки. Содержание меди в материале заготовки составляет 10%, из которых около 4% Си находится в виде твердого раствора замещения с железом, а 6% выделяется в порах, при этом обеспечивается остаточная пористость детали около 12%.

После этого заготовку подвергают механической обработке для удаления поверхностного слоя, сформированного при спекании, и пропитке медным сплавом, а также для получения необходимых геометрических размеров.

Возможно выполнение направляющего колеса 1 из порошка чугуна типа “нирезист” описанного выше состава, что обеспечивает дополнительное повышение механических свойств ступени насоса.

Устройство работает следующим образом.

Подводимая через направляющий аппарат 1 пластовая жидкость проходит через каналы вращаемого валом рабочего колеса 2, увеличивая свою кинетическую энергию. От рабочего колеса пластовая жидкость поступает к направляющему аппарату следующей ступени насоса. Затем через каналы указанного направляющего аппарата жидкость направляется на вход рабочего колеса следующей ступени.

При прохождении через ступень потока пластовой жидкости, входящие в ее состав частицы нефти проникают в поры наружной поверхности 8 втулки направляющего аппарата. При износе поверхности 8 происходит открытие новых пор, расположенных глубже в теле втулки. На участках контакта поверхности 8 с газом, содержащимся в пластовой жидкости, частицы нефти выделяются из пор, обеспечивая смазку трущихся поверхностей.

Пропитка материала детали медным сплавом приводит к снижению скорости коррозии в ~ 10-15 раз за счет закрытия пор или уменьшения их размера, а также за счет создания защитного барьера из меди в приповерхностном слое. Кроме того, пропитка медью или ее сплавом обеспечивает значительное увеличение механической прочности детали. Если содержание меди в материале детали составляет менее 5%, описанный технический результат не достигается в полной мере, а увеличение содержания меди более 15% нецелесообразно из-за незначительности повышения получаемого эффекта.

В процессе работы насоса пластовая жидкость, находящаяся под высоким давлением, проникает в поры детали, выполненной из спеченного пористого металлического материала. Частицы нефти, входящие в состав пластовой жидкости, задерживаются в порах вследствие более высокой адгезии к материалу ступени, чем у воды и других компонентов пластовой жидкости. Наличие большого количества газа в пластовой жидкости препятствует равномерному поступлению пластовой жидкости к трущимся поверхностям ступени. При протекании потока пластовой жидкости с высоким содержанием газа частицы нефти, обладающие хорошими смазывающими свойствами, выделяются из пор, в результате чего предотвращается схватывание трущихся поверхностей. Описанный технический результат не достигается в полной мере, если остаточная пористость после пропитки детали составляет менее 5%, а остаточная пористость выше 30% ухудшает эксплуатационные свойства детали за счет образования сквозных пор, приводящих к просачиванию пластовой жидкости и ускорению коррозии детали.

Кроме того, движение потока пластовой жидкости задерживается вблизи пористой поверхности, что обеспечивает возникновение гидродинамического клина, существенно уменьшающего трение между трущимися поверхностями рабочего колеса и направляющего аппарата.

Пара трения типа чугун - пористый материал, которые имеют близкие значения твердости, обеспечивает хорошую прирабатываемость деталей ступени.

Выполнение рабочего колеса заодно со втулкой позволяет избежать деформации и перекоса деталей при нагреве во время работы насоса за счет разного коэффициента теплового расширения указанных деталей. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



1. Ступень погружного многоступенчатого центробежного насоса, содержащая направляющий аппарат и рабочее колесо, выполненное в виде единого целого со втулкой, внешняя цилиндрическая поверхность которой образует пару трения с соответствующей внутренней цилиндрической поверхностью направляющего аппарата, отличающаяся тем, что одна из деталей, поверхности которых образуют упомянутую пару трения, выполнена из спеченного пористого металлического материала, а вторая деталь выполнена из литейного чугуна нирезиста, при этом, по меньшей мере, часть детали из спеченного пористого металлического материала пропитана сплавом с высоким содержанием меди.

2. Ступень по п.1, отличающаяся тем, что спеченный пористый металлический материал имеет остаточную пористость после пропитки сплавом с высоким содержанием меди в пределах 5-30%.

3. Ступень по любому из п.1 или 2, отличающаяся тем, что содержание меди в спеченном пористом металлическом материале после его пропитки находится в пределах 5-15%.

4. Ступень по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что деталь ступени из спеченного пористого металлического материала выполнена из составных частей преимущественно одинакового состава, соединенных между собой в процессе спекания порошка.

5. Ступень по п.4, отличающаяся тем, что деталь ступени из спеченного пористого металлического материала пропитана сплавом с высоким содержанием меди вблизи поверхностного слоя и в местах соединения составных частей.

6. Ступень по п.4, отличающаяся тем, что деталь ступени из спеченного пористого металлического материала пропитана сплавом с высоким содержанием меди по всему объему.

7. Ступень по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что спеченный пористый металлический материал сформирован из порошка чугуна нирезиста.






ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал
Насосы и компрессорное оборудование






СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+центробежный -насос".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "насос" будут найдены слова "насосы", "насосом" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("насос!").



Рейтинг@Mail.ru