CHUYKO KIRILL ALEXANDROVICH (RU)
CHUYKO ANASTASIA ALEKSANDROVNA (RU)
KUZYAEV FYARIT FATIKHOVICH (RU)
SHVETSOV ANDREY YURYEVICH (RU)
CHUYKO KIRILL ALEXANDROVICH (RU)
CHUYKO ANASTASIA ALEKSANDROVNA (RU)
KUZYAEV FYARIT FATIKHOVICH (RU)
SHVETSOV ANDREY YURYEVICH (RU)
| RU2220327C2 | 2003-12-27 | |||
| RU39652U1 | 2004-08-10 | |||
| DE19815677A1 | 1999-10-14 | |||
| SU1822449A3 | ||||
| RU2068037C1 | 1996-10-20 |
| формула изобретения
1. рабочий орган погружного многоступенчатого насоса, содержащий рабочее колесо с ведущим и ведомым дисками, между которыми размещены лопатки, и направляющий аппарат, включающий в себя стакан с верхним и нижним дисками, между которыми размещены профилированные лопатки, отличающийся тем, что все элементы рабочего органа изготовлены из алюминиевого сплава либо из стали или чугуна с нанесенным на стальную или чугунную поверхность всех элементов керамическим покрытием Al 2 O 3 из не менее чем двух слоев.
2. рабочий орган по п. l , отличающийся тем, что первый - нижний барьерный слой керамического покрытия Al 2 O 3 имеет толщину от 0,001 мкм до 2 мкм и высокую плотность - около 100%.
3. рабочий орган по п. l , отличающийся тем, что суммарная толщина керамического покрытия Al 2 O 3 находится в диапазоне от 2 до 1000 мкм.
4. рабочий орган по п. l , отличающийся тем, что пористость верхних слоев керамического покрытия Al 2 O 3 находится в диапазоне от 2 до 50%.
5. рабочий орган по п. l , отличающийся тем, что размер пор находится в диапазоне 0,1 мкм до 15 мкм.
6. рабочий орган по п.l, отличающийся тем, что толщина покрытия на основе алюминия составляет от 2 мкм до 1000 мкм и более.
7. рабочий орган погружного многоступенчатого насоса, содержащий рабочее колесо с ведущим и ведомым дисками, между которыми размещены лопатки, и направляющий аппарат, включающий в себя стакан с верхним и нижним дисками, между которыми размещены профилированные лопатки, отличающийся тем, что рабочее колесо изготовлено из алюминиевого сплава либо из стали или чугуна с нанесенным на стальную или чугунную поверхность покрытием на основе алюминия, при этом на проточной части рабочего колеса, которая образована внутренними поверхностями его дисков, а также его лопатками, сформировано керамическое покрытие Al 2 O 3 из не менее чем двух слоев. 8. рабочий орган по п.7, отличающийся тем, что первый - нижний барьерный слой керамического покрытия Al 2 O 3 имеет толщину от 0,001 мкм до 2 мкм и высокую плотность - около 100%.
9. рабочий орган по п.7, отличающийся тем, что суммарная толщина керамического покрытия Al 2 O 3 находится в диапазоне от 2 до 1000 мкм.
10. рабочий орган по п.7, отличающийся тем, что пористость верхних слоев керамического покрытия Al 2 O 3 находится в диапазоне от 2 до 50%. 11. рабочий орган по п.7, отличающийся тем, что размер пор находится в диапазоне 0,1 мкм до 15 мкм.
12. рабочий орган по п.7, отличающийся тем, что толщина покрытия на основе алюминия составляет от 2 мкм до 1000 мкм и более.
13. рабочий орган погружного многоступенчатого насоса, содержащий рабочее колесо с ведущим и ведомым дисками, между которыми размещены лопатки, и направляющий аппарат, включающий в себя стакан с верхним и нижним дисками, между которыми размещены профилированные лопатки, отличающийся тем, что направляющий аппарат изготовлен из алюминиевого сплава либо из стали или чугуна с нанесенным на стальную или чугунную поверхность покрытием на основе алюминия, при этом на проточной части направляющего аппарата, которая образована внутренними поверхностями его стакана с дисками, а также его лопатками, сформировано керамическое покрытие Al 2 оз из не менее чем двух слоев.
14. рабочий орган по п. 13, отличающийся тем, что первый - нижний барьерный слой керамического покрытия Al 2 O 3 имеет толщину от 0,001 мкм до 2 мкм и высокую плотность - около 100%.
15. рабочий орган по п. 13, отличающийся тем, что суммарная толщина керамического покрытия Al 2 O 3 находится в диапазоне от 2 до 1000 мкм. 16. рабочий орган по п. 13, отличающийся тем, что пористость верхних слоев керамического покрытия Al 2 O 3 находится в диапазоне от 2 до 50%.
17. рабочий орган по п. 13, отличающийся тем, что размер пор находится в диапазоне 0,1 мкм до 15 мкм. 18. рабочий орган по п.13, отличающийся тем, что толщина покрытия на основе алюминия составляет от 2 мкм до 1000 мкм и более.
19. рабочий орган погружного многоступенчатого насоса, содержащий рабочее колесо с ведущим и ведомым дисками, между которыми размещены лопатки, и направляющий аппарат, включающий в себя стакан с верхним и нижним дисками, между которыми размещены профилированные лопатки, отличающийся тем, что все элементы рабочего органа изготовлены из алюминиевого сплава либо из стали или чугуна с нанесенным на стальную или чугунную поверхность покрытием на основе алюминия, при этом на ступени сформировано керамическое покрытие Al 2 O 3 из не менее чем двух слоев, а на керамическое покрытие нанесено полимерное покрытие с высокой антиадгезионной способностью.
20. рабочий орган по п.19, отличающийся тем, что первый - нижний барьерный слой керамического покрытия Al 2 O 3 имеет толщину от 0,001 мкм до 2 мкм и высокую плотность - около 100%. 21. рабочий орган по п.19, отличающийся тем, что суммарная толщина керамического покрытия Al 2 O 3 находится в диапазоне от 5 до 1000 мкм.
22. рабочий орган по п.19, отличающийся тем, что пористость верхних слоев керамического покрытия Al 2 O 3 находится в диапазоне от 2 до 50%.
23. рабочий орган по п.19, отличающийся тем, что размер пор находится в диапазоне 0,1 мкм до 15 мкм.
24. рабочий орган по п.19, отличающийся тем, что толщина покрытия на основе алюминия составляет от 2 мкм до 1000 мкм и более. 25. рабочий орган по п.19, отличающийся тем, что полимерное покрытие представляет собой тефлоновое покрытие.
26. рабочий орган погружного многоступенчатого насоса, содержащий рабочее колесо с ведущим и ведомым дисками, между которыми размещены лопатки, и направляющий аппарат, включающий в себя стакан с верхним и нижним дисками, между которыми размещены профилированные лопатки, отличающийся тем, что рабочее колесо изготовлено из алюминиевого сплава либо из стали или чугуна с нанесенным на стальную или чугунную поверхность покрытием на основе алюминия, при этом на проточной части рабочего колеса, которая образована внутренними поверхностями его дисков, а также его лопатками, сформировано керамическое покрытие Al 2 O 3 из не менее чем двух слоев, а на керамическое покрытие нанесено полимерное покрытие с высокой антиадгезионной способностью.
27. рабочий орган по п.26, отличающийся тем, что первый - нижний барьерный слой керамического покрытия Al 2 O 3 имеет толщину от 0,001 мкм до 2 мкм и высокую плотность - около 100%.
28. рабочий орган по п.26, отличающийся тем, что суммарная толщина керамического покрытия Al 2 O 3 находится в диапазоне от 5 до 1000 мкм.
29. рабочий орган по п.26, отличающийся тем, что пористость верхних слоев керамического покрытия Al 2 O 3 находится в диапазоне от 2 до 50%.
30. рабочий орган по п.26, отличающийся тем, что размер пор находится в диапазоне 0,1 мкм до 15 мкм.
31. рабочий орган по п.26, отличающийся тем, что толщина покрытия на основе алюминия составляет от 2 мкм до 1000 мкм и более.
32. рабочий орган по п.26, отличающийся тем, что полимерное покрытие представляет собой тефлоновое покрытие.
33. рабочий орган погружного многоступенчатого насоса, содержащий рабочее колесо с ведущим и ведомым дисками, между которыми размещены лопатки, и направляющий аппарат, включающий в себя стакан с верхним и нижним дисками, между которыми размещены профилированные лопатки, отличающийся тем, что направляющий аппарат изготовлен из алюминиевого сплава либо из стали или чугуна с нанесенным на стальную или чугунную поверхность покрытием на основе алюминия, при этом на проточной части направляющего аппарата, которая образована внутренними поверхностями его стакана с дисками, а также его лопатками, сформировано керамическое покрытие Al 2 Oз из не менее чем двух слоев, а на керамическое покрытие нанесено полимерное покрытие с высокой антиадгезионной способностью.
34. рабочий орган по п.33, отличающийся тем, что первый - нижний барьерный слой керамического покрытия Al 2 O 3 имеет толщину от 0,001 мкм до 2 мкм и высокую плотность - около 100%.
35. рабочий орган по п.зз, отличающийся тем, что суммарная толщина керамического покрытия Al 2 O 3 находится в диапазоне от 5 до 1000 мкм.
36. рабочий орган по п.зз, отличающийся тем, что пористость верхних слоев керамического покрытия Al 2 O 3 находится в диапазоне от 2 до 50%.
37. рабочий орган по п.зз, отличающийся тем, что размер пор находится в диапазоне 0,1 мкм до 15 мкм.
38. рабочий орган по п.зз, отличающийся тем, что толщина покрытия на основе алюминия составляет от 2 мкм до 1000 мкм и более.
39. рабочий орган по п.зз, отличающийся тем, что полимерное покрытие представляет собой тефлоновое покрытие. |
рабочий орган погружного многоступенчатого насоса
(варианты)
область техники
изобретения относятся к устройствам для добычи нефти и нефтяных жидкостей из скважин, преимущественно к многоступенчатым центробежным и центробежно-вихревым насосам для добычи пластовой жидкости и работы в системе поддержания пластового давления. рабочий орган погружного многоступенчатого насоса включает рабочее колесо, содержащее ведущий и ведомый диски с размещенными между ними лопатками, и направляющий аппарат с профилированными лопатками.
уровень техники
современное состояние нефтедобывающей промышленности характеризуется существенным ухудшением эксплуатационных условий скважинного оборудования.
факторов, влияющих- на работу установок электрических центробежных насосных (уэцн), очень много: начиная от конструкций скважины и насоса, и заканчивая процессами, проходящими в самом пласте. совокупность всех осложнений приводит к резкому снижению эффективности работы уэцн. в связи с этим становятся актуальными разработки, направленные на повышение показателей эффективности работы насоса. к основным осложняющим факторам, приводящим к снижению эффективности работы уэцн, можно отнести: газ, вода, отложение солей и асфальто-смоло-парафиновых
отложений (аспо), наличие механических примесей в добываемой из пласта жидкости и др.
вследствие того, что безводный период эксплуатации скважин занимает малую часть от общего периода, влияние воды на работу уэцн начинается практически с момента начала работы скважины. появление в нефти пластовой воды приводит к целому ряду осложнений при эксплуатации уэцн.
по своему химическому составу нефть склонна к образованию эмульсий, поскольку в ее состав входят активные эмульгаторы-асфальтены и смолы. процессу образования эмульсий способствуют глина и песок, принесенные с поверхности или из пласта. так как вязкость и устойчивость эмульсии зависят от дисперсности водонефтяных смесей, а уэцн является одним из лучших диспергаторов, то в процессе прохождения жидкости через рабочие колеса образуется эмульсия, вязкость которой может повышаться в десятки раз по сравнению с чистой нефтью. увеличение вязкости негативно отражается на рабочих характеристиках уэцн.
другой формой осложнения является появление высокоминерализованной пластовой воды, что приводит к сильной коррозии и активному солеотложению в органах насоса. это связано с высокой коррозионной активностью пластовой воды. сочетание воздействия высокоминерализованной воды и электрического тока приводят к возникновению электрохимической коррозии металла. если к
этим факторам добавляется низкое забойное давление, то происходит активное солеотложение в рабочих органах насоса.
другим постоянным спутником нефти при ее добыче является газ. при попадании газа в рабочие органы насоса образуются газовые каверны, величина которых соизмерима с размерами канала ступени. при этом происходит ухудшение энергообмена между рабочим колесом и жидкостью. частицы жидкости, окружающие пузырек, находятся под действием все возрастающей разности давления жидкости и давления внутри пузырька и движутся к его центру ускоренно. при полной конденсации пузырька происходит столкновения частиц жидкости, сопровождающиеся мгновенным местным повышением давления, достигающим сотен мегапаскаль. это приводит к разрушению поверхности рабочих органов насоса. в добываемой жидкости находятся различные механические примеси. это могут быть соли, продукты разрушения пласта и механические примеси, принесенные с поверхности при ремонтах скважин. создание на забое скважины перепада давления приводит к частичному разрушению скелета горной породы. мелкие частицы породы вместе с жидкостью попадают в насос и абразивно изнашивают поверхности рабочих органов.
из-за изменения геометрических параметров рабочих колес, вследствие износа поверхности рабочих органов, и их значительной массы возникает дисбаланс и, как следствие, это приводит к существенной вибрации уэцн. при этом собственная вибрация насоса передается практически на всю длину эксплуатационной колонны. повышенные
виброперемещения вызывают знакопеременные напряжения в области соединения узлов уэцн между собой, стимулируя их разрушение в месте соединения. в результате под воздействием вибрации нарушается герметичность колоны, а следовательно появляются межколонные перетоки.
таким образом, рабочие органы погружных насосов для добычи нефти в процессе их эксплуатации подвергаются интенсивному гидроабразивному износу. это приводит, во- первых, к снижению напора в насосной установке, а во-вторых, к появлению повышенных вибраций, которые в последствии приводят к нарушению герметичности колоны.
наличие в пластовой жидкости сопутствующих газов приводит к возникновению эрозии поверхности проточной части рабочих органов и вследствие этого к увеличению гидродинамического сопротивления и снижению кпд насоса.
наличие в пластовой жидкости агрессивных газов и жидкостей вызывает интенсивную коррозию рабочих органов.
наличие электрохимического потенциала, в сочетании с высокой агрессивностью пластовой жидкости и электропроводностью рабочих органов вызывает интенсивную электрохимическую коррозию последних.
вследствие электропроводности материала, из которого изготовлены рабочие органы, при наличии в пластовой жидкости солей происходит интенсивное солеотложение на поверхности проточной части рабочих органов. в результате сечение проточной части забивается и существенно снижается напор в насосе.
поверхности рабочих органов, изготовленных из металла, обладают достаточно высокой адгезионной способностью. при наличии в пластовой жидкости парафинов в проточной части рабочих органов происходит их интенсивное отложение. в результате каналы быстро забиваются и напор соответственно падает. усугубляет ситуацию тот факт, что осложнения не встречаются по отдельности. чаще всего эксплуатируемые скважины имеют целый набор осложнений, которые снижают эффективность работы уэцн. один вид осложнения может привести к появлению новых проблем при эксплуатации.
известны технические решения, которые направлены на повышение коррозионной стойкости, износостойкости, и, как следствие, повышение надежности погружных многоступенчатых насосов (см. например, RU 2274769, 20.04.2006; RU 55901 , 27.08.2006; RU 54630, 10.07.2006; RU 24517, 10.08.2002).
в известных технических решениях в частности предлагается изготавливать рабочее колесо насоса из пластмассы или с пластмассовым покрытием или из упрочненного пористого порошкового материала, или из чугуна с насыщенным диффундирующим веществом, обеспечивающим повышение коррозионной стойкости, поверхностным слоем. однако все эти технические решения не обеспечивают в достаточной степени повышение коррозионной стойкости, износостойкости, надежности погружного многоступенчатого насоса.
сущность изобретения
технической задачей, на решение которой направлены заявленные изобретения, является:
1. повышение коррозионной стойкости рабочих органов погружных насосов для добычи нефти;
2. 3 ащита от электрохимической коррозии рабочих органов погружных насосов для добычи нефти; 3. повышение износостойкости рабочих органов погружных насосов для добычи нефти; 4. п овышение стойкости к эрозионному износу рабочих органов погружных насосов для добычи нефти;
5. снижение солеотложения в проточной части рабочих органов погружных насосов для добычи нефти;
6. снижение асфальто-смоло-парафиновых отложений в проточной части рабочих органов погружных насосов для добычи нефти;
7. снижение веса погружного оборудования;
8. снижение вибрации насосного оборудования;
9. увеличение кпд насосного оборудования. поставленная задача решается следующим образом.
в первом варианте выполнения изобретения: рабочий орган (ступень) погружного многоступенчатого насоса содержит рабочее колесо с ведущим и ведомым дисками, между которыми размещены лопатки, и направляющий аппарат, который включает в себя стакан с верхним и нижним дисками, между которыми размещены профилированные лопатки. при этом все элементы рабочего органа выполнены из алюминиевого сплава либо из стали или чугуна с нанесенным
на стальную или чугунную поверхность покрытием на основе алюминия, при этом на всех элементах сформировано керамическое покрытие Al 2 O 3 из не менее чем двух слоев.
кроме того: - первый - нижний барьерный слой керамического покрытия Al 2 O 3 имеет толщину от 0,001 мкм до 2 мкм и высокую плотность - около 100%;
- суммарная толщина керамического покрытия Al 2 O 3 находится в диапазоне от 2 до 1000 мкм; - пористость верхних слоев керамического покрытия Al 2 O 3 находится в диапазоне от 2 до 50%;
- размер пор находится в диапазоне 0,1 мкм до 15 мкм.
- толщина покрытия на основе алюминия составляет от 2 мкм до 1000 мкм и более. во втором варианте выполнения:
рабочий орган (ступень) погружного многоступенчатого насоса, содержит рабочее колесо с ведущим и ведомым дисками, между которыми размещены лопатки, и направляющий аппарат, который включает в себя стакан с верхним и нижним дисками, между которыми размещены профилированные лопатки. при этом рабочее колесо выполнено из алюминиевого сплава либо из стали или чугуна с нанесенным на стальную или чугунную поверхность покрытием на основе алюминия, при этом на проточной части рабочего колеса, которая образована внутренними поверхностями его дисков, а также его лопатками, сформировано керамическое покрытие Al 2 O 3 из не менее чем двух слоев. кроме того:
- первый - нижний барьерный слой керамического
покрытия Al 2 O 3 имеет толщину от 0,001 мкм до 2 мкм и высокую плотность - около 100%;
- суммарная толщина керамического покрытия Al 2 O 3 находится в диапазоне от 2 до 1000 мкм; - пористость верхних слоев керамического покрытия Al 2 O 3 находится в диапазоне от 2 до 50%;
- размер пор находится в диапазоне 0, 1 мкм до 15 мкм.
- толщина покрытия на основе алюминия составляет от 2 мкм до 1000 мкм и более. в третьем варианте выполнения:
рабочий орган погружного многоступенчатого насоса, содержит рабочее колесо с ведущим и ведомым дисками, между которыми размещены лопатки, и направляющий аппарат, который включает в себя стакан с верхним и нижним дисками, между которыми размещены профилированные лопатки. при этом направляющий аппарат изготовлен из алюминиевого сплава либо из стали или чугуна с нанесенным на стальную или чугунную поверхность покрытием на основе алюминия, при этом на проточной части направляющего аппарата, которая образована внутренними поверхностями его стакана с дисками, а также его лопатками, сформировано керамическое покрытие Al 2 O 3 из не менее чем двух слоев. кроме того:
- первый - нижний барьерный слой керамического покрытия Al 2 O 3 имеет толщину от 0,001 мкм до 2 мкм и высокую плотность - около 100%;
- суммарная толщина керамического покрытия Al 2 O 3 находится в диапазоне от 2 до 1000 мкм;
- пористость верхних слоев керамического покрытия Al 2 Oз находится в диапазоне от 2 до 50%;
- размер пор находится в диапазоне 0,1 мкм до 15 мкм.
- толщина покрытия на основе алюминия составляет от 2 мкм до 1000 мкм и более.
в четвертом варианте выполнения:
рабочий орган (ступень) погружного многоступенчатого насоса, содержит рабочее колесо с ведущим и ведомым дисками, между которыми размещены лопатки, и направляющий аппарат, который включает в себя стакан с верхним и нижним дисками, между которыми размещены профилированные лопатки. при этом все элементы рабочего органа выполнены из алюминиевого сплава либо из стали или чугуна с нанесенным на стальную или чугунную поверхность покрытием на основе алюминия, при этом на ступени сформировано керамическое покрытие Al 2 O 3 из не менее чем двух слоев, а на керамическое покрытие нанесено полимерное покрытие с высокой антиадгезионной способностью. кроме того: - первый - нижний барьерный слой керамического покрытия Al 2 O 3 имеет толщину от 0,001 мкм до 2 мкм и высокую плотность - около 100%;
- суммарная толщина керамического покрытия Al 2 O 3 находится в диапазоне от 2 до 1000 мкм; - пористость верхних слоев керамического покрытия Al 2 O 3 находится в диапазоне от 2 до 50%;
- размер пор находится в диапазоне 0, 1 мкм до 15 мкм;
- толщина покрытия на основе алюминия составляет от 2 мкм до 1000 MKM и более;
- полимерное покрытие представляет собой тефлоновое покрытие. в пятом варианте выполнения:
рабочий орган (ступень) погружного многоступенчатого насоса, содержит рабочее колесо с ведущим и ведомым дисками, между которыми размещены лопатки, и направляющий аппарат, который включает в себя стакан с верхним и нижним дисками, между которыми размещены профилированные лопатки. при этом рабочее колесо выполнено из алюминиевого сплава либо из стали или чугуна с нанесенным на стальную или чугунную поверхность покрытием на основе алюминия, при этом на проточной части рабочего колеса, которая образована внутренними поверхностями его дисков, а также его лопатками, сформировано керамическое покрытие Al 2 Oз из не менее чем двух слоев, а на керамическое покрытие нанесено полимерное покрытие с высокой антиадгезионной способностью. кроме того:
- первый - нижний барьерный слой керамического покрытия Al 2 Oз имеет толщину от 0,001 мкм до 2 мкм и высокую плотность - около 100%;
- суммарная толщина керамического покрытия Al 2 Cb находится в диапазоне от 2 до 1000 мкм;
- пористость верхних слоев керамического покрытия Al 2 Oз находится в диапазоне от 2 до 50%;
- размер пор находится в диапазоне 0,1 мкм до 15 мкм;
- толщина покрытия на основе алюминия составляет от 2 мкм до 1000 MKM и более;
- полимерное покрытие представляет собой тефлоновое покрытие. в шестом варианте выполнения:
ступень (рабочий орган) погружного многоступенчатого насоса, содержит рабочее колесо с ведущим и ведомым дисками, между которыми размещены лопатки, и направляющий аппарат, который включает в себя стакан с верхним и нижним дисками, между которыми размещены профилированные лопатки. при этом направляющий аппарат выполнен из алюминиевого сплава либо из стали или чугуна с нанесенным на стальную или чугунную поверхность покрытием на основе алюминия, при этом на проточной части направляющего аппарата, которая образована внутренними поверхностями его стакана с дисками, а также его лопатками, сформировано керамическое покрытие Al 2 Oз из не менее чем двух слоев, а на керамическое покрытие нанесено полимерное покрытие с высокой антиадгезионной способностью. кроме того:
- первый - нижний барьерный слой керамического покрытия Al 2 Oз имеет толщину от 0,001 мкм до 2 мкм и высокую плотность - около 100%;
- суммарная толщина керамического покрытия Al 2 O 3 находится в диапазоне от 2 до 1000 мкм;
- пористость верхних слоев керамического покрытия Al 2 O 3 находится в диапазоне от 2 до 50%;
- размер пор находится в диапазоне 0,1 мкм до 15 мкм;
- толщина покрытия на основе алюминия составляет от 2 мкм до 1000 мкм и более; в качестве полимерного покрытия использовано тефлоновое покрытие. перечень чертежей
изобретние поясняется графическими материалами, где на фиг. l показан рабочий орган погружного многоступенчатого насоса, на фиг.2 - рабочее колесо погружного многоступенчатого насоса, на фиг.з - направляющий аппарат погружного многоступенчатого насоса.
на указанных фигурах обозначены следующие позиции:
1. вал
2. 3 ащитная втулка
3. текстолитовое кольцо 4. P абочее колесо
5. направляющий аппарат
6. проточная часть
7. поток пластовой жидкости
8. ведущий диск рабочего колеса 9. защитное покрытие проточной части рабочего колеса
10. лопатка рабочего колеса
11 .ведомый диск рабочего колеса
12. стакан с верхним диском направляющего аппарата 13. защитное покрытие проточной части направляющего аппарата
14. лопатка направляющего аппарата
15. нижний диск направляющего аппарата
рабочие органы могут быть изготовлены из алюминиевого сплава (оптимальный вариант), стали или чугуна. в случае выполнения рабочих органов из стали или чугуна их поверхность предварительно покрывается алюминиевым сплавом (или чистым алюминием) из-за плохой адгезии керамического покрытия к стали и чугуну.
нижний слой защитного керамического покрытия Al 2 O 3 (защитное покрытие обозначено поз.9, 13 на фиг.2 и 3) благодаря сверхвысокой плотности и исключительной коррозионной стойкости надежно защищает проточную часть рабочего органа от коррозии, в частности от воздействия сероводорода. второй основной рабочий слой покрытия толщиной от 2 до 1000 мкм имеет очень высокую твердость и прочность. при этом по мере углубления в рабочий слой покрытия его твердость возрастает. его твердость достигает до 2500 единиц по виккерсу. данное покрытие по твердости уступает только алмазу.
керамическое покрытие Al 2 O 3 обладает очень высокой гидроабразивной износостойкостью. оно является диэлектриком и пробивное напряжение прямо пропорционально толщине покрытия. покрытие Al 2 O 3 обладает очень высокой коррозионной стойкостью. после шлифовки покрытия его поверхность имеет очень низкую адгезионную способность и маленький коэффициент трения. данное покрытие обладает очень высокой стойкостью к эрозионному износу. покрытие обладает высокой теплостойкостью (около 1000 0 C).
толщина рабочего слоя керамического покрытия диктуется с одной стороны, требуемым ресурсом по износостойкости, а с другой стороны, экономической целесообразностью. чем большая требуется износостойкость покрытия - тем большая выбирается толщина покрытия. для чисто коррозионно- стойкого исполнения выбирается минимальная толщина покрытия. при возникновении необходимости наложения покрывного полимерного покрытия толщина рабочего слоя керамического покрытия выбирается из соображения обеспечения высокой адгезии полимерного покрытия.
для обеспечения повышенной стойкости к электрохимической коррозии выбирается увеличенная толщина покрытия (повышаются диэлектрические свойства). наименьшая пористость рабочего слоя покрытия и наименьший размер пор выбирается при формировании покрытий коррозионно-стойких, и износостойких, а также для покрытий стойких к солеотложению.
повышенная пористость рабочего слоя покрытия выбирается для рабочих органов, стойких к асфальто-смоло- парафино отложениям. в последнем случае сверху рабочего слоя покрытия наносится полимерное покрытие, обладающее очень высокой антиадгезионной способностью (например, тефлон). повышенная пористость покрытия, а также увеличенный размер пор обеспечивает высокую адгезию полимерного покрытия к основному рабочему слою Al 2 O 3 . при этом износостойкость керамического покрытия с повышенной пористостью снижается.
рабочие органы насосов, изготовленные из алюминиевого сплава с керамическим покрытием, имеют вес почти в три раза меньший, чем стальные или чугунные. они не подвергаются коррозии, износу, отложению селей, парафинов. благодаря этому вибрация насосов с подобными рабочими органами сводится к минимуму или исключается вообще.
выше перечисленные факторы вследствие снижения гидродинамического сопротивления обеспечивают повышение кпд насосного оборудования, а также значительно увеличивает наработку на отказ насосов и, следовательно, снижает число текущих ремонтов скважин.
примеры реализации изобретения были проведены работы по формированию керамического покрытия из оксида алюминия на детали рабочих органов погружного многоступенчатого насоса по методу микродугового оксидирования. в электролитическую ванну со слабощелочным электролитом помещались обрабатываемые детали и образец свидетель из алюминиевого сплава AlMg5Si2Mn. к изделиям и электролитической ванне подводилось питание от специального источника тока. в качестве источника питания использовался специализированный инверторный источник с микропроцессорным управлением, обеспечивающий точное задание тока в пределах 0...205 а и его стабилизацию в период протекания технологического процесса. кроме того, источник питания обеспечивал стабилизацию напряжения, заданного в диапазоне 300...750 в. обработка производилась в анодно- катодном режиме. электролит охлаждался методом интенсивной
прокачки через пластинчатый теплообменник. перемешивание электролита осуществлялось специальным насосом с направлением струи непосредственно на обрабатываемые детали и образец свидетель. плотность тока составляла 20 а/дм 2 . время обработки составило 90 минут. температура электролита поддерживалась в диапазоне 19...21 0 C. после достижения анодного напряжения на нагрузке 620 вольт отключалась стабилизация тока и включалась стабилизация напряжения 620 вольт. при стабилизации напряжения ток плавно снижался практически до нулевого значения. после этого питание отключалось. детали промывались и сушились. свойства покрытия оценивали на образце свидетеле. по описанной методике производилось нанесение покрытия на детали рабочих органов погружных многоступенчатых насосов в шести вариантах: первый вариант. на рабочем колесе и направляющем аппарате рабочего органа погружного многоступенчатого насоса, выполненного из алюминиевого сплава, формировалось трехслойное керамическое покрытие из оксида алюминия. покрытие наносилось сплошным слоем на всю поверхность деталей кроме мест подвода тока. на места подвода тока после формирования керамического покрытия наносилось полимерное покрытие на основе силикона. первый - нижний барьерный слой керамического покрытия Al 2 Cb имел толщину 0,2...0,5 мкм и плотность близкую к 100%. второй - рабочий слой покрытия оксида алюминия толщиной 90-100 микрон имел микротвердость 1800 HV и пористость 4...5%. размер пор в рабочем слое покрытия колебалась в пределах 0,5...12,0 мкм. третий - технологический слой покрытия имел толщину 40...45 мкм, пористость 20...30% и
поверхностную микротвердость около 600 HV. после промывки и сушки покрытия производилось удаление технологического слоя с поверхности деталей рабочего органа. в результате детали рабочих органов погружных многоступенчатых насосов имели двухслойное керамическое покрытие.
второй вариант. на проточной части рабочего колеса рабочего органа погружного многоступенчатого насоса, выполненного из чугуна с покрытием из алюминиевого сплава толщиной 160 мкм, формировалось трехслойное керамическое покрытие из оксида алюминия. первый - нижний барьерный слой керамического покрытия Al 2 O 3 имел толщину 0,2...0,5 мкм и плотность близкую к 100%. второй - рабочий слой покрытия оксида алюминия толщиной 90-100 микрон имел микротвердость 1800 HV и пористость 4...5%. размер пор в рабочем слое покрытия колебалась в пределах 0,5...12,0 мкм. третий - технологический слой покрытия имел толщину 40...45 мкм, пористость 20...30% и поверхностную микротвердость около 600 HV. после промывки и сушки покрытия производилось удаление технологического слоя с поверхности деталей рабочего органа. в результате детали рабочих органов погружных многоступенчатых насосов имели двухслойное керамическое покрытие.
третий вариант. на проточной части направляющего аппарата рабочего органа погружного многоступенчатого насоса, выполненного из стали с покрытием из алюминиевого сплава толщиной 150 мкм, формировалось трехслойное керамическое покрытие из оксида алюминия. первый - нижний барьерный слой керамического покрытия Al 2 O 3 имел толщину 0,2...0,5 мкм и плотность близкую к 100%. второй - рабочий слой покрытия
оксида алюминия толщиной 90-100 микрон имел микротвердость 1800 HV и пористость 4...5%. размер пор в рабочем слое покрытия колебалась в пределах 0,5...12,0 мкм. третий - технологический слой покрытия имел толщину 40...45 мкм, пористость 20...30% и поверхностную микротвердость около 600 HV. после промывки и сушки покрытия производилось удаление технологического слоя с поверхности деталей рабочего органа. в результате детали рабочих органов погружных многоступенчатых насосов имели двухслойное керамическое покрытие. четвертый вариант. на рабочем колесе и направляющем аппарате рабочего органа погружного многоступенчатого насоса, выполненного из стали с покрытием из алюминия толщиной 180 мкм, формировалось трехслойное керамическое покрытие из оксида алюминия. покрытие наносилось сплошным слоем на всю поверхность деталей кроме мест подвода тока. первый - нижний барьерный слой керамического покрытия Al 2 O 3 имел толщину 0,2...0,5 мкм и плотность близкую к 100%. второй - рабочий слой покрытия оксида алюминия толщиной 90-100 микрон имел микротвердость 1800 HV и пористость 4...5%. размер пор в рабочем слое покрытия колебалась в пределах 0,5...12,0 мкм. третий - технологический слой покрытия имел толщину 40...45 мкм, пористость 20...30% и поверхностную микротвердость около 600 HV. затем поверх керамического покрытия наносилось покрытие из фторопласта. пятый вариант. на проточной части рабочего колеса рабочего органа погружного многоступенчатого насоса, выполненного из чугуна с покрытием из алюминия толщиной 220 мкм, формировалось трехслойное керамическое покрытие из
оксида алюминия. первый - нижний барьерный слой керамического покрытия Al 2 O 3 имел толщину 0,2...0,5 мкм и плотность близкую к 100%. второй - рабочий слой покрытия оксида алюминия толщиной 90-100 микрон имел микротвердость 1800 HV и пористость 4...5%. размер пор в рабочем слое покрытия колебалась в пределах 0,5...12,0 мкм. третий - технологический слой покрытия имел толщину 40...45 мкм, пористость 20...30% и поверхностную микротвердость около 600 HV. затем поверх керамического покрытия наносилось покрытие из фторопласта. шестой вариант. на проточной части направляющего аппарата рабочего органа погружного многоступенчатого насоса, выполненного из алюминиевого сплава, формировалось трехслойное керамическое покрытие из оксида алюминия. первый - нижний барьерный слой керамического покрытия Al 2 O 3 имел толщину 0,2...0,5 мкм и плотность близкую к 100%. второй - рабочий слой покрытия оксида алюминия толщиной 90-100 микрон имел микротвердость 1800 HV и пористость 4...5%. размер пор в рабочем слое покрытия колебалась в пределах 0,5...12,0 мкм. третий - технологический слой покрытия имел толщину 40...45 мкм, пористость 20...30% и поверхностную микротвердость около 600 HV. затем поверх керамического покрытия наносилось покрытие из фторопласта.
Next Patent: A CRANKSHAFT BEARING ARRANGEMENT OF A COMBUSTION ENGINE