ПЛУНЖЕР НАСОСА ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ (ВАРИАНТЫ)

Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к области нефтегазодобывающего оборудования, а именно к плунжерам насосов высокого давления, предназначенных для перекачки различных жидкостей при технологических операциях бурения и освоения нефтяных и газовых скважинах, в частности, кислотной обработки скважин, цементирования нефтяных и газовых скважин, гидроразрыва пласта.
Уровень техники
В процессе эксплуатации насосов высокого давления на рабочей поверхности плунжера в условиях трения скольжения и под воздействием абразивных частиц и агрессивной среды возникает износ, вследствие чего необходима замена плунжеров. Нанесение на рабочую поверхность плунжера защитного износостойкого покрытия [упрочнение рабочей поверхности] обеспечивает повышение ресурса работы плунжера в агрессивных средах.
Из уровня техники известен плунжер насоса закачки раствора для цементирования нефтяных и газовых скважин, представляет собой цилиндр, выполненный из конструкционной стали с внутренним отверстием, при этом рабочая поверхность цилиндра покрыта методом гальванического хромирования [патент RU 73408 публ. 20.05.2008].
Недостаток данного плунжера состоит в том, что хромированное защитное покрытие не обладает достаточными эксплуатационными характеристиками и имеет низкий ресурс работы плунжера.
3
2
3
2
Из уровня техники известен насос высокого давления нефтепромысловой установки, выполненный в виде стержня из конструкционной стали, с износостойким и коррозионностойким покрытием. Защитное покрытие нанесено на рабочую поверхность методом высокоскоростного газоплазменного напыления порошкового материала, выбранного из следующей группы: WC/CoCr, WC/Ni, СrC/NiCr, WC/CrC/Ni [патент RU 78880 U1 публ. 10.12.2008].
Недостаток данного плунжера заключается в том, что износостойкое покрытие не обладает достаточными прочностными характеристиками, что снижает ресурс работы плунжера в условиях воздействия агрессивных сред.
Из уровня техники известен плунжер насоса высокого давления, выполненный в виде стержня с цилиндрической рабочей поверхностью, на которую нанесено защитное покрытие методом высокоскоростного газопламенного напыления [патент RU 80904 U1, публ. 27.02.2009].
Защитное покрытие, нанесенное методом плазменного напыления, обладает низкой прочностью сцепления и низкой когезионной прочностью, что снижает ресурс работы плунжера.
Сведения, подтверждающие осуществление полезной модели
Задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, состоит в создании плунжера насоса высокого давления с высоким ресурсом работы.
Технический результат, достигаемый при реализации полезной модели, заключается в повышении ресурса работы плунжера насоса высокого давления за счет восстановления рабочей поверхности плунжера, на которую уже было нанесено защитное покрытие методом гальванического хромирования с предварительной химико-термической обработкой (ХТО), газопламенным или плазменным методом напыления самофлюсующегося сплава на никелевой основе с последующим оплавлением, или методом высокоскоростного газопламенного напыления металлокерамических порошковых материалов, и которое подверглось износу в процессе эксплуатации плунжера.
3
2
3
2
Поставленный технический результат достигается за счет того, что плунжер насоса высокого давления выполнен в виде стержня с цилиндрической рабочей поверхностью, при этом на рабочую поверхность, предварительно обработанную до удаления следов износа, методом детонационного напыления нанесено защитное покрытие из порошкового материала, выбранного из следующей группы: WC/CoCr, WC/Ni, CrC/NiCr, WC/CrC/Ni, WC/NiCrBSi.
Кроме того, в частном случае реализации полезной модели глубина предварительной обработки рабочей поверхности составляет 0,2-0,4 мм.
Защитное покрытие, нанесенное методом детонационного напыления на рабочую поверхность плунжера, подготовленную путем механической обработки до удаления следов износа имеющегося покрытия полученное известными методами упрочнения, обеспечивает высокие прочностные характеристики (адгезию и когезию), что повышает износостойкость рабочей поверхности и увеличивает ресурс работы плунжера.
Также поставленный технический результат достигается за счет того, что плунжер насоса высокого давления, выполненный в виде стержня с цилиндрической рабочей поверхностью, на которую методом детонационного напыления с частотой выстрелов 5-6 Гц нанесено защитное покрытие из порошкового материала, состоящего из карбида вольфрама или карбида хрома на связке кобальта и/или хрома и/или никеля, при этом содержание связки составляет не более 25 вес.%.
Кроме того, в частном случае реализации полезной модели, толщина защитного покрытия составляет 0,2-0,4 мм.
Кроме того, в частном случае реализации полезной модели, защитное покрытие состоит из порошкового материала карбида вольфрама, кобальта, хрома при следующем содержании вес.%: WC - 86, Со - 10, Сr - 4.
Осуществление полезной модели
Реализация полезной модели подтверждается приведенными ниже примерами и поясняется чертежами.
На фиг.1 - представлен общий вид плунжера насоса SMP 2000; на фиг.2 - представлен общий вид плунжера насоса SPM 600; на фиг.3 - представлен общий вид плунжера насоса SPM 250; на фиг.4 - представлен общий вид плунжера насоса GWS 340; на фиг.5 - представлен общий вид плунжера насоса ОМЕГА - 2250; на фиг.6 - представлен общий вид плунжера насоса
3
2
3
2
Плунжер насоса высокого давления, представленный на фиг.1 - фиг.6, выполнен в виде цилиндра 1 из конструкционной или низкоуглеродной стали с рабочей поверхностью 2. Для восстановления рабочей поверхности 2, упрочненной известными методами и имеющей следы износа, ее механически обрабатывают до удаления следов износа покрытия, нанесенного методом гальванического хромирования с предварительной химико-термической обработкой (ХТО) или методом напыления самофлюсующегося сплава на никелевой основе с последующим оплавлением, или методом высокоскоростного газопламенного напыления металлокерамических порошковых материалов. При этом глубина механической обработки может составлять 0,2-0,4 мм. После механической обработки на подготовленную рабочую поверхность 2 методом детонационного напыления наносят износостойкое покрытие 3 толщиной 350-550 мкм. Износостойкое покрытие 3 наносят порошковым материалом, который выбирают из следующей группы: WC/CoCr, WC/Ni, СrС/NiCr, WC/CrC/Ni, WC/NiCrBSi. Предварительно механически обработанная рабочая поверхность плунжера, упрочненная методом гальванического хромирования с ХТО, имеет твердость подложки выше 50 HRC, за счет остаточной твердости покрытия. Предварительно механически обработанная рабочая поверхности плунжера, упрочненная методом газопламенного напыления самофлюсующегося сплава на никелевой основе с последующим оплавлением, имеет твердостью 60 HRC, за счет остаточной твердости покрытия. Таким образом, использование в качестве подложек механически обработанных до удаления следов износа рабочей поверхности плунжера, упрочненной методами гальванического хромирования с ХТО или методом газопламенного напыления самофлюсующегося покрытия на никелевой основе обеспечивает возможность нанесение порошковых материалов методом детонационного напыления на подготовленную рабочую поверхность с твердость подложи до 62 HRC.
При этом подложка рабочей поверхности для восстановления плунжера методом высокоскоростного газопламенного напыления имеет ограничение по твердости до 45 HRC, что делает невозможным восстановление рабочих поверхностей плунжеров методом высокоскоростного газопламенного напыления.
2
3
При этом метод детонационного напыления можно использовать и для упрочнения рабочих поверхностей плунжеров. Для этого на рабочую поверхность 2 плунжера методом детонационного напыления с частотой выстрелов 5-6 Гц наноситься защитное покрытие из порошкового материала, состоящего из карбида вольфрама или карбида хрома на связке кобальта и/или хрома и/или никеля, при этом содержание связки составляет не более 25 вес.%. Предпочтительно использовать порошковый материал, состоящий из карбида вольфрама (WC) или карбида хрома (СrС) на связке кобальта (Со) и/или хрома (Сr) и/или никеля (Ni), предпочтительно из порошка со следующим содержанием компонентов вес.%: WC - 86, Со - 10, Сr - 4.
Технические характеристики полученного защитного покрытия 3: микротвердость - 900-1200 HV; адгезия - 120-150 МПа; коэффициент использования материалов - 55-65%, что на 10-15% выше чем при нанесении покрытия методом высокоскоростного газопламенного напыления.
Ресурс работы плунжера с защитным покрытием, нанесенным методом детонационного напыления, по сравнению с гальваническим хромовым напылением увеличивается в 2-4 раза, по сравнению с нанесением самофлюсующихся сплавов на основе никеля с последующим оплавлением ресурс работы плунжера увеличивается в 2-3 раза, по сравнению с методом газопламенного высокоскоростного напыления карбидов вольфрама или хрома на связке кобальта, хрома, никеля ресурс работы плунжера увеличивается на 20-25% за счет повышения износостойкости рабочих поверхностей, которое достигается за счет увеличения прочности сцепления и когезионной прочности защитного покрытия.