Рабочее колесо центробежного насоса с многослойным покрытием

Полезная модель относится к нефтедобывающей промышленности и насосостроению, а именно к конструкциям и способам изготовления рабочих колес погружных многоступенчатых центробежных насосов предназначенных для эксплуатации в сложных условиях, агрессивной среды.
Известно рабочее колесо скважинного многоступенчатого центробежного насоса для добычи нефти, включающее в себя ступицу, ведущий и ведомый диски, а также размещенные между ними лопасти, при этом ведущий и/или ведомый диск выполнен с кольцевым пазом, в котором размещена опорная шайба рабочего колеса, выполненная из материала, твердость поверхности которого меньше твердости поверхности материала рабочего колеса, отличающееся тем, что на поверхность рабочего колеса, а также на наружную поверхность опорной шайбы нанесено покрытие из антифрикционного полимерного материала, обеспечивающего защиту поверхности рабочего колеса и опорной шайбы от коррозии и солеотложений, при этом покрытие нанесено таким образом, чтобы обеспечить защиту всех поверхностей опорной шайбы от доступа пластовой жидкости (пат. РФ №2355917).
Недостатком данного рабочего колеса центробежного насоса является низкая надежность работы и небольшой ресурс использования, обусловленные низкими прочностными характеристиками, а именно низкой коррозийной стойкостью при контакте с агрессивной средой.
Известно рабочее колесо, которое содержит основной диск с рабочими лопатками, покрывной диск, металлический диск, размещенный между основным и покрывным дисками и жестко соединенный с ними. Основной и покрывной диски выполнены из композиционного полимерного материала, в частном исполнении включающего фторорганические вещества в виде производных изобутана с фторсодержащими органическими заместителями. Изобретение направлено на повышение ресурса рабочего колеса при высоком КПД работы насоса в форсированном режиме за счет обеспечения стабильности линейных размеров, жесткости колеса в сочетании с минимальным дисбалансом и высокими гидродинамическими характеристиками (пат. РФ №2352823).
Недостатком данного рабочего колеса центробежного насоса является низкая надежность работы и небольшой ресурс использования, обусловленные низкими прочностными характеристиками, а именно низкой коррозийной стойкостью при контакте с агрессивной средой.
Задачей полезной модели является усовершенствование рабочего колеса центробежного насоса, обеспечивающее его надежную работу и высокий ресурс использования при контакте с агрессивной средой.
Техническим результатом полезной модели является повышение прочностных характеристик рабочего колеса за счет нанесения покрытия, обеспечивающего повышение износостойкости и коррозионной стойкости.
Технический результат достигается тем, что рабочее колесо центробежного насоса с многослойным покрытием, характеризуется тем, что содержит покрывной диск, основной диск с рабочими лопатками, а также размещенный и жестко закрепленный между ними металлический диск, с выполненным на них покрытием, при этом покрытие выполнено с помощью высокоскоростного газопламенного напыления в защитной атмосфере многослойным, и представляет собой композит, состоящий из первого слоя на основе Ti-Ni при следующем соотношении, мас.%:
Ti
49-51
Ni
49-51
и второго коррозионно-износостойкого слоя на основе cBN-Cr-Si-C-Zr-Y при следующем соотношении компонентов, мас.%:
cBN (эльбор)
42-52
Cr
15-20
Si
10-15
С
3-5
Zr
16-18
Y
3-5.
При этом высокоскоростное газопламенное напыление осуществляют в защитной среде аргона, толщина первого нижнего слоя из материала с эффектом памяти составляет 900-1200 мкм и второго коррозионно-износостойкого слоя - 500-800 мкм, при этом общая толщина покрытия составляет 1400-2000 мкм.
В процессе высокоскоростного газопламенного напыления механически активированных порошков происходит выделение энергии, накопленной в процессе механической активации, что обеспечивает более надежную адгезию и повышенные прочностных свойств многослойного композита, а высокая скорость напыления обеспечивает формирование наноразмерной структуры. Указанная последовательность напыления порошков при формировании композита «слой из материала с эффектом памяти формы - коррозионно-износостойкий» обеспечивает увеличение его износостойкости, коррозионной стойкости, а слой из материала с эффектом памяти формы блокирует или замедляет распространение дефектов в процессе эксплуатации, что способствует повышению долговечности и прочностных свойств.
Представленная структура слоев позволяет получить высокую прочность сцепления покрытия с основой, за счет осуществления процесса нанесения покрытия с помощью высокоскоростного газопламенного напыления в защитной атмосфере - аргоне, что также увеличивает прочность связи слоев между собой.
Способ реализуется следующим образом.
На рабочее колесо центробежного насоса наносят с помощью высокоскоростного газопламенного напыления в защитной атмосфере - аргоне, первый нижний слой, обладающий эффектом памяти формы Ti-Ni толщиной 900 мкм при следующем соотношении компонентов, мас.%: титан 49, никель 51, далее на первый нижний слой наносят высокоскоростным газопламенным напылением в защитной атмосфере - аргоне, второй коррозионно-износостойкий слой на основе cBN-Cr-Si-C-Zr-Y при следующем соотношении компонентов, мас.%: эльбор - 42, хром - 20, кремний - 10, углерод - 5, цирконий - 18, иттрий - 5, толщиной 500 мкм. В результате получаем многослойное покрытие - композит с повышенными прочностными характеристиками, в частности износостойкостью и коррозионной стойкостью общей толщиной 1400 мкм.
Результатом полезной модели стало увеличение среднего периода эксплуатационной стойкости рабочего колеса центробежного насоса при контакте с агрессивной средой с предлагаемой моделью получения слоев на 30-40% по сравнению со средним периодом стойкости известных рабочих колес центробежных насосов.