Плунжер насоса высокого давления нефтегазопромысловой установки

Изобретение относится к нефтегазопромысловым установкам с плунжерными насосами высокого давления, к их упрочнению, сводящиеся к нанесению износостойкого покрытия высокоскоростным газопламенным напылением.
Известен плунжер насосов высокого давления, предназначенный для закачки раствора для цементирования нефтяных или газовых скважин, выполненный в виде цилиндра из конструкционной стали, при этом наружная боковая поверхность цилиндра выполнена с хромовым отполированным покрытием (патент №73408, опубл. 20.05.2008 г.).
Данное покрытие является дорогостоящим, при этом в виду возможности проникновения жидкости через поры хромовой пластины происходит коррозия базового материала плунжера. Кроме того, хромовое покрытие, как правило, наносится очень тонким слоем (толщина покрытия составляет 0,1 мм), что не исключает его механического повреждения при эксплуатации плунжера.
3
2
3
2
Известен плунжер насоса высокого давления, выполненным в виде стержня из конструкционной стали с износостойким и коррозионностойким покрытием на его рабочей поверхности, покрытие выполнено посредством высокоскоростного газопламенного напыления порошкового металлокерамического материала, выбранного из следующего числа: WC/CoCr, WC/Ni, CrC/NiCr, WC/Cr C/Ni, причем покрытие нанесено на всю рабочую поверхность плунжера за исключением прилегающих к его торцам участков, величина каждого из которых по длине плунжера составляет не более 5 мм (патент №78880, опубл. 10.12.2008 г.).
Недостатком данного устройства являются низкие прочностные характеристики покрытия, в частности адгезия, износостойкость и прочность.
Задачей полезной модели является усовершенствование плунжера насоса высокого давления композиционным покрытием, позволяющим повысить его стойкость при механической обработке.
Техническим результатом полезной модели является повышение прочностных характеристик покрытия, в частности адгезии, износостойкости, прочности.
Технический результат достигается тем, что плунжер насоса высокого давления из твердого сплава с многослойным покрытием, выполненным с помощью высокоскоростного газопламенного напыления в защитной атмосфере, при этом многослойное покрытие представляет собой композит, состоящий из первого нижнего слоя из материала с эффектом памяти формы Ti-Ni-Cu при следующем соотношении, мас. %:
титан
49,9-50,1
никель
25,0-25,1
медь
24,9-25,0
3
2
и второго износостойкого слоя из cNb-CrC-Со-С при следующем соотношении, мас. %:
кубический нитрид бора
80-86
карбид хрома
5-7
кобальт
8-10
углерод
1-3
При этом толщина первого нижнего слоя из материала с эффектом памяти формы составляет 1000-3000 мкм и второго износостойкого слоя - 400-1000 мкм, при этом общая толщина покрытия составляет 1,4-4 мм.
3
2
Принятая последовательность слоев обеспечивает повышение прочностных характеристик и износостойкости композита. Наличие первого нижнего слоя, обладающего эффектом памяти формы, помимо характерных свойств памяти, сверхупругости или сверхэластичности, тормозит, а иногда блокирует распространение дефектов типа трещин, возникающих в основе (сталь), как следствие, способствует повышению прочности и долговечности. Второй износостойкий слой, состоящий из cNB 80-86, CrC 5-7, Со 8-10, С 1-3, обладает повышенной термостойкостью и повышенной твердостью 65-70 ГПа, что увеличивает изностойкость покрытия. 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 первого нижнего слоя из материала с эффектом памяти формы и второго износостойкого слоя между собой.
Пример выполнения.
3
2
3
2
На инструментальную основу плунжера насоса высокого давления наносят высокоскоростным газопламенным напылением в защитной атмосфере первый нижний слой, обладающий эффектом памяти формы Ti-Ni-Cu толщиной 1000 мкм при следующем соотношении компонентов, мас. %: титан 49,9, никель 25,1, медь 25,0, далее на первый нижний слой наносят высокоскоростным газопламенным напылением в защитной атмосфере второй износостойкий слой толщиной, состоящий из cNB-CrC-Со-С, толщиной 400 мкм, при следующем соотношении компонентов, мас. %: cNB 80, CrC 7, Со 10, С 3. В результате получаем многослойное покрытие - композит с повышенными прочностными характеристиками, в частности адгезией, изностойкостью, прочностью общей толщиной 1,4 мм.
Результатом применения полезной модели стало увеличение среднего периода стойкости плунжера насоса высокого давления нефтегазопромысловой установки с предлагаемой моделью получения слоев на 40-45% по сравнению со средним периодом стойкости аналогичного плунжера насоса с покрытием-прототипом.