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        螺桿泵轉(zhuǎn)子再制造技術(shù)研究

        2020-06-19 08:07:32楊偉民孫亮孫雙
        機械工程師 2020年5期
        關(guān)鍵詞:碳化鎢超音速螺桿泵

        楊偉民,孫亮,孫雙

        (1.大慶油田水務(wù)公司,黑龍江 大慶163458;2.中石化石油工程建設(shè)有限公司,北京100101;3.大慶油田力神泵業(yè)有限公司,黑龍江 大慶163311)

        0 引 言

        螺桿泵[1]轉(zhuǎn)子在型線銑削、拋光,電鍍過程中的每一個環(huán)節(jié)都存在偏差,同時定子橡膠在注膠過程中由于橡膠的批次,模芯的磨損也會帶來定子尺寸偏差,以上多種原因?qū)е侣輻U泵在裝配過程中出現(xiàn)部分不合格產(chǎn)品。很多轉(zhuǎn)子因為尺寸過小或過大,通過頻繁的適配仍無法滿足出廠要求而成為廢品,不僅增加了工人的勞動強度,也給企業(yè)也帶來損失。此外,現(xiàn)場井返廠的螺桿泵轉(zhuǎn)子表面由于鍍層磨損、脫鉻而無法直接重復(fù)利用。因此,我們開展了轉(zhuǎn)子再制造研究,通過采用鎳基碳化鎢冶金粉末修復(fù),使再制造后的轉(zhuǎn)子性能達(dá)到甚至超過新加工轉(zhuǎn)子,同時再制造螺桿泵轉(zhuǎn)子的成本只有外協(xié)帶料加工新轉(zhuǎn)子的50%,不但為企業(yè)清理了積壓的庫存,而且還節(jié)約了原材料,達(dá)到降本、增效、去庫存的目的。

        1 螺桿泵轉(zhuǎn)子表面處理現(xiàn)狀

        目前,螺桿泵轉(zhuǎn)子加工后,其表面采用常規(guī)鍍硬鉻的方式來保證螺旋曲面的硬度、耐磨和耐腐蝕性能。由于鍍鉻工藝對螺旋曲面電鍍有局限性,導(dǎo)致轉(zhuǎn)子螺旋曲面在波峰和波谷處鍍層厚度差異較大,尺寸和形狀精度難以控制,致使出廠進(jìn)行匹配的螺桿泵性能差異較大,配泵效率低。

        2 螺桿泵轉(zhuǎn)子再制造原理

        采用超音速火焰噴涂,是利用熱源將噴涂材料加熱至熔化或半熔化狀態(tài),并以一定的速度噴射沉積到經(jīng)過預(yù)處理的基體表面,從而形成涂層的方法。

        螺桿泵轉(zhuǎn)子表面所采用的超音速火焰粉末噴涂,火焰溫度可達(dá)2760 ℃,火焰速度大于2400 m/s,噴涂材料為鎳基碳化鎢冶金粉末[2-3],噴涂速度可達(dá)300~500 m/s,噴涂至轉(zhuǎn)子表面時,溫度在150~200 ℃之間。當(dāng)熔粒沉積到基體表面時,會產(chǎn)生放熱反應(yīng),生成金屬間化合物,并釋放出大量的熱,使基材與粉末接觸表面瞬間達(dá)到高溫,增加了接觸界面上原子的活動能力,從而使粉末(即熔粒)與基材表面原子相互擴(kuò)散,從而達(dá)到涂層致密,結(jié)合強度高的噴涂效果。由于噴涂的涂層孔隙率小于1%,又因噴涂粉末細(xì)微,因而可獲得表面光滑的涂層。

        3 優(yōu)勢

        采用超音速噴涂技術(shù)的轉(zhuǎn)子,與傳統(tǒng)的鍍硬鉻工藝相比,其優(yōu)勢明顯,首先傳統(tǒng)的鍍硬鉻工藝,是重度污染的行業(yè),針對螺桿泵轉(zhuǎn)子表面鍍硬鉻,存在著周期長(針對GLB300-21型的轉(zhuǎn)子,完成鍍硬鉻層需要4~5 h),鍍層不均勻,鍍鉻的價格高且產(chǎn)品性能很難保證。而對于超音速鎳基碳化鎢粉末噴涂技術(shù)而言,螺桿泵轉(zhuǎn)子單邊厚度大,最高可達(dá)到2 mm,高低點厚度差僅為0.01~0.03 mm,表面涂層厚度較均勻,而且生產(chǎn)周期短,完全能保證修復(fù)轉(zhuǎn)子的涂層厚度和形狀精度。該技術(shù)先進(jìn)性突出表現(xiàn)在以下幾個方面:

        表1 現(xiàn)場數(shù)據(jù)

        1)耐腐蝕性強。超音速噴涂抗腐蝕性特別優(yōu)良。經(jīng)硫酸、鹽酸、燒堿、鹽水同比試驗,其腐蝕速率低于1Cr18Ni9Ti不銹鋼3~8倍。

        2)耐磨性好。噴涂粉末顆粒在高速焰流中獲得了極大的動能,對基材和已沉積顆粒的撞擊效果顯著,粒子絕大多數(shù)為固相變形,涂層中生成有利于提高涂層可靠性的壓力。因此,摩擦因數(shù)小,非黏著性好,耐磨性能高[4]。

        3)表面光潔度好。噴涂后的工件,經(jīng)表面磨削加工后,可獲得良好的表面光潔度。

        4)表面硬度高。工件經(jīng)噴涂磨削處理后,涂層材料氧化程度低。失碳少,涂層硬度高[5],最大硬度可達(dá)到64 HRC。

        5)結(jié)合強度大。經(jīng)噴涂磨削后的合金層與金屬基件結(jié)合強度增大,一般在63 MPa條件下不起皮、不脫落、無氣孔、無裂紋。

        6)表面合金層均勻致密。鎳基碳化鎢涂層以鎳基固溶體為基體,彌散分布著大量的碳化物硬質(zhì)相。涂層與母材發(fā)生明顯的元素擴(kuò)散,進(jìn)而形成牢固的冶金結(jié)合,故涂層表面合金層均勻致密。

        7)潤滑性好。摩擦因數(shù)低,非黏著性好,厚度可控,可用于修復(fù)報廢零配件,低電阻,可焊性好。

        8)環(huán)保性好。無毒、無味、無三廢排放,對人體不構(gòu)成危害,對環(huán)境不構(gòu)成污染,屬國家大力提倡的綠色環(huán)保產(chǎn)品。

        通過對廢舊轉(zhuǎn)子進(jìn)行鉻層退鍍和噴涂修復(fù),再制造的轉(zhuǎn)子不僅能恢復(fù)原轉(zhuǎn)子的性能,還兼有對原轉(zhuǎn)子性能技術(shù)升級,使再制造后的轉(zhuǎn)子性能達(dá)到甚至優(yōu)于原轉(zhuǎn)子。完全能夠勝任油田高含水、高含砂和腐蝕等復(fù)雜井況的開采。

        同時螺桿泵轉(zhuǎn)子噴涂修復(fù)后的成本只有原轉(zhuǎn)子的50%。以GLB500-20/2為例,原來電鍍加工一根需要7305元,采用再制造方式修復(fù)的轉(zhuǎn)子每根僅需3183元,每根節(jié)省成本達(dá)到50%以上,經(jīng)濟(jì)效益非常顯著。

        4 現(xiàn)場應(yīng)用

        2017年—2019年,先后試制碳化鎢噴涂轉(zhuǎn)子螺桿泵10套,現(xiàn)已經(jīng)全部下井,通過對現(xiàn)場運轉(zhuǎn)情況進(jìn)行跟蹤(見表1),10套泵平均泵效為60.6%,尤其是在2017年3月19日最早下井的兩臺泵,運轉(zhuǎn)時間已超過1013 d,整體運轉(zhuǎn)情況良好。

        5 結(jié) 論

        通過現(xiàn)場實際應(yīng)用,再制造后的螺桿泵,高低點厚度差小,表面涂層厚度較均勻,完全能保證轉(zhuǎn)子的尺寸精度和形狀精度,不但出廠配泵成功率高,而且現(xiàn)場應(yīng)用穩(wěn)定可靠,泵效高,使檢泵周期大幅度延長,為螺桿泵在油田的大批量推廣應(yīng)用打下堅實基礎(chǔ)。

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