Износостойкие твердосплавные подшипники УЭЦН с антифрикционными покрытиями

Втулки опорные подшипников скольжения УЭЦН, напыленные различными материалами

Новый подход к производству пар трения для погружного оборудования добычи нефти (УЭЦН) и для технологий подземного выщелачивания позволяет снизить энергопотребление оборудования, способствует снижению солеотложения, что ведет к повышению ресурса и эффективности работы оборудования.

Погружное оборудование механизированной добычи нефти работает, в основном, в условиях, осложненных наличием в скважинной жидкости механических примесей. Аналогичные осложненные условия характерны и для горнорудной промышленности. Механические примеси не только снижают срок службы подшипников и приводят к их преждевременному отказу, но и создают дополнительные потери энергии на преодоление трения, т.е. увеличивают стоимость эксплуатации оборудования.

Установка Электропогружная Центробежная Насосная (УЭЦН) представляет собой сложную динамическую систему, на надежность и ресурс которой значительное влияние оказывает износостойкость рабочих ступеней. Для повышения ресурса УЭЦН в коррозионно- и износостойких исполнениях используют радиальные подшипники с износостойким покрытием, применение которых позволяет получать выгодное сочетание высокой твердости поверхности и конструкционной прочности опоры в целом.

Существующая в настоящее время проблема коэффициента полезного действия УЭЦН в нефтедобыче во многом связана с неэффективной работой радиальных подшипников скольжения.

Втулка опорная подшипника скольжения УЭЦН с напыленным композиционным покрытием

Высокие нагрузки при высоких коэффициентах трения современных твердосплавных подшипников, применяемых отечественными производителями, ведут к их износу и перегревам, вызывающим солеотложение и преждевременный выход УЭЦН из эксплуатации. Кроме того, подшипники на основе карбида кремния или оксидов, изготовленные методами порошковой металлургии путем спекания, при высокой износостойкости достаточно хрупки, что приводит к трещинообразованию, а на основе карбидов вольфрама – сравнительно дороги.

Разработанные специалистами ООО «ТСЗП» пары трения, получаемые методами газотермического напыления, позволяют заменить дорогостоящие втулки подшипников из твердого сплава на стальные втулки с антифрикционным износостойким газотермическим покрытием для добывающих отраслей, в частности для нефтедобывающей и горнорудной промышленности.

Разработанные подшипники скольжения характеризуются следующими улучшениями:
• Снижение потерь энергии в подшипниках скольжения и повышению их надежности при работе в средах содержащих абразив.
• Износостойкость подшипника скольжения с низкой диссипацией энергии в парах трения.
• Высокая демпфирующая способность при воздействии циклических и ударных нагрузок.

Секрет уникального строения разработанного покрытия состоит в применении покрытий, содержащих износостойкие карбиды и оксиды, скрепленные вязкой матрицей, выступающей в роли твердой смазки и пластичной связки.

Увеличение концентрации антифрикционной составляющей в покрытии при незначительном изменении износостойкости позволяет снизить коэффициент трения на 30-40% по сравнению с лучшими серийными подшипниками, выпускаемыми в настоящее время. Снижение коэффициента трения приводит как к снижению энергопотребления, так и к понижению температуры внутри насоса, что, в свою очередь, приводит к снижению солеотложения.

Направляющий аппарат УЭЦН

Дополнительно технология обработки поверхности покрытия универсальным пропитывающим составом, позволяет обеспечить проникновение пропитки на 5-10 мкм. Данный состав уменьшает смачиваемость поверхности, удерживает дополнительное масло, что снижает коэффициент трения в 2-3 раза. Применяемый состав придает контактирующей поверхности гидрофобные свойства, обеспечивающие снижение солеотложение при высоких температурах в зоне контакта в подшипнике скольжения промежуточной ступени УЭЦН. Рабочие ступени УЭЦН, обработанные данным пропитывающим раствором, позволяют снизить солеотложения при высоких температурах на рабочих поверхностях.

Натурные испытания в сервисных компаниях и ВИНК показали увеличение наработки на отказ пар трения с новыми покрытиями по сравнению с традиционно применяющимися. Более низкая цена и лучшие характеристики позволяют рекомендовать их к широкому применению. В настоящий момент исследуются пары трения с наноструктурированными контактирующими поверхностями на основе твердых сплавов, металокерамики и композиционных наномодифицированных материалов для различных условий эксплуатации.

Графики изменения момента трения во времени при ступенчатом нагружении подшипников скольжения во время испытаний на машине трения 2070 СМТ-1 (вода, абразив Al2O3 – 50 г/л воды, 2000 об./мин.).

* За максимальную нагрузку пары трения принята нагрузка, при которой не наблюдается схватывания, резкого увеличения момента и температуры в зоне трения

** Коэффициент трения при различных нагрузках и износостойкость измерялись на машине трения 2070 СМТ-1 и на машине ТС соответственно.