Підвищення довговічності робочих органів електровідцентрових насосів для видобутку нафти

Abstract

Дисертація присвячена підвищенню довговічності РО УЕВН конструктивними та технологічними методами. Розроблено стендове і методичне забезпечення експериментальних досліджень з підвищення довговічності РО УЕВН. Створено тривимірну модель його РК і проведено імітаційне моделювання впливу прикладеного навантаження на лопаті РК та величини його зносу на розподіл статичних напружень по тілу РК і характеристики УЕВН. Проведено дослідження на зносостійкість вибраних пар тертя СН, виявлено вплив методу термічної обробки на зміну розмірів виливків РК і НА з сірого, модифікованого церієм чавуну та встановлено емпіричні залежності для визначення їхніх від’ємних допусків. Розроблено комбіновану конструкцію СН УЕВН з поліамідною робочою частиною, виготовлено і випробувано ЗВ вала і ОШ підвищеної зносостійкості. Проведено промислові дослідження УЕВН з РО підвищеної довговічності, які підтвердили 2,0-2,5 кратне підвищення їхньої стійкості.

Диссертация посвящена повышению долговечности рабочих органов (РО) установок электроцентробежных насосов (УЭЦН) конструктивными и технологическими методами. Диссертация состоит из введения, пяти глав и приложений. Обоснована актуальность работы, сформулированы цели и задачи исследований, поданы научная новизна и практическая ценность полученных результатов, отражены основные результаты работы. Проанализировано современное состояние и перспективы повышения долговечности РО УЭЦН. Рассмотрены особенности конструкции ступени насоса (СН). Отмечено, что СН различного выполнения различаются материалами РО, пар трения и некоторыми конструктивными элементами, а одним из наиболее сложных технологических заданий является изготовление массовых деталей СН, которые изготовляются, в основном, из серого чугуна из-за чего они имеют низкую износостойкость. Отмечено, что решая вопросы повышения износостойкости РК параллельно необходимо решать вопросы повышения износостойкости других элементов СН. При этом желательно существенно не изменять технологию и стоимость изготовления СН. Установлены закономерности наработки УЭВН до отказа по типоразмерам и месторождениям НГДУ “Черниговнефтегаз”, а также определен их средний ресурс. Проанализированы методы упрочнения деталей применительно к РО УЭЦН. При этом отмечено, что применение серого чугуна, модифицированного редкоземельными металлами, и полиамида, разрешит проблему повышения долговечности СН. Разработано стендовое и методическое обеспечения экспериментальных исследований по повышению долговечности РО УЭЦН. Разработана конструкция стендовой установки для проведения испытаний на износостойкость и приведены ее технические характеристики. Объектом исследований выбран серый чугун, модифицированный редкоземельными металлами (церием, иттрием), который имеет хорошие литьевые качества, твердость 480-500 НRВ после термообработки и высокую износостойкость. Отобраны пары зрения по результатам исследования на гидроабразивное изнашивание на протяжении часа по разработанной экспресс-методике. Разработана методика оценки износостойкости чугуна, модифицированного церием, по скорости роста усталостной трещины, позволяющая сократить объем достаточно трудоемких и сложных традиционных исследований на износостойкость. Исследовано, с использованием разработанной трехмерной модели РК, влияние приложенных к его лопастям нагрузок на изменение напряженно-деформируемого состояния (НДС) по телу РК, а также величины износа РК на изменение рабочих характеристик УЭЦН. Приведены результаты исследований на износостойкость пар трения «направляющий аппарат-защитная втулка вала» и «направляющий аппарат- опорная шайба». Установлена эмпирическая зависимость прироста размеров РК и НА от их номинальных значений при различных методах термообработки, позволяющая рассчитать необходимую величину отрицательного допуска на механическую обработку отливок до их термообработки. Разработана конструкция СН с полиамидной рабочей частью, в которой корпус НА выполнен из металла, а проточная часть - из полиамида. Предложен способ получения РО УЭЦН повышенной износостойкости и отработана технология литья, чугуна, модифицированного редкоземельными металлами (церием, иттрием) с первичной основой. Разработаны технология серийного изготовления ЗВ вала, ОШ из композита П70Н2Д2 и новые технологические маршруты их изготовления. Разработана методика проведения промысловых исследований, которая предусматривает оценку вибросостояния УЭЦН по уровню ее вибрации. Разработаны конструкция измерительной муфты и устройство для контроля уровня вибрации УЭЦН. Результаты промысловых исследований подтвердили 2,0-2,5 кратное повышение долговечности СН УЭЦН, оснащенных экспериментальными РО.

The dissertation is devoted to the electrical rotary pump labour body longevity increase by the constructional and technoligical means. The bench-top and methodical support for the experimental testing for the electrical rotary pump labour body longevity increase. The rotor wheel three-dimensional model is designed and the imitating modelling is made to investigate the influence of the imposed load on the wheel blade both with the one’s wear on the statical stresses distribution in the wheel body both with the work characteristics of the electrical rotary pump equipment. The pump stage selected tribological situation wearing capacity investigations was made, the influence of the thermal treatment method on the grey cerium modified cast iron-made pump stage element’s formings dimensions change is discovered, the empirical dependence for the one’s negative tolerance definition was received. The combined construction of the electrical rotary pump stage with the polyamide-made test portion was designed, the protective shaft bushing and the increased wearing capacity support washer was produced. The industrial investigations of the electrical rotary pump equipment with the increased longevity working stages was carried out, it was shown the 2-2,5 multiple increasing of the pump stages durability.