Одним из перспективных направлений дальнейшего совершенствования и повышения эксплуатационной эффективности установок электроприводных центробежных насосов (УЭЦН) для добычи нефти является увеличение частоты вращения ротора установки. При повышении частоты вращения увеличивается напор на одну насосную ступень, сокращается число ступеней и соответственно уменьшается длина установки, что позволяет собирать установку в цехе и в собранном виде монтировать на скважине. Это сокращает расходы и повышает надежность монтажных операций. Работоспособность более короткой установки в меньшей степени зависит от кривизны скважины. Существует экспертное мнение о положительном влиянии высокой частоты вращения на процесс диспергирования пластовой жидкости и газоотделение. Одной из причин малого распространения высокооборотных УЭЦН является их меньший ресурс по сравнению с традиционным оборудованием. Отсутствие достоверной статистики отказов, низкая изученность процессов износа и динамики при высокой частоте вращения, отсутствие соответствующих испытательных стендов создают дополнительные методологические трудности. Для высокооборотных УЭЦН устанавливают более жесткие требования к зазорам подвижных сопряжений, чтобы обеспечить высокий напор насосной ступени и малую динамику ротора. Поэтому материалы должны иметь высокую износостойкость.
В статье рассмотрены процессы износа подвижных сопряжений, проточной части насосных ступеней в воде с абразивом при изменении частоты вращения. В процессе испытаний насосных ступеней типоразмера 5-50 получено, что при повышении частоты вращения от 2950 до 5705 мин-1 скорость износа радиальных сопряжений возросла в 5,8 раз, скорость осевых сопряжений – в 2,5 раза. Скорость износа подшипников из твердого сплава линейно зависит от частоты вращения и расхода. Дисбаланс рабочего колеса слабо влияет на износ радиальных сопряжений. Скорость износа проточной части рабочих колес увеличилась в 2,6 раза, проточной части направляющего аппарата – в 11 раз. Для испытаний высокооборотных насосных ступеней разработан испытательный стенд с частотой вращения до 12000 мин-1. Испытания высокооборотной насосной ступени с частотой вращения 9500 мин-1 показали низкие скорости износа подвижных сопряжений, изготовленных из твердого сплава. Получена зависимость скорости износа материалов насосных ступеней в коррозионно-активной среде от содержания легирующих элементов.
Список литературы
1. https://www.lepse.com/products/159/
2. Смирнов Н.И., Григорян Е.Е. Исследование влияния износа подвижных сопряжений на отказ погружных электроприводных лопастных насосов для добычи нефти // Проблемы машиностроения и надежности машин. – 2019. – № 1. – С. 92–97.
3. Литвиненко К.В., Здольник С.Е., Михайлов В.Г. Моделирование процесса ухудшения характеристик электроцентробежного насоса в условиях интенсивного эрозионного износа // Нефтяное хозяйство. – 2014. – № 12. – С. 132–135.
4. Островский В.Г. Управление вторичными течениями в ступенях нефтяных насосов для снижения их гидроабразивного износа: дис. ... канд. техн. наук. – Пермь, 2013. – 100 с.
5. Пат. 2444719 РФ. Способ испытания материалов на гидроабразивный и коррозионный износ / Н.И. Смирнов, Н.Н. Смирнов; заявитель и патентообладатель ООО «ИМАШ ресурс». – № 2010120011/28, заявл. 20.05.10; опубл. 10.03.12.
6. Разработка методики эрозионных испытаний материалов / Н.И. Смирнов, А.Н. Яговкина, М.В. Прожега, Н.Н. Смирнов // Машиностроение и инженерное образование. – 2017. – № 2 (51). – С. 60–68.
