В Перми придумали как изготовить нефтяные насосы без дефектов
Нефтяные насосы позволяют с большой эффективностью извлекать труднодоступное сырье из недр земли. В местах, где добывать полезные ископаемые приходится под высокими давлениями, применяют плунжерные насосы, которые обеспечивают равномерный и непрерывный поток нефти. Однако во время их производства возникают трудности. Такие устройства изготавливаются из длинных полых биметаллических цилиндров. Чтобы повысить их прочность, элементы конструкции подвергают термомеханической обработке. Но появляющиеся при этом большие внутренние напряжения приводят к серьезным проблемам. Ученые Пермского Политеха разработали методику, которая позволит усовершенствовать процесс изготовления цилиндров нефтяных насосов и избежать производственных дефектов.
Статья с результатами опубликована в журнале «Вестник ПНИПУ. Механика». Работа выполнена при финансовой поддержке Правительства Пермского края.
Плунжерные насосы в нефтегазовой промышленности в основном находят применение там, где требуется работа со средами под высоким давлением — как на суше, так и на морских платформах. Устройство плунжер создает эффект всасывания, благодаря которому нефть перекачивается непрерывным потоком. Для изготовления такого вида насосов в нефтедобывающей промышленности используется длинномерный тонкостенный биметаллический цилиндр, состоящий из таких деталей, как обечайка и лейнер.
Чтобы улучшить износостойкость внутренней поверхности цилиндра, лейнер подвергают, например, радиальной ковке и последующему ионно-плазменному азотированию, когда при определенной температуре сталь насыщают азотом для ее упрочнения. Однако нагрев изделия приводит к короблению (искажению геометрии, появлению выпуклостей на ровной части) цилиндра и отделению лейнера от обечайки. Одна из главных причин возникновения таких дефектов — это повышение внутренних напряжений изделия при обработке.
Для определения остаточных напряжений существует множество экспериментальных способов: химические, рентгенографические, магнитные, поляризационно-оптические, термические и механические. Но многие из них неприменимы, так как требуют больших временных затрат, приводят к нарушению структуры образцов, удалению части материала на них или к полному уничтожению.
Ученые Пермского Политеха предложили свою методику для оценки внутренних напряжений биметаллических цилиндров, которая позволяет определить наиболее эффективный технологический цикл производства изделия. Чтобы реализовать методику, они сформулировали и решили задачу в рамках теории упругости, вывели новые формулы, которые позволяют находить уровень напряжений в зависимости от экспериментальных измерений, а затем провели исследования на биметаллических образцах (кольцах) с лейнером из разных классов сталей после различных вариантов обработки.
«Мы определяли остаточные напряжения по перемещениям, измеренным после разрезания образцов. Исследования с использованием разработанной методики позволили для каждого изученного материала лейнера установить необходимый вид обработки, степень деформации и температуру постдеформационного нагрева. Так мы подобрали оптимальные режимы обработки биметаллических цилиндров, которые обеспечивают высокий уровень адгезии (сцепления поверхностей), минимальные остаточные напряжения и изменения геометрии лейнера», — объясняет кандидат технических наук, доцент кафедры «Металловедение, термическая и лазерная обработка металлов» ПНИПУ Ольга Силина.
В ходе исследования политехники сформулировали критерии для оптимизации термомеханической обработки изделий: остаточные напряжения в цилиндре, отклонения в размерах деталей и разница напряжений между обечайкой и лейнером должны быть минимальными, а сцепление между ними — максимальным.
Наиболее эффективные режимы обработки цилиндров, соответствующие всем четырем критериям: для лейнера из стали 38Х2МЮА — дробеструйная обработка внешней поверхности, степенью деформации 10 процентов, температурой постдеформационного нагрева 520°C и 570°C. Из стали 15Х5М — классическая обработка щетками и холодной радиальной ковкой со степенью деформации 10-17 процентов и температурой нагрева 520°C. Из стали 12Х18Н10Т — дробеструйная обработка, степень деформации 10 процентов и температурой нагрева 520°C.
Метод ученых Пермского Политеха позволяет эффективно оценить уровень остаточных напряжений в биметаллических цилиндрах, что в свою очередь помогает подобрать нужные режимы их обработки. Применение такой методики значительно улучшает процесс изготовления плунжерных нефтяных насосов, снижает риск деформации элементов конструкции, повышает качество и надежность продукции нефтегазовой промышленности.
Telegram 
Дзен 
VK В доколумбовых Андах принадлежность к правящему роду определяла доступ к земле, торговле и статусу, поэтому удержать все внутри семьи было вопросом выживания. Ученые выяснили, что элиты долины Чинча решали эту задачу самым прямым способом — заключая браки между родственниками на протяжении как минимум двух поколений.
Последние несколько лет по всему миру выходит множество работ о том, что микрочастицы искусственных полимеров накапливаются в тканях человека и могут быть небезопасны. Мы решили обратиться к академику Алексею Хохлову, чтобы дать трибуну противоположной точке зрения. Выбор между ними предлагаем сделать читателю.
Ученые раскрыли причины удивительной сохранности крупнейшей из пирамид Гизы. Секрет того, что за прошедшие тысячелетия пирамиду не разрушили землетрясения, кроется в особенностях ее конструкции, в том числе в так называемых разгрузочных камерах, расположенных непосредственно над погребальной камерой фараона.
В доколумбовых Андах принадлежность к правящему роду определяла доступ к земле, торговле и статусу, поэтому удержать все внутри семьи было вопросом выживания. Ученые выяснили, что элиты долины Чинча решали эту задачу самым прямым способом — заключая браки между родственниками на протяжении как минимум двух поколений.
Астрофизики Южного федерального университета предложили объяснение одной из самых интригующих загадок современной физики — годичных колебаний сигнала в детекторе DAMA/LIBRA, который вот уже почти тридцать лет регистрирует странные сигналы в подземной лаборатории Гран-Сассо в Италии, интерпретируемые как взаимодействие частиц темной материи с обычным веществом.
Последние несколько лет по всему миру выходит множество работ о том, что микрочастицы искусственных полимеров накапливаются в тканях человека и могут быть небезопасны. Мы решили обратиться к академику Алексею Хохлову, чтобы дать трибуну противоположной точке зрения. Выбор между ними предлагаем сделать читателю.
В высокогорных районах Гималаев появился новый хищник. Он не боится людей, возглавляет стаи собак и все чаще заходит в деревни. Местные жители называют его «кхипшанг». Речь идет о гибриде гималайского волка и бродячей собаки. Ученые опасаются, что этот зверь изменит хрупкий баланс местной дикой природы и в скором времени станет весьма опасным для человека.
Релиз довольно неожиданно перенес время образования протонов и нейтронов в более раннее прошлое Вселенной. К сожалению, из его текста осталось неясным научное обоснование таких фундаментальных изменений в космологии. Также он резко передвинул в прошлое и момент возникновения реликтового излучения.
При совпадении нескольких условий наши глаза способны улавливать излучение в ближнем инфракрасном спектре. Тогда сетчатка начинает работать как нелинейный фотодетектор.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно