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 Одной из главных анатомических особенностей эволюции рода Homo считается резкое увеличение объема черепной коробки за последние примерно два миллиона лет. За это время она в среднем увеличилась в три раза. Однако авторы нового исследования поставили под сомнение традиционную гипотезу, согласно которой этот процесс был результатом естественного отбора. По их мнению, он мог оказаться случайностью.
Сканирующая туннельная микроскопия достигла квантово-механического предела пространства-времени. Физики провели эксперимент и смоделировали перемещение одиночного электрона с атомарной точностью и скоростью в доли фемтосекунды. Результат показал границы применимости квантовых законов и объяснил механику сверхбыстрых процессов.
Инфекции, такие как коронавирус, наносят серьезный удар организму, из-за чего даже после выздоровления он продолжительное время остается уязвимым. Сегодня для оценки иммунитета врачи смотрят в первую очередь на уровень антител в крови, однако такой подход не отражает реального состояния здоровья человека. Это не позволяет врачам точно прогнозировать, как будет протекать болезнь и насколько быстро пациент выздоровеет. Ученые Пермского Политеха и ПГАТУ впервые выяснили, как именно восстановление иммунитета зависит от пола человека и кто наиболее подвержен осложнениям после коронавирусной инфекции. Результаты исследования помогут правильно учитывать гендерные особенности пациента при лечении и реабилитации, что повысит точность прогнозов и эффективность терапии.
Анализ более 150 тысяч древних звезд Млечного Пути показал, что возраст космоса, судя по всему, близок к 13,8 миллиарда лет. Авторы нового исследования заключили, что сценарии, в которых Вселенную приходится делать заметно «моложе» ради решения хаббловского кризиса, плохо согласуются с наблюдениями. Это важно, поскольку возраст старейших светил — один из немногих независимых способов проверить космологические модели не по данным ранней Вселенной, а по объектам нашей собственной Галактики.
Сканирующая туннельная микроскопия достигла квантово-механического предела пространства-времени. Физики провели эксперимент и смоделировали перемещение одиночного электрона с атомарной точностью и скоростью в доли фемтосекунды. Результат показал границы применимости квантовых законов и объяснил механику сверхбыстрых процессов.
В 2025 году детекторы гравитационных волн уловили потенциальное слияние черных дыр крайне малой массы. Ученые из Университета Майами считают, что участники того события могут открыть новое направление в исследовании темной материи.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
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