專利名稱：潛油電泵保護(hù)器高承載止推軸承及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及油田采油領(lǐng)域所用的電泵保護(hù)器軸承，屬于潛油電泵保護(hù)器高承載止推軸承及其制備方法。
背景技術(shù)：
隨著潛油電泵機(jī)組應(yīng)用的不斷增加，潛油電泵機(jī)組的許多零部件都在不同程度的暴露問題，其中問題最大的是保護(hù)器止推軸承的承載力問題，由于保護(hù)器的止推軸承承載能力低，直接制約了電泵機(jī)組的應(yīng)用范圍，目前應(yīng)用在保護(hù)器上的止推軸承為動塊與靜塊配合的軸承，靜塊的材料為鑄造錫青銅ZQSn10-1，該材料的承載力低，PV值為15Mpa.m/s，在60Hz頻率時(shí)，提供的承載力只有0.5噸左右，不能滿足潛油電泵浮動式葉輪軸向力的要求，并且鑄造是在常壓下進(jìn)行的，晶格組織粗糙，摩擦系數(shù)高，摩擦阻力大，運(yùn)行中產(chǎn)生大量的摩擦熱；軸承研磨后精度受到很大的影響，所以在使用中很容易產(chǎn)生磨損；而動塊的材質(zhì)為15Mn滲碳、淬火，熱處理后表面硬度為HRC-58～62，滲碳層厚度1.0～1.5mm。該材料的強(qiáng)度和耐磨性都不高，表面活性較高，當(dāng)承載力不高時(shí)，能夠正常工作，如果承載力增加，很容易發(fā)生磨損與靜塊表面發(fā)生粘和，將靜塊磨壞，同時(shí)經(jīng)常發(fā)生熱處理不當(dāng)動塊本身常發(fā)生龜裂，檢驗(yàn)時(shí)很難發(fā)現(xiàn)，一經(jīng)組裝運(yùn)行動志承載后，表面很快產(chǎn)生裂紋，直接磨損靜塊。而目前所采取解決的方法是2000m以上的機(jī)組泵采用部分壓緊方式，這種方式與浮動式泵相比，壓緊泵的葉導(dǎo)輪磨損大，運(yùn)轉(zhuǎn)一定時(shí)間后泵的止推墊片基本磨沒，葉輪直接磨損導(dǎo)輪，很快將輪轂?zāi)]，使葉導(dǎo)輪間的間隙加大；在葉導(dǎo)輪處形成一股回流造成泵的漏失量加大，直接影響了泵效；并且降低了泵的使用壽命。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有軸承因材質(zhì)的強(qiáng)度和耐磨性差致使止推軸承使用壽命短的不足，本發(fā)明提供潛油電泵保護(hù)器高承載止推軸承及其制備方法，該軸承具有強(qiáng)度高、耐磨性好及使用壽命長的特點(diǎn)。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是該潛油電泵保護(hù)器高承載止推軸承及其制備方法，由動塊及靜塊組成，其特征在于動塊GCr15SiMn的主要成分按重量百分比計(jì)為C＝0.95～1.05，Si＝0.45～0.75，Mn＝0.95～1.25，Cr＝1.40～1.65，Mo＝0～0.10，P＝0～0.025，S＝0～0.025，Ni＝0～0.30，Cu＝0～0.25，Ni+Cu＝0～0.50及平衡量的Fe；靜塊ZYTCu-10的主要成分按重量百分比計(jì)為Sn＝8～12，Ni＝1.6～2.0，Pb＝0.8～1.2，Zn＝0.4～0.8，P＝0～0.03及平衡量的Cu。
生產(chǎn)上述的潛油電泵保護(hù)器高承載止推軸承的方法，包括以下次序的工藝步驟A、動塊a、淬火溫度為860℃，時(shí)間為20分鐘，b、回火溫度為160℃-170℃，時(shí)間為3-4小時(shí)，c、淬透層厚度2-3mm，d、PV＝45MPa.m/s，e、精研、拋光及精拋；B、靜塊a、酸洗用21％鹽酸溶液清洗，b、明化處理8％-15％鉻酐+0.3％-0.5％硫酸+水溶液，浸泡15分鐘，c、精研、拋光及精拋。
本發(fā)明的有益效果是根據(jù)上述方案，在原有ZQSn10-1基礎(chǔ)上，以提高材料的PV值為目的加添加劑和改善鑄造工藝，提高銅的耐磨性和承載能力，因此經(jīng)調(diào)整配方確定精鑄銅的牌號為ZYTCu-10，該材質(zhì)制成的靜塊耐疲勞壽命高、具有良好的高速性能，不易產(chǎn)生咬死現(xiàn)象；動塊選用材質(zhì)為ZGCr15的高鉻軸承鋼，主要成分為C、Cr、Mn、Si及平衡量的Fe，淬火回火硬度HRC60--64，該材質(zhì)制造成的動塊具有耐磨性高、淬火性好及耐疲勞壽命高，加工時(shí)用軸承研磨機(jī)進(jìn)行研磨，表面粗糙度在0.5～0.1之間；因此該動塊及靜塊配制而成的一對磨擦副強(qiáng)度高、耐磨性好及使用壽命長。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例將對本發(fā)明作進(jìn)一步說明潛油電泵保護(hù)器高承載止推軸承由動塊及靜塊組成，動塊GCr15SiMn的主要成分按重量百分比計(jì)為C＝0.95～1.05，Si＝0.45～0.75，Mn＝0.95～1.25，Cr＝1.40～1.65，Mo＝0～0.10，P＝0～0.025，S＝0～0.025，Ni＝0～0.30，Cu＝0～0.25，Ni+Cu＝0～0.50及平衡量的Fe，經(jīng)淬火溫度860℃，時(shí)間為20分鐘，回火溫度160℃-170℃，時(shí)間3-4小時(shí)，處理后硬度達(dá)到了HRC60--64，淬透層厚度2～3mm；靜塊ZYTCu-10的主要成分按重量百分比計(jì)為Sn＝8～12，Ni＝1.6～2.0，Pb＝0.8～1.2，Zn＝0.4～0.8，P＝0～0.03及平衡量的Cu；上述方案中的動塊的加工工藝流程為原材料準(zhǔn)備→下料→車加工→鉆孔→車加工檢查→經(jīng)熱處理時(shí)，淬火溫度為860℃，回火溫度為160℃-170℃，硬度HRC60--64→磨加工→線切割→去除氧化皮、硬車→精研→拋光→精拋，表面輪廓算術(shù)平均偏差Ra為0.05～0.1μm→終檢→清洗、防銹、包裝；靜塊的加工工藝流程為精鑄毛坯→檢查→車加工→去銳角毛刺→切、銑槽→鉆孔→攻絲→去毛刺處理→磨加工→精車→清洗除油→酸洗時(shí)用21％鹽酸溶液清洗→明化處理時(shí)用8％-15％鉻酐+0.3％-0.5％硫酸+水溶液，浸泡15分鐘→精研→拋光→精拋→終檢→清洗、涂防銹油、包裝，靜塊中酸洗與明化處理的目的是去除止推軸承靜塊表面的毛刺與氧化皮，以獲得光亮的金屬表面，同時(shí)增加止推軸承的耐蝕性能。
為了考察止推軸承動、靜塊的綜合性能及動態(tài)性能，設(shè)計(jì)制造了一臺臺架試驗(yàn)機(jī)，該試驗(yàn)機(jī)可試驗(yàn)止推軸承的摩擦系數(shù)、摩擦系數(shù)接觸亞表面的溫度、磨損量、潤滑油的油溫控制及止推軸承的承載能力。
在試驗(yàn)過程中，在止推軸承動塊和靜塊之間施加載荷，并根據(jù)試驗(yàn)要求施加不同的載荷和調(diào)節(jié)動塊轉(zhuǎn)速，通過傳感器測出靜導(dǎo)體圓周切線方向的拉力，計(jì)算動、靜塊之間的摩擦扭矩、摩擦力和摩擦系數(shù)，同時(shí)可檢測控制尚未潤滑油油溫和磨損量。
試驗(yàn)時(shí)，載荷采用逐級加載，逐步調(diào)速，試驗(yàn)油溫150℃，對不同材料的止推軸承進(jìn)行臺架試驗(yàn)。
表一為止推軸承臺架試驗(yàn)結(jié)果 表一


實(shí)驗(yàn)結(jié)果1、從表一臺架試驗(yàn)結(jié)果表明ZYTCu-10止推軸承靜塊材料顯著特點(diǎn)是承載比壓幾乎是其它材料的2倍，是高承載止推軸承可選的理想材料。
2、在轉(zhuǎn)速為3000r/min，載荷30000N的條件下，除ZCuPb10Sn10在載荷15000N擦傷停試外，其余均達(dá)到了30000N載荷，ZYTCu-10材料PV值達(dá)到157MPa.m/s，臺架試驗(yàn)所測得的摩擦系數(shù)應(yīng)力動壓油膜的摩擦系數(shù)，并且在試驗(yàn)過程中，一旦油膜破壞或處于邊界潤滑狀態(tài)，軸承馬上出現(xiàn)異常磨損，發(fā)生失效現(xiàn)象，所以潤滑的特性及潤滑油膜的狀態(tài)對軸承的承載力有重要影響。
3、止推軸承材料特性在潛油電機(jī)啟動和停機(jī)時(shí)對止推軸承產(chǎn)生影響，因?yàn)樵跐撚碗姍C(jī)啟動和停機(jī)時(shí)止推軸承牌邊界潤滑狀態(tài)，軸承材料必須能承受這種狀態(tài)的摩擦，需要材料具有良好的摩擦磨損性能。
4、止推軸承的表面粗糙度和平行度對軸承性能影響很大，在試驗(yàn)過程中，動塊表面粗糙度如達(dá)不到Ra0.2μm，平整度不好，在加載時(shí)很快出現(xiàn)擦傷，形不成油膜，出現(xiàn)異常磨損，所以在制造上止推軸承時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制軸承表面粗糙度和平等度。
5、所研制的ZYTCu-10靜塊和動塊滿足潛油電泵保護(hù)器止推軸承的使用要求，是性能優(yōu)異的高承載止推軸承。
6、止推軸承表面特性、材料特性、潤滑油特性對止推軸承性能影響較大；在設(shè)計(jì)、制造安裝和使用時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制。
以上實(shí)驗(yàn)只表明臺架實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，應(yīng)用具體現(xiàn)場所取得的效果，見表二 表二

因此，潛油電泵保護(hù)器高承載止推軸承，在原有ZQSn10-1基礎(chǔ)上，以提高材料的PV值為目的加添加劑和改善鑄造工藝，提高銅的耐磨性和承載能力，因此經(jīng)調(diào)整配方確定精鑄銅的牌號為ZYTCu-10，該材質(zhì)制成的靜塊耐疲勞壽命高、具有良好的高速性能，不易產(chǎn)生咬死現(xiàn)象；動塊選用材質(zhì)為ZGCr15的高鉻軸承鋼，主要成分為C、Cr、Mn、Si及平衡量的Fe，經(jīng)淬火回火處理后硬度達(dá)到了HRC60-64，該材質(zhì)制造成的動塊具有耐磨性高、淬火性好及耐疲勞壽命高，加工時(shí)用軸承研磨機(jī)進(jìn)行研磨，表面粗糙度在0.05--0.1之間；因此該動塊及靜塊配制而成的一對磨擦副強(qiáng)度高、耐磨性好及使用壽命長。
表二中提供了我公司在蘇丹大尼羅河公司應(yīng)用的高承載止推軸承12口井的井號及油井的深度，自2003年4月7日第一套高承載止推軸承下井投產(chǎn)以來，運(yùn)轉(zhuǎn)壽命最長的已經(jīng)達(dá)到了半年，泵效都在規(guī)定的58％±5的范圍內(nèi)，多次受到了大尼羅河公司的表揚(yáng)，同時(shí)為公司創(chuàng)造了經(jīng)濟(jì)效益1500萬美元。
權(quán)利要求
1.潛油電泵保護(hù)器高承載止推軸承，由動塊及靜塊組成，其特征在于動塊GCr15SiMn的主要成分按重量百分比計(jì)為C＝0.95～1.05，Si＝0.45～0.75，Mn＝0.95～1.25，Cr＝1.40～1.65，Mo＝0～0.10，P＝0～0.025，S＝0～0.025，Ni＝0～0.30，Cu＝0～0.25，Ni+Cu＝0～0.50及平衡量的Fe；靜塊ZYTCu-10的主要成分按重量百分比計(jì)為Sn＝8～12，Ni＝1.6～2.0，Pb＝0.8～1.2，Zn＝0.4～0.8，P＝0～0.03及平衡量的Cu。
2.一種制備如權(quán)利要求1所述的潛油電泵保護(hù)器高承載止推軸承的方法，包括以下次序的工藝步驟A、動塊a、淬火溫度為860℃，時(shí)間為20分鐘，b、回火溫度為160℃-170℃，時(shí)間為3-4小時(shí)，c、淬透層厚度2-3mmd、PV＝45MPa.m/s，e、精研、拋光及精拋；B、靜塊a、酸洗用21％鹽酸溶液清洗，b、明化處理8％-15％鉻酐+0.3％-0.5％硫酸+水溶液，浸泡15分鐘，c、精研、拋光及精拋。
全文摘要
潛油電泵保護(hù)器高承載止推軸承及其制備方法。主要解決了現(xiàn)有軸承因材質(zhì)的強(qiáng)度和耐磨性差致使止推軸承使用壽命短的問題。其特征在于動塊GCr
文檔編號F16C33/02GK1544817SQ200310115350
公開日2004年11月10日 申請日期2003年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月20日
發(fā)明者邵永實(shí), 張永乾, 楊元建, 孫永安, 鄧輝, 張玲, 殷紅雯 申請人:大慶石油管理局