Пара трения в ступени погружного многоступенчатого центробежного насоса

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в узлах трения, работающих в сложных условиях, например в износостойких погружных насосах. Пара трения в ступени погружного многоступенчатого центробежного насоса состоит из двух деталей, одна из которых выполнена из металла, а вторая из композиционного материала, состоящего из наполнителя и связующего. Связующее состоит из термопластичного полимерного материала. Технический результат - создание пары трения повышенной стойкости и надежности. 1 ил.

 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в узлах трения, работающих в сложных условиях, например в износостойких погружных насосах.

Известен антифрикционный композиционный материал, описанный по патенту РФ №2137790, кл. C 08 L 61/10, включающий фенольную смолу, графит, синтетическое волокно. В качестве фенольной смолы содержит крезолформальдегидную смолу, в качестве синтетического волокна содержит полипарафенилентерефталамидное волокно. Недостатком данного технического решения является пониженная стойкость и надежность в парах трения, так как антифрикционные износостойкие шайбы выполнены из данного материала, который обладает жесткостью и при дефектах изготовления пары они не сглаживаются, не притираются, что приводит к сколам и выходу из строя,

Известна пара трения ступени погружного многоступенчатого центробежного насоса, описанная по патенту РФ №2215206, кл. F 16 C 33/24. Данная пара трения взята в качестве прототипа и содержит рабочее колесо, выполненное из чугуна типа нирезист, и антифрикционную износостойкую шайбу, выполненную из композиционного материала типа "карбонит", представляющего собой монолитную структуру, состоящую из термореактивного полимерного связующего, нескольких слоев полотна и 3 мас.% графита, выполняющего функцию твердосмазочного наполнителя.

Недостатком данного технического решения является пониженная стойкость и надежность данной пары трения, так как антифрикционные износостойкие шайбы выполнены с монолитной структурой, состоящей из термореактивного полимерного связующего и нескольких слоев полиэфирного волокнистого наполнителя. Шайбы обладает повышенной жесткостью и при дефектах изготовления пары они не сглаживаются не притираются, что приводит к сколам и выходу из строя, а что касается переноса части материала полиоксадиазольных волокон на чугунную опорную поверхность, то этот поверхностный слой при работе в скважине за счет агрессивных абразивных (песок) сред смывается. Слоеная шайба работает с непостоянным коэффициентом трения - то работают волокна наполнителя, то работает связующее. Непостоянство коэффициента трения приводит к сокращению срока службы насоса.

Задачей настоящего изобретения является создание пары трения повышенной стойкости и надежности, работающей в тяжелых условиях, особенно в погружных насосах.

Указанная задача решена при помощи пары трения в ступени погружного многоступенчатого центробежного насоса, состоящей из двух деталей, одна из которых выполнена из металла (сталь, чугун, порошковый материал), а вторая из композиционного материала, состоящего из наполнителя и связующего, где связующее состоит из термопластичного полимерного материала, при этом в состав наполнителя входит стеклонаполнитель 15-50%, минеральные вещества до 10%, фторопласт до 7%, дисульфид молибдена или графит 1,5-15%, термопластичное связующее - остальное.

Такое выполнение пары трения позволило повысить ее стойкость и надежность, а значит увеличивает межремонтный срок службы насоса. Такой эффект получен за счет применения термопластичного полимерного связующего и наполнителя в виде стеклонаполнителя, минерального вещества, дисульфида молибдена или графита, фторопласта. Шайбы из данного материала более пластичные чем шайбы прототипа и свободно принимают форму опорной поверхности ответной детали. Наличие в составе стеклонаполнителя и минерального вещества повышает прочностные свойства. А наличие дисульфида молибдена или графита, фторопласта повышает антифрикционные свойства. При смешивании наполнителя со связующим и прессовании структура материала шайб становится монолитной с равномерным распределением наполнителя в связующем. Такая структура позволяет постоянно сохранять на поверхности шайбы антифрикционное покрытие, что повышает износостойкость.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где изображена ступень погружного многоступенчатого центробежного насоса.

Ступень погружного многоступенчатого центробежного насоса содержит направляющий аппарат 1 и рабочее колесо 2, выполненное из металла, например из чугуна типа нирезист. Колесо может быть изготовлено из стали или порошка. Рабочее колесо 2 установлено в направляющем аппарате 1 и опирается на опорный бурт 3 через антифрикционную износостойкую шайбу 4, запрессованную в расточку, выполненную в нижнем диске рабочего колеса 2. Вторая антифрикционная износостойкая шайба 5, выполненная из того же материала, что и шайба 4, но имеющая меньшую толщину, запрессована в расточку, выполненную в верхнем диске рабочего колеса 2.

Антифрикционные износостойкие шайбы 4 и 5 выполнены из композиционного материала, представляющего собой монолитную структуру, состоящую из термопластичного полимерного материала с наполнителем. В состав наполнителя входит стеклонаполнитель 20-50%. С повышением содержания стеклонаполнителя увеличивается его твердость, что отрицательно сказывается на прочности, появляются сколы. С уменьшением содержания стеклонаполнителя композиционный материал становится более мягким, пластичным, что также отрицательно сказывается на работу шайб. Наполнитель содержит минеральные вещества (мел, слюда, тальк, диоксид кремния) до 10%. С увеличением содержания увеличивается твердость, что отрицательно сказывается на работу шайб. Оптимальное содержание указанных наполнителей повышает физико-механические свойства композиционного материала. Также в состав наполнителя входит фторопласт до 7%. Большее содержание фторопласта отрицательно влияет на характеристики шайб. В наполнитель входят дисульфид молибдена 1,5-15% или графит 1,5-15%. Процентное увеличение этих элементов в наполнителе приводит к уменьшению прочности композиционного материала, что является отрицательным. При уменьшении процентного содержания - не улучшаются антифрикционные свойства. Данные три элемента наполнителя обеспечивают улучшение антифрикционных свойств. Термопластичный материал, связующее, представляет собой, например, полиамид.

Технология изготовления антифрикционной износостойкой шайбы из предложенного композиционного материала включает в себя смешивание полиамида с наполнителем и последующее прессование при нагреве изделия с заданными геометрической формой и размерами.

При работе насоса, рабочее колесо 2 ступени приводится во вращение относительно направляющего аппарата 1, при этом между наружной поверхностью шайбы 4 и поверхностью опорного бурта 3 образуется пара трения чугун типа нирезист и, например, полиамиднй композит. Данная пара трения работает с постоянным коэффициентом трения, т.к. полиамидный композит имеет однородную структуру. Кроме того, полиамидный композит имеет более низкий модуль упругости, что позволяет такой паре трения уменьшить износ в абразивной среде и быстро прирабатываться друг к другу, тем самым полимерный композит имеет значительно меньший коэффициент трения при работе с металлами, что приводит к уменьшению мощности трения и созданию благоприятных температурных режимов работы, повышению общей долговечности ступени насоса. Также позволяет производить капитальный ремонт насоса путем замены антифрикционных шайб 4, 5 и осуществить его повторную эксплуатацию с рабочим колесом 2 и направляющим аппаратом 1, установленным в насосе при изготовлении.

На некоторых режимах работы, например во время его запуска при открытой задвижке, осевые силы, действующие на рабочее колесо 2, могут быть направлены вверх, что приводит к так называемому "всплытию" рабочего колеса 2, верхний диск которого упирается в направляющий аппарат 1 расположенной выше ступени, в этом случае шайба 5 работает аналогично шайбе 4.

Пара трения в ступени погружного многоступенчатого центробежного насоса, состоящая из двух деталей, одна из которых выполнена из металла, а вторая из композиционного материала, состоящего из наполнителя и связующего, отличающаяся тем, что связующее состоит из термопластичного полимерного материала, а в состав наполнителя входит:

Стеклонаполнитель	15-50%
Минеральные вещества	До 10%
Фторопласт	До 7%
Дисульфид молибдена или графит	1,5-15%
Термопластичное связующее	Остальное