[發(fā)明專利]用于柱塞泵的長壽命復(fù)合涂層柱塞

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710566954.2
• 申請日: 2017-07-12
• 公開（公告）號: CN109253080B
• 公開（公告）日: 2021-11-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 傅衛(wèi);陳國喜;白新波
• 申請（專利權(quán)）人: 上海寶鋼工業(yè)技術(shù)服務(wù)有限公司
• 主分類號: F04B53/14
• 分類號: F04B53/14
• 代理公司: 上海天協(xié)和誠知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 31216
• 代理人: 沈國良

本發(fā)明公開了一種用于柱塞泵的長壽命復(fù)合涂層柱塞，本柱塞包括柱塞本體、基體強化層和硬面工作層，所述基體強化層制備于所述柱塞本體表面，所述硬面工作層熱噴涂于所述基體強化層表面。基體強化層由噴焊重熔或表面感應(yīng)淬火得到，硬面工作層為金屬陶瓷復(fù)合涂層并且通過超音速火焰熱噴涂工藝在基體強化層基礎(chǔ)上制備。本柱塞克服了傳統(tǒng)柱塞無法滿足油氣田日益增長作業(yè)需求的缺陷，采用復(fù)合硬面強化技術(shù)對柱塞工作表面進行表面強化，制備基體強化層和硬面工作層的復(fù)合硬質(zhì)涂層，提升了柱塞使用性能，延長使用壽命。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及石油機械設(shè)備制造領(lǐng)域，尤其涉及一種用于柱塞泵的長壽命復(fù)合涂層柱塞。

背景技術(shù)

近年來,隨著油田壓裂工藝的發(fā)展,配套酸化壓裂設(shè)備中需要高壓力、大排量、性能可靠、操作方便、工作平穩(wěn)且結(jié)構(gòu)緊湊合理的壓裂泵,從而滿足油田壓裂作業(yè)需求。大功率柱塞泵滿足以上需求，故應(yīng)用柱塞泵已成為壓裂作業(yè)的發(fā)展趨勢。

柱塞泵由其動力端提供動力,來自動力端的動力通過連接裝置傳遞到柱塞,使柱塞在閥箱內(nèi)作往復(fù)直線運動,柱塞進出閥腔改變閥腔工作室體積；當(dāng)柱塞離開閥腔時,工作室容積增大,壓力降低,排出閥隨之關(guān)閉,吸入閥打開,液體進入；當(dāng)柱塞進入閥腔時,閥腔工作室體積減少,壓力升高,吸入閥關(guān)閉,排出閥打開,排出液體,上述過程的不斷循環(huán)往復(fù),從而泵出高壓液流。隨著油田井深的增加以及壓裂酸化半徑的擴大,迫切需要強化壓裂酸化工藝,即要求向井內(nèi)注入高壓力、高砂比、高酸度的壓裂液體,這無疑使柱塞泵的工作條件變得更加苛刻,導(dǎo)致柱塞壽命降低。使用過程中柱塞表層磨損、拉傷、燒蝕和腐蝕的現(xiàn)象時有發(fā)生，柱塞損壞后壓裂酸化作業(yè)液由柱塞外表面泄漏進入曲軸箱,使曲軸箱內(nèi)的潤滑油嚴(yán)重變質(zhì)而失去潤滑作用,造成曲軸箱內(nèi)的關(guān)鍵零部件，如十字頭、齒輪、拉桿、軸承等嚴(yán)重磨損、燒蝕和腐蝕,導(dǎo)致重大事故發(fā)生。作為柱塞泵易損件之一的柱塞部件頻繁更換也大大增加了檢修人員的工作量，降低了壓裂施工作業(yè)效率。因此，對現(xiàn)有柱塞部件性能進行改善提高，從而延緩柱塞在工作運行中的磨損腐蝕,延長柱塞的使用壽命,對于提高柱塞泵的整體工作能力和可靠性具有至關(guān)重要的作用，也受到油田用戶的普遍高度重視。

據(jù)統(tǒng)計柱塞的磨損、腐蝕、劃痕溝槽三種失效方式占總失效次數(shù)的90％左右，是柱塞最主要的失效形式。因此利用表面涂層技術(shù)對柱塞表面進行強化，可增強柱塞表面硬度，改善柱塞表面的防腐耐磨性能，是提升柱塞使用壽命的關(guān)鍵路徑之一。目前油氣田上使用的柱塞一般采用表面鍍鉻或表面噴焊重熔鎳基合金的方法進行表面強化，但使用壽命還是無法滿足油田日益增加的壓裂作業(yè)需求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種用于柱塞泵的長壽命復(fù)合涂層柱塞，本柱塞克服了傳統(tǒng)柱塞無法滿足油氣田日益增長的作業(yè)需求的缺陷，采用復(fù)合硬面強化技術(shù)對柱塞工作表面進行表面強化，制備基體強化層和硬面工作層的復(fù)合硬質(zhì)涂層，提升了柱塞使用性能，延長使用壽命。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明用于柱塞泵的長壽命復(fù)合涂層柱塞包括柱塞本體、基體強化層和硬面工作層，所述基體強化層制備于所述柱塞本體表面，所述硬面工作層熱噴涂于所述基體強化層表面。

進一步，所述基體強化層采用噴焊重熔方法在柱塞本體表面制備鎳基涂層或鈷基涂層，涂層厚度為0.5～3.5mm、硬度為HRC45～65。

進一步，所述基體強化層采用表面感應(yīng)淬火方法對柱塞本體進行表面淬火處理，從而在柱塞本體表面獲得淬硬層，淬硬層深度為0.5～3.5mm、硬度為HRC45～65。

進一步，所述硬面工作層為金屬陶瓷復(fù)合涂層并且采用超音速火焰熱噴涂工藝在所述基體強化層基礎(chǔ)上制備，所述金屬陶瓷復(fù)合涂層所用粉末為WC金屬陶瓷粉末中摻加5～10wt%的鎳石墨，其中WC金屬陶瓷粉末成分為：C5.0～6.0 wt% ，Cr3～5wt %，Co 8.5～11.0wt % ，W余量,所述鎳石墨成分為：Ni75wt%，石墨25wt%，粉末粒徑為15～60μm。