螺桿泵轉子再制造技術研究

楊偉民，孫亮，孫雙

（1.大慶油田水務公司，黑龍江 大慶163458；2.中石化石油工程建設有限公司，北京100101；3.大慶油田力神泵業(yè)有限公司，黑龍江 大慶163311）

0 引 言

螺桿泵[1]轉子在型線銑削、拋光，電鍍過程中的每一個環(huán)節(jié)都存在偏差，同時定子橡膠在注膠過程中由于橡膠的批次，模芯的磨損也會帶來定子尺寸偏差，以上多種原因導致螺桿泵在裝配過程中出現部分不合格產品。很多轉子因為尺寸過小或過大，通過頻繁的適配仍無法滿足出廠要求而成為廢品，不僅增加了工人的勞動強度，也給企業(yè)也帶來損失。此外，現場井返廠的螺桿泵轉子表面由于鍍層磨損、脫鉻而無法直接重復利用。因此，我們開展了轉子再制造研究，通過采用鎳基碳化鎢冶金粉末修復，使再制造后的轉子性能達到甚至超過新加工轉子，同時再制造螺桿泵轉子的成本只有外協帶料加工新轉子的50%，不但為企業(yè)清理了積壓的庫存，而且還節(jié)約了原材料，達到降本、增效、去庫存的目的。

1 螺桿泵轉子表面處理現狀

目前，螺桿泵轉子加工后，其表面采用常規(guī)鍍硬鉻的方式來保證螺旋曲面的硬度、耐磨和耐腐蝕性能。由于鍍鉻工藝對螺旋曲面電鍍有局限性，導致轉子螺旋曲面在波峰和波谷處鍍層厚度差異較大，尺寸和形狀精度難以控制，致使出廠進行匹配的螺桿泵性能差異較大，配泵效率低。

2 螺桿泵轉子再制造原理

采用超音速火焰噴涂，是利用熱源將噴涂材料加熱至熔化或半熔化狀態(tài)，并以一定的速度噴射沉積到經過預處理的基體表面，從而形成涂層的方法。

螺桿泵轉子表面所采用的超音速火焰粉末噴涂，火焰溫度可達2760 ℃，火焰速度大于2400 m/s，噴涂材料為鎳基碳化鎢冶金粉末[2-3]，噴涂速度可達300～500 m/s，噴涂至轉子表面時，溫度在150～200 ℃之間。當熔粒沉積到基體表面時，會產生放熱反應，生成金屬間化合物，并釋放出大量的熱，使基材與粉末接觸表面瞬間達到高溫，增加了接觸界面上原子的活動能力，從而使粉末（即熔粒）與基材表面原子相互擴散，從而達到涂層致密，結合強度高的噴涂效果。由于噴涂的涂層孔隙率小于1%，又因噴涂粉末細微，因而可獲得表面光滑的涂層。

3 優(yōu)勢

采用超音速噴涂技術的轉子，與傳統的鍍硬鉻工藝相比，其優(yōu)勢明顯，首先傳統的鍍硬鉻工藝，是重度污染的行業(yè)，針對螺桿泵轉子表面鍍硬鉻，存在著周期長（針對GLB300-21型的轉子，完成鍍硬鉻層需要4～5 h），鍍層不均勻，鍍鉻的價格高且產品性能很難保證。而對于超音速鎳基碳化鎢粉末噴涂技術而言，螺桿泵轉子單邊厚度大，最高可達到2 mm，高低點厚度差僅為0.01～0.03 mm，表面涂層厚度較均勻，而且生產周期短，完全能保證修復轉子的涂層厚度和形狀精度。該技術先進性突出表現在以下幾個方面：

表1 現場數據

1）耐腐蝕性強。超音速噴涂抗腐蝕性特別優(yōu)良。經硫酸、鹽酸、燒堿、鹽水同比試驗，其腐蝕速率低于1Cr18Ni9Ti不銹鋼3～8倍。

2）耐磨性好。噴涂粉末顆粒在高速焰流中獲得了極大的動能，對基材和已沉積顆粒的撞擊效果顯著，粒子絕大多數為固相變形，涂層中生成有利于提高涂層可靠性的壓力。因此，摩擦因數小，非黏著性好，耐磨性能高[4]。

3）表面光潔度好。噴涂后的工件，經表面磨削加工后，可獲得良好的表面光潔度。

4）表面硬度高。工件經噴涂磨削處理后，涂層材料氧化程度低。失碳少，涂層硬度高[5]，最大硬度可達到64 HRC。

5）結合強度大。經噴涂磨削后的合金層與金屬基件結合強度增大，一般在63 MPa條件下不起皮、不脫落、無氣孔、無裂紋。

6）表面合金層均勻致密。鎳基碳化鎢涂層以鎳基固溶體為基體，彌散分布著大量的碳化物硬質相。涂層與母材發(fā)生明顯的元素擴散，進而形成牢固的冶金結合，故涂層表面合金層均勻致密。

7）潤滑性好。摩擦因數低，非黏著性好，厚度可控，可用于修復報廢零配件，低電阻，可焊性好。

8）環(huán)保性好。無毒、無味、無三廢排放，對人體不構成危害，對環(huán)境不構成污染，屬國家大力提倡的綠色環(huán)保產品。

通過對廢舊轉子進行鉻層退鍍和噴涂修復，再制造的轉子不僅能恢復原轉子的性能，還兼有對原轉子性能技術升級，使再制造后的轉子性能達到甚至優(yōu)于原轉子。完全能夠勝任油田高含水、高含砂和腐蝕等復雜井況的開采。

同時螺桿泵轉子噴涂修復后的成本只有原轉子的50%。以GLB500-20/2為例，原來電鍍加工一根需要7305元，采用再制造方式修復的轉子每根僅需3183元，每根節(jié)省成本達到50%以上，經濟效益非常顯著。

4 現場應用

2017年—2019年，先后試制碳化鎢噴涂轉子螺桿泵10套，現已經全部下井，通過對現場運轉情況進行跟蹤（見表1），10套泵平均泵效為60.6%，尤其是在2017年3月19日最早下井的兩臺泵，運轉時間已超過1013 d，整體運轉情況良好。

5 結 論

通過現場實際應用，再制造后的螺桿泵，高低點厚度差小，表面涂層厚度較均勻，完全能保證轉子的尺寸精度和形狀精度，不但出廠配泵成功率高，而且現場應用穩(wěn)定可靠，泵效高，使檢泵周期大幅度延長，為螺桿泵在油田的大批量推廣應用打下堅實基礎。