Узел трения-скольжения головки шатуна плунжерного насоса высокого давления с применением самосмазывающегося подшипника из порошкового антифрикционного материала

Введение. Рассматриваются порошковые антифрикционные материалы, применяемые в нефтегазовой промышленности. Особое внимание уделено материалам, обладающим эффектом самосмазываемости. Предлагается применение такого материала в узле трения одного из наиболее распространенных видов оборудования сервиса нефтегазовых скважин - плунжерном насосе высокого давления. Приводится конструктивная схема насоса с описанием модернизируемого узла, рассматриваются проблемы, возникающие при изготовлении и эксплуатации подшипниковой группы малой головки шатуна. Материалы и методы. С учетом опыта применения в машиностроении вкладышей подшипников из порошковых антифрикционных материалов подобран железографитовый пористый материал. Произведено изменение конструкции, учитывающее особенности работы самосмазывающихся материалов, позволяющее наиболее полно использовать их свойства. Рассматривается один из важнейших параметров работы подшипника скольжения - зазор между втулкой и валом. Подобрана посадка, обеспечивающая наибольшее прилегание втулки к валу по всей поверхности, что улучшает теплоотвод, способствует равномерному распределению нагрузки по поверхности трения и, тем самым, повышает работоспособность подшипникового узла. Результаты исследования. Предложен вариант изменения конструкции узла трения малой головки шатуна приводной части насоса с использованием самосмазывающегося подшипника из порошкового антифрикционного материала на основе железа. Предложенный подшипник удовлетворяет условиям нагружения рассматриваемого узла. Конструкция разработана с учетом условия самосмазываемости, что позволяет упростить изготовление шатуна, исключив необходимость изготовления смазочных отверстий в теле шатуна. Анализ предлагаемой модернизации проводится с применением 3D моделирования. Построенные модели позволяют наглядно оценить упрощение всей конструкции шатуна, изготовления входящих в него деталей, а также его сборки. Обсуждение и заключения. Полученные модели позволяют сделать вывод о целесообразности изменения конструкции подшипника для узла трения-скольжения малой головки шатуна плунжерного насоса высокого давления с учетом использования порошкового антифрикционного материала взамен существующего. Применение такого подшипника с эффектом самосмазывания позволит значительно упростить конструкцию шатунного узла.

плунжерные насосы высокого давления, порошковые антифрикционные материалы, самосмазывающиеся подшипники, смазка, трение, износ, high-lift plunger pumps, powder antifriction materials, self-lubricated bearings, lubrication, friction, wear

1. Андриевский, Р. А. Порошковое материаловедение/ Р. А. Андриевский. - Москва : Металлургия, 1991 - 205с.

2. Киреев, С.О. Трёхплунжерные насосы высокого давления ЗАО «Траст-Инжиниринг»/ С. О. Киреев, В. П. Попов // Топливный рынок. - 2010. - июнь - С. 8-11.

3. ГОСТ 26 802-86. Материалы антифрикционные на основе железа. Марки. /Государственный комитет СССР по стандартам. - Москва : Издательство стандартов 1986. - 16 с.

4. Авдеев, Д. Т. Материалы и конструкции самосмазывающихся подшипников скольжения / Д. Т. Авдеев, Н. В. Бабец, С. С. Мусиенко. - Новочеркасск : Новочерк. гос. техн. ун-т., 1993 - 112с.

5. Васильев, Б. Н. Основы проектирования и расчета узлов трения: учеб. пособие / Б. Н. Васильев, М. А Васильев. - Новочеркасск : ЮРГПУ(НПИ), 2013. - 126с.

6. Анухин, В. И. Допуски и посадки. Выбор и расчет, указание на чертежах : учеб. пособие / В. И. Анухин. - 2-е изд., перераб. и доп. Санкт-Петербург : Изд-во СПбГТУ, 2001. - 219 с.

7. Анализ условий работы узлов трения скольжения приводной части плунжерных насосов высокого давления сервиса нефтегазовых скважин / С. О. Киреев. [и др.] // Химическое и нефтяное машиностроение. - 2016. - №5 - С. 25 - 30.

8. Справочник по триботехнике. Т. 2. Смазочные материалы, техника смазки, опоры скольжения и качения / под общ. ред. М. Хебды, А. В. Чичинадзе. - Москва : Машиностроение, 1990. - 416 с.

9. Федорченко, И. М. Композиционные спеченные антифрикционные материалы / И. М. Федорченко, Л. И. Пугина. - Киев : Наук. Думка, 1980. - 404 с.

10. Перельман, В. Е. Формование порошковых материалов / В. Е. Перельман. - Москва : Металлургия, 1979. - 232 с.

11. Andrievskiy, R.A. Poroshkovoe materialovedenie. [Powder Hylology.] Moscow: Metallurgiya, 1991, 205p. (in Russian).

12. Kireev, S.О., Popov, V.P. Trekhplunzhernye nasosy vysokogo davleniya ZAO «Trast-Inzhiniring». [Triple-throw high-lift pumps of “Trust-Engineering” JSC.] Toplivnyy rynok, 2010, June, pp. 8-11 (in Russian).

13. GOST 26802-86. Materialy antifriktsionnye na osnove zheleza. Marki. [State standard 26802-86. Iron-based powder antifriction materials.Types.] USSR State Standards Committee. Moscow: Izdatel'stvo standartov, 1986, 16 p. (in Russian).

14. Avdeev, D.T., Babets, N.V., Musienko, S.S. Materialy i konstruktsii samosmazyvayushchikhsya podshipnikov skol'zheniya. [Materials and designs of self-lubricating friction bearings.] Novocherkassk: Novocherkassk State Technical University, 1993, 112 p. (in Russian).

15. Vasilyev, B.N., Vasilyev, M.A. Osnovy proektirovaniya i rascheta uzlov treniya. [Fundamentals of design and calculation of friction units.] Novocherkassk: YuRGPU (NPI), 2013, 126 p. (in Russian).

16. Anukhin, V.I. Dopuski i posadki. Vybor i raschet, ukazanie na chertezhakh. [Adjustments and allowances. Selection and calculation, reference to the drawings.] 2nd revised and enlarged ed. St.Petersburg : SPbGTU Publ. House, 2001, 219 p. (in Russian).

17. Kireev, S.О. et al. Analiz usloviy raboty uzlov treniya skol'zheniya privodnoy chasti plunzhernykh nasosov vysokogo davleniya servisa neftegazovykh skvazhin. [Analysis of the functional conditions in sliding friction units of the power end of high pressure plunger pumps for service of oil and gas wells.] Chemical and Petroleum Engineering, 2016, no. 5, pp. 25-30 (in Russian).

18. Khebda, M., Chichinadze, A.V., eds. Spravochnik po tribotekhnike. T. 2. Smazochnye materialy, tekhnika smazki, opory skol'zheniya i kacheniya. [Triboengineering reference. Vol. 2. Lubricants, greasing technique, sliding and rolling bearings.] Moscow: Mashinostroenie, 1990, 416 p. (in Russian).

19. Fedorchenko, I.M., Pugina, L.I. Kompozitsionnye spechennye antifriktsionnye materialy. [Composite sintered antifriction materials.] Kiev: Nauk. Dumka, 1980, 404 p. (in Russian).

20. Perelman, V.E. Formovanie poroshkovykh materialov. [Powdered materials molding.] Moscow: Metallurgiya, 1979, 232 p. (in Russian).