ПАРА ТРЕНИЯ Российский патент 1998 года по МПК F16C33/12 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к парам трения, и может найти применение в узлах трения, работающих в сложных условиях, например, в нефтедобывающей промышленности при откачке пластовой жидкости из нефтяных скважин.

Известна пара трения, используемая в погружных электроцентробежных насосах в качестве радиального подшипника, включающая ступицу направляющего аппарата и втулку рабочего колеса, выполненных из легированного чугуна нирезиста (Вихман Р.Г., Филиппов В.Н. Погружные центробежные износостойкие насосы для добычи нефти/Экспресс-информация.: ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, N 6, 1989).

Недостатком данной пары является высокая стоимость и недостаточная износостойкость в пластовых водах с высоким содержанием абразивных частиц.

Известна пара трения, используемая в погружных электроцентробежных насосах типа ЭЦНМ, включающая ступицу направляющего аппарата, изготовленную из серого чугуна, и втулку защитную вала, изготовленную из латуни (Насосы погружные центробежные модульные ЭЦНМ и ЭЦНМК /Технические условия ТУ 26-06-14585-87).

Недостаток - низкая износостойкость в абразивной среде.

Известна пара трения, используемая в погружных электроцентробежных насосах типа ЭЦНП, включающая ступицу направляющего аппарата насоса, изготовленную из серого чугуна, и втулку защитную вала, изготовленную из порошковой стали марки ЖГр1ДЗ (Полезная модель N 1725, Пара трения, 19.05.94).

Недостатком известной пары является низкая износостойкость в условиях высокого содержания абразивных частиц в откачиваемой пластовой жидкости.

Известна также пара трения, включающая ступицу направляющего аппарата погружного насоса типа ЭЦНМ, изготовленную из порошковой стали ЖГр1Д15, и втулку защитную вала из порошковой стали ЖГр1Д3 (Рабочие органы погружных центробежных насосов из порошковых материалов на основе железа /Технические условия ТУ 3631-001-24064238-94).

Недостатком известной пары трения является низкая износостойкость в условиях высокого содержания абразивных частиц в откачиваемой пластовой жидкости.

Изобретение решает задачу повышения износостойкости за счет уменьшения суммарного износа элементов пары. При этом существенным является не форма пары, а сочетание материалов, из которых изготовлены ее элементы.

Указанная задача решается тем, что пара трения, элементы которой выполнены из порошкового материала на основе железа, содержащего углерод и медь, согласно изобретению, дополнительно содержит хром и молибден хотя бы в одном из элементов пары, при следующем соотношении компонентов. мас.%:
Углерод - 1.0-2,0
Медь - 10,0-15,0
Хром - 0,5-0,7
Молибден - 0,5-2,5
Железо - Остальное
Ниже приведены сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения, не ограничивающие конкретные формы ее реализации.

Примером указанной пары трения может служить радиальный подшипниковый узел трения погружного центробежного насоса, элементы которого (цилиндрическая охватывающая поверхность) - ступица направляющего аппарата и (охватываемая поверхность) - втулка защитная вала изготовлены из порошковой стали - смесей порошков железа, углерода, меди, хрома и молибдена, которые прессуют при давлении 600-800 МПа и спекают при 1150^oC. Возможно введение меди методом инфильтрации. Пористость сталей составляет 5-25%. Марки материалов, их химический состав и твердость приведены в табл. 1.

При стендовых испытаниях за показатель износостойкости пары трения была принята величина абсолютного износа трущихся поверхностей, при этом узел трения был выполнен так, что нагрузка (150 Н) на ось вращения защитной втулки распределялась равномерно во всех направлениях с частотой прецессии 3 об/мин, при длине пары 13 мм и начальном диаметре 21 мм. Среда - консистентная смазка с абразивом (5% мас.) из дисперсного электрокорунда со средним размером частиц 2,6 мкм. Скорость подачи среды в зону трения - 6 см³/ч. Разброс величин износа не превышал 20%.

В табл. 2 приведена скорость износа пар трения, состоящих из порошковых ступиц разного состава и втулок, изготовленных из порошковой стали марки ЖГр1Д3 ( N 26).

Из анализа таблицы видно, что введение хрома и молибдена в материал ступицы существенно увеличивает износостойкость пары по сравнению с прототипом. Влияние углерода и меди на износостойкость не значительно. Оптимальными свойствами обладают материалы с содержанием углерода 1,5%, меди 15% и хрома до 5% (мас.).

Замена втулок, выполненных из углеродистых (ЖГр1, У8, Ж100), и сталей, легированных медью (ЖГр1Д3, ЖГр1Д15), на предлагаемые материалы существенно повышает износостойкость пары, табл.3.

Пара трения с материалом ступицы ЖГр1, 5Х2МО, 5Д15 (N8) и втулки ЖГр1, 5Х0,5М2,5Д15 (N7) обладает суммарной износостойкостью в 9,6 раз большей, чем у аналога, и в 5,4 раз большей, чем у пары прототипа. Из таблиц также видно, что однозначного соответствия между износостойкостью и твердостью предлагаемых материалов пары нет.

Использование: в машиностроении и может найти применение в узлах трения, работающих в сложных условиях, например, в погружных центробежных насосах. Технический результат достигается тем, что изобретение: пара трения, элементы которой выполнены из порошкового материала на основе железа, содержащего углерод (1,0 - 2,0 мас.%), медь (10,0 - 15,0 мас.%), хром (0,5 - 7,0 мас. %) и молибден (0,5 - 2,5 мас.%), позволяет повысить износостойкость за счет уменьшения суммарного износа обоих элементов пары. 3 табл.

Пара трения, элементы которой выполнены из порошкового материала на основе железа, содержащего углерод и медь, отличающаяся тем, что в порошковый материал хотя бы одного из элементов пары введены хром и молибден при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Углерод - 1,0 - 2,0
Медь - 10,0 - 15,0
Хром - 0,5 - 7,0
Молибден - 0,5 - 2,5
Железо - Остальноен