螺杆泵转子再制造技术研究

杨伟民，孙亮，孙双

（1.大庆油田水务公司，黑龙江 大庆163458；2.中石化石油工程建设有限公司，北京100101；3.大庆油田力神泵业有限公司，黑龙江 大庆163311）

0 引 言

螺杆泵[1]转子在型线铣削、抛光，电镀过程中的每一个环节都存在偏差，同时定子橡胶在注胶过程中由于橡胶的批次，模芯的磨损也会带来定子尺寸偏差，以上多种原因导致螺杆泵在装配过程中出现部分不合格产品。很多转子因为尺寸过小或过大，通过频繁的适配仍无法满足出厂要求而成为废品，不仅增加了工人的劳动强度，也给企业也带来损失。此外，现场井返厂的螺杆泵转子表面由于镀层磨损、脱铬而无法直接重复利用。因此，我们开展了转子再制造研究，通过采用镍基碳化钨冶金粉末修复，使再制造后的转子性能达到甚至超过新加工转子，同时再制造螺杆泵转子的成本只有外协带料加工新转子的50%，不但为企业清理了积压的库存，而且还节约了原材料，达到降本、增效、去库存的目的。

1 螺杆泵转子表面处理现状

目前，螺杆泵转子加工后，其表面采用常规镀硬铬的方式来保证螺旋曲面的硬度、耐磨和耐腐蚀性能。由于镀铬工艺对螺旋曲面电镀有局限性，导致转子螺旋曲面在波峰和波谷处镀层厚度差异较大，尺寸和形状精度难以控制，致使出厂进行匹配的螺杆泵性能差异较大，配泵效率低。

2 螺杆泵转子再制造原理

采用超音速火焰喷涂，是利用热源将喷涂材料加热至熔化或半熔化状态，并以一定的速度喷射沉积到经过预处理的基体表面，从而形成涂层的方法。

螺杆泵转子表面所采用的超音速火焰粉末喷涂，火焰温度可达2760 ℃，火焰速度大于2400 m/s，喷涂材料为镍基碳化钨冶金粉末[2-3]，喷涂速度可达300～500 m/s，喷涂至转子表面时，温度在150～200 ℃之间。当熔粒沉积到基体表面时，会产生放热反应，生成金属间化合物，并释放出大量的热，使基材与粉末接触表面瞬间达到高温，增加了接触界面上原子的活动能力，从而使粉末（即熔粒）与基材表面原子相互扩散，从而达到涂层致密，结合强度高的喷涂效果。由于喷涂的涂层孔隙率小于1%，又因喷涂粉末细微，因而可获得表面光滑的涂层。

3 优势

采用超音速喷涂技术的转子，与传统的镀硬铬工艺相比，其优势明显，首先传统的镀硬铬工艺，是重度污染的行业，针对螺杆泵转子表面镀硬铬，存在着周期长（针对GLB300-21型的转子，完成镀硬铬层需要4～5 h），镀层不均匀，镀铬的价格高且产品性能很难保证。而对于超音速镍基碳化钨粉末喷涂技术而言，螺杆泵转子单边厚度大，最高可达到2 mm，高低点厚度差仅为0.01～0.03 mm，表面涂层厚度较均匀，而且生产周期短，完全能保证修复转子的涂层厚度和形状精度。该技术先进性突出表现在以下几个方面：

表1 现场数据

1）耐腐蚀性强。超音速喷涂抗腐蚀性特别优良。经硫酸、盐酸、烧碱、盐水同比试验，其腐蚀速率低于1Cr18Ni9Ti不锈钢3～8倍。

2）耐磨性好。喷涂粉末颗粒在高速焰流中获得了极大的动能，对基材和已沉积颗粒的撞击效果显著，粒子绝大多数为固相变形，涂层中生成有利于提高涂层可靠性的压力。因此，摩擦因数小，非黏着性好，耐磨性能高[4]。

3）表面光洁度好。喷涂后的工件，经表面磨削加工后，可获得良好的表面光洁度。

4）表面硬度高。工件经喷涂磨削处理后，涂层材料氧化程度低。失碳少，涂层硬度高[5]，最大硬度可达到64 HRC。

5）结合强度大。经喷涂磨削后的合金层与金属基件结合强度增大，一般在63 MPa条件下不起皮、不脱落、无气孔、无裂纹。

6）表面合金层均匀致密。镍基碳化钨涂层以镍基固溶体为基体，弥散分布着大量的碳化物硬质相。涂层与母材发生明显的元素扩散，进而形成牢固的冶金结合，故涂层表面合金层均匀致密。

7）润滑性好。摩擦因数低，非黏着性好，厚度可控，可用于修复报废零配件，低电阻，可焊性好。

8）环保性好。无毒、无味、无三废排放，对人体不构成危害，对环境不构成污染，属国家大力提倡的绿色环保产品。

通过对废旧转子进行铬层退镀和喷涂修复，再制造的转子不仅能恢复原转子的性能，还兼有对原转子性能技术升级，使再制造后的转子性能达到甚至优于原转子。完全能够胜任油田高含水、高含砂和腐蚀等复杂井况的开采。

同时螺杆泵转子喷涂修复后的成本只有原转子的50%。以GLB500-20/2为例，原来电镀加工一根需要7305元，采用再制造方式修复的转子每根仅需3183元，每根节省成本达到50%以上，经济效益非常显著。

4 现场应用

2017年—2019年，先后试制碳化钨喷涂转子螺杆泵10套，现已经全部下井，通过对现场运转情况进行跟踪（见表1），10套泵平均泵效为60.6%，尤其是在2017年3月19日最早下井的两台泵，运转时间已超过1013 d，整体运转情况良好。

5 结 论

通过现场实际应用，再制造后的螺杆泵，高低点厚度差小，表面涂层厚度较均匀，完全能保证转子的尺寸精度和形状精度，不但出厂配泵成功率高，而且现场应用稳定可靠，泵效高，使检泵周期大幅度延长，为螺杆泵在油田的大批量推广应用打下坚实基础。