При виборі матеріалу для валів перевагу віддають сталі з більш високим межею витривалості по довідковим даним, в кращому випадку - за результатами випробувань стандартної агресивному середовищі. Реальна робоче середовище значно відрізняється від стандартної багатокомпонентної - концентрацією у водному розчині солей, іонів хлору, розчиненого сірководню, кисню, величиною рН, наявністю нафтопродуктів, на різних родовищах зазначені характеристики різні [2]. Тому введення коефіцієнта запасу міцності для обліку впливу втоми металу та агресивності робочого середовища не дозволяє правильно вибрати діаметр і матеріал вала, так як малий запас міцності може призвести до недостатньої надійності вала при експлуатації і передчасного руйнування від корозійної втоми або імпульсної перевантаження, зайвий запас - до зниження економічних характеристик насоса, оскільки збільшення діаметра на 8-10% знижує ККД насоса на 4-6% [3].
- усталений режим роботи насоса, коли вал працює тільки в умовах корозійної втоми при крученні;
- робота при імпульсних перевантаженнях.
На першому етапі надійність роботи матеріалу вала пропонується оцінювати по його межі витривалості, визначеним на зразках при крученні на базі 107 циклів в температурно-корозійних умовах робочої рідини. Даний параметр значно залежить від численних характеристик агресивності робочої рідини. Тому до накопичення необхідних довідкових матеріалів для дотримання умов моделювання робочих умов втомних випробування слід проводити в робочої рідини того родовища, для якого призначений насос. Межа витривалості значно менше межі текучості матеріалу, і в пружною області він є напругою, нижче якого не утворюються осередки пошкоджуваності. У зв'язку з зазначеним мінімальний діаметр вала, визначений при розрахунку на міцність по межі витривалості матеріалу як за гранично допустимим напрузі, забезпечує надійність вала на першому етапі роботи і не вимагає необгрунтованих запасів міцності.
На першому етапі - при сталому режимі роботи насоса діючий крутний момент відповідає максимальної потужності насоса і розраховується в залежності від напору, подачі робочої рідини і сил тертя в насосі '
На другому етапі вал працює на скручування і його діаметр пропонується визначати по гранично допустимому напрузі, в якості якого обраний межа плинності матеріалу, певний при випробуванні на крутіння, точніше, величина 0,9 тт, так як вал повинен працювати в пружної області напруг, а межа плинності відповідає початку пластичної деформації, що дорівнює 0,3%. Імпульсний розрахунковий крутний момент повинен бути, по крайней мере, не нижче пускового моменту насоса
З огляду на, що імпульсні перевантаження виникають не тільки при пуску, а й при засміченні робочої рідини частинками гірських порід, розмиванні пласта і інших подібних впливах, які можуть бути подолані за рахунок надлишкового моменту сил пружності валу, імпульсний крутний момент розраховується за формулою
Діаметр валу визначається за відповідними для кожного етапу роботи допускаються напруженням і моменту. При цьому для встановлення допустимого діаметра виточок або середнього діаметра шліців повинна бути зроблена поправка на коефіцієнт чутливості до концентрації напружень в залежності від радіуса заокруглень в виточках і шліцах і міцності матеріалу вала. З двох мінімальних діаметрів, отриманих для втомного навантаження при сталому режимі роботи насоса і для кручення при імпульсної перевантаження крутного моменту, вибирається більший і перевіряється коефіцієнт запасу міцності по відношенню допустимих напружень до розрахункових для кожного етапу. При цьому обрані допустимі напруження повинні перевищувати розрахункові будь-якому перерізі вала.
Межа текучості при розтягуванні стали ХМ-12 в залежності від режиму термообробки і її хімічного складу в межах марочного може становити 1,15-1,30 кН / мм2, тобто на 40-60% вище, ніж стали 03Х14Н7В, при ударної в'язкості 0,08-0,12 кН-м / см2. При крученні межа витривалості і межа плинності при крученні відповідно на 30 і 38% вище, ніж у сталі 03Х14Н7В.
Таким чином, розроблена методика дозволяє вибрати матеріал для виготовлення вала, що відповідає умовам експлуатації, і більш точно визначити його допустимий діаметр в будь-якому перетині без введення необгрунтованих запасів міцності. В результаті можуть бути підвищені термін служби валу, надійність роботи насоса і його ККД Пріоритет методики встановлений заявкою на отримання патенту РФ.
3. Розрахунок і конструювання нафтопромислового обладнання / Л.Г. Чичеров, Г.В. Молчанов, A.M. Рабинович та ін. - М. Недра, 1987.-146 с.
4. Михайлов А.К. Малашенко В.В. Конструкції і розрахунок відцентрових насосів високого тиску. - М. Машинобудування, 1971. - 223 с.