聚氨酯泥漿泵活塞的製作方法

2023-05-16 05:26:21

專利名稱：聚氨酯泥漿泵活塞的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種泥漿泵活塞皮碗的製作材料配方、生產工藝及結構改進，屬於石油礦山鑽井泥漿泵應用部件。
石油鑽井的特點是連續運轉時間長，工況條件差，一般工作壓力高達200kg，工作溫度70℃，泥漿含沙多、粘度大，並具有一定的腐蝕性，做為泥漿泵的主要部件-活塞經常需要更換，嚴重影響鑽井進度。所以，泥漿泵活塞的使用壽命成為生產中的難題之一。現有的同類裝置，一般使用丁晴耐油橡膠和S型聚氨酯材料製作皮碗。使用丁晴膠作皮碗，它的耐磨性差，使用壽命只有80小時;用聚氨酯材料製作的同類產品，如1986年江漢油田鑽採設備研究所和南京橡膠廠聯合研製的「聚氨酯橡膠組裝式鑽井泵活塞」，在泵壓160-180kg/cm2下，平均每隻活塞工作壽命可達200小時;1988年五廠家和科研單位在華北油田進行泥漿泵活塞實驗打擂比賽中，名列前矛的內蒙阿榮旗橡膠廠參賽的三隻活塞平均使用壽命達596小時，但從產品批量使用的調查結果看，在實際工況條件下，平均使用壽命也只有200小時左右。上述活塞的使用壽命低主要是受材料性能的影響。此外，活塞的結構也不盡合理，如附圖1所示，皮碗(3)在總高度的1/2處有一折點A，使用時，A處易變形，導致活塞報廢;另外，鋼芯(1)的外徑比固架(2)的外徑大，工作時，鋼芯與缸套直接磨擦，容易磨損缸套，密封性也差。
本發明的目的是克服現有技術的上述不足，尋找一種耐磨度更高的材料製作活塞皮碗，並相應對鋼芯(1)、皮碗(3)的尺寸及結構進行改進，提高活塞的使用壽命。
本發明的技術解決方案是一種聚氨酯泥漿泵活塞，由鋼芯(1)、固架(2)、皮碗(3)、壓板(4)、卡簧(5)組成，其特徵是皮碗(3)是用甲苯二異氰酸脂(TDI)和甲苯甲4-14二異氰酸脂(MDI)加聚酯多元醇(聚醇)、擴鏈劑等合成材料製成，各組分的重量百分比是63-68%的聚醇(OH值56);6-13%的擴鏈劑;7-12%的MDI;12-20%的TDI，按上述組分範圍取100%製成預製體後，再加入4-6%的環氧化合物及顏料;本發明的技術要點還在於皮碗(3)與缸壁磨擦的工作面從底邊開始根據不同外徑尺寸帶有2°-8°的錐度，即α＝1°-4°;鋼芯(1)的外徑比尼龍固架(2)的外徑小1.5-2mm。
本發明的優點在於採用了TDI和MDI加環氧化合物合成的澆注膠製作活塞皮碗，提高了活塞的耐油、耐磨、耐水解、耐低溫、耐臭氧、耐輻射等技術要求，邵硬(A)最高達到90±5，具體與現有技術對比如表1
皮碗材料物理機械性能對比表1
本發明的另一個優點是在活塞的外型結構上進行了改進皮碗(3)與缸壁磨擦面的錐度變化是從底邊開始的，使之受力均勻，不易變形;鋼芯(1)的外徑略小於尼龍固架(2)的外徑，使鋼質材料不與缸套直接磨擦。在相同的工況條件下，本發明平均使用時間為1104小時，最高可達1264小時，具體對比如下表2表2
雖然本發明的成本較現有技術(現場應用主要是丁晴膠活塞)高出0.7倍，但使用壽命卻比丁晴膠活塞提高了13.8倍，比S型聚氨酯橡膠活塞提高了5.5倍。


圖1是現有產品的結構圖。
圖2是本發明的結構圖。
其中1-鋼芯;2-固架;3-皮碗;4-壓板;5-卡簧。
下面的例子用於說明本發明最合適的具體實施各組分的百分含量取64.5%的聚醇;7.2%的擴鏈劑;28.3%的TDI和MDI混合物，其中MDI的百分含量取12%，TDI的百分含量取16.3%，另外再取4.8%的環氧化合物。
生產工藝將聚醇加熱到140±5°脫水，降溫至60-80℃，加入MDI、TDI，反應3.5小時，再加溫至140±5℃脫氣，加入環氧化合物，放置在烤箱中，溫度達到80±5℃，繼續反應8小時，作為預製體。
硫化過程將模具加溫到120℃後塗脫模劑，將上述預製體與擴鏈劑加到一起攪拌30秒鐘倒入模具中，在硫化機上加壓37噸、加溫120℃、時間30分鐘，脫模後放在烤箱中加溫到80±5℃，繼續硫化8小時，自然硫化一周出產品。
皮碗(3)的錐度依活塞外徑不同而有所差別，如外徑為∮170，則α＝3.85°;鋼芯(1)小於固架(2)1.5mm。
本發明可使用的工況條件是泵壓150-180kg/cm2，排量20l，含沙量在0.7-1%，井深平均2800米。
本發明為系列產品，規格為∮140-∮180。
權利要求
1.一種聚氨酯泥漿泵活塞，由鋼芯(1)、固架(2)、皮碗(3)、壓板(4)、卡簧(5)組成，其特徵是a.皮碗(3)是用甲苯二異氰酸脂(TDI)和甲苯甲4--14二異氰酸脂(MDI)加聚酯多元醇(聚醇)、擴鏈劑等合成材料製成，各組分的重量百分比是63--68%的聚醇(OH值56)；6--13%的擴鏈劑；7--12%的MDI；12-20%的TDI，b.按上述組分範圍取100%後，再加入4--6%的環氧化合物及顏料，c.皮碗(3)與缸壁磨擦面從底邊開始根據不同外徑尺寸帶有2°--8°的錐度，即α=1°-4°，d.鋼芯(1)的外徑比尼龍固架(2)的外徑小1.5--2mm。
2.根據權利要求1所述的聚氨酯泥漿泵活塞，其特徵是皮碗(3)的合成材料各組分的百分含量為64.5%的聚醇;7.2%的擴鏈劑;28.3%的TDI和MDI混合物。
3.根據權利要求2所述的聚氨酯泥漿泵活塞，其特徵是皮碗(3)的合成材料中MDI的百分含量取12%，TDI的百分含量取16.3%。
4.根據權利要求1所述的聚氨酯泥漿泵活塞，其特徵是皮碗(3)的製作工藝如下a.將聚醇加熱到140±5°脫水，降溫至60-80℃，b.加入MDI、TDI，反應3.5小時，c.再加溫至140±5℃脫氣，d.加入環氧化合物，放置在烤箱中，溫度達到80±5℃，繼續反應8小時，e.將模具加溫到120℃後塗脫模劑，將上述預製體與擴鏈劑加到一起攪拌30秒鐘倒入模具中，f.在硫化機上加壓37噸、加溫120℃、時間30分鐘，g.脫模後放在烤箱中加溫到80±5℃，繼續硫化8小時，h.自然硫化一周出產品。
全文摘要
本發明涉及一種泥漿泵活塞皮碗的製作材料配方、生產工藝及結構改進。由於採用了TD1和MD1加環氧化合物合成的澆注膠製作活塞皮碗，提高了活塞的耐油、耐磨、耐水解、耐低溫、耐臭氧、耐輻射等技術要求，邵硬(A)最高達到90±5。本發明在泵壓150—180kg/cm，排量201，含沙量在0.7—1％，井深平均2800米的工況條件下，平均工作壽命達到了1104小時，比現有技術提高了5—14倍。
文檔編號F16J1/01GK1040660SQ8910495
公開日1990年3月21日 申請日期1989年7月17日 優先權日1989年7月17日
發明者孟蘭興, 楊春盛 申請人:華北石油管理局運輸公司