專利名稱：聚氨酯泥漿泵活塞的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種泥漿泵活塞皮碗的制作材料配方、生產(chǎn)工藝及結(jié)構(gòu)改進(jìn)，屬于石油礦山鉆井泥漿泵應(yīng)用部件。
石油鉆井的特點(diǎn)是連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間長(zhǎng)，工況條件差，一般工作壓力高達(dá)200kg，工作溫度70℃，泥漿含沙多、粘度大，并具有一定的腐蝕性，做為泥漿泵的主要部件-活塞經(jīng)常需要更換，嚴(yán)重影響鉆井進(jìn)度。所以，泥漿泵活塞的使用壽命成為生產(chǎn)中的難題之一?，F(xiàn)有的同類(lèi)裝置，一般使用丁晴耐油橡膠和S型聚氨酯材料制作皮碗。使用丁晴膠作皮碗，它的耐磨性差，使用壽命只有80小時(shí);用聚氨酯材料制作的同類(lèi)產(chǎn)品，如1986年江漢油田鉆采設(shè)備研究所和南京橡膠廠聯(lián)合研制的“聚氨酯橡膠組裝式鉆井泵活塞”，在泵壓160-180kg/cm2下，平均每只活塞工作壽命可達(dá)200小時(shí);1988年五廠家和科研單位在華北油田進(jìn)行泥漿泵活塞實(shí)驗(yàn)打擂比賽中，名列前矛的內(nèi)蒙阿榮旗橡膠廠參賽的三只活塞平均使用壽命達(dá)596小時(shí)，但從產(chǎn)品批量使用的調(diào)查結(jié)果看，在實(shí)際工況條件下，平均使用壽命也只有200小時(shí)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(jié)構(gòu)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(diǎn)A，使用時(shí)，A處易變形，導(dǎo)致活塞報(bào)廢;另外，鋼芯(1)的外徑比固架(2)的外徑大，工作時(shí)，鋼芯與缸套直接磨擦，容易磨損缸套，密封性也差。
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，尋找一種耐磨度更高的材料制作活塞皮碗，并相應(yīng)對(duì)鋼芯(1)、皮碗(3)的尺寸及結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，提高活塞的使用壽命。
本發(fā)明的技術(shù)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，其特征是皮碗(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(kuò)鏈劑等合成材料制成，各組分的重量百分比是63-68%的聚醇(OH值56);6-13%的擴(kuò)鏈劑;7-12%的MDI;12-20%的TDI，按上述組分范圍取100%制成預(yù)制體后，再加入4-6%的環(huán)氧化合物及顏料;本發(fā)明的技術(shù)要點(diǎn)還在于皮碗(3)與缸壁磨擦的工作面從底邊開(kāi)始根據(jù)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(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于采用了TDI和MDI加環(huán)氧化合物合成的澆注膠制作活塞皮碗，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(shù)要求，邵硬(A)最高達(dá)到90±5，具體與現(xiàn)有技術(shù)對(duì)比如表1
皮碗材料物理機(jī)械性能對(duì)比表1
本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是在活塞的外型結(jié)構(gòu)上進(jìn)行了改進(jìn)皮碗(3)與缸壁磨擦面的錐度變化是從底邊開(kāi)始的，使之受力均勻，不易變形;鋼芯(1)的外徑略小于尼龍固架(2)的外徑，使鋼質(zhì)材料不與缸套直接磨擦。在相同的工況條件下，本發(fā)明平均使用時(shí)間為1104小時(shí)，最高可達(dá)1264小時(shí)，具體對(duì)比如下表2表2
雖然本發(fā)明的成本較現(xiàn)有技術(shù)(現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)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(xiàn)有產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)圖。
圖2是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)圖。
其中1-鋼芯;2-固架;3-皮碗;4-壓板;5-卡簧。
下面的例子用于說(shuō)明本發(fā)明最合適的具體實(shí)施各組分的百分含量取64.5%的聚醇;7.2%的擴(kuò)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(huán)氧化合物。
生產(chǎn)工藝將聚醇加熱到140±5°脫水，降溫至60-80℃，加入MDI、TDI，反應(yīng)3.5小時(shí)，再加溫至140±5℃脫氣，加入環(huán)氧化合物，放置在烤箱中，溫度達(dá)到80±5℃，繼續(xù)反應(yīng)8小時(shí)，作為預(yù)制體。
硫化過(guò)程將模具加溫到120℃后涂脫模劑，將上述預(yù)制體與擴(kuò)鏈劑加到一起攪拌30秒鐘倒入模具中，在硫化機(jī)上加壓37噸、加溫120℃、時(shí)間30分鐘，脫模后放在烤箱中加溫到80±5℃，繼續(xù)硫化8小時(shí)，自然硫化一周出產(chǎn)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)小于固架(2)1.5mm。
本發(fā)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(fā)明為系列產(chǎn)品，規(guī)格為∮140-∮180。
權(quán)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，其特征是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(kuò)鏈劑等合成材料制成，各組分的重量百分比是63--68%的聚醇(OH值56)；6--13%的擴(kuò)鏈劑；7--12%的MDI；12-20%的TDI，b.按上述組分范圍取100%后，再加入4--6%的環(huán)氧化合物及顏料，c.皮碗(3)與缸壁磨擦面從底邊開(kāi)始根據(jù)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(jù)權(quán)利要求1所述的聚氨酯泥漿泵活塞，其特征是皮碗(3)的合成材料各組分的百分含量為64.5%的聚醇;7.2%的擴(kuò)鏈劑;28.3%的TDI和MDI混合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的聚氨酯泥漿泵活塞，其特征是皮碗(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(jù)權(quán)利要求1所述的聚氨酯泥漿泵活塞，其特征是皮碗(3)的制作工藝如下a.將聚醇加熱到140±5°脫水，降溫至60-80℃，b.加入MDI、TDI，反應(yīng)3.5小時(shí)，c.再加溫至140±5℃脫氣，d.加入環(huán)氧化合物，放置在烤箱中，溫度達(dá)到80±5℃，繼續(xù)反應(yīng)8小時(shí)，e.將模具加溫到120℃后涂脫模劑，將上述預(yù)制體與擴(kuò)鏈劑加到一起攪拌30秒鐘倒入模具中，f.在硫化機(jī)上加壓37噸、加溫120℃、時(shí)間30分鐘，g.脫模后放在烤箱中加溫到80±5℃，繼續(xù)硫化8小時(shí)，h.自然硫化一周出產(chǎn)品。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種泥漿泵活塞皮碗的制作材料配方、生產(chǎn)工藝及結(jié)構(gòu)改進(jìn)。由于采用了TD1和MD1加環(huán)氧化合物合成的澆注膠制作活塞皮碗，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(shù)要求，邵硬(A)最高達(dá)到90±5。本發(fā)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(dá)到了1104小時(shí)，比現(xiàn)有技術(shù)提高了5—14倍。
文檔編號(hào)F16J1/01GK1040660SQ8910495
公開(kāi)日1990年3月21日 申請(qǐng)日期1989年7月17日 優(yōu)先權(quán)日1989年7月17日
發(fā)明者孟蘭興, 楊春盛 申請(qǐng)人:華北石油管理局運(yùn)輸公司