专利名称：聚氨酯泥浆泵活塞的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种泥浆泵活塞皮碗的制作材料配方、生产工艺及结构改进，属于石油矿山钻井泥浆泵应用部件。
石油钻井的特点是连续运转时间长，工况条件差，一般工作压力高达200kg，工作温度70℃，泥浆含沙多、粘度大，并具有一定的腐蚀性，做为泥浆泵的主要部件-活塞经常需要更换，严重影响钻井进度。所以，泥浆泵活塞的使用寿命成为生产中的难题之一。现有的同类装置，一般使用丁晴耐油橡胶和S型聚氨酯材料制作皮碗。使用丁晴胶作皮碗，它的耐磨性差，使用寿命只有80小时;用聚氨酯材料制作的同类产品，如1986年江汉油田钻采设备研究所和南京橡胶厂联合研制的“聚氨酯橡胶组装式钻井泵活塞”，在泵压160-180kg/cm2下，平均每只活塞工作寿命可达200小时;1988年五厂家和科研单位在华北油田进行泥浆泵活塞实验打擂比赛中，名列前矛的内蒙阿荣旗橡胶厂参赛的三只活塞平均使用寿命达596小时，但从产品批量使用的调查结果看，在实际工况条件下，平均使用寿命也只有200小时左右。上述活塞的使用寿命低主要是受材料性能的影响。此外，活塞的结构也不尽合理，如附图1所示，皮碗(3)在总高度的1/2处有一折点A，使用时，A处易变形，导致活塞报废;另外，钢芯(1)的外径比固架(2)的外径大，工作时，钢芯与缸套直接磨擦，容易磨损缸套，密封性也差。
本发明的目的是克服现有技术的上述不足，寻找一种耐磨度更高的材料制作活塞皮碗，并相应对钢芯(1)、皮碗(3)的尺寸及结构进行改进，提高活塞的使用寿命。
本发明的技术解决方案是一种聚氨酯泥浆泵活塞，由钢芯(1)、固架(2)、皮碗(3)、压板(4)、卡簧(5)组成，其特征是皮碗(3)是用甲苯二异氰酸脂(TDI)和甲苯甲4-14二异氰酸脂(MDI)加聚酯多元醇(聚醇)、扩链剂等合成材料制成，各组分的重量百分比是63-68%的聚醇(OH值56);6-13%的扩链剂;7-12%的MDI;12-20%的TDI，按上述组分范围取100%制成预制体后，再加入4-6%的环氧化合物及颜料;本发明的技术要点还在于皮碗(3)与缸壁磨擦的工作面从底边开始根据不同外径尺寸带有2°-8°的锥度，即α＝1°-4°;钢芯(1)的外径比尼龙固架(2)的外径小1.5-2mm。
本发明的优点在于采用了TDI和MDI加环氧化合物合成的浇注胶制作活塞皮碗，提高了活塞的耐油、耐磨、耐水解、耐低温、耐臭氧、耐辐射等技术要求，邵硬(A)最高达到90±5，具体与现有技术对比如表1
皮碗材料物理机械性能对比表1
本发明的另一个优点是在活塞的外型结构上进行了改进皮碗(3)与缸壁磨擦面的锥度变化是从底边开始的，使之受力均匀，不易变形;钢芯(1)的外径略小于尼龙固架(2)的外径，使钢质材料不与缸套直接磨擦。在相同的工况条件下，本发明平均使用时间为1104小时，最高可达1264小时，具体对比如下表2表2
虽然本发明的成本较现有技术(现场应用主要是丁晴胶活塞)高出0.7倍，但使用寿命却比丁晴胶活塞提高了13.8倍，比S型聚氨酯橡胶活塞提高了5.5倍。
图1是现有产品的结构图。
图2是本发明的结构图。
其中1-钢芯;2-固架;3-皮碗;4-压板;5-卡簧。
下面的例子用于说明本发明最合适的具体实施各组分的百分含量取64.5%的聚醇;7.2%的扩链剂;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%的环氧化合物。
生产工艺将聚醇加热到140±5°脱水，降温至60-80℃，加入MDI、TDI，反应3.5小时，再加温至140±5℃脱气，加入环氧化合物，放置在烤箱中，温度达到80±5℃，继续反应8小时，作为预制体。
硫化过程将模具加温到120℃后涂脱模剂，将上述预制体与扩链剂加到一起搅拌30秒钟倒入模具中，在硫化机上加压37吨、加温120℃、时间30分钟，脱模后放在烤箱中加温到80±5℃，继续硫化8小时，自然硫化一周出产品。
皮碗(3)的锥度依活塞外径不同而有所差别，如外径为∮170，则α＝3.85°;钢芯(1)小于固架(2)1.5mm。
本发明可使用的工况条件是泵压150-180kg/cm2，排量20l，含沙量在0.7-1%，井深平均2800米。
本发明为系列产品，规格为∮140-∮180。
权利要求
1.一种聚氨酯泥浆泵活塞，由钢芯(1)、固架(2)、皮碗(3)、压板(4)、卡簧(5)组成，其特征是a.皮碗(3)是用甲苯二异氰酸脂(TDI)和甲苯甲4--14二异氰酸脂(MDI)加聚酯多元醇(聚醇)、扩链剂等合成材料制成，各组分的重量百分比是63--68%的聚醇(OH值56)；6--13%的扩链剂；7--12%的MDI；12-20%的TDI，b.按上述组分范围取100%后，再加入4--6%的环氧化合物及颜料，c.皮碗(3)与缸壁磨擦面从底边开始根据不同外径尺寸带有2°--8°的锥度，即α=1°-4°，d.钢芯(1)的外径比尼龙固架(2)的外径小1.5--2mm。
2.根据权利要求1所述的聚氨酯泥浆泵活塞，其特征是皮碗(3)的合成材料各组分的百分含量为64.5%的聚醇;7.2%的扩链剂;28.3%的TDI和MDI混合物。
3.根据权利要求2所述的聚氨酯泥浆泵活塞，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.根据权利要求1所述的聚氨酯泥浆泵活塞，其特征是皮碗(3)的制作工艺如下a.将聚醇加热到140±5°脱水，降温至60-80℃，b.加入MDI、TDI，反应3.5小时，c.再加温至140±5℃脱气，d.加入环氧化合物，放置在烤箱中，温度达到80±5℃，继续反应8小时，e.将模具加温到120℃后涂脱模剂，将上述预制体与扩链剂加到一起搅拌30秒钟倒入模具中，f.在硫化机上加压37吨、加温120℃、时间30分钟，g.脱模后放在烤箱中加温到80±5℃，继续硫化8小时，h.自然硫化一周出产品。
全文摘要
本发明涉及一种泥浆泵活塞皮碗的制作材料配方、生产工艺及结构改进。由于采用了TD1和MD1加环氧化合物合成的浇注胶制作活塞皮碗，提高了活塞的耐油、耐磨、耐水解、耐低温、耐臭氧、耐辐射等技术要求，邵硬(A)最高达到90±5。本发明在泵压150—180kg/cm，排量201，含沙量在0.7—1％，井深平均2800米的工况条件下，平均工作寿命达到了1104小时，比现有技术提高了5—14倍。
文档编号F16J1/01GK1040660SQ8910495
公开日1990年3月21日 申请日期1989年7月17日 优先权日1989年7月17日
发明者孟兰兴, 杨春盛 申请人:华北石油管理局运输公司