專利名稱：螺桿泵及螺桿馬達定子的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種螺桿泵和螺桿馬達定子，尤其涉及一種用復合材料制造的用于石油開采和鉆井的螺桿泵和螺桿馬達定子。
背景技術：
目前石油開采及鉆井用的螺桿泵和螺桿馬達(螺桿鉆具)的定子襯套是由橡膠制成的，定子襯套彈性體的厚度在其型線的長短軸上的分布是不均勻的，由于現(xiàn)有螺桿泵及螺桿馬達定子彈性體的非等壁厚性，使其具有以下缺點和不足一、螺桿泵的單級壓頭和螺桿馬達的單級承壓能力低，這是由于橡膠襯套橫截面上的非等厚性造成的，橡膠的厚度不同其壓縮變形量也不同，因此在泵級兩端壓差作用下就會產(chǎn)生漏失。二、橡膠襯套的非等厚性易于造成橡膠疲勞發(fā)熱使橡膠襯套提前老化。三、用現(xiàn)有定子制造的螺桿泵和螺桿馬達效率低，這是因為在井溫和油井碳氫化合物的侵蝕下橡膠襯套的溶脹不均勻使定子型線發(fā)生改變。四、制造成本高，由于現(xiàn)有定子橡膠襯套的非等壁厚性，使得制造定子所需要的橡膠量較大，因此在價格上限制了高檔次橡膠的使用。五、現(xiàn)有定子橡膠襯套的尺寸穩(wěn)定性差，在不同的井下溫度下尺寸可差出半毫米之多，這將導致螺桿泵或螺桿馬達的水力特性發(fā)生巨大變化。六、定子無互換性，由于注膠壓力和溫度難以控制使得橡膠襯套尺寸上無法保持一致。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種用復合材料制造的螺桿泵及螺桿馬達定子使其具有等壁厚的橡膠彈性體以克服現(xiàn)有技術的所有不足，它不僅單級壓頭高、效率高而且尺寸穩(wěn)定性好并具有良好的互換性。本發(fā)明的另一目的是在不增加定子制造成本的情況下使用高檔次的橡膠做定子襯套，使定子具有更好的耐高溫性、耐磨性及耐腐蝕性。本發(fā)明的其一目的是提供一種用復合材料制造的螺桿泵和螺桿馬達定子使其不僅可用于油井開采及鉆井而且可用于地面上的其他工業(yè)領域。本發(fā)明的目的還要提供制造該螺桿泵及螺桿馬達定子的制造方法。
為實現(xiàn)上述的發(fā)明目的，本發(fā)明對制造螺桿泵及螺桿馬達定子的材料和制造工藝方法進行了改進。制造該定子的工藝過程可分為四個過程1、制作帶型線的彈性體襯套。2、將襯套安放在模芯上在其外表噴涂粘結劑并纏繞纖維增強材料。3、將纏好纖維增強材料的模芯放入泵或馬達的殼體內，兩端封堵，然后抽真空，并在壓力下將液態(tài)樹脂注入填滿纖維的腔室內。4、最后將定子放入加熱裝置內進行樹脂固化和橡膠硫化。
為了制作帶型線的彈性體襯套，首先準備未經(jīng)硫化的薄壁橡膠筒，筒的內徑等于模芯長軸長度，筒的壁厚應大于3mm。將橡膠筒套在空心的噴過脫模劑的定子模具上，需要說明的是膜具型線的各個凹陷處鉆有放氣孔，放氣孔與模具的空心孔連通。橡膠筒套在模芯上以后兩端與模芯的兩端固定，使橡膠筒內外腔形成氣體密封，然后將帶有橡膠筒的模芯安放在可加熱的加壓容器內，膜芯的兩端及容器兩端都帶有密封裝置使容器內腔與外界隔離，模芯的空心孔和大氣連通，將容器加熱到60-120℃用氣泵向容器內加壓，橡膠筒就會貼在模芯上并形成模芯的型線，然后從容器中取出，冷卻后脫模就形成了帶有型線的橡膠襯套。為了制作方便最好將橡膠襯套制成短節(jié)。
在制作定子時將襯套短節(jié)套在相同型線的長模芯上，并將接逢粘好。接下來在橡膠襯套外表面涂覆粘結劑，待粘結劑干燥后用玻璃纖維纏繞紗沿著模芯的螺旋方向纏繞，將襯套的凹陷處填滿，也可用纖維方格布填充凹陷處，但必須將方格布裁成合適寬度并卷成圓柱形擰成繩，凹陷處填滿后再用纖維方格布進行圓周纏繞，纏繞后的定子預制體直徑應略小于定子殼體內徑。然后將定子預制體安放在定子殼體內，兩端用堵頭密封。然后抽真空，并在壓力下將液態(tài)樹脂注入填滿纖維的腔室內。接下來將定子放入加熱裝置內進行樹脂固化和橡膠硫化。硫化完成后冷卻脫模就得到了成品定子。
也可以用另外的方式制作定子預制體，將厚度大于2mm的未經(jīng)硫化的橡膠片裁成寬50-80mm生膠條，將其迭壓纏繞在加熱的模芯上，然后在其外表面涂覆粘結劑，待粘結劑干燥后再按前述方法用纖維增強材料將模芯的凹陷處填平，再用纖維方格布圓周纏繞，往下的工藝過程與前述方法完全相同。
纖維增強材料可以是玻璃纖維、碳纖維、金屬纖維及合成纖維。用于真空—壓力注射的液態(tài)樹脂可以是不飽和聚酯樹脂、環(huán)氧樹脂及乙烯基酯樹脂。制作橡膠襯套的材料可以是丁腈橡膠、丁基橡膠及氫化丁腈橡膠。
使用上述材料和方法制造的螺桿泵及螺桿馬達定子不僅單級壓頭高、效率高而且抗磨損、耐老化，同時還具有制造成本低和可互換的特點。
圖6是成型脫模后的多頭橡膠襯套短節(jié)結構示意圖。圖7是制作定子預制體的縱向剖面示意圖。圖8是制作定子預制體的橫向剖示圖。圖9是制定子預制體裝入定子殼體后的縱向剖示圖。圖10是定子預制體裝入殼體后的橫向剖示圖。圖11是多頭預制體裝入定子殼體后的橫向剖示圖。圖12是對定子預制體進行真空壓注液態(tài)樹脂的裝置剖視圖。
具體實施例方式下面結合附圖和實施方式對本發(fā)明作進一步詳細的描述。
首先說明橡膠襯套的制作的方法。圖1是制作橡膠襯套用的模芯。模芯10是空芯結構，其上22是空芯孔，在模芯10的凹陷處開有若干個放氣孔21。圖2表示未經(jīng)硫化的生膠橡膠筒20。其內徑應等于模芯10的長軸長度。如圖3所示將膠橡膠筒20套在模芯10上，模芯10的兩端用卡子32固定，并安裝于密閉容器30內，兩端用堵頭33堵死。堵頭33上裝有密封圈34、35。容器30上開有注氣孔31。腔室36與腔室37不連通。裝好后將容器30的內腔加熱，其加熱溫度應控制在60℃-120℃之間。然后用氣泵通過注入孔31向腔室36內注氣，壓力控制在0.3-0.8MPa。如圖3、圖4所示。在溫度及壓力的作用下，腔室37內的氣體會通過放氣孔21和空芯孔22排出。橡膠筒20會沿著模芯10的型線貼在模芯上，定型冷卻脫模就得到了圖5所示的橡膠襯套。圖6表示定型脫模后的多頭橡膠襯套?，F(xiàn)在參照圖7說明定子預制體的制作方法。將制備成型的橡膠襯套2套在相同型線的模芯上1上。襯套2可以是一體的也可以是多個襯套短節(jié)組成的，若多個短節(jié)組成在其連接處應加熱粘接成一體。然后在襯套2的外表面涂覆粘接劑3，粘接劑3必須與橡膠襯套有良好的親和性，如chemlock220和205，需要說明的是采用chemlock220和205只是為了說明具體發(fā)明的具體實施方式
所舉的例子，而本發(fā)明并不限于只采用此兩種粘接劑，凡是能與橡膠和樹脂牢固粘接的粘接劑都在本發(fā)明保護范圍之內。粘接劑干燥后用纖維纏繞紗4沿著模芯1的螺旋方向纏繞，將襯套2凹陷處填滿，也可用纖維方格布填充凹陷處，但必須將方格布截成合適的寬度并卷成圓筒狀再擰成繩沿著模芯1的螺旋方向纏繞。凹陷處填滿后再用纖維方格布進行圓周圍繞包，如圖7、圖8的5所示。纏繞和繞包好的預制體外徑應略小于定子殼體內徑。如圖9、圖10所示繞包好的定子預制體應安放在定子殼體6內。圖11表示多頭定子的預制體安放在殼體62內的結構形式，12多頭定子模芯，22是多頭橡膠襯套，32是粘接劑，42是纖維增強填充物，52是纖維方格布繞包層，62是定子殼體。下面接合附圖12說明對裝好的殼體的定子預制體進行真空—壓注液態(tài)樹脂的方法。將裝好殼體6的定子預制體兩端安裝壓蓋41并用螺母40鎖緊，壓蓋的內外圓上裝有密封圈42、43。定子殼體6的一端開孔連接真空管50并通過閥門51接真空泵60；定子殼體6的一端也開孔并連接高壓管52，再通過閥門53連接樹脂壓注機70，壓注機上的71是密封圈，72是活塞，73是缸體，缸體內裝有混合固化系統(tǒng)的液態(tài)樹脂80。首先用真空泵抽出定子預制體內的空氣，然后開啟注壓機70，將樹脂80緩緩注入纖維纏繞紗4和纖維繞包層5的縫隙中，圖12中的7表示樹脂80正在注入情況。樹脂注滿后將真空管50和高壓管52卸掉并堵死開孔。最后將定子整體90放入加熱容器中進行樹脂固化作橡膠硫化。固化及硫化溫度和時間要視樹脂和橡膠的種類而定。如采用150℃的乙烯基酯樹脂和丁腈橡膠可將溫度和時間定為80℃、30-60分鐘；后110℃、30-120分鐘；150℃、30-120分鐘。硫化后的定子90從加從加熱裝置中取出，冷卻脫模后殼體兩端車扣得到成品定子。
纖維增強材料可以是各行各業(yè)纖維、碳纖維、金屬纖維及合成纖維。用于真空—壓力注射的樹脂可以是不飽和聚脂樹脂、環(huán)氧樹脂及乙烯基樹脂。制作橡膠襯套的材料可以丁腈橡膠、丁基橡膠及氫化丁腈橡膠。
也可以用另外的實施方式制作定子預制體；將厚度大于2mm的未經(jīng)硫化的生橡膠片裁成50-80mm寬的膠帶，而后將模芯加熱到80℃-120℃，將生膠帶迭壓纏繞在加熱后的模芯上，在膠帶的外面涂覆粘接劑，待粘接劑干燥后再按前述方法用纖維增強材料進行纏繞和繞包，放入定子殼內進行真空—壓力注射液態(tài)樹脂，最后放入加熱裝置中進行樹脂固化和橡膠硫化。
以上通過具體實施方式
說明了本發(fā)明的螺桿泵及螺桿馬達定子的制作方法。按照本發(fā)明的原理還可產(chǎn)生其它的具體方式，凡是沒有脫離本發(fā)明基本原理產(chǎn)生的變換均在本發(fā)明的保護范圍之內。


圖1是制作橡膠襯套短節(jié)的模芯結構示意圖。
圖2是未經(jīng)硫化的橡膠筒示意圖。
圖3是制作橡膠襯套短節(jié)的加壓裝置及短節(jié)的制作工藝過程示意圖。
圖4也是制作橡膠襯套短節(jié)的加壓裝置及短節(jié)的制作工藝過程示意圖。
圖5是成型脫模后的雙頭襯套短節(jié)結構示意圖。
圖6是成型脫模后的多頭橡膠襯套短節(jié)結構示意圖。
圖7是制作定子預制體的縱向剖面示意圖。
圖8是制作定子預制體的橫向剖示圖。
圖9是定子預制體裝入定子殼體后的縱向剖示圖。
圖10是定子預制體裝入殼體后的橫向剖示圖。
圖11是多頭定子預制體裝入定子殼體后的橫向剖示圖。
圖12是對定子預制體進行真空壓注液態(tài)樹脂的裝置及壓注工藝過程剖視圖。
權利要求
1.一種用復合材料制造的螺桿泵及螺桿馬達定子包括橡膠襯套(2)粘結劑(3)及定子殼體(6)，其特征在于將未經(jīng)硫化的橡膠筒(2。)套在模芯(1。)上，并裝在加壓裝置(3。)內，經(jīng)加溫加壓制成橡膠襯套(2)，再將襯套(2)套在模芯(1)上，并在襯套(2)外表面涂覆粘結劑(3)，再用纖維增強材料沿模芯(1)的螺旋方向纏繞填滿模芯(1)的凹陷處，再用纖維方格布進行圓周繞包制成定子預制體，將定子預制體裝入定子殼體(6)內，兩用用壓蓋(41)封堵。定子殼體(6)的一端開通孔連接真空管(50)，并通過閥門(51)接真空泵(60)；定子殼體(6)的另一端也開通孔并連接高壓管(52)，通過閥門(53)連接樹脂壓注機(70)，真空泵(60)抽出定子預制體中的空氣，壓注機(70)將樹脂(80)注入纖維纏繞紗(4)和纖維繞包層(5)的縫隙中，樹脂注滿后，堵死定子殼體兩端開孔，將定子整體(90)放入加熱裝置中進行樹脂固化和橡膠硫化，硫化后的定子整體(90)經(jīng)冷卻脫模。
2.一種用復合材料制造的螺桿泵及螺桿馬達定子包括橡膠襯套、粘結劑及定子殼體，其特征在于將厚度大于2mm的未經(jīng)硫化的生橡膠片裁成寬度50～80mm的膠帶，而后將模芯加熱到80～120℃，將生膠帶迭壓纏繞在加熱后的模芯上，在膠帶的外表涂覆粘結劑，用纖維紗沿模芯的螺旋方向纏繞填滿模芯的凹陷處，再用纖維方格布進行圓周繞包得到定子預制體，將定子預制體裝入定子殼體內進行真空-壓力注射液態(tài)樹脂，而后進行樹脂固化和橡膠硫化并冷卻脫模。
3.按照權利要求1和權利要求2所述的螺桿泵和螺桿馬達定子其特征在于所述的纖維增強材料是玻璃纖維。
4.按照權利要求1和權利要求2所述的螺桿泵和螺桿馬達定子其特征在于所述的纖維增強材料是碳纖維。
5.按照權利要求1和權利要求2所述的螺桿泵和螺桿馬達定子其特征在于用于真空-壓力注射的液態(tài)樹脂是乙烯基酯樹脂。
6.按照權利要求1和權利要求2所述的螺桿泵和螺桿馬達定子其特征在于用于真空-壓力注射的液態(tài)樹脂是環(huán)氧樹脂。
7.按照權利要求1和權利要求2所述的螺桿泵和螺桿馬達定子其特征在于用于真空-壓力注射的液態(tài)樹脂是不飽和聚酯樹脂。
8.按照權利要求1和權利要求2所述的螺桿泵和螺桿馬達定子其特征在于所述的橡膠為丁腈膠。
9.按照權利要求1和權利要求2所述的螺桿泵和螺桿馬達定子其特征在于所述的橡膠為氫化丁腈橡膠。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用復合材料制造螺桿泵及螺桿馬達定子的制造方法，先將未經(jīng)硫化的橡膠筒文檔編號B29K31/00GK101025157SQ200610008140
公開日2007年8月29日 申請日期2006年2月22日 優(yōu)先權日2006年2月22日
發(fā)明者蒲艷軍, 張厚先, 崔乃林 申請人:于寶奎