專利名稱:止退減震增強碳化硅陶瓷缸套的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種止退減震增強碳化硅陶瓷缸套，包括缸套外殼和陶瓷內(nèi)套，外殼自外層至內(nèi)層依次為環(huán)氧膠粘層和陶瓷內(nèi)套以及固定在缸套外殼底部的鎖緊裝置，鎖緊裝置是這樣構(gòu)成的：缸套外殼的一端的內(nèi)腔壁設有限位臺階，陶瓷內(nèi)套的一端的端面與所述限位臺階的端面之間設置有墊圈，陶瓷內(nèi)套的另一端的端面與缸套外殼鎖緊端面之間設置有自鎖環(huán)。該止退減震增強碳化硅陶瓷缸套，硬度、強度、耐磨防腐性能更好，且內(nèi)套與外套連接結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性更強，可靠性更高。
【專利說明】止退減震増強碳化硅陶瓷缸套

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及止退減震增強碳化硅陶瓷缸套，用于礦山開采、煤層氣開采、頁巖氣開采、石油鉆井、酸化壓裂的柱塞泵、壓裂泵、泥漿泵上。

【背景技術(shù)】
[0002]在石油鉆井中，泥漿被稱為鉆井的血液，泥漿泵則是循環(huán)血液的“心臟”，泥漿泵必須連續(xù)高效地向井底泵送高壓泥漿，以完成泥漿在鉆井過程中水力破碎及攜帶巖肩、平衡地層壓力和泥化井壁等重要功能。而缸套是泥漿泵的重要部件，也是易損件，鉆井中頻繁更換泥漿泵缸套，必然嚴重影響鉆井時效和完井周期。
[0003]目前國內(nèi)使用的泥漿泵缸套主要有雙金屬缸套、鍍鉻缸套、內(nèi)表面淬火缸套，其中廣泛使用的是高鉻鑄鐵內(nèi)襯的雙金屬缸套。由但是這種缸套本身硬度、強度、耐磨防腐性能都較差。
實用新型內(nèi)容
[0004]本實用新型涉及止退減震增強碳化硅陶瓷缸套，用于礦山開采、煤層氣開采、石油鉆井、酸化壓裂的柱塞泵、壓裂泵、泥漿泵。本實用新型的目的在于提供一種止退減震增強碳化硅陶瓷缸套，以解決上述技術(shù)問題。
[0005]本實用新型提供了一種止退減震增強碳化硅陶瓷缸套，包括缸套外殼和陶瓷內(nèi)套，外殼自外層至內(nèi)層依次為環(huán)氧膠粘層和陶瓷內(nèi)套以及固定在缸套外殼底部的鎖緊裝置，鎖緊裝置是這樣構(gòu)成的:缸套外殼的一端的內(nèi)腔壁設有限位臺階，陶瓷內(nèi)套的一端的端面與所述限位臺階的端面之間設置有墊圈，陶瓷內(nèi)套的另一端的端面與缸套外殼鎖緊端面之間設置有自鎖環(huán)。
[0006]優(yōu)選的，作為一種可實施方案，所述鎖緊裝置還包括位于缸套外殼底部、自外層至內(nèi)層依次套接設置的保護環(huán)和固定止退銷釘，保護環(huán)的外壁設有外螺紋，保護環(huán)與缸套外殼的底部內(nèi)壁螺紋連接，固定止退銷釘與保護環(huán)銷連接。
[0007]優(yōu)選的，作為一種可實施方案，所述固定止退銷釘?shù)耐獗谂c所述保護環(huán)內(nèi)壁過盈配合。
[0008]優(yōu)選的，作為一種可實施方案，所述缸套外殼的厚度、所述陶瓷內(nèi)套的厚度、以及環(huán)氧膠粘層的厚度依次減少。
[0009]優(yōu)選的，作為一種可實施方案，所述缸套外殼為高強度鋼鑄結(jié)構(gòu)件；陶瓷內(nèi)套為高密度碳化硅陶瓷件；所述自鎖環(huán)、所述墊圈為ABS工程塑料件或是環(huán)氧樹脂件或是橡膠件。
[0010]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型實施例的優(yōu)點在于:
[0011]分析上述止退減震增強碳化硅陶瓷缸套可知:止退減震增強碳化硅陶瓷缸套主要由缸套外殼、墊圈、陶瓷內(nèi)套、環(huán)氧膠粘層、自鎖環(huán)、鎖緊裝置(鎖緊裝置具體包括保護環(huán)、固定止退銷釘)等結(jié)構(gòu)組成；使用陶瓷內(nèi)套替代傳統(tǒng)的金屬內(nèi)套可以很好的解決內(nèi)套硬度差、耐腐蝕性差的技術(shù)問題。其中，陶瓷內(nèi)套的物理性能穩(wěn)定、耐酸、耐堿、耐腐蝕、耐高溫、絕緣性能優(yōu)良、硬度高，其可以很好地承擔缸套的作用，保證泵體的正常運轉(zhuǎn)和使用。同時，缸套外殼頂部自外層至內(nèi)層依次套接設置的環(huán)氧膠粘層和陶瓷內(nèi)套以及缸套外殼底部固定連接的鎖緊裝置，缸套外殼的一端的內(nèi)腔壁設有限位臺階；陶瓷內(nèi)套的一端的端面與所述限位臺階的端面之間設置有墊圈，陶瓷內(nèi)套的另一端的端面與所述鎖緊裝置的端面之間設置的自鎖環(huán)。缸套外殼頂部的限位臺階可以很好限位并固定住陶瓷內(nèi)套，防止陶瓷內(nèi)套在缸套外殼內(nèi)向上的移動；缸套外殼的底部則是通過鎖緊裝置實現(xiàn)的固定連接。采用環(huán)氧膠粘層可以很好地將陶瓷內(nèi)套與缸套外殼實現(xiàn)緊固連接，確保內(nèi)襯(即陶瓷內(nèi)套)與缸套外殼連接結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和可靠性；墊圈以及自鎖環(huán)可以起到減少徑向端面載荷的作用，分散壓力，避免陶瓷內(nèi)套遭到振動破壞，進而提升整體產(chǎn)品結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。
[0012]本實用新型實施例提供的止退減震增強碳化硅陶瓷缸套，可以克服傳統(tǒng)技術(shù)中缸套強度、耐磨防腐性能較差；內(nèi)套與外套連接結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，內(nèi)套容易遭到振動破壞的技術(shù)缺陷。本實用新型實施例提供的止退減震增強碳化硅陶瓷缸套降低了鉆井成本，提升了高壓泥漿泵缸套實用性能和穩(wěn)定性能。

【附圖說明】

[0013]圖1為本實用新型實施例提供的止退減震增強碳化硅陶瓷缸套的結(jié)構(gòu)剖面示意圖；
[0014]圖2為圖1的本實用新型實施例提供的止退減震增強碳化硅陶瓷缸套中的缸套外殼結(jié)構(gòu)剖面示意圖。

【具體實施方式】
[0015]下面通過具體的實施例子并結(jié)合附圖對本實用新型做進一步的詳細描述。
[0016]如圖1所示，本實用新型實施例提供的一種止退減震增強碳化硅陶瓷缸套，包括缸套外殼I (即缸套外殼為鋼鑄結(jié)構(gòu)件)和陶瓷內(nèi)套3，外殼自外層至內(nèi)層依次為環(huán)氧膠粘層4和陶瓷內(nèi)套3以及固定在缸套外殼I底部的鎖緊裝置，鎖緊裝置是這樣構(gòu)成的:缸套外殼的一端的內(nèi)腔壁設有限位臺階8 (另參見圖2)，陶瓷內(nèi)套的一端的端面與所述限位臺階的端面之間設置有墊圈2，陶瓷內(nèi)套的另一端的端面與缸套外殼鎖緊端面之間設置有自鎖環(huán)5(即高分子材料自鎖環(huán))。
[0017]其結(jié)構(gòu)布局以及組裝裝配關(guān)系如下:缸套外殼I的前端設有金屬臺階(即上述限位臺階)和高分子墊圈(即上述墊圈)，陶瓷內(nèi)套3通過環(huán)氧膠粘層4進行固化抱緊，缸套外殼I的尾部設有自鎖環(huán)5和保護環(huán)6，同時為防止脫扣在缸套外殼I和保護環(huán)6之間增設固定止退銷釘7。
[0018]需要說明的是，上述止退減震增強碳化硅陶瓷缸套結(jié)構(gòu)中，使用陶瓷內(nèi)套替代傳統(tǒng)的金屬內(nèi)套可以很好的解決內(nèi)套硬度差、耐腐蝕性差的技術(shù)問題。其中，陶瓷內(nèi)套的物理性能穩(wěn)定、耐酸、耐堿、耐腐蝕、耐高溫、絕緣性能優(yōu)良、硬度高，其可以很好地承擔缸套的作用，保證泵體的正常運轉(zhuǎn)和使用。陶瓷材料一般硬度較高。陶瓷材料是由粘土、石英及長石等天然礦物原料按不同配方配制。使用上述陶瓷材料的陶瓷內(nèi)套的物理性能穩(wěn)定，且化學性能優(yōu)越；其具有耐酸、耐堿、耐腐蝕、耐高溫、絕緣性能優(yōu)良、硬度高等特點。
[0019]同時，缸套外殼頂部的限位臺階可以很好限位并固定住陶瓷內(nèi)套，防止陶瓷內(nèi)套在缸套外殼內(nèi)向上的移動；缸套外殼的底部則是通過鎖緊裝置實現(xiàn)的固定連接。采用環(huán)氧膠粘層可以很好地將陶瓷內(nèi)套與缸套外殼實現(xiàn)緊固連接，確保內(nèi)襯(即陶瓷內(nèi)套)與缸套外殼連接結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和可靠性；墊圈以及自鎖環(huán)可以起到減少徑向端面載荷的作用，分散壓力，避免陶瓷內(nèi)套遭到振動破壞，進而提升整體產(chǎn)品結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。其中，所述自鎖環(huán)、墊圈為高分子復合材料件。優(yōu)選的，所述自鎖環(huán)、墊圈為ABS工程塑料件、或是環(huán)氧樹脂件、橡膠件。這樣墊圈(例如:橡膠墊圈)其可以很好地起到減震和緩沖作用，同時自鎖環(huán)(例如:ABS工程塑料)可以起到很好地固定緊固作用，實現(xiàn)自鎖。
[0020]在具體結(jié)構(gòu)中；所述鎖緊裝置包括位于所述缸套外殼I底部，自外層至內(nèi)層依次套接設置的保護環(huán)6 (即金屬螺紋保護環(huán))和固定止退銷釘7 ;
[0021]且所述保護環(huán)6的外壁設有外螺紋，所述保護環(huán)6與所述缸套外殼I的底部內(nèi)壁螺紋連接(通過螺紋的旋緊和緊固作用，可以將保護環(huán)與缸套外殼進行固定)，所述固定止退銷釘7與所述保護環(huán)6銷連接(通過過盈配合的銷孔配合，即可實現(xiàn)固定止退銷釘與所述保護環(huán)的固定連接，最終實現(xiàn)鎖緊裝置緊緊地將上述結(jié)構(gòu)都固定連接起來，該結(jié)構(gòu)連接方式穩(wěn)定可靠，且易于實施)。需要說明的是，上述鎖緊裝置克服了現(xiàn)有技術(shù)中內(nèi)襯與外套連接結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的問題。
[0022]上述陶瓷內(nèi)套的內(nèi)外徑與所述自鎖環(huán)、所述固定止退銷釘?shù)膬?nèi)外徑尺寸均相適應。即陶瓷內(nèi)套的內(nèi)外徑尺寸與自鎖環(huán)、所述固定止退銷釘基本相同，這樣可實現(xiàn)自鎖環(huán)的頂部端面與陶瓷內(nèi)套的底部端面實現(xiàn)全面積接觸，同時自鎖環(huán)的底部端面也可與固定止退銷釘?shù)捻敳慷嗣鎸崿F(xiàn)全面積接觸，保證三個結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)緊密性。
[0023]參見圖1，分析可知所述缸套外殼的厚度、所述陶瓷內(nèi)套的厚度、以及環(huán)氧膠粘層的厚度依次減少。
[0024]所述自鎖環(huán)、墊圈為高分子復合材料件。舉例說明，所述自鎖環(huán)、墊圈為ABS工程塑料件、PC工程塑料件、PPS工程塑料件或PEEK工程塑料件、或是環(huán)氧樹脂件、橡膠件、或是超高分子量聚乙烯纖維件。
[0025]需要說明的是，工程塑料是可以作為結(jié)構(gòu)材料，工程塑料有良好的機械性能和尺寸穩(wěn)定性，在高、低溫下仍能保持其優(yōu)良性能。工程塑料包括聚碳酸醋(Polycarbonate，PC)、變性聚苯醚(Poly Phenylene Oxide，變性 PPE)、聚酯(ΡΕΤΡ，PBTP)、聚苯硫醚(Polyphenylene Sulfide, PPS)、ABS工程塑料等等。拉伸強度均超過50MPa，耐沖擊性超過50J/m2，負載撓曲溫度超過100°C，其硬度、抗沖擊力、抗老化性優(yōu)。其中，作為本實用新型實施例最優(yōu)選的方案為ABS注塑件、PPS注塑件或PEEK注塑件。PEEK是Poly ether etherketone的簡稱，中文名是聚醚醚酮樹脂，是一種高端的特種工程塑料，具有突出的高強度特點，同時還具有抗壓、耐福照、絕緣性穩(wěn)定、耐水解等特點。(ABS，Acrylonitrile ButadieneStyrene plastic)塑料(即丙稀腈-丁二稀-苯乙稀塑料)相對比較上述兩種材料成本更低，性價比更高。
[0026]超高分子量聚乙稀纖維(英文全稱:Ultra High Molecular Weight Polyethylene Fiber,簡稱UHMWPE)，其具有高比模量(該纖維復合材料輕質(zhì)高強和抗沖擊性能好。)，耐化學腐蝕、耐磨性、有較長的撓曲壽命。
[0027]綜上所述，在本實用新型實施例中，止退減震增強碳化硅陶瓷缸套產(chǎn)品由8項適于應用的新的技術(shù)方案構(gòu)成:
[0028]1.其采用納米級復合碳化硅陶瓷微粉、金屬硅、石墨等材料制成陶瓷內(nèi)套，陶瓷基體利用高分子晶須、碳纖維、游離硅、石墨等材料，利用高溫反應燒結(jié)的特性進行胚體的復合增強，以增強陶瓷缸套在使用時的強度、韌性、耐磨性、防腐性和壽命；2.缸套外殼采用高強度耐腐蝕合金結(jié)構(gòu)鋼鑄造或鍛造，保證安裝和使用的可靠性；3.陶瓷內(nèi)套和缸套外殼采用環(huán)氧膠粘層(即環(huán)氧樹脂劑)進行粘結(jié)膨脹固化，改善碳化硅內(nèi)套的受力狀態(tài)，防止內(nèi)套局部受力不均出現(xiàn)環(huán)裂，提高產(chǎn)品的合格率；4.缸套外殼的前端設計有金屬臺階，防止活塞進入缸套時對陶瓷內(nèi)套的破壞；5.缸套外殼的前端安裝有高分子材料墊圈，避免缸套安裝時和使用時的振擊、震動損壞；6.采用環(huán)氧膠粘劑粘結(jié)工藝，可有效減少泥漿泵在使用過程中的震動，導致金屬保護環(huán)松動，影響陶瓷內(nèi)套的使用；7.缸套外殼的尾部采用防脫出結(jié)構(gòu)和減震高分子復合材料構(gòu)件組合，來減少缸套安裝時的振擊和使用中的震動及脫套；8.使用熱膨脹系數(shù)較大的高分子復合材料來制作自鎖環(huán)，利用工作時產(chǎn)生的溫升進行自鎖，防止工作中脫套。
[0029]綜上所述，本實用新型實施例提供的止退減震增強碳化硅陶瓷缸套，將多項新技術(shù)組合應用到止退減震增強碳化硅陶瓷缸套產(chǎn)品中，在工作中既具有耐高壓、高耐磨、高壽命和防腐蝕的優(yōu)點，又具有安裝和使用的可靠性，同時能夠大幅度提高產(chǎn)品的成品率，完全能夠滿足深井鉆探、海上和海外石油開發(fā)鉆探的使用要求。
[0030]以上所述僅為本實用新型的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本實用新型，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本實用新型可以有各種更改和變化。凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種止退減震增強碳化硅陶瓷缸套，包括缸套外殼和陶瓷內(nèi)套，其特征在于，外殼自外層至內(nèi)層依次為環(huán)氧膠粘層和陶瓷內(nèi)套以及所述固定在缸套外殼底部的鎖緊裝置，鎖緊裝置是這樣構(gòu)成的:所述缸套外殼的一端的內(nèi)腔壁設有限位臺階，陶瓷內(nèi)套的一端的端面與所述限位臺階的端面之間設置有墊圈，陶瓷內(nèi)套的另一端的端面與缸套外殼鎖緊端面之間設置有自鎖環(huán)。2.如權(quán)利要求1所述的止退減震增強碳化硅陶瓷缸套，其特征在于，所述鎖緊裝置還包括位于所述缸套外殼底部自外層至內(nèi)層依次套接設置的保護環(huán)和固定止退銷釘保護環(huán)的外壁設有外螺紋，所述保護環(huán)與所述缸套外殼的底部內(nèi)壁螺紋連接，所述固定止退銷釘與所述保護環(huán)銷連接。3.如權(quán)利要求2所述的止退減震增強碳化硅陶瓷缸套，其特征在于，所述固定止退銷釘?shù)耐獗谂c所述保護環(huán)內(nèi)壁過盈配合。4.如權(quán)利要求3所述的止退減震增強碳化硅陶瓷缸套，其特征在于，所述缸套外殼的厚度、所述陶瓷內(nèi)套的厚度、以及環(huán)氧膠粘層的厚度依次減少。5.如權(quán)利要求4所述的止退減震增強碳化硅陶瓷缸套，其特征在于，所述缸套外殼為高強度鋼鑄結(jié)構(gòu)件；陶瓷內(nèi)套為高密度碳化硅陶瓷件；所述自鎖環(huán)、所述墊圈為ABS工程塑料件或是環(huán)氧樹脂件或是橡膠件。
【文檔編號】F04B53-16GK204267275SQ201420765387
【發(fā)明者】褚云峰, 吉明艷 [申請人]北京金麟石油技術(shù)有限公司, 盤錦國強石油裝備制造有限公司