【摘要】：隨著螺桿泵在石油開采工程中被廣泛的應(yīng)用,橡膠定子的壽命與性能越來越受到關(guān)注。橡膠定子工作時(shí),被金屬轉(zhuǎn)子不斷擠壓,還受到高溫、高壓、腐蝕性液體氣體及高含砂等復(fù)雜工況的影響,橡膠性能及耐磨性減低,影響整個(gè)螺桿泵系統(tǒng)的壽命。螺桿泵的運(yùn)行過程中,橡膠定子不斷地受到擠壓(拉伸和壓縮)和回彈。拉伸和壓縮的多次作用將使得橡膠的組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,進(jìn)而影響其使役性能。目前人們還很少關(guān)注拉伸對橡膠在液體介質(zhì)中溶脹老化的影響,而這將為摩擦運(yùn)行過程中液體介質(zhì)對定子橡膠的溶脹老化提供理論支持。此外定子橡膠的磨損,關(guān)系到螺桿泵的使用壽命和可靠性。許多文獻(xiàn)已報(bào)道了橡膠密封件在腐蝕性液體介質(zhì)中的摩擦磨損問題,雖然人們關(guān)注到了腐蝕性液體介質(zhì)對橡膠磨損存在加速作用,但還沒有深入研究兩者之間的交互作用。為此,本文選擇丁腈橡膠(NBR)和氟橡膠(FPM)兩種螺桿泵常用橡膠作為研究對象,以環(huán)己烷和基礎(chǔ)油的混合溶液為介質(zhì),自制了對橡膠進(jìn)行預(yù)拉伸的拉伸夾具裝置,分析拉伸作用對橡膠在溶液介質(zhì)中的溶脹老化和力學(xué)性能的影響。在溶脹試驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了摩擦磨損測試,找出環(huán)己烷濃度、載荷大小與定子橡膠磨損之間的規(guī)律,分析溶脹老化后的橡膠磨損機(jī)理,重點(diǎn)關(guān)注溶脹老化與磨損之間的交互作用,給出環(huán)己烷對定子橡膠磨損的作用機(jī)理。通過對上述問題的研究,得到了一些主要的結(jié)論:溶脹后的丁腈橡膠質(zhì)量增量要高于氟橡膠的質(zhì)量增量,在硬度及彈性模量方面的性能低于氟橡膠。預(yù)拉伸的橡膠溶脹拉斷后,丁腈橡膠拉伸試樣斷裂強(qiáng)度表現(xiàn)為上升趨勢,數(shù)值較氟橡膠偏低,斷裂伸長率表現(xiàn)為下降趨勢,數(shù)值較氟橡膠偏高,兩者的力學(xué)性能變化趨勢相同。兩種橡膠在磨損過程中磨損量和摩擦系數(shù)增大,并隨載荷和環(huán)己烷濃度的增大呈上升趨勢,丁腈橡膠在同等條件下的磨損表面較氟橡膠更為嚴(yán)重。本課題的研究,將會為在腐蝕性液體環(huán)境下工作的螺桿泵橡膠定子的選擇提供理論依據(jù),對如潛油螺桿泵及其他在此條件下工作的液體輸送裝備使用壽命的提高具有現(xiàn)實(shí)意義,同時(shí)對橡膠摩擦學(xué)理論的完善和發(fā)展產(chǎn)生一定的幫助。
【學(xué)位授予單位】：沈陽工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TE933.3
【圖文】：

沈陽工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文定子橡膠研究現(xiàn)狀桿泵的介紹標(biāo)準(zhǔn) IOS15136-1：2009 對螺桿泵采油技術(shù)的定義為：一種舉升原油的方式，靠其核心部件橡膠定子與金屬轉(zhuǎn)子在配螺旋型動態(tài)、獨(dú)立的密封腔室舉升原油[4]。和金屬轉(zhuǎn)子是螺桿泵最為重要的部件，如圖 1.1 所示。橡膠同，定子導(dǎo)程和偏心距分別為轉(zhuǎn)子的 2 倍，兩者之間形成橡膠定子保持不動，兩者之間形成多個(gè)密封腔。由于壓強(qiáng)第一個(gè)密封腔。當(dāng)轉(zhuǎn)子繼續(xù)旋轉(zhuǎn)一周后，第一個(gè)密封腔逐出端移動一個(gè)導(dǎo)程，進(jìn)入第二個(gè)密封腔。以此類推，液體終被舉升到地面。工作過程如圖 1.2 所示[5]。

定子導(dǎo)程和偏心距分別為轉(zhuǎn)子的 2 倍，兩者之間形成橡膠定子保持不動，兩者之間形成多個(gè)密封腔。由于壓強(qiáng)第一個(gè)密封腔。當(dāng)轉(zhuǎn)子繼續(xù)旋轉(zhuǎn)一周后，第一個(gè)密封腔逐出端移動一個(gè)導(dǎo)程，進(jìn)入第二個(gè)密封腔。以此類推，液體終被舉升到地面。工作過程如圖 1.2 所示[5]。圖 1.1 單螺桿泵系統(tǒng)示意圖Fig. 1.1 Progressive cavity pump (PCP)

圖 1.3 螺桿泵定子實(shí)物圖Fig. 1.3 Physical drawing of screw pump stator人收集了大量會對定子橡膠產(chǎn)生影響的相關(guān)因素，經(jīng)仔細(xì)考慮采油環(huán)境、油質(zhì)理化指標(biāo)的定子橡膠材料選擇方法[7]。工研究中心開發(fā)出牌號為 LH-9901 和 LH-9902 的兩種氫島科技大學(xué)最先成功研制了比硅橡膠和氟橡膠耐油性更強(qiáng)的性羧基丁腈橡膠[8]。它可以在高溫、高壓環(huán)境下起到卓越的耐橡膠材料的新行列。2013 年，哈爾濱工業(yè)大學(xué)和大慶油田了“耐腐蝕螺桿泵定子橡膠研究”項(xiàng)目，并成功研發(fā)了耐泵定子橡膠材料，有效地提高了定子橡膠耐腐蝕老化性能工作提供了全新的動力[9]。生產(chǎn)廠商在為客戶提供采油螺桿泵時(shí)，會要求客戶提供需要工況，據(jù)此提供與之最匹配的橡膠材料及配方。為了避免

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2 楊廣磊;李慶忠;;幾種含氟潤滑劑摩擦學(xué)性能研究[J];潤滑與密封;2009年10期

3 羅天放;陳榮剛;吳斌;;炮鋼材料等離子淬火后的組織與性能[J];金屬熱處理;2019年02期

4 何安西,楊世雄;鑲嵌式自潤滑軸承及其在冶金設(shè)備上的應(yīng)用[J];鋼鐵釩鈦;1993年02期

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6 李長生,尹志新,劉維國,遲自然;一種新型刀具耐磨涂料的研究[J];阜新礦業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);1992年03期

7 詹武,閆愛淑,丁晨旭,趙燕平;金屬摩擦磨損機(jī)理剖析[J];天津理工學(xué)院學(xué)報(bào);2001年S1期

8 沈明學(xué);彭金方;鄭健峰;宋川;莫繼良;朱e

本文編號：2802067