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套，外殼自外層至內層依次為環氧膠粘層和陶瓷內套以及固定在缸套外殼底部的鎖緊裝置，鎖緊裝置是這樣構成的：缸套外殼的一端的內腔壁設有限位臺階，陶瓷內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。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，且內套與外套連接結構穩定，整體結構穩定性更強，可靠性更高。
【專利說明】止退減震増強碳化硅陶瓷缸套
【技術領域】
[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】
[0002]在石油鉆井中，泥漿被稱為鉆井的血液，泥漿泵則是循環血液的“心臟”，泥漿泵必須連續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]目前國內使用的泥漿泵缸套主要有雙金屬缸套、鍍鉻缸套、內表面淬火缸套，其中廣泛使用的是高鉻鑄鐵內襯的雙金屬缸套。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套，外殼自外層至內層依次為環氧膠粘層和陶瓷內套以及固定在缸套外殼底部的鎖緊裝置，鎖緊裝置是這樣構成的:缸套外殼的一端的內腔壁設有限位臺階，陶瓷內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。
[0006]優選的，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、自外層至內層依次套接設置的保護環和固定止退銷釘，保護環的外壁設有外螺紋，保護環與缸套外殼的底部內壁螺紋連接，固定止退銷釘與保護環銷連接。
[0007]優選的，作為一種可實施方案，所述固定止退銷釘的外壁與所述保護環內壁過盈配合。
[0008]優選的，作為一種可實施方案，所述缸套外殼的厚度、所述陶瓷內套的厚度、以及環氧膠粘層的厚度依次減少。
[0009]優選的，作為一種可實施方案，所述缸套外殼為高強度鋼鑄結構件；陶瓷內套為高密度碳化硅陶瓷件；所述自鎖環、所述墊圈為ABS工程塑料件或是環氧樹脂件或是橡膠件。
[0010]與現有技術相比，本實用新型實施例的優點在于:
[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、陶瓷內套、環氧膠粘層、自鎖環、鎖緊裝置(鎖緊裝置具體包括保護環、固定止退銷釘)等結構組成；使用陶瓷內套替代傳統的金屬內套可以很好的解決內套硬度差、耐腐蝕性差的技術問題。其中，陶瓷內套的物理性能穩定、耐酸、耐堿、耐腐蝕、耐高溫、絕緣性能優良、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和使用。同時，缸套外殼頂部自外層至內層依次套接設置的環氧膠粘層和陶瓷內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腔壁設有限位臺階；陶瓷內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。缸套外殼頂部的限位臺階可以很好限位并固定住陶瓷內套，防止陶瓷內套在缸套外殼內向上的移動；缸套外殼的底部則是通過鎖緊裝置實現的固定連接。采用環氧膠粘層可以很好地將陶瓷內套與缸套外殼實現緊固連接，確保內襯(即陶瓷內套)與缸套外殼連接結構穩定性和可靠性；墊圈以及自鎖環可以起到減少徑向端面載荷的作用，分散壓力，避免陶瓷內套遭到振動破壞，進而提升整體產品結構穩定性。
[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，可以克服傳統技術中缸套強度、耐磨防腐性能較差；內套與外套連接結構不穩定，內套容易遭到振動破壞的技術缺陷。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構剖面示意圖；
[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構剖面示意圖。
【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構件)和陶瓷內套3，外殼自外層至內層依次為環氧膠粘層4和陶瓷內套3以及固定在缸套外殼I底部的鎖緊裝置，鎖緊裝置是這樣構成的:缸套外殼的一端的內腔壁設有限位臺階8 (另參見圖2)，陶瓷內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5(即高分子材料自鎖環)。
[0017]其結構布局以及組裝裝配關系如下: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)，陶瓷內套3通過環氧膠粘層4進行固化抱緊，缸套外殼I的尾部設有自鎖環5和保護環6，同時為防止脫扣在缸套外殼I和保護環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構中，使用陶瓷內套替代傳統的金屬內套可以很好的解決內套硬度差、耐腐蝕性差的技術問題。其中，陶瓷內套的物理性能穩定、耐酸、耐堿、耐腐蝕、耐高溫、絕緣性能優良、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套的物理性能穩定，且化學性能優越；其具有耐酸、耐堿、耐腐蝕、耐高溫、絕緣性能優良、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套，防止陶瓷內套在缸套外殼內向上的移動；缸套外殼的底部則是通過鎖緊裝置實現的固定連接。采用環氧膠粘層可以很好地將陶瓷內套與缸套外殼實現緊固連接，確保內襯(即陶瓷內套)與缸套外殼連接結構穩定性和可靠性；墊圈以及自鎖環可以起到減少徑向端面載荷的作用，分散壓力，避免陶瓷內套遭到振動破壞，進而提升整體產品結構穩定性。其中，所述自鎖環、墊圈為高分子復合材料件。優選的，所述自鎖環、墊圈為ABS工程塑料件、或是環氧樹脂件、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(例如:ABS工程塑料)可以起到很好地固定緊固作用，實現自鎖。
[0020]在具體結構中；所述鎖緊裝置包括位于所述缸套外殼I底部，自外層至內層依次套接設置的保護環6 (即金屬螺紋保護環)和固定止退銷釘7 ;
[0021]且所述保護環6的外壁設有外螺紋，所述保護環6與所述缸套外殼I的底部內壁螺紋連接(通過螺紋的旋緊和緊固作用，可以將保護環與缸套外殼進行固定)，所述固定止退銷釘7與所述保護環6銷連接(通過過盈配合的銷孔配合，即可實現固定止退銷釘與所述保護環的固定連接，最終實現鎖緊裝置緊緊地將上述結構都固定連接起來，該結構連接方式穩定可靠，且易于實施)。需要說明的是，上述鎖緊裝置克服了現有技術中內襯與外套連接結構不穩定的問題。
[0022]上述陶瓷內套的內外徑與所述自鎖環、所述固定止退銷釘的內外徑尺寸均相適應。即陶瓷內套的內外徑尺寸與自鎖環、所述固定止退銷釘基本相同，這樣可實現自鎖環的頂部端面與陶瓷內套的底部端面實現全面積接觸，同時自鎖環的底部端面也可與固定止退銷釘的頂部端面實現全面積接觸，保證三個結構的結構緊密性。
[0023]參見圖1，分析可知所述缸套外殼的厚度、所述陶瓷內套的厚度、以及環氧膠粘層的厚度依次減少。
[0024]所述自鎖環、墊圈為高分子復合材料件。舉例說明，所述自鎖環、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構材料，工程塑料有良好的機械性能和尺寸穩定性，在高、低溫下仍能保持其優良性能。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。其中，作為本實用新型實施例最優選的方案為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品由8項適于應用的新的技術方案構成:
[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構鋼鑄造或鍛造，保證安裝和使用的可靠性；3.陶瓷內套和缸套外殼采用環氧膠粘層(即環氧樹脂劑)進行粘結膨脹固化，改善碳化硅內套的受力狀態，防止內套局部受力不均出現環裂，提高產品的合格率；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.采用環氧膠粘劑粘結工藝，可有效減少泥漿泵在使用過程中的震動，導致金屬保護環松動，影響陶瓷內套的使用；7.缸套外殼的尾部采用防脫出結構和減震高分子復合材料構件組合，來減少缸套安裝時的振擊和使用中的震動及脫套；8.使用熱膨脹系數較大的高分子復合材料來制作自鎖環，利用工作時產生的溫升進行自鎖，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，將多項新技術組合應用到止退減震增強碳化硅陶瓷缸套產品中，在工作中既具有耐高壓、高耐磨、高壽命和防腐蝕的優點，又具有安裝和使用的可靠性，同時能夠大幅度提高產品的成品率，完全能夠滿足深井鉆探、海上和海外石油開發鉆探的使用要求。
[0030]以上所述僅為本實用新型的優選實施例而已，并不用于限制本實用新型，對于本領域的技術人員來說，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，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。
【權利要求】
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套，其特征在于，外殼自外層至內層依次為環氧膠粘層和陶瓷內套以及所述固定在缸套外殼底部的鎖緊裝置，鎖緊裝置是這樣構成的:所述缸套外殼的一端的內腔壁設有限位臺階，陶瓷內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。2.如權利要求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層依次套接設置的保護環和固定止退銷釘保護環的外壁設有外螺紋，所述保護環與所述缸套外殼的底部內壁螺紋連接，所述固定止退銷釘與所述保護環銷連接。3.如權利要求2所述的止退減震增強碳化硅陶瓷缸套，其特征在于，所述固定止退銷釘的外壁與所述保護環內壁過盈配合。4.如權利要求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、所述陶瓷內套的厚度、以及環氧膠粘層的厚度依次減少。5.如權利要求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構件；陶瓷內套為高密度碳化硅陶瓷件；所述自鎖環、所述墊圈為ABS工程塑料件或是環氧樹脂件或是橡膠件。
【文檔編號】F04B53-16GK204267275SQ201420765387
【發明者】褚云峰, 吉明艷 [申請人]北京金麟石油技術有限公司, 盤錦國強石油裝備制造有限公司