CN102528186A - 螺杆泵金属定子电解加工用阴极 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种螺杆泵金属定子电解加工用阴极，用于解决现有的螺杆泵橡胶定子易老化的技术问题。技术方案是由阴极体(1)、前引导(2)、绝缘套(3)、修形柱(4)、后引导(5)和压紧头(6)组成，阴极工作部分由抛物线变截面螺旋阴极体、可更换修形柱组成，抛物线变截面螺旋阴极体临近阴极工作型面底部的增液槽沿螺旋角方向设置一段流线形槽。采用该阴极加工螺杆泵金属定子，解决了螺杆泵橡胶定子易老化的技术问题。

Description

螺杆泵金属定子电解加工用阴极

技术领域

本发明涉及一种阴极，特别是涉及一种螺杆泵金属定子电解加工用阴极。

背景技术

螺杆泵是一种容积式泵，是摆线内啮合螺旋齿轮副的一种应用，当转子和定子作相对转动时，利用摆线的多等效动点效应，在空间形成的封闭腔室轴向移动，使其中的液体从一端移向另一端，实现举升作用兼有离心泵和容积泵的特点。20世纪30年代中期法国的moineau发明了单螺杆泵，在水力机械上得到广泛应用，本世纪，单螺杆泵开始用于石油开采。我国自20世纪80年代中后期开始研发地面驱动螺杆泵采油系统以来，已形成排量为2-240m³/h、扬程为500-1800m的系列产品，并已在国内各大油田逐步推广应用。目前，螺杆泵定子衬套大都是采用传统的橡胶定子制造技术，即在金属外壳内浇铸一层型线为多头螺旋曲面的橡胶，与外表面镀硬铬的金属转子配合使用。工作时，由于橡胶溶胀性温胀性、易老化性等导致定子易损坏；由于定子与油管相连，当定子损坏后，在更换定子时要同时起杆柱和管柱，作业费用高，造成很大程度上的浪费。而且橡胶衬在内表面，很难除去，致使定子不能再利用。

螺杆泵运动部件少，没有阀件，排量均匀，特别是在开采高粘度、高含砂和含气量较大的油田原油时，同其它采油方式相比具有独特的优点。为了解决上述橡胶定子寿命短给采油作业带来的问题，国内外都提出用金属定子代替传统的橡胶定子，关于金属定子螺杆泵，有两种设计：①全金属定子螺杆泵；②金属定子、橡胶转子组成的金属定子螺杆泵。大庆石油学院工程硕士陈兆梅等通过理论分析、计算和室内试验，认为金属定子与橡胶层转子单螺杆泵配合方式方案可行。关键是急需解决金属定子的切实可行的制造工具和工艺。

关于金属定子的加工制造，国内外都做过不同程度的努力，国内如辽宁省营口市申报了用在普通车床上安装工装模具进行定子内部型线的加工技术专利，并对加工的短样件进行了试验，取得了初步的效果，但未能推广应用。其他，如提出铸造、拉削等方法都做过尝试，但所有努力，均因内螺旋线形状复杂、材料硬度高，加工困难，未成功用于螺杆泵金属定子的加工，螺杆泵金属定子取代橡胶定子至今仍未实现。

电解加工内螺旋线可一次成型，加工表面质量好，阴极不消耗，已成为膛线加工的定型工艺。

发明内容

为了克服现有的螺杆泵橡胶定子易老化的不足，本发明提供一种螺杆泵金属定子电解加工用阴极。该阴极工作部分由抛物线变截面螺旋阴极体、可更换修形柱组成，抛物线变截面螺旋阴极体临近阴极工作型面底部的增液槽沿螺旋角方向设置一段流线形槽。采用该阴极加工螺杆泵金属定子，可以解决螺杆泵橡胶定子易老化的技术问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种螺杆泵金属定子电解加工用阴极，包括阴极体1、前引导2、绝缘套3、后引导5和压紧头6，其特点是还包括修形柱4，所述阴极体1、前引导2、绝缘套3、修形柱4、后引导5和压紧头6一起构成阴极，修形柱4为短圆柱体上铣削的等螺距螺旋线，按照螺杆泵金属定子的头数均匀分布于外圆周；所述阴极体1是抛物线变截面螺旋体，抛物线变截面螺旋体的母线展开后呈抛物线状，其每个断面从绝缘套3的右端面起由小逐渐变大，最终与修形柱4外形相匹配，阴极体1的前端，即右端是圆柱体，圆柱体上有与其匹配的前引导2，绝缘套3的右端面与阴极体1的母线起点平齐，绝缘套3的内型与阴极体1的母线匹配；压紧头6将修形柱4和后引导5固定在阴极体1的后端；阴极体1临近后端工作部分设计有增液槽，增液槽沿螺旋角方向分布有流线形槽7。

所述阴极体1上的螺旋体是二条、三条或者四条。

所述绝缘套3的材料是环氧玻璃钢。

本发明的有益效果是：由于该阴极工作部分由抛物线变截面螺旋阴极体、可更换修形柱组成，抛物线变截面螺旋阴极体临近阴极工作型面底部的增液槽沿螺旋角方向设置一段流线形槽。采用该阴极加工螺杆泵金属定子，解决了螺杆泵橡胶定子易老化的技术问题。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细说明。

附图说明

图1是本发明螺杆泵金属定子电解加工用阴极所要加工的二头螺杆泵金属定子断面示意图。

图2是本发明螺杆泵金属定子电解加工用阴极所要加工的三头螺杆泵金属定子断面示意图。

图3是本发明螺杆泵金属定子电解加工用阴极所要加工的四头螺杆泵金属定子断面示意图。

图4是本发明螺杆泵金属定子电解加工用阴极所要加工的四头螺杆泵金属定子五段圆弧连接详图。

图5是本发明实施例四头螺杆泵金属定子电解加工用阴极的装配图。

图6是本发明实施例四头螺杆泵金属定子电解加工用阴极体上流线型槽及其放大图。

图7是图5中可更换修形柱的零件图及A-A剖视图。

图中，1-阴极体；2-前引导；3-绝缘套；4-修形柱；5-后引导；6-压紧头；7-流线形槽。

具体实施方式

参照图1～7，本发明以四头螺杆泵金属定子电解加工用阴极为例，说明四头螺杆泵金属定子电解加工用阴极的结构。

有一种与螺杆泵定子相似的产品——等壁厚螺杆钻具内螺旋预轮廓定子，很容易混淆，为此，将膛线、梅花孔、螺杆钻具内螺旋预轮廓定子及螺杆泵定子作一比较：

(1)螺杆泵定子阴极与膛线阴极的区别。

膛线槽多为矩形、梯形，槽深约为口径的1％～2％，而螺杆泵定子螺旋线槽为多段圆弧相切形成，槽深达口径的1/3～1/2，因此，为满足加工过程间隙供液、流场分布以及成型精度的阴极工作齿、供液导流修形，其阴极结构与膛线阴极有很大区别。

(2)螺杆泵定子内螺旋线阴极与梅花孔阴极的区别。

申请者在2004年10月由国防工业出版社出版的《电解加工技术与研究方法》，2008年由国防工业出版社出版的《电解加工及复合电解加工》书中曾提及黄铜梅花孔电解加工的方法和阴极设计，梅花孔横截面与螺杆泵定子类似：槽型为圆弧形，槽深为口径的1/4，但不是螺旋线，曲线槽顺着轴向，因此阴极工作面也不是螺旋形的。

(3)螺杆泵定子内螺旋线阴极与螺杆钻具内螺旋预轮廓定子阴极的区别。

与螺杆泵定子相似的一种产品——等壁厚螺杆钻具内螺旋预轮廓定子，也是为了提高原橡胶内衬的使用寿命，提出将钢管的内壁加工成定子的雏形，则可以在成型的钢套内浇铸成等壁厚橡胶内衬，比原先在钢管内直接浇铸成非等壁厚橡胶内衬提高了寿命。等壁厚螺杆钻具内螺旋预轮廓定子的径向切面与梅花孔横截面、螺杆泵定子内螺旋线均有相似之处，但是因为这种螺杆钻具内螺旋预轮廓定子的内腔将装进等壁厚的橡胶定子，预轮廓定子不需要很高精度，公差±0.5mm，且螺距长，线槽相对较浅，因此其阴极工作面将梅花瓣阴极的工作面与传统的螺旋形膛线阴极工作面组合起来的，就可以满足加工精度的要求。

螺杆泵定子内螺旋线精度高，公差±0.02mm；线槽深，单边加工余量10～40mm，螺距短，40～80mm，螺旋升角20～30°，电解加工间隙流场分布及成型规律难控制，将梅花瓣与传统膛线阴极简单组合制造的阴极达不到螺杆泵金属定子加工精度的要求，螺杆泵定子内螺旋线的加工难度远远高于螺杆钻具内螺旋预轮廓定子，其阴极结构方案和特点如下所述。

螺杆泵金属定子阴极结构：

1)阴极工作部分由抛物线变截面螺旋阴极体1和6mm厚可更换修形柱4组成，抛物线变截面螺旋阴极体的母线展开后呈抛物线状，其每个断面由小逐渐变大；可更换修形柱短圆柱体6mm厚，在其外圆周上均匀铣削等螺距螺旋线。整个阴极包括阴极体1、前引导2、绝缘套3、修形柱4、后引导5和压紧头6(其中，前引导2、绝缘套3、后引导5、压紧头6不属于本发明的内容)，用以定位、绝缘，导流和装配压紧已有的螺杆钻具内螺旋预轮廓定子阴极是将梅花瓣与螺旋线简单组合，本发明的实现在于这种螺杆泵定子阴极不是传统的在锥面上加工的螺旋体，而是母线呈抛物线状的变截面抛物线螺旋体，符合弧形线槽的成型规律，修形柱为短圆柱体上铣削的等螺距螺旋线，均匀分布于外圆周，便于修形。其特征在于：阴极工作部分螺旋面的母线展开后呈抛物线状，即阴极体为抛物线变截面螺旋状，有利于改善流场和表面质量；6mm厚的可更换等距螺旋线修形柱最后精确保证线槽形状尺寸。

2)本实施例的实现还在于抛物线变截面螺旋阴极体工作部分设计了增液槽，在临近工作型面底部的增液槽沿螺旋角方向加工一段流线形槽7，当阴极体受拉杆牵引作轴向进给和径向运动时，有利于形成均匀流场，以保证螺距短、螺旋升角小的加工区电解液充足，减少阴极螺旋工作齿谷底电解液的漩涡。其特征在于：增液部分向加工区供液是将临近阴极工作型面底部的增液槽沿螺旋角方向开一段流线形槽7。

本实施例的加工对象为4头螺杆泵定子，横切面上每一头(瓣)的内外圆弧由5段半径不同的圆弧相切形成，螺距60mm，螺旋升角小，线形精度±0.02mm，线槽深。

该螺杆泵定子的阴极包括阴极体1、前引导2、绝缘套3、可更换修形柱4、后引导5和压紧头6组成。抛物线变截面螺旋阴极体1与前引导2通过紧配合连接；绝缘套3材料为环氧玻璃钢，镶嵌到抛物线变截面螺旋阴极体1上；6mm厚可更换修形柱4和后引导5通过内孔与抛物线变截面螺旋阴极体1尾部圆柱配合定位，通过压紧头6与抛物线变截面螺旋阴极体1装配成一体。

阴极的制造：阴极主体抛物线状变截面螺旋体4的毛坯为Φ90mm黄铜棒料，按照母线呈抛物线螺旋状、螺旋角19.5°、螺距60mm在数控加工中心加工螺旋形工作面，6mm厚可更换修形柱5的上的毛坯也是Φ90mm黄铜棒料，螺旋线的螺旋角19.5°。前引导2内孔与抛物线变截面螺旋阴极体前段外圆过盈配合，可更换修形柱4、后引导5与抛物线变截面螺旋阴极体尾部外园柱面间隙配合，最后加工增液槽和流线型槽7，加工供液孔。

针对的螺杆泵定子内腔为4头螺旋线，在径向切面上每一瓣由5段半径不同的圆弧相切形成。线槽深25mm，螺距60mm，螺旋升角25°，线形精度±0.02mm，由于螺距短、线槽深，电解加工间隙流场分布不易均匀。

在抛物线变截面阴极体1的上面有4条抛物线状变截面螺旋工作面，在临近阴极工作型面底部的增液槽沿螺旋角方向开一段流线形槽7，与阴极的轴线方向为30°，流线形槽长度3.5mm，其作用是在阴极体作轴向进给和径向运动时，减少阴极螺旋工作池谷底电解液的漩涡，有利于形成均匀流场，保证螺距短、螺旋升角小的螺旋槽在成型过程加工区电解液充足。

Claims (3)

1.一种螺杆泵金属定子电解加工用阴极，包括阴极体(1)、前引导(2)、绝缘套(3)、后引导(5)和压紧头(6)，其特征在于：还包括修形柱(4)，所述阴极体(1)、前引导(2)、绝缘套(3)、修形柱(4)、后引导(5)和压紧头(6)一起构成阴极，修形柱(4)为短圆柱体上铣削的等螺距螺旋线，按照螺杆泵金属定子的头数均匀分布于外圆周；所述阴极体(1)是抛物线变截面螺旋体，抛物线变截面螺旋体的母线展开后呈抛物线状，其每个断面从绝缘套(3)的右端面起由小逐渐变大，最终与修形柱(4)外形相匹配，阴极体(1)的前端，即右端是圆柱体，圆柱体上有与其匹配的前引导(2)，绝缘套(3)的右端面与阴极体(1)的母线起点平齐，绝缘套(3)的内型与阴极体(1)的母线匹配；压紧头(6)将修形柱(4)和后引导(5)固定在阴极体(1)的后端；阴极体(1)临近后端工作部分设计有增液槽，增液槽沿螺旋角方向分布有流线形槽(7)。

2.根据权利要求1所述的螺杆泵金属定子电解加工用阴极，其特征在于：所述阴极体(1)上的螺旋体是二条、三条或者四条。

3.根据权利要求1所述的螺杆泵金属定子电解加工用阴极，其特征在于：所述绝缘套(3)的材料是环氧玻璃钢。

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