CN109185119B - 一种bw-250型泥浆泵仿生活塞 - Google Patents
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Abstract
一种BW‑250型泥浆泵仿生活塞属石油钻井钻探装备技术领域，本发明中骨架底胶固接于橡胶皮碗底部，橡胶皮碗表面自上而下设有交替分布的仿生凹坑和仿生条纹，仿生凹坑截面为矩形，其分布、深度和直径可变；仿生条纹截面为三角形或半圆形，其深度和宽度可变；仿生凹坑和仿生条纹之间的间距可变，相邻行的凹坑和条纹间距可变；本发明的仿生形态结构能分散应力集中、储存部分磨粒磨屑、减少活塞的磨损；并能提高润滑油脂的贮存量和储存空间，形成均匀的油膜来减小摩擦；还能实现多级密封效果，提高活塞的密封性能。
Description
技术领域
本发明属石油钻井钻探装备技术领域，具体涉及一种BW-250型泥浆泵仿生活塞。
背景技术
泥浆泵是钻探机械设备的重要组成部分，它在钻探过程中向钻孔输送泥浆等冲洗液，起着冷却钻头，清洗钻具、固着井壁、驱动钻进的作用，并将打钻后的岩屑带回地面。BW-250泥浆泵一般都是由动力机带动泵的曲轴回转，曲轴通过十字头再带动活塞在泵缸套中做往复运动。在吸入和排出阀的交替作用下，实现压送与循环泥浆的目的。
活塞和缸套是实现泥浆循环的关键部件，活塞-缸套摩擦副极易因摩擦磨损导致密封失效。活塞-缸套摩擦副中，橡胶活塞的更换更为频繁。由于恶劣的条件和复杂的工况，活塞摩擦磨损严重，泥浆中的磨粒极易进入到活塞-缸套摩擦副接触面中。磨粒参与到活塞-缸套摩擦副往复运动中，造成活塞过快失效。为提高经济效益，保证石油钻探设备的正常运行和钻井施工的安全，必须提高泥浆泵运行的可靠性和连续性。因此提高泥浆泵活塞的摩擦、磨损和密封性能，对提高泥浆泵的使用寿命、降低生产成本具有重大意义。
自然界中的生物体表经过进化具有良好的非光滑结构，如蜣螂、穿山甲、沙漠蝎、贝壳等体表具有的条纹形结构在其各自的生存环境中表现出优异的耐磨性。蚯蚓在土壤中可以自由灵活移动，其优异的减阻耐磨性能与其体表的凹坑和条纹形态结构有关。
蚯蚓的躯体由条纹形体节构成，能够有效的减小与土壤的接触面积。每段条纹体节之间有规则排布的凹坑背孔可以分泌体液，条纹和凹坑形态结构可以均匀地将体液分布到自身表面和周围环境中，使蚯蚓与周围土壤形成一层润滑膜，降低其身体与土壤间的摩擦阻力。泥浆泵活塞是橡胶材料，和蚯蚓的身体一样都是软体。因此，蚯蚓体表的非光滑结构为仿生泥浆泵活塞设计提供了依据
发明内容
本发明的目的在于：克服现有泥浆泵活塞摩擦、磨损严重，密封性差，容易挤伤、老化等缺点，提供一种使用寿命长、性能好的BW-250型泥浆泵仿生活塞。
本发明由橡胶皮碗6和骨架底胶9组成，其中橡胶皮碗6为空心锥台形，骨架底胶9为空心圆柱形；橡胶皮碗6的高h6为：24.5mm；骨架底胶9的高h7为：5.5mm；橡胶皮碗6的上圆直径D1为：82.6mm；骨架底胶9的直径与橡胶皮碗6的下圆直径D2均为：79.4mm；骨架底胶9固接于橡胶皮碗6底部，骨架底胶9和橡胶皮碗6内设有直径D3为35mm的通孔4，橡胶皮碗6上设有凹槽5，凹槽5的直径D4为61mm；横截面中橡胶皮碗6上平面与凹槽5边缘连线的夹角α为20.4°。
橡胶皮碗6表面自上而下顺序设有仿生凹坑组Ⅰ1、仿生条纹Ⅰ7、仿生凹坑组Ⅱ2、仿生条纹Ⅱ8和仿生凹坑组Ⅲ3；其中仿生凹坑组Ⅰ1、仿生凹坑组Ⅱ2和仿生凹坑组Ⅲ3均由18-36个凹坑组成，相邻两排的18-36个凹坑均错位排列；仿生条纹Ⅰ7和仿生条纹Ⅱ8均设于橡胶皮碗6的圆周上。
所述仿生凹坑组Ⅰ1、仿生凹坑组Ⅱ2和仿生凹坑组Ⅲ3的凹坑均呈圆形；其中仿生凹坑组Ⅰ1中凹坑直径d1为：0.75-1mm,凹坑深度h1为：0.3-0.4mm；仿生凹坑组Ⅱ2中凹坑直径d3为1-1.25mm：,凹坑深度h3为：0.5-0.6mm；仿生凹坑组Ⅲ3中凹坑直径d5为：1.25-1.5mm，凹坑深度h5为0.7-0.8mm。
所述仿生条纹Ⅰ7的横截面呈直角三角形，其高h2为0.4-0.5mm、斜边长d2为1-1.2mm、底角β为30-60°；所述仿生条纹Ⅱ8的横截面呈半圆形，其直径d4为1.2-1.4mm。
所述仿生凹坑组Ⅰ1的凹坑中心与活塞皮碗上边缘间距L1为2.5mm；仿生凹坑组Ⅰ1的凹坑中心与仿生条纹Ⅰ7上边缘间距L2为1.8-2mm，仿生凹坑组Ⅱ2的凹坑中心与仿生条纹Ⅰ7下边缘间距L3为2.5-2.7mm，仿生凹坑组Ⅱ2的凹坑中心与仿生条纹Ⅱ8上边缘间距L4为3.1-3.3mm，仿生凹坑组Ⅲ3的凹坑中心与仿生条纹Ⅱ8下边缘间距L5为3.8-4.0mm。
本发明的仿生形态结构可以分散应力集中，降低应力梯度，从而减少活塞表面和内部的挤伤、啃伤；可以减小活塞唇部的挠度进而减小活塞唇部的磨损；可以提高润滑油脂的贮存量和存储空间，同时在活塞往复运动中形成分布均匀的油膜，减小活塞的摩擦；可以降低活塞表面润滑流体流动速度，产生回流现象，从而改善活塞运动过程中的润滑状态；可以储存部分磨粒磨屑，减少活塞的磨损；可以实现多级密封效果，提高活塞的密封性能。
附图说明
图1是BW-250型泥浆泵仿生活塞的立体图
图2是BW-250型泥浆泵仿生活塞的俯视图
图3是图2中C-C视图
图4是图3中a所指的局部放大图
图5和图6是图3中b所指的局部放大图
其中：1.仿生凹坑组Ⅰ 2.仿生凹坑组Ⅱ 3.仿生凹坑组Ⅲ 4.通孔 5.凹槽 6.橡胶皮碗 7.仿生条纹Ⅰ 8.仿生条纹Ⅱ 9.骨架底胶
具体实施方式
下面结合附图作进一步说明。
如图1至图3所示，本发明由橡胶皮碗6和骨架底胶9组成，其中橡胶皮碗6为空心锥台形，骨架底胶9为空心圆柱形；橡胶皮碗6的高h6为：24.5mm；骨架底胶9的高h7为：5.5mm；橡胶皮碗6的上圆直径D1为：82.6mm；骨架底胶9的直径与橡胶皮碗6的下圆直径D2均为：79.4mm；骨架底胶9固接于橡胶皮碗6底部，骨架底胶9和橡胶皮碗6内设有直径D3为35mm的通孔4，橡胶皮碗6上设有凹槽5，凹槽5的直径D4为61mm；横截面中橡胶皮碗6上平面与凹槽5边缘连线的夹角α为20.4°。
橡胶皮碗6表面自上而下顺序设有仿生凹坑组Ⅰ1、仿生条纹Ⅰ7、仿生凹坑组Ⅱ2、仿生条纹Ⅱ8和仿生凹坑组Ⅲ3；其中仿生凹坑组Ⅰ1、仿生凹坑组Ⅱ2和仿生凹坑组Ⅲ3均由18-36个凹坑组成，相邻两排的18-36个凹坑均错位排列；仿生条纹Ⅰ7和仿生条纹Ⅱ8均设于橡胶皮碗6的圆周上。
如图4至图6所示，所述仿生凹坑组Ⅰ1、仿生凹坑组Ⅱ2和仿生凹坑组Ⅲ3的凹坑均呈圆形；其中仿生凹坑组Ⅰ1中凹坑直径d1为：0.75-1mm,凹坑深度h1为：0.3-0.4mm；仿生凹坑组Ⅱ2中凹坑直径d3为1-1.25mm：,凹坑深度h3为：0.5-0.6mm；仿生凹坑组Ⅲ3中凹坑直径d5为：1.25-1.5mm，凹坑深度h5为0.7-0.8mm。
所述仿生条纹Ⅰ7的横截面呈直角三角形，其高h2为0.4-0.5mm、斜边长d2为1-1.2mm、底角β为30-60°；所述仿生条纹Ⅱ8的横截面呈半圆形，其直径d4为1.2-1.4mm。
所述仿生凹坑组Ⅰ1的凹坑中心与活塞皮碗上边缘间距L1为2.5mm；仿生凹坑组Ⅰ1的凹坑中心与仿生条纹Ⅰ7上边缘间距L2为1.8-2mm，仿生凹坑组Ⅱ2的凹坑中心与仿生条纹Ⅰ7下边缘间距L3为2.5-2.7mm，仿生凹坑组Ⅱ2的凹坑中心与仿生条纹Ⅱ8上边缘间距L4为3.1-3.3mm，仿生凹坑组Ⅲ3的凹坑中心与仿生条纹Ⅱ8下边缘间距L5为3.8-4.0mm。
Claims (3)
1.一种BW-250型泥浆泵仿生活塞，其特征在于：由橡胶皮碗(6)和骨架底胶(9)组成，其中橡胶皮碗(6)为空心锥台形，骨架底胶(9)为空心圆柱形；橡胶皮碗(6)的高h6为：24.5mm；骨架底胶(9)的高h7为：5.5mm；橡胶皮碗(6)的上圆直径D1为：82.6mm；骨架底胶(9)的直径与橡胶皮碗(6)的下圆直径D2均为：79.4mm；骨架底胶(9)固接于橡胶皮碗(6)底部，骨架底胶(9)和橡胶皮碗(6)内设有直径D3为35mm的通孔(4)，橡胶皮碗(6)上设有凹槽(5)，凹槽(5)的直径D4为61mm；横截面中橡胶皮碗(6)上平面与凹槽(5)边缘连线的夹角α为20.4°；橡胶皮碗(6)表面自上而下顺序设有仿生凹坑组Ⅰ(1)、仿生条纹Ⅰ(7)、仿生凹坑组Ⅱ(2)、仿生条纹Ⅱ(8)和仿生凹坑组Ⅲ(3)；其中仿生凹坑组Ⅰ(1)、仿生凹坑组Ⅱ(2)和仿生凹坑组Ⅲ(3)均由18-36个凹坑组成，相邻两排的18-36个凹坑均错位排列；仿生条纹Ⅰ(7)和仿生条纹Ⅱ(8)均设于橡胶皮碗(6)的圆周上。
2.按权利要求1所述的BW-250型泥浆泵仿生活塞，其特征在于：所述仿生凹坑组Ⅰ(1)、仿生凹坑组Ⅱ(2)和仿生凹坑组Ⅲ(3)的凹坑均呈圆形；其中仿生凹坑组Ⅰ(1)中凹坑直径d1为0.75-1mm,凹坑深度h1为0.3-0.4mm；仿生凹坑组Ⅱ(2)中凹坑直径d3为1-1.25mm,凹坑深度h3为0.5-0.6mm；仿生凹坑组Ⅲ(3)中凹坑直径d5为1.25-1.5mm，凹坑深度h5为0.7-0.8mm；所述仿生条纹Ⅰ(7)的横截面呈直角三角形，其高h2为0.4-0.5mm、斜边长d2为1-1.2mm、底角β为30-60°；所述仿生条纹Ⅱ(8)的横截面呈半圆形，其直径d4为1.2-1.4mm。
3.按权利要求1所述的BW-250型泥浆泵仿生活塞，其特征在于：所述仿生凹坑组Ⅰ(1)的凹坑中心与活塞皮碗上边缘间距L1为2.5mm；仿生凹坑组Ⅰ(1)的凹坑中心与仿生条纹Ⅰ(7)上边缘间距L2为1.8-2mm，仿生凹坑组Ⅱ(2)的凹坑中心与仿生条纹Ⅰ(7)下边缘间距L3为2.5-2.7mm，仿生凹坑组Ⅱ(2)的凹坑中心与仿生条纹Ⅱ(8)上边缘间距L4为3.1-3.3mm，仿生凹坑组Ⅲ(3)的凹坑中心与仿生条纹Ⅱ(8)下边缘间距L5为3.8-4.0mm。
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