CN203730291U - 油田钻井泵用活塞皮碗 - Google Patents

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王泽刚
岳林
李念军
李克雷
肖国涛
张建
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Abstract

本实用新型涉及一种油田钻井泵用活塞皮碗，属于石油设备领域。油田钻井泵用活塞皮碗，包括根部和唇部，其特征在于：唇部的外缘设置一斜向内的楔形面，该楔形面与唇部的内楔形面形成直角唇口。本实用新型结构设计巧妙合理，在没有改变活塞总成整体结构的前提下，通过对活塞皮碗的外形进行改进，即将唇口设计为直角唇口，使活塞皮碗在高压工作时，能够减少径向对唇部的压力，降低磨损，从而延长其工作寿命，减少液力端的拆卸维护频率。

Description

油田钻井泵用活塞皮碗
技术领域
本实用新型涉及一种油田钻井泵用活塞皮碗，属于石油设备领域。
背景技术
橡胶活塞皮碗是钻井泵液力端活塞总成的重要组成部分，活塞总成通过动力端曲轴连杆机构使其在液力端缸套内完成往复运动，如图2所示，其中活塞芯6为锻件，通过中间通孔用防松螺母固定在活塞介杆上，由其带动完成往复运动；活塞皮碗9为具有较大邵氏硬度的丁晴橡胶；压板8和卡簧7均为锻件，通过活塞芯6上面的凹槽把活塞皮碗9紧压在活塞芯6上。钻井泵液力端通过活塞总成在缸套中往复运动，连同阀体、阀座等配件使液力端完成对液体的吸入、排出。液力端其排出液体可承受最大压力为52MPa。目前使用的活塞皮碗普遍存在使用寿命短，容易损坏等现象，主要原因如下：
活塞皮碗唇部即密封部分，与缸套壁过盈配合，一般为1.35mm，根据工程力学中力学作用原理，活塞皮碗在高压运行时，液压力传递到唇口部位，使皮碗唇部紧贴缸套内壁，增加了唇部与缸套的接触面积，过盈量增大，从而使唇部橡胶与缸套滑动摩擦力增大，加快了磨损速度，寿命缩短，其工作寿命通常在240-280小时。
实用新型内容
根据以上现有技术中的不足，本实用新型要解决的技术问题是：提供一种结构合理、减少磨损、提高使用寿命的油田钻井泵用活塞皮碗。
本实用新型所述的油田钻井泵用活塞皮碗，包括根部和唇部，唇部的外缘设置一斜向内的楔形面，该楔形面与唇部的内楔形面形成直角唇口。
通过改变唇口结构，使其在高压工作时直角唇口两侧液压力相互抵消一部分，减少径向对唇部的压力，从而在高压工作中不会因液体压力增大而使得活塞皮碗与缸套壁的接触面增大，从而延长活塞皮碗的使用寿命，减少了液力端的拆卸维护频率。
本实用新型与现有技术相比所具有的有益效果是：
本油田钻井泵用活塞皮碗结构设计巧妙合理，在没有改变活塞总成整体结构的前提下，通过对活塞皮碗的外形进行改进，即将唇口设计为直角唇口，使活塞皮碗在高压工作时，能够减少径向对唇部的压力，降低磨损，从而延长其工作寿命，减少液力端的拆卸维护频率。
附图说明
图1是本实用新型的应用结构示意图；
图2是原活塞皮碗的应用结构示意图；
图3是本实用新型在工作中往排出方向运动时局部受液体压力图解；
图4为原活塞皮碗在工作中往排出方向运动时局部受液体压力图解。
图中：1、根部；2、唇部；3、斜向内的楔形面；4、直角唇口；5、内楔形面；6、活塞芯；7、卡簧；8、压板；9、活塞皮碗。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的实施例做进一步描述：
如图1所示，本油田钻井泵用活塞皮碗，包括根部1和唇部2，唇部2的外缘设置一斜向内的楔形面3，该楔形面与唇部2的内楔形面5形成直角唇口4。
由图1可知，唇部2与缸套仍为过盈，过盈量1.35mm，但通过设置直角唇口4，当活塞总成向排出方向运行时，液体压力作用于直角唇口4位置，根据工程力学力作用原理，直角唇口4两侧所承受液体压力在径向能够相互抵消一部分，从而减轻了对唇部2的压力，使活塞皮碗在缸套中的活动摩擦力降低，工作时间延长到400-500小时，大大延长了使用寿命。
现根据液压流体静力学相关理论对活塞皮碗做力学分析，根据液体静压力特性——液体静压力垂直于承压面，方向为该面内法线方向，对于两种胶皮做受力分析图解，如图3、4所示：
其中F液1和F液2分别为液体作用于本活塞皮碗表面S1与S2的压力，F液为液体作用于原活塞皮碗表面S的压力，显然，S2小于S，设θ为活塞皮碗运动轴线方向与活塞皮碗所受液压力夹角，假设同样直径尺寸活塞右侧的液体具有同等压强时设定为P，液体压力在活塞皮碗轴线方向的总作用力F=P·Ax（Ax为曲面在轴线方向的投影面积），那么两种活塞皮碗所承受的轴向压力应相同F轴1=F轴2。但其径向力却不同。
本活塞皮碗的径向力：
F径1=F液2sinθ-F液1cosθ=PS2sinθ-PS1sinθ=P(S2sinθ-S1cosθ)
原活塞皮碗的径向力：
F径2=F液sinθ=PSsinθ
由于S2＜S，所以F径1＜F径2，很显然，经改进的本活塞皮碗所受径向力远远小于改进前径向力，根据摩擦力学，f=uN（f为接触面间的弹力，u滑动摩擦系数），本活塞皮碗因接触面间的弹力变小，滑动摩擦力远小于原活塞皮碗。
从而得出结论，在同等条件下，本活塞皮碗在往复运动的工作中摩擦力较小，从而损耗也较小，极大延长了活塞皮碗使用寿命，减少了液力端的拆卸维护频率。

Claims (1)

1.一种油田钻井泵用活塞皮碗，包括根部（1）和唇部（2），其特征在于：唇部（2）的外缘设置一斜向内的楔形面（3），该楔形面与唇部（2）的内楔形面（5）形成直角唇口（4）。
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