[實用新型]油田鉆井泵用活塞皮碗

有效

• 申請號: 201420113891.7
• 申請日: 2014-03-13
• 公開（公告）號: CN203730291U
• 公開（公告）日: 2014-07-23
• 發明（設計）人: 王澤剛;岳林;李念軍;李克雷;肖國濤;張建
• 申請（專利權）人: 山東晨鐘科尼石油裝備有限公司
• 主分類號: F04B53/02
• 分類號: F04B53/02
• 代理公司: 青島發思特專利商標代理有限公司 37212
• 代理人: 耿霞

技術領域

本實用新型涉及一種油田鉆井泵用活塞皮碗，屬于石油設備領域。

背景技術

橡膠活塞皮碗是鉆井泵液力端活塞總成的重要組成部分，活塞總成通過動力端曲軸連桿機構使其在液力端缸套內完成往復運動，如圖2所示，其中活塞芯6為鍛件，通過中間通孔用防松螺母固定在活塞介桿上，由其帶動完成往復運動；活塞皮碗9為具有較大邵氏硬度的丁晴橡膠；壓板8和卡簧7均為鍛件，通過活塞芯6上面的凹槽把活塞皮碗9緊壓在活塞芯6上。鉆井泵液力端通過活塞總成在缸套中往復運動，連同閥體、閥座等配件使液力端完成對液體的吸入、排出。液力端其排出液體可承受最大壓力為52MPa。目前使用的活塞皮碗普遍存在使用壽命短，容易損壞等現象，主要原因如下：

活塞皮碗唇部即密封部分，與缸套壁過盈配合，一般為1.35mm，根據工程力學中力學作用原理，活塞皮碗在高壓運行時，液壓力傳遞到唇口部位，使皮碗唇部緊貼缸套內壁，增加了唇部與缸套的接觸面積，過盈量增大，從而使唇部橡膠與缸套滑動摩擦力增大，加快了磨損速度，壽命縮短，其工作壽命通常在240-280小時。

實用新型內容

根據以上現有技術中的不足，本實用新型要解決的技術問題是：提供一種結構合理、減少磨損、提高使用壽命的油田鉆井泵用活塞皮碗。

本實用新型所述的油田鉆井泵用活塞皮碗，包括根部和唇部，唇部的外緣設置一斜向內的楔形面，該楔形面與唇部的內楔形面形成直角唇口。

通過改變唇口結構，使其在高壓工作時直角唇口兩側液壓力相互抵消一部分，減少徑向對唇部的壓力，從而在高壓工作中不會因液體壓力增大而使得活塞皮碗與缸套壁的接觸面增大，從而延長活塞皮碗的使用壽命，減少了液力端的拆卸維護頻率。

本實用新型與現有技術相比所具有的有益效果是：

本油田鉆井泵用活塞皮碗結構設計巧妙合理，在沒有改變活塞總成整體結構的前提下，通過對活塞皮碗的外形進行改進，即將唇口設計為直角唇口，使活塞皮碗在高壓工作時，能夠減少徑向對唇部的壓力，降低磨損，從而延長其工作壽命，減少液力端的拆卸維護頻率。

附圖說明

圖1是本實用新型的應用結構示意圖；

圖2是原活塞皮碗的應用結構示意圖；

圖3是本實用新型在工作中往排出方向運動時局部受液體壓力圖解；

圖4為原活塞皮碗在工作中往排出方向運動時局部受液體壓力圖解。

圖中：1、根部；2、唇部；3、斜向內的楔形面；4、直角唇口；5、內楔形面；6、活塞芯；7、卡簧；8、壓板；9、活塞皮碗。

具體實施方式

下面結合附圖對本實用新型的實施例做進一步描述：

如圖1所示，本油田鉆井泵用活塞皮碗，包括根部1和唇部2，唇部2的外緣設置一斜向內的楔形面3，該楔形面與唇部2的內楔形面5形成直角唇口4。

由圖1可知，唇部2與缸套仍為過盈，過盈量1.35mm，但通過設置直角唇口4，當活塞總成向排出方向運行時，液體壓力作用于直角唇口4位置，根據工程力學力作用原理，直角唇口4兩側所承受液體壓力在徑向能夠相互抵消一部分，從而減輕了對唇部2的壓力，使活塞皮碗在缸套中的活動摩擦力降低，工作時間延長到400-500小時，大大延長了使用壽命。

現根據液壓流體靜力學相關理論對活塞皮碗做力學分析，根據液體靜壓力特性——液體靜壓力垂直于承壓面，方向為該面內法線方向，對于兩種膠皮做受力分析圖解，如圖3、4所示：

其中F_液1和F_液2分別為液體作用于本活塞皮碗表面S₁與S₂的壓力，F_液為液體作用于原活塞皮碗表面S的壓力，顯然，S₂小于S，設θ為活塞皮碗運動軸線方向與活塞皮碗所受液壓力夾角，假設同樣直徑尺寸活塞右側的液體具有同等壓強時設定為P，液體壓力在活塞皮碗軸線方向的總作用力F=P·Ax（Ax為曲面在軸線方向的投影面積），那么兩種活塞皮碗所承受的軸向壓力應相同F_軸1=F_軸2。但其徑向力卻不同。

本活塞皮碗的徑向力：

F_徑1=F_液2sinθ-F_液1cosθ=PS₂sinθ-PS₁sinθ=P(S₂sinθ-S₁cosθ)

原活塞皮碗的徑向力：