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影响聚氨酯泥浆泵活塞寿命的影响因素

发布时间:2020-12-10 09:56:53 人气:740

          钻井泥浆泵活塞寿命的长短取决于设计结构、材质、生产工艺及使用条件等诸多因素的综合影响。
          1、泵压、冲次的影响泵压和泵冲次都是影响活塞寿命的重要因素。
          泵压和冲次越高,活塞使用寿命越短。随着泵压的升高,活塞皮碗与缸套间的接触压力增大,摩擦力随之迅速变大,因而产生大量的摩擦热。受表面摩擦热和内摩擦热影响,橡胶分子会热裂解或热交联,加速了橡胶材料的磨耗、氧化、老化和水解,造成材料性能与耐磨性下降,弹性模量及抗张强度随温度升高而降低,超过一定温度,耐磨性急剧下降,并失去弹性,活塞丧失密封能力而失效,活塞的使用寿命随泵压的升高迅速降低。随着冲次的升高,活塞寿命也是越来越短。冲次升高,活塞速度、加速度和惯性力增加,这使活塞所受的交变载荷不仅在数值上变大,同时交变频率变大,随之产生的附加恶劣影响增加。据文献报道,在相同工况下,活塞冲次提高1.3~1.5 倍,活塞使用寿命就降低5~6倍。由此可见,泵冲次对活塞的使用寿命有显著的影响。泵压、冲次升高,活塞磨损加剧,同时,由于活塞磨损不均和结构的不对中性,偏磨发生的可能性大大增加,所以,根据实际情况选取合适的泵压和冲次,可以较好地提高活塞的使用寿命。
          2、摩擦热的影响
          活塞是橡胶密封件,影响动密封件使用寿命的一个重要影响因素是摩擦热,摩擦热和它的一些从属效应,是导致活塞失效的一个主要因素。热力损毁的原始形态是橡胶材料被烧焦或表面老化。橡胶是高分子复合材料,高温时其强度由于分子间引力减小而降低。在钻井过程中,活塞处于高压、高速、重载的工作环境中,剧烈的摩擦使橡胶活塞温度升高,橡胶随温度升高而老化脆裂,使得运动表面极易磨损,促使活塞使用寿命降低。
热力损毁的从属效应表现为橡胶与压板接触处表面变形。橡胶在一个热的工作环境中工作一段时间后,其表面产生永久变形。活塞皮碗受缸套、钢芯及压板的约束。由于橡胶材料与钢材相比,其刚度很小,受热膨胀系数却很大。所以,当大量的摩擦热不能排除而使橡胶受热时,皮碗就只能在压板与缸套间的空间和钢芯与缸套的间隙里膨胀,从而使压板陷入皮碗,挤入间隙。皮碗的膨胀,不仅导致本身的损坏,同时导致缸套的损环。由于膨胀而增大的径向力使缸套磨损得更快。为了减轻摩擦热对活塞失效的影响,必须把由作用于密封元件的摩擦产生的热量从系统中排出。摩擦热虽然是活塞失效的一个主要因素,但摩擦热可以通过良好的散热条件和冷却系统得以有效地减小。
          3、活塞间隙的影响
          活塞间隙是引起活塞失效的一个重要因素,活塞间隙是指活塞钢芯与缸套之间的间隙。在活塞的往复运动中,由于缸套和钢芯的不同轴度以及活塞总成重量的影响,缸套和钢芯直接接触造成的对磨必然存在。这种金属与金属的对磨十分有害,不仅产生很大的摩擦力,而且相互之
间很容易划伤。这不仅损坏了缸套和钢芯,而且划伤的表面也容易损坏活塞,容易形成刺漏,使钻井泵无法正常工作,严重地影响了钻井效率。活塞间隙值越小,活塞钢芯的扶正作用就越好,但同时偏磨带来的危险就越厉害;活塞的间隙值越大,活塞皮碗材料向间隙流动的可能性就越大,挤伤就越容易发生,活塞根部被啃伤的可能性就越大。所以合理的间隙值对于提高缸套、钢芯和活塞的寿命都十分重要。
 
          4、泥浆的影响
          钻井泵活塞的工作条件十分恶劣,在钻井过程中,钻井泵输送的钻井液粘度大、含沙量多,且具有强烈的腐蚀性,有时含油,温度高。大粘度和高含砂量不仅大大地增加了活塞与缸套之间的摩擦力,砂粒极易挤入活塞与缸套之间,形成磨粒磨损,加速了缸套活塞的破坏。而且由于橡胶材料自身的特点,,磨粒极易嵌入活塞橡胶材料,对皮碗起到切削、磨损的双重破坏作用。钻井液强烈的腐蚀作用和高温度加速了橡胶皮碗的老化,使橡胶材料容易脆裂、氧化并水解,致使活塞很快失效。为提高活塞的寿命,改善其工作环境也是重要的一个方面。

          5、有缺陷的缸套对活塞寿命的影响
缸套内表面有缺陷,常常会使活塞皮碗先期失效。这种失效现象是不难辨认的,因为有缺陷的缸套在活塞皮碗上留下的伤痕是非常具有代表性的。受伤的部位总是出现在活塞皮碗的根部附近,伤痕成彗星形,彗星的头部朝着钢芯法兰。目前使用的优质缸套大多是把高铬合金用离心浇铸法浇铸成缸套的耐磨衬套。这种方法存在一些固有的问题,那就是缸套耐磨层产生内部缺陷。在缸套的正常磨损过程中,这些内部缺陷就会表现出来,常常在缸套工作表面形成- -些凹坑。当活塞通过缸套工作表面上的凹坑时,活塞就会受到损伤。因为在压力作用下,橡胶会象水一样流向缸套凹坑。
 
          如果有缺陷的部位存在锋利的锯齿形棱缘,这些棱缘就会切割质软的橡胶皮碗。随着活塞向前运动,就会有小块的橡胶从活塞上切割下来,长此以往,就会有大量的橡胶被切下。伤痕将朝着皮碗唇部移动,当伤痕到达唇部时,将会产生下列三种情况:
第一、活塞皮碗丧失密封能力。如果出现这种情况,泥浆就会直接冲坏活塞钢芯法兰,由于泄漏路径很小,不但会严重地损坏活塞钢芯,,而且也会严重损坏缸套,最终刺坏缸套。
第二、当伤痕到达活塞皮碗唇部,就会由于皮碗根部悬空,橡胶承受过大的压力,从而使活塞皮碗坍塌撕裂。
第三、当活塞皮碗受到损伤而投有失效时,缸套正常磨损状况将有明显的变化。缸套内表面各个部位上的磨损速度不同,缸套内壁出现高脊。

          无论出现哪种情况,都将加速活塞和缸套的失效。