高温螺杆马达或泵部件以及制造方法

专利名称：高温螺杆马达或泵部件以及制造方法
技术领域：
本发明涉及高温螺杆马达或泵部件的制造和使用，并且更具体地，本发明涉及提 供具有50°c与180°C之间的玻璃化转变温度以允许在操作中硬聚合物变得具有弹性而在 较低温度下保持固态的聚合表面的马达、或泵、定子或转子的制造和使用。
背景技术：
在利用聚合物涂覆螺杆马达部件(定子和转子)的表面的方面进行了许多尝试。 如本申请人所公知的，还没有尝试利用高玻璃化转变温度聚合物或聚合物的混合物制造这 些部件中的任一个上的表面以允许仅在操作温度下所述表面变得具有弹性。螺杆马达的工 作效率要求马达的至少一个表面具有充分的弹性以重复密封移动通过马达的流体的液压。 虽然这里所包含的大多数说明涉及利用高玻璃化转变聚合物制造定子，但是可以通过利用 高玻璃化转变聚合物制造转子来实现来自这种制造的理由和益处，并且这里所述的权利要 求和说明书旨在涵盖定子和转子，除非具体地限定一个或另一个。

发明内容
可以是转子或定子的螺杆驱动部件包括部件芯体；以及聚合物表面，聚合物表 面附于所述芯体以接合互补的螺杆驱动部件，所述聚合物表面具有在用于所述螺杆驱动部 件的设计操作温度范围以下至少20°C的玻璃化转变温度。螺杆驱动部件芯体可以是转子主 体，而所述互补的螺杆驱动部件可以是定子；可选地，螺杆驱动部件芯体可以是定子主体， 而所述互补的驱动部件是转子。为定子或转子的螺杆驱动部件提供聚合物粘在上面的表 面，所述聚合物选自由下列所述基本上构成的组环氧树脂、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚醚醚 酮、聚酮、酚醛树脂、聚砜和聚苯硫醚。本实施例的螺杆驱动部件可以提供具有均勻横截面厚度的聚合物，芯体表面的横 截面是螺旋形叶片状。可选地，仍然是定子或转子的螺杆驱动部件可以在以下情况中制造 而成其中聚合物在芯体表面上的横截面是螺旋形叶片状的，芯体表面可以是诸如圆形、椭 圆形、六边形、五边形等的任意规则几何横截面。附于螺杆驱动部件的表面的聚合物具有在50°C与180°C之间的玻璃化转变温度。 可选地，螺杆驱动部件聚合物表面可以由抗蠕变的半结晶聚合物形成。螺杆驱动部件可以提供通过基本上选自包括下列所述的组的材料加强的聚合物 复合材料基体石墨晶须、氮化硅晶须、氧化铝晶须、碳化硅晶须、氧化铝纤维、聚芳基酰胺 纤维、碳纤维、E玻璃纤维、硼纤维、碳化硅纤维、钢丝、钼丝、钨丝、纳米二氧化硅颗粒、纳米 碳管和纳米碳纤维。术语晶须用于说明具有极大的长度_直径比的非常薄的单晶体。由于 所述晶须的小尺寸，所述晶须具有相对较高程度的结晶完整性，并且基本上不会有裂缝，这 说明了晶须具有特殊的强度。这些纤维是多晶或者是无定形的，并且具有小的直径。如本 领域所熟知的，细金属丝早就用作聚合物中的加强材料。螺杆驱动部件可以被一层第二材料覆盖，所述第二材料可以是弹性体，所述弹性体用于在达到高操作温度之前提供与互补的驱动部件的密封接合或用于保护被第二层覆 盖的被贴附的聚合层。第二材料的外层可以选自包括弹性体或具有不同于基础覆盖聚合物 层的玻璃化转变温度的其它聚合物的组。因此，申请人公开了一种螺杆马达定子，包括定子主体，所述定子主体具有提供 内表面的纵向孔；和聚合层，所述聚合层粘结在定子主体的内表面上，所述聚合层由具有在 50°C与180°C之间的玻璃化转变温度并提供用于在这种玻璃化转变温度以上的操作温度下 与螺杆转子以压缩的方式配合的螺旋形轮廓的聚合物构成。此螺杆马达定子可以具有定子 主体的内表面，所述内表面提供圆形横截面，并且聚合层连接到定子的内表面，从而在所述 定子主体的纵向孔中提供螺旋形叶片状横截面。可选地，螺杆马达定子可以具有定子主体 的内表面，所述内表面提供螺旋形横截面，并且粘结到所述内表面的聚合层的厚度是均勻 的。另外，公开了一种螺杆马达转子，包括转子主体，所述转子主体具有外表面；和 聚合层，所述聚合层粘结在转子主体的外表面上，所述聚合层由具有在50°C与180°C之间 的玻璃化转变温度并提供用于在这种玻璃化转变温度以上的操作温度下与螺杆定子的内 表面以压缩的方式配合的螺旋形轮廓的聚合物构成。此外，螺杆马达转子可以提供转子主 体的外表面，所述外表面具有非螺旋形叶片状横截面，并且聚合层连接到转子的外表面，从 而提供螺旋形叶片状横截面。可选地，螺杆马达转子可以被制造有转子主体的外表面，所述 外表面具有螺旋形叶片状横截面，并且粘结到所述外表面的所述聚合层的厚度是均勻的。申请人:公开了一种制造螺杆马达定子的方法，包括以下步骤使螺旋形芯轴位于 中心，所述螺旋形芯轴具有外表面，所述外表面的直径小于定子主体的纵向孔的内表面的 直径，从而在所述定子主体的内表面与所述芯轴的外表面之间留出间隔；利用具有在50°c 与180°C之间的玻璃化转变温度的聚合物填充所述螺旋形芯轴的外表面与定子主体的纵向 孔的内表面之间的间隔；将聚合物附于定子主体的纵向孔的内表面；以及从定子主体移除 芯轴。本发明可以在以下情况中实施，其中，用于填充芯轴的外表面与定子主体的内表面之 间的间隔的聚合物是高玻璃化转变温度材料，所述高玻璃化转变温度材料在外界温度下为 固态，而在超过其玻璃化转变温度至少20°C的温度下具有弹性。外界温度下的聚合表面的 硬度可以通过选择适当的聚合物和混合物来调节，所有都以材料领域的技术人员所公知的 方式进行。此外，此定子的制造方法需要从基本上由以下所述构成的组进行选择环氧树脂、 聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚醚醚酮、聚酮、酚醛树脂、聚砜、和聚苯硫醚。通过选择适当的交联 聚合物，此方法还可以主张其中聚合物是抗蠕变半结晶聚合物的方法。所述制造方法还可以提供对通过基本上选自包括下列所述的组的材料加强的聚 合物复合材料基体石墨晶须、氮化硅晶须、氧化铝晶须、碳化硅晶须、氧化铝纤维、聚芳基 酰胺纤维、碳纤维、E玻璃纤维、硼纤维、碳化硅纤维、钢丝、钼丝、钨丝、纳米二氧化硅颗粒、 纳米碳管和纳米碳纤维。已经在上面说明了晶须的定义。所述制造方法还可以提供以下另外的步骤利用脱模剂覆盖芯轴，以允许在不破 坏被固化的聚合物的表面的情况下移除芯轴；以及利用粘合剂涂覆定子主体的内表面，以 加强芯体定子主体与所涂覆的聚合物之间的粘结。还说明了一种制造螺杆马达转子的方法，包括以下步骤使转子芯体位于模具的
6中心，所述转子芯体具有外表面，所述外表面的直径小于模具的纵向孔的内表面的直径，从 而在模具的内表面与转子芯体外表面之间留出间隔；利用具有在50°C与180°C之间的玻璃 化转变温度的聚合物填充所述转子芯体的外表面与模具的内表面之间的间隔；将聚合物附 于转子芯体的外表面；从模具移除转子；以及将转子芯体插入定子主体的纵向孔中。此方法还可以提供用于填充转子芯体的外表面与模具的内表面之间的间隔的聚 合物，所述聚合物是高玻璃化转变温度材料，所述高玻璃化转变温度材料在外界温度下为 固态，而在超过其玻璃化转变温度至少20°C的温度下具有弹性，并且所述聚合物选自由包 括以下聚合物中的一个或多个的群环氧树脂、聚酰亚胺、聚醚醚酮、聚酮、酚醛树脂、聚砜、 和聚苯硫醚。此方法还可以提供为交联并因此为抗蠕变半结晶聚合物的聚合物。与涉及定子的 权利要求类似，如上所述，此方法可以被改成以提供通过基本上选自包括下列所述的组的 材料加强的聚合物复合材料基体石墨晶须、氮化硅晶须、氧化铝晶须、碳化硅晶须、氧化铝 纤维、聚芳基酰胺纤维、碳纤维、E玻璃纤维、硼纤维、碳化硅纤维、钢丝、钼丝、钨丝、纳米二 氧化硅颗粒、纳米碳管和纳米碳纤维。此外，并且另外，所述方法可以提供以下另外的步骤利用脱模剂覆盖模具的内表 面，以允许在不破坏被固化的聚合物的表面的情况下移除转子芯体和聚合物，或者所述方 法可以提供以下另外的步骤利用粘合剂涂覆所述转子芯体的外表面，或者当正在用于形 成转子上的表面聚合物需要时，所述方法可以同时提供以上两个另外的步骤。


图1是螺杆马达的定子主体的立体图，且示出了所述主体的横截面和聚合物螺旋 形内部；图2是螺杆马达的定子主体的横截面图；图3是示出了具有圆形内表面的定子主体和聚合物螺旋形内衬里的详细横截面 图；图3A是示出了具有圆形内表面的定子主体和均勻聚合物衬里的详细横截面图；图4是显示用于选定聚合物的玻璃化转变温度的相关范围的DSC图表的示意图；图5是显示用于选定聚合物的玻璃化转变温度的相关范围的TMA图表的示意图；图6是被高温聚合物覆盖的转子的端部立体图；以及图7是被高温聚合物覆盖的转子的另一个实施例的横截面图。
具体实施例方式图1是本发明的高温定子20的透视图，且示出了定子主体10的横截面图，其中 显示了提供通过主体10的纵向轴线40的螺旋槽41的高温聚合物涂层。定子管10可以 由适当的钢管或螺杆马达制造行业中所公知的其它适当的材料形成，并且被切割成提供定 子组件的最终外径和期望的长度。然后将例如而不是限制性的Cilbond 12E/80E、Cilbond 33A/B、Chemosil 211/、Chemosil 360、有或没有 211 的 Chemosil NL411、Chemosil 512、 Chemlok207/6254,Chemlok 205/220、Sartomer 夹层 TPU 的粘合剂涂在定子 20 的内表面 22 上以将高温聚合物或合成物附于定子。在其它情况下，因为聚合物容易地粘结到所述表面，因此这种粘合剂不是必需的。例如，环氧树脂容易地粘结到钢。这些生产方案对本领域的 技术人员是公知的，并且可以基于对用于制造这些工具的材料的旋转来进行。根据聚合物 的最终生产要求，这种粘合剂可以是单层粘合剂或多层粘合剂，并且这种材料的选择(尽 管对本行业的技术人员是公知的)将取决于用于定子20的材料的选择和被选择以粘结到 定子20内部的表面22上的聚合物。接下来，芯轴(未示出)设置在钢定子主体10的中心。此芯轴提供定子的最终 螺旋形轮廓和尺寸，并且通常由钢或其它适当的材料的制成，并被脱模剂覆盖，这类似地在 本领域是公知的。当正在制造聚合物时，芯轴的几何形状形成内轮廓；因此，一旦完成所述 过程，芯轴的几何形状通常不会与定子内部的腔相同。例如，芯轴的设计允许聚合物的固化 期间的收缩，交联，或在制造过程(即，“模制”聚合物)期间当冷却聚合物和定子管10时 的热膨胀效应。脱模剂可以是诸如在模制之前每次都应该重新涂覆的DuPont TraSys 423 或DuPont TraSys 307的临时脱模剂或诸如来自Fluorocarbon的PTFE、或来自Poeton的 Apticote 460M的永久脱模剂。芯轴用于提供阳模芯，并且脱模剂防止或抑制聚合物与芯轴 表面的粘结。这里所述的每一个步骤都是本领域的普通技术人员所熟知的，并且不需要进 行进一步说明而能够使得本领域的普通技术人员实施本发明。接下来，在定子主体20的如果需要也可以被涂覆有粘结剂的内表面22与芯轴的 外部的涂覆有脱模剂的表面之间的空隙填充选定的聚合物材料。此聚合物材料可以具有多 种形式。例如，对于这种应用来说，液体、膏状、粉末或粒状形式的多种聚合物可以用于注入 到该空间内。对聚合物和固化技术的适当操纵可能基于材料是具体的，但是所有都被认为 在本领域的普通技术人员的目前知识的范围内。例如，在此制造领域中，注射成型(用于热 塑性聚合物)、由液态进行的铸造(用于热固性聚合物)、重力给料、粉末压制和热固化对本 领域的普通技术人员都是公知的。可以使用(不是限制性的)的高温聚合物和复合材料是 环氧树脂、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚醚酮、聚醚醚酮、(PEEK)、聚酮、酚醛树脂、聚砜(PSU)、 聚苯硫醚(PPS)和被认为对所完成的定子10的有效操作特性依赖于交联或半结晶聚合物 以限制螺杆马达的运行期间的蠕变是关键的类似材料。在选择定子主体的材料或固化过程中，因为定子主体和芯轴在固化过程期间的热 膨胀可能对内轮廓的最终形状具有影响，因此应该注意聚合物材料是如何固化的。此外，在 聚合物已经达到其玻璃化转变温度Tg之后，聚合物与定子主体的材料之间的热膨胀系数差 是允许聚合物表面选择性地接合转子的外表面以形成有效马达或泵的特性。类似地，如果 在转子的外表面上制造所述表面，如以下更全面地所述，应该注意选择具有适当玻璃化转 变温度和热膨胀系数的聚合物以在外界温度下以松动的方式配合定子，还在期望的更高温 度下在操作期间密封螺杆马达或泵。因为本实施例期望服务于具有70°C与230°C之间的操 作温度的油气井，从而建议了在50°C与180°C之间的高玻璃化转变温度聚合物。接下来，聚合物涂层或衬里在插入在芯轴与定子10的外主体20之间的空隙后固 化以使定子10的内表面具有永久螺旋形轮廓。这种固化可以通过热固化、辐射，或(如果 在熔融状态下被倾倒)通过对热塑性塑料的适当冷却来完成。当需要为此目的固化所选择 的聚合物或合成物时，可以使用从红外线到超过紫外线的高能量频率的任意形式的电磁辐 射。例如，在300nm-325nm的波长下完成大多数通用环氧化合物的紫外线固化，而环氧硅氧 烷需要具有比255nm小的波长的更高能量辐射。
依此方式制造的定子10可以与传统的转子一起使用。由于钢管20 (热膨胀系数通 常在15到20ppm/°C之间)与聚合物(通常比钢的热膨胀系数大几倍)之间的热膨胀系数 差，定子10的内轮廓可以被设计成与操作温度相比在外界温度或低温下提供定子与转子 之间的松动配合。当达到操作温度时，聚合物涂层将膨胀超过定子主体20，这使得聚合物在 定子轮廓内轴向向内膨胀，从而使转子50 (图2中被示意性地示出)与定子10之间的配合 变紧。此外，在油气井的操作温度下，因为高玻璃化转变温度聚合物通过其玻璃化转变区， 因此高玻璃化转变温度聚合物变得有弹性，并因此提供用于密封螺杆马达的空腔的正确机 械性能。在外界温度下转子与定子之间的配合是松动的，并且每一个的表面都不接合。当 升高到操作温度，热膨胀系数差将形成干扰，从而使系统有效率地工作。因为在此温度下， 高温聚合物在其玻璃化转变温度以上(因此所述高温聚合物处于橡胶状态)，因此定子与 转子之间的操作密封变得更大，从而产生效率很高的螺杆马达。可以容易认识的是虽然此 技术被设计成在油汽螺杆马达钻井操作中使用，但是在不背离本发明的精神或目的的情况 下，所述技术可以适于其中被泵送的材料的操作温度在定子内表面上所使用的聚合物的橡 胶平稳状态的范围内的泵送应用中。此外，此技术不局限于附图中所示的几何结构，而是可 能适于任意Moineau型马达泵。所设计的定子10与转子50之间的松动配合具有使得在外界温度下容易并且有效 地将转子50插入定子轮廓内的增加的益处。如果配合较紧，仍然可以通过将定子10的温 度升高到定子的聚合物30的近似玻璃化转变温度来插入转子50。图2是定子10的横截面图，且钢管主体20具有大致圆形内表面22。定子主体20 的内表面22涂覆有粘合剂，芯轴(未示出)位于中心，并且插入聚合物材料30，移除芯轴从 而留出提供螺旋形轮廓41的内部纵向孔40。可以插入在螺杆马达中所使用的标准转子50 以完成马达泵。图3显示示出了适于与四叶转子(未示出)一起使用的、提供内部圆形表面22和 聚合物涂层30的五叶定子的圆形截面的放大图。使用在待审申请SLB92. 1136中更加清楚 地所述的方法使聚合物衬里或涂层30形成在定子20的内表面22上并且粘结到所述内表 面，所述申请通过引用在此全文并入。可选地，如图3A中更清楚地所示，另一个五叶定子23可以被形成或被加工有螺旋 形内表面24，并且提供均勻厚度的聚合物涂层32可以形成并粘结到此螺旋形内表面24，用 于再次与四叶转子(未示出)一起使用。定子30的聚合物表面由聚合物或聚合物的混合物组成，所述聚合物或聚合物的 混合物在预测井深处具有在钻井泥浆的平均操作温度以下至少20°C、优选地在40°C与 50°C之间的玻璃化转变温度，使得当操作温度上升到定子的玻璃化转变温度时，聚合物衬 里变得具有弹性，从而允许以本领域所公知的方式在转子的叶片与定子的内表面的螺旋形 叶片之间形成高效密封。用于本发明的操作所需的玻璃化转变温度将落入50°C与180°C之 间的范围内。螺旋形转子(未示出)被设置成具有在聚合物涂层的玻璃化转变温度以下的所有 温度下比定子主体的内表面上的聚合物衬里30的直径小从而允许在外界温度下迅速安装 所完成的马达的外径。具有适当玻璃化转变温度范围的聚合物涂层的选择对于成功实施本发明是重要
9的。玻璃化转变温度Tg是一种温度，即，无定形材料的物理性质在所述温度以下以类似于晶 相(玻璃态)的物理性质的方式变化，而在所述温度以上表现得像粘性液体(橡胶态)一 样。在！；以上，与热运动相比，聚合物链之间的副非共价键变得微弱，并且聚合物变得像橡 胶似的并能够在没有断裂的情况下进行弹性或“塑性”变形，并且一旦移除所施加的应力， 则能够恢复大多数变形。Tg的全部论述需要了解具体官能团和分子排列的机械损失机理(振动和共振模 式)。诸如热处理和分子重排、晶格空位、感应应变及影响材料的条件的其它因素的因素可 以对Tg具有影响。在聚合物中，Tg被表示为Gibbs自由能在该温度能够使得用于聚合物的 大量元素的协同运动的活化能被超过的温度。这允许当施加力时分子链彼此滑过。添加剂 的引入使分子键加强，由此增加Tg。如图4中所示，当达到玻璃化转变温度Tg时热流动下 降，并且在一定温度范围内保持平坦直到聚合物结晶或熔化(当聚合物不以化学方法交联 时)。此平坦范围被称作橡胶平稳状态。如果高温聚合物熔化时，这些部件(定子或转子)的操作温度将落入Tg+20°C与在 高温聚合物的熔点(如果此聚合物熔化)以下的温度(Tm)之间。本领域的技术人员应该完 全认识的是对所选择的聚合物必须熔化温度Tm远远保持在螺杆马达的正常操作范围以上。 如果操作温度达到Tm，马达将失效。如果在这些温度条件下操作，则高温聚合物将具有类似 于橡胶的力学性质。此外，如先前所注意的，所述高温聚合物的热膨胀系数(CTE)将使得主 要由于钢定子主体或转子与部件的聚合物表面的热膨胀系数之间的相对差而在转子与定 子之间形成配合。图5是反映被称作热机分析(TMA)测量的玻璃化转变温度的可选方式。当聚合物 从玻璃变到具有自由分子量的相关联变化的橡胶状态时，TMA测量热膨胀系数(CTE)的变 化。用于为此螺杆马达定子所选择的聚合物的适当的温度范围必须落入图4和图5中的 Tg(低)到Tg(高)的范围内，并且另外必须被选择成为在螺杆马达的期望操作温度以下至 少20°C，并且优选地在50°C -80°C之间。如可以被易于认识的，DSC测量热效应，而TMA测量物理效应。两个测量假设所述 效应发生在几度温度的窄范围内。因为聚合物或混合物的测量是重要的，因此当选择在本 发明中所使用的适当的高Tg聚合物时，两个试验都应该使用。聚合物表面的物理性质的测 量允许为工具的期望操作温度适当地设计有效的马达。可以通过将增塑剂添加到聚合物基体中来降低Tg。较小增塑剂分子使其本身嵌入 聚合物链之间，从而增加允许聚合物链彼此在更低的温度下移动通过的间距和自由体积。 如果具有一些理想特性的塑料具有过高Tg，则可以与具有在想要使用的温度以下的Tg的复 合材料中的另一个结合。可选地，尤其是在热固性材料的情况下，可以采用初始混合的适当 的初始化学(单体)和化学成分，以使Tg适于期望的温度(例如，基于树脂与硬化剂之间 的化学计算法进行工作、使用增塑剂、使用三功能交联硬化剂或四功能交联硬化剂，所有这 些都在普通材料设计工程师的范围内，并且可以适于在本申请中使用)。所有这些技术在本 领域时公知的。适当的聚合物可以选自但不局限于以下材料环氧树脂、聚酰亚胺、聚醚醚酮、聚 醚酮、聚酮(PEEK、PEKK、PEK)、酚醛树脂、聚苯硫醚(PPS)、和聚砜(PSU)。聚合物的混合物 可以通过这些材料及其它材料以行业化学工业所公知的方式的组合来设计，以为混合物提供适当的玻璃化转变温度范围。类似地，螺杆马达转子可以涂覆有玻离态化温度聚合物并且在马达定子主体中使 用。图6是这种转子的示意性立体图。芯体610以转子制造领域公知的方式插入到模具(未 示出)中，并位于所述模具的中心，所述模具具有适当的匹配螺旋形轮廓，所有这些都以转 子制造领域所公知的方式进行。再次，可以将粘合剂涂抹到芯体610和在芯体610的外表面 612与模具(未示出)的内表面之间附于转子的聚合物620。模具的内表面还可以涂覆有 适当的脱模剂以防止在固化之后聚合物粘到模具，所有如之前与以上定子的制造有关的论 述中被说明。图6还显示了通过芯体610的纵向孔630，所述纵向孔允许芯体610具有通过 芯体610中的端口施加在外表面612上的真空以在固化聚合物期间使得聚合层620进行接 合，以上所有都以本领域当前实施的方式进行。模具将还被设计成提供具有高\聚合物涂 层的完成的转子，在固化之后，所述完成的转子的直径稍微小于在外界温度下定子的内径， 使得在达到操作温度之后，转子将有效地膨胀成为接合定子的内表面以当需要有效操作马 达时进行密封。图7是以横截面的方式示出了高Tg聚合物涂层转子的另一个实施例。这种形式 的涂层转子提供在适当的高Tg聚合物720中被覆盖的实心芯体710，所述高Tg聚合物则被 薄外层730覆盖，所述薄外层选自其它类型的弹性体材料、金属或其它聚合物。此外层730 在转子的安装和初始操作期间提供转子周围的保护套。当在操作期间接合定子壁时，芯体 710的六边形形状从芯体所受到的横向力增强了聚合物。中心芯体(在图7中为六边形) 的实际横截面不局限于此形状也可以使用方形、矩形、三角形、八角形、圆形、椭圆形、或其 它形状。因为不需要进行转子芯体的精密加工以获得所需的最终螺旋形形状，因此可选芯 体的使用可降低制造的总成本。然而，形成螺旋形转子或定子并且利用高玻璃转换温度聚 合物或聚合物的混合物覆盖螺旋形芯体也在这里所述的权利要求和公开的保护范围内。已经公开了本发明的多个实施例及其替换物。虽然上述公开包括实施发明人所构 思的本发明的最佳实施方式，但是不是所有可能的替换物已经被公开。为此，本发明的保护 范围和限制不限于上述公开，而是相反旨在由所附权利要求限定和解释。
权利要求
一种螺杆驱动部件，包括芯体；和聚合物表面，所述聚合物表面附于所述芯体以接合互补的螺杆驱动部件，所述聚合物表面具有在用于所述螺杆驱动部件的设计操作温度范围以下至少20℃的玻璃化转变温度。
2.根据权利要求1所述的螺杆驱动部件，其中，所述芯体是转子主体，而所述互补的螺 杆驱动部件是定子。
3.根据权利要求1所述的螺杆驱动部件，其中，所述芯体是定子主体，而所述互补的驱 动部件是转子。
4.根据权利要求1所述的螺杆驱动部件，其中，所述聚合物选自基本上由下列所述材 料构成的组环氧树脂、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚醚醚酮、聚酮、酚醛树脂、聚砜和聚苯硫 醚。
5.根据权利要求1所述的螺杆驱动部件，其中，所述聚合物的横截面厚度是均勻的，并 且所述芯体表面的横截面是螺旋形叶片状。
6.根据权利要求1所述的螺杆驱动部件，其中，所述聚合物在所述芯体表面上的横截 面是螺旋形叶片状的。
7.根据权利要求1所述的螺杆驱动部件，其中，所述聚合物具有在50°C与180°C之间的 玻璃化转变温度。
8.根据权利要求1所述的螺杆驱动部件，其中，所述聚合物是抗蠕变的半结晶聚合物。
9.根据权利要求1所述的螺杆驱动部件，其中，所述聚合物是通过基本上选自包括下 列所述材料的组的材料加强的聚合物复合材料基体石墨晶须、氮化硅晶须、氧化铝晶须、 碳化硅晶须、氧化铝纤维、聚芳基酰胺纤维、碳纤维、E玻璃纤维、硼纤维、碳化硅纤维、钢丝、 钼丝、钨丝、纳米二氧化硅颗粒、纳米碳管和纳米碳纤维。
10.根据权利要求1所述的螺杆驱动部件，其中，所述驱动部件的螺旋形聚合物的表面 被一层第二材料覆盖。
11.根据权利要求10所述的螺杆马达转子，其中，所述第二材料的外层选自包括弹性 体或其它聚合物的组。
12.—种螺杆马达定子，包括定子主体，所述定子主体具有提供内表面的纵向孔；和聚合层，所述聚合层粘结在所述定子主体的内表面上，所述聚合层由具有在50°C与 180°C之间的玻璃化转变温度并提供用于在所述玻璃化转变温度以上的操作温度下与螺杆 转子以压缩的方式配合的螺旋形轮廓的聚合物构成。
13.根据权利要求12所述的螺杆马达定子，其中，所述定子主体的内表面提供圆形横 截面，并且所述聚合层连接到所述定子的内表面，从而在所述定子主体的纵向孔中提供螺 旋形叶片状横截面。
14.根据权利要求12所述的螺杆马达定子，其中，所述定子主体的内表面提供螺旋形 横截面，并且粘结到所述内表面的聚合层的厚度是均勻的。
15.一种螺杆马达转子，包括转子主体，所述转子主体具有外表面；和聚合层，所述聚合层粘结在所述转子主体的外表面上，所述聚合层由具有在50°C与180°C之间的玻璃化转变温度并提供用于在所述玻璃化转变温度以上的操作温度下与螺杆 定子的内表面以压缩的方式配合的螺旋形轮廓的聚合物构成。
16.根据权利要求15所述的螺杆马达转子，其中，所述转子主体的外表面提供非螺旋 形叶片状横截面，并且所述聚合层连接到所述转子的外表面，从而提供螺旋形叶片状横截
17.根据权利要求15所述的螺杆马达定子，其中，所述转子主体的外表面提供螺旋形 叶片状横截面，并且粘结到所述外表面的所述聚合层的厚度是均勻的。
18.—种制造螺杆马达定子的方法，包括以下步骤使螺旋形芯轴位于中心，所述螺旋形芯轴具有外表面，所述外表面的直径小于定子主 体的纵向孔的内表面的直径，从而在所述定子主体的内表面与所述芯轴的外表面之间留出 间隔；利用具有在50°C与180°C之间的玻璃化转变温度的聚合物填充所述螺旋形芯轴的外 表面与所述定子主体的纵向孔的内表面之间的间隔；将所述聚合物附于所述定子主体的纵向孔的内表面；以及从所述定子主体移除所述芯轴。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，用于填充所述芯轴的外表面与所述定子主体 的内表面之间的间隔的聚合物是高玻璃化转变温度材料，所述高玻璃化转变温度材料在外 界温度下为固态，而在超过其玻璃化转变温度至少20°C的温度下具有弹性。
20.根据权利要求18所述的方法，其中，所述聚合物选自由基本上由以下所述材料构 成的组环氧树脂、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚醚醚酮、聚酮、酚醛树脂、聚砜、和聚苯硫醚。
21.根据权利要求18所述的方法，其中，所述聚合物是抗蠕变半结晶聚合物。
22.根据权利要求18所述的方法，其中，所述聚合物是通过基本上选自包括下列所述 材料的组的材料加强的聚合物复合材料基体石墨晶须、氮化硅晶须、氧化铝晶须、碳化硅 晶须、氧化铝纤维、聚芳基酰胺纤维、碳纤维、E玻璃纤维、硼纤维、碳化硅纤维、钢丝、钼丝、 钨丝、纳米二氧化硅颗粒、纳米碳管和纳米碳纤维。
23.根据权利要求18所述的方法，其中，所述方法提供以下另外的步骤利用脱模剂覆盖所述芯轴，以允许在不破坏被固化的聚合物的表面的情况下移除所述 芯轴。
24.根据权利要求18所述的方法，其中，所述方法提供以下另外的步骤利用粘合剂涂覆所述定子主体的内表面。
25.一种制造螺杆马达转子的方法，包括以下步骤使转子芯体位于模具的中心，所述转子芯体具有外表面，所述外表面的直径小于模具 的纵向孔的内表面的直径，从而在所述模具的内表面与所述转子芯体外表面之间留出间 隔；利用具有在50°C与180°C之间的玻璃化转变温度的聚合物填充所述转子芯体的外表 面与所述模具的内表面之间的间隔；将所述聚合物附于所述转子芯体的外表面；从所述模具移除所述转子；以及将所述转子芯体插入定子主体的纵向孔中。
26.根据权利要求25所述的方法，其中，用于填充所述转子芯体的外表面与所述模具 的内表面之间的间隔的聚合物是高玻璃化转变温度材料，所述高玻璃化转变温度材料在外 界温度下为固态，而在超过其玻璃化转变温度至少20°C的温度下具有弹性。
27.根据权利要求25所述的方法，其中，所述聚合物选自由包括以下聚合物中的一个 或多个的组环氧树脂、聚酰亚胺、聚醚醚酮、聚酮、酚醛树脂、聚砜、和聚苯硫醚。
28.根据权利要求25所述的方法，其中，所述聚合物是抗蠕变半结晶聚合物。
29.根据权利要求25所述的方法，其中，所述聚合物是通过基本上选自包括下列所述 的组的材料加强的聚合物复合材料基体石墨晶须、氮化硅晶须、氧化铝晶须、碳化硅晶须、 氧化铝纤维、聚芳基酰胺纤维、碳纤维、E玻璃纤维、硼纤维、碳化硅纤维、钢丝、钼丝、钨丝、 纳米二氧化硅颗粒、纳米碳管和纳米碳纤维。
30.根据权利要求25所述的方法，其中，所述方法提供以下另外的步骤利用脱模剂覆盖所述模具的内表面，以允许在不破坏被固化的聚合物的表面的情况下 移除所述转子芯体和聚合物。
31.根据权利要求25所述的方法，其中，所述方法提供以下另外的步骤利用粘合剂涂覆所述转子芯体的外表面。
全文摘要
本申请公开了一种螺杆马达或泵部件，所述螺杆马达或泵部件为定子或转子，所述螺杆马达或泵部件在部件上提供高玻璃化转变温聚合表面，所述聚合表面在马达或泵的期望的操作温度或在所述期望的操作温度以下变得具有弹性，而在外界温度下保持固态。本发明还公开了一种制造具有这种表面特征的定子或转子的方法。因为所述表面变得具有弹性，因此螺杆泵在选定的聚合表面的玻璃化转变温度以上的温度下有效运转。
文档编号F04C2/107GK101960145SQ200880127728
公开日2011年1月26日 申请日期2008年12月29日 优先权日2007年12月31日
发明者侯赛因·阿克巴里, 奥利维·辛特, 朱利恩·瑞梅尔 申请人:普拉德研究及开发股份有限公司