专利名称：往复泵橡胶活塞及其制造方法
技术领域：
本发明是一种应用于石油、地质钻探及其它领域往复泵橡胶活塞和制造方法。
目前在钻井过程中，钻井泵使用的活塞可分为三大类型。一、丁睛胶-MC尼龙环活塞;二、丁睛胶一棉夹布橡胶垫环活塞;三、聚氨酯活塞。(附图一)一、丁睛胶-MC尼龙环活塞由活塞唇部[1]-丁睛胶与活塞根部[2]-MC尼龙环组成。这种活塞在MC尼龙环与唇部结合处磨损严重。在轴向力和温度作用下，由于MC尼龙和丁睛胶性能的差异，导致唇部膨胀变形大，膨胀后增加了对缸壁的比压，产生极大的压力，致使靠近MC尼龙环的唇部被挤入尼龙环和缸套的间隙中而被“啃坏”。另外，MC尼龙在高温下热变形温度显著下降，因此，高压钻井时，MC尼龙环容易由于温度高引起热变形大，从而影响了活塞的使用寿命。
二、丁睛胶一棉夹布橡胶垫环活塞的结构特点是采用吸水性强的棉纤维帆布作根部，其制造工艺是先将棉帆布剪成同心园状，涂胶后将多层同心园状帆布粘合在一起，然后放入模具中与唇部胶料一道硫化。这种结构在工作一段时间后，作为根部的同心园状帆布外径上暴露出很多径向棉纤维线头，在工作过程中，每个线头都象毛细管一样，吸水渗入纤维内部使织物膨胀，最终导致活塞根部结构松散瓦解使夹层与夹层之间脱落，影响了活塞使用寿命的进一步提高。
三、聚氨酯活塞的结构特点是活塞唇部为聚氨酯，这种活塞在工作中，由于摩擦温度往往超过聚氨酯的许可长期工作温度，造成活塞先期老化，活塞唇部分层剥落失效。
美国专利US3，719，366，其根部是带状纤维帘布绕成螺旋形状，纤维线头是按一定角度径向分布的，而根部带状纤维帘布是在模具中由粘结剂浸渍粘结成型的。
目前活塞在根部的选材上，存在严重缺陷，在制造方法上，普遍采用低压硫化成型工艺，这就使得目前的活塞仅仅适用于中、低工作泵压[15-20MPa]，而不适应于高工作泵压[25-35MPa]。
本发明的目的是针对上述缺点，提出一种适用于高工作泵压使用的往复泵橡胶活塞，它克服了丁睛胶一棉夹布橡胶垫环活塞由于棉线头吸水造成活塞根部膨胀松散瓦解现象;活塞皮碗在低压下硫化成型的制造工艺与高工作泵压下使用的不相适应的状况。增强活塞根部，提高活塞质量，使之适应高压喷射钻井工艺的技术要求。
本发明是采用不吸水或吸水性较小的聚酯纤维帘布预定形式增强结构和唇部胶料经筛分、精炼、真空处理及活塞根部和唇部采用整体高压硫化工艺技术。
根据不同的活塞尺寸，按一定角度裁剪聚酯纤维帘布，进行清理、烘干与防水处理，刷胶后卷成园圈状再将其放入专用模具内挤压成矩形断面的园环状，实现活塞根部结构预定型，根部长度为10-30mm，然后再放在活塞皮碗模具内与活塞唇部胶料一起高压硫化成型。胶料在硫化前，需经筛分、精选、精炼、真空处理以净化胶料，除去杂质，把气泡与空穴减少到最少程度。
预定形式的活塞根部结构，聚酯纤维帘布的纤维线呈园周分布。采用本项措施，即使磨损后根部露出纤维线头，也较其它方法把帆布切成同心园状，纤维线径向分布的线头大量减少，并经防水处理，避免了形成毛细管吸水膨胀而导致根部结构松散瓦解。
本发明的另一方面是提供制造这种根部增强型活塞的工艺方法。根据这种方法，聚酯纤维帘布根部预定型后再与经处理的活塞唇部胶料一道高压硫化。高压硫化时，施加于每只活塞上的压力至少等于活塞在额定泵压工作时，活塞皮碗所承受的实际压力[25-35MPa]，硫化压力为25-100MPa。这样可使活塞皮碗致密严实，以免残留气泡或徽小空穴在应力循环过程中反复变形而形成原始裂纹，导致结构破坏现象。
按本发明制造的活塞，可以大大提高活塞使用寿命，不仅适用中、低工作泵压，而且特别适用高压喷射钻井工艺的技术要求。
图1、活塞结构示意图1、活塞唇部;2、活塞根部图2、聚酯纤维帘布处理涂胶后的卷成方法示意3、活塞根部预压成型示意图实施例首先对聚酯纤维帘布根据不同的活塞尺寸，按一定角度裁剪并进行清理，烘干与防水处理，刷粘合胶后按图二所示方法卷成同心园状，其次，按图三所示方法对同心园状的聚酯纤维帘布挤压预定型，第三，对活塞唇部胶料进行筛分，精选，精炼，真空处理，最后将预定型的活塞根部与经处理好的活塞唇部胶料一道，在硫化机上进行高压硫化压力为25-100MPa]。
权利要求
1.一种往复泵橡胶活塞及其制造方法。其特征在于活塞根部采用聚酯纤维帘布涂粘合胶后卷成同心园状，使纤维线呈园周分布并预压成型；活塞唇部胶料经精炼与真空处理；活塞根部和唇部采用整体高压硫化工艺。
2.按权利要求1所述的活塞及其制造方法，其特征在于活塞包括一个10-30mm的根部，它是由不吸水或吸水率较低的聚酯纤维帘布制成，并经防水处理。
3.按权利要求1或2所述的活塞及其制造方法，其特征在于根部在与唇部硫化前先挤压成预定形状。
4.按权利要求1所述的活塞及其制造方法，其特征在于活塞唇部胶料需经筛分、精炼、真空处理。
5.按权利要求1所述的活塞及其制造方法，其特征在于每只活塞的根部与唇部在整体硫化时，施加于其上的压力至少等于活塞在额定泵压下工作时，活塞皮碗所承受的实际压力，硫化压力范围为25-100MPa。
6.具有权利要求2、3中任何一项所述的根部的活塞。
7.一种本质上按权利要求4、5所述活塞的制造方法。
全文摘要
本发明是一种根部增强型往复泵橡胶活塞及其制造方法，用于石油、地质钻探及其它领域的往复泵上。其特征是活塞根部采用聚酯纤维帘布涂粘合胶卷成同心圆状，使纤维线呈圆周分布并预压成型；活塞唇部胶料经精炼与真空处理；活塞根部和唇部采用整体高压硫化工艺。由于采用这种方法，活塞根部得到增强，唇部耐疲劳性能提高，质量好，寿命长，特别适用于高压喷射钻井。
文档编号F04B15/00GK1051230SQ9010628
公开日1991年5月8日 申请日期1990年10月13日 优先权日1990年10月13日
发明者周凤石, 张慧峰, 谷祖德 申请人:胜利石油管理局钻井工艺研究院