CN109630402B - 一种自润滑耐磨抽油泵柱塞 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自润滑耐磨抽油泵柱塞，涉及油田采油设备领域，所述柱塞包括柱塞本体、弹性元件、自润滑元件和临时弹性元件限位件；在所述柱塞本体的整个侧壁上呈阵列式排布有自润滑元件限位肓孔，所述自润滑元件限位肓孔在柱塞本体分布沿柱塞本体径向投影外边缘为一圆形，在自润滑元件限位肓孔的底部设置有临时弹性元件限位件固定孔；自润滑元件限位肓孔中配合有自润滑元件，自润滑元件在弹性元件的弹力作用下始终与泵筒内壁接触，形成一层润滑薄膜，从而减小柱塞与泵筒间的摩擦系数，持续不断的产生自润滑薄膜直到自润滑元件消耗殆尽，以此提高柱塞的耐磨性，降低柱塞在泵筒中的运动阻力。

Description

一种自润滑耐磨抽油泵柱塞

技术领域

本发明涉及油田采油设备领域，尤其涉及一种自润滑耐磨抽油泵柱塞。

背景技术

针对油田开发的腐蚀介质多元化、含砂量增多、含水上升、油井斜度增加、泵挂加深等环境，抽油泵生产厂家有针对性的生产了各种专用抽油泵。经过多年的发展，抽油泵在泵效上也从原来检泵周期不足100天到现在的超过1年。抽油泵的性能好与坏，很大程度上取决于柱塞的质量和性能，有很多企业科研人员和生产厂家已经认识到，对柱塞研究的重要性。有的从柱塞工艺的结构设计深入研究，取得了很好效果；有的从柱塞表面处理工艺入手研究，通过镀铬、渗碳或渗氮、表面喷涂等方法改进柱塞和泵筒的表面材质，提高柱塞的耐磨性，但加工成本较高。2010年前后，有一种自熔剂合金喷熔技术在油田抽油泵柱塞上得到了成功应用，它在失效的工件表面先喷涂一层自熔剂合金粉末，然后用氧-乙炔或中频感应加热使合金粉重熔，可在零件表面形成平整光滑的熔覆层，若在合金元素中加入P、Si等与氧有亲和力的元素，可降低合金熔点和改善母材润湿性，这项技术熔覆层的单层厚度一般为1.6mm，该技术的自熔剂合金粉末有4种，例如镍基、钴基、铁基及含碳化钨。该技术因为成本较高，没有被广泛厂家认可；激光熔覆技术的引入，柱塞的表面硬度、耐磨性及耐蚀性更强，取得了较好的效果；有人提出了AOM特种陶瓷抽油泵及柱塞，柱塞和泵筒均是由特种精密陶瓷材料加工完成，通过相变增韧作用机理，其韧性要高于普通陶瓷，柱塞具有高熔点、耐热强、化学稳定性好、耐蚀性好、硬度高和耐磨强的特点。然而，由于柱塞与泵筒内壁间的摩擦系数较高导致柱塞的耐磨性能难以大幅度提升，即使有人试图通过表面涂层降低摩擦系数来提高其耐磨性，但随着涂层的磨损，低摩擦系数无法持续，提升效果有限。因此，通过持续减小柱塞与泵筒内壁间的摩擦***提高其耐磨性的研究具有重要的意义。

发明内容

为了提高抽油泵柱塞的耐磨性，本发明提供一种具有持续自润滑耐磨特性的抽油泵柱塞，在柱塞表面设置有自润滑元件限位肓孔，自润滑元件限位肓孔中配合有自润滑元件，自润滑元件在弹性元件的弹力作用下始终与泵筒内壁接触，形成一层润滑薄膜，从而减小柱塞与泵筒间的摩擦系数，持续不断的产生自润滑薄膜直到自润滑元件消耗殆尽，以此提高柱塞的耐磨性，降低柱塞在泵筒中的运动阻力。

具体本发明采用如下的技术方案：一种自润滑耐磨抽油泵柱塞，其特征在于，包括：柱塞本体、弹性元件、自润滑元件和临时弹性元件限位件；

在所述柱塞本体的整个侧壁上呈阵列式排布有自润滑元件限位肓孔，所述自润滑元件限位肓孔在柱塞本体分布沿柱塞本体径向投影外边缘为一圆形，在自润滑元件限位肓孔的底部设置有临时弹性元件限位件固定孔；

所述弹性元件包括弹簧体及弹簧端部，弹簧体为压力式弹簧，弹簧体的两个端部各连接有一个弹簧端部，弹簧端部为圆环形结构；两个弹簧端部相互平行且与弹簧体轴线垂直，弹性元件置于自润滑元件限位肓孔内，并与自润滑元件限位肓孔底部固定连接；

所述自润滑元件设置在自润滑元件限位肓孔内，自润滑元件的第一侧面形状为与柱塞本体外柱面吻合的弧面；自润滑元件的第二侧面与第一侧面相对，自润滑元件的第二侧面与弹性元件接触；自润滑元件中心开设有临时弹性元件限位件通道，临时弹性元件限位件通道的端部具有限位台阶；

所述临时弹性元件限位件包括固定部及限位部，固定部及限位部为一体式结构，所述固定部顺次穿过自润滑元件、弹性元件与临时弹性元件限位件固定孔固定连接；所述限位部的形状与限位台阶的形状适配且与其紧密弹力接触，限位部所用材料在油中一段时间后软化或分解后解除对弹性元件的限制。

其中，每个所述自润滑元件限位肓孔的直径与任意相邻两个所述自润滑元件限位肓孔的间距比为1：(1.2～3.5)。

其中，所述弹性元件与自润滑元件限位肓孔底部以焊接或强粘形成固定连接。

其中，所述弹性元件与临时弹性元件限位件固定孔螺纹或强粘连接。

其中，所述限位部的材料为油溶性树酯和橡胶类材料。

通过上述设计方案，本发明可以带来如下有益效果：本发明包括柱塞本体、弹性元件、自润滑元件和临时弹性元件限位件，采用弹性元件持续给自润滑元件施加压力，使自润滑元件始终与泵筒内壁紧密接触，产生连续自润滑薄膜，实现低摩擦往复运动，提高柱塞-泵筒的工作周期，从而实现在油田开采中增加单井产能，降低单井采油成本。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明示意性实施例及其说明用于理解本发明，并不构成本发明的不当限定，在附图中：

图1是本发明自润滑耐磨抽油泵柱塞的整体结构示意图。

图2是本发明自润滑耐磨抽油泵柱塞的剖面结构示意图。

图3是本发明中柱塞本体剖面结构示意图。

图4是本发明中弹性元件结构示意图。

图5是本发明中弹性元件拉伸状态图。

图6是现有技术中弹簧拉伸状态图。

图7是本发明中自润滑元件结构示意图。

图8是本发明中临时弹性元件限位件结构示意图。

图中各标记如下：1-柱塞本体、2-弹性元件、3-自润滑元件、4-临时弹性元件限位件、11-自润滑元件限位肓孔、12-临时弹性元件限位件固定孔、21-弹簧体；22-弹簧端部、31-限位台阶、32-弧面、33-临时弹性元件限位件通道、41-固定部、42-限位部。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，限定有“第一”及“第二”的特征并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。

请参阅图1、图2、图3、图4、图7及图8所示，本发明提供了一种自润滑耐磨抽油泵柱塞，包括柱塞本体1、弹性元件2、自润滑元件3和临时弹性元件限位件4，本发明采用弹性元件2持续给自润滑元件3施加压力，使自润滑元件3始终与泵筒内壁紧密接触，产生连续自润滑薄膜，实现低摩擦往复运动。

在所述柱塞本体1的整个侧壁上呈阵列式排布有自润滑元件限位肓孔11，每个所述自润滑元件限位肓孔11的直径与任意相邻两个所述自润滑元件限位肓孔11的间距比为1：(1.2～3.5)；所述自润滑元件限位肓孔11在柱塞本体1分布沿柱塞本体1径向投影外边缘为一圆形，在自润滑元件限位肓孔11的底部设置有临时弹性元件限位件固定孔12。

所述弹性元件2包括弹簧体21及弹簧端部22，弹簧体21为压力式弹簧，弹簧体21的两个端部各连接有一个弹簧端部22，弹簧端部22为圆环形结构，弹簧端部22和弹簧体21材质一致；两个弹簧端部22相互平行且与弹簧体21轴线垂直，弹性元件2置于自润滑元件限位肓孔11内，并与自润滑元件限位肓孔11底部以焊接或强粘形成固定连接，图5示出本发明中弹性元件2拉伸状态图，图6示出现有技术中弹簧拉伸状态图。

所述自润滑元件3设置在自润滑元件限位肓孔11内，自润滑元件3的第一侧面形状为与柱塞本体1外柱面吻合的弧面32；自润滑元件3的第二侧面与第一侧面相对，自润滑元件3的第二侧面与弹性元件2接触；自润滑元件3中心开设有临时弹性元件限位件通道33，临时弹性元件限位件通道33的端部具有限位台阶31。

所述临时弹性元件限位件4包括固定部41及限位部42，固定部41及限位部42为一体成型的一体式结构，或固定部41及限位部42固定连接构成的一体式结构，所述固定部41顺次穿过自润滑元件3、弹性元件2与临时弹性元件限位件固定孔12螺纹或强粘连接；所述限位部42的形状与限位台阶31的形状适配且与其紧密弹力接触，对弹性元件2起到限制作用，本发明中限位部42的材料在油中一段时间后软化或分解后解除对弹性元件2的限制，优选的，限位部42的材料为油溶性树酯、橡胶类材料。

本发明的工作原理和过程：

柱塞进入泵筒、进入油管前：临时弹性元件限位件4的限位部42与限位台阶31紧密弹力接触，对弹性元件2起到限制作用，自润滑元件3与泵筒内壁间无接触，此时自润滑元件3没有在柱塞与泵筒间产生自润滑薄膜。

柱塞进入泵筒、进入油管后：临时弹性元件限位件4的限位部42浸入油后软化或分解，其对弹性元件2的限制消除，自润滑元件3与泵筒内壁间压力接触，此时自润滑元件3在柱塞往复运动过程中柱塞与泵筒间产生连续的自润滑薄膜。

Claims (5)

1.一种自润滑耐磨抽油泵柱塞，其特征在于，包括：柱塞本体(1)、弹性元件(2)、自润滑元件(3)和临时弹性元件限位件(4)；

在所述柱塞本体(1)的整个侧壁上呈阵列式排布有自润滑元件限位肓孔(11)，所述自润滑元件限位肓孔(11)在柱塞本体(1)分布沿柱塞本体(1)径向投影外边缘为一圆形，在自润滑元件限位肓孔(11)的底部设置有临时弹性元件限位件固定孔(12)；

所述弹性元件(2)包括弹簧体(21)及弹簧端部(22)，弹簧体(21)为压力式弹簧，弹簧体(21)的两个端部各连接有一个弹簧端部(22)，弹簧端部(22)为圆环形结构；两个弹簧端部(22)相互平行且与弹簧体(21)轴线垂直，弹性元件(2)置于自润滑元件限位肓孔(11)内，并与自润滑元件限位肓孔(11)底部固定连接；

所述自润滑元件(3)设置在自润滑元件限位肓孔(11)内，自润滑元件(3)的第一侧面形状为与柱塞本体(1)外柱面吻合的弧面(32)；自润滑元件(3)的第二侧面与第一侧面相对，自润滑元件(3)的第二侧面与弹性元件(2)接触；自润滑元件(3)中心开设有临时弹性元件限位件通道(33)，临时弹性元件限位件通道(33)的端部具有限位台阶(31)；

所述临时弹性元件限位件(4)包括固定部(41)及限位部(42)，固定部(41)及限位部(42)为一体式结构，所述固定部(41)顺次穿过自润滑元件(3)、弹性元件(2)与临时弹性元件限位件固定孔(12)固定连接；所述限位部(42)的形状与限位台阶(31)的形状适配且与其紧密弹力接触，限位部(42)所用材料在油中一段时间后软化或分解从而解除对弹性元件(2)的限制。

2.根据权利要求1所述的自润滑耐磨抽油泵柱塞，其特征在于：每个所述自润滑元件限位肓孔(11)的直径与任意相邻两个所述自润滑元件限位肓孔(11)的间距比为1：(1.2～3.5)。

3.根据权利要求1所述的自润滑耐磨抽油泵柱塞，其特征在于：所述弹性元件(2)与自润滑元件限位肓孔(11)底部以焊接或强粘形成固定连接。

4.根据权利要求1所述的自润滑耐磨抽油泵柱塞，其特征在于：所述弹性元件(2)与临时弹性元件限位件固定孔(12)螺纹或强粘连接。

5.根据权利要求1所述的自润滑耐磨抽油泵柱塞，其特征在于：所述限位部(42)的材料为油溶性树酯或橡胶类材料。