摘 要

根据其工作原理，螺杆泵是一种容积式泵，其特点有以下几点：较小的体积、稳定的流量、较小的压力脉冲、较低的噪声、较高的效率、较长的使用寿命以及方便维修等，被造船、石油化工、机械、军工、食品等多行业所认可。其核心部件为定子橡胶，工作时需要长时间的浸泡在原油中。其因为溶胀行为和溶胀导致的使用性能变化与螺杆泵的使用寿命休戚相关。本文以原油螺杆泵定子常用材料-氢化丁腈橡胶（HNBR）弹性体材料为研究对象，采用试验方法研究补强剂对 HNBR弹性体材料摩擦磨损性能的影响。本文的主要工作和结论如下：

（1）根据螺杆泵的工作原理，确定原油螺杆泵定子材料为研究对象，设计了原油螺杆泵定子用 HNBR 材料的制备配方；再根据所设计的 HNBR 材料的制备配方，确定了试验材料的硫化工艺参数，并制备了 HNBR 弹性体材料。

（2）研究了炭黑N330及其含量对 HNBR 弹性体材料摩擦磨损性能的影响。试验结果表明，炭黑可以有效降低 HNBR 材料的摩擦系数和体积磨损率。随着炭黑含量的增加，HNBR 弹性体材料的摩擦性能有显著提高。

（3）研究了载荷对HNBR材料性能的影响，随着试验载荷的增加，摩擦试样的实际接触面积增大，摩擦系数降低。负载越大，摩擦生热现象越严重，导致橡胶表面焦烧，硬度越高。

关键词： 螺杆泵 氢化丁腈橡胶 配方制备 摩擦磨损

Effect of Reinforcing Agent on Friction and Wear Properties of Elastomer Material

ABSTRACT

According to the principle of work, screw pump is a volumetric pump, its characteristics are the following: Small, more stable throughput and pulse, less pressure less noise and higher efficiency, long life and maintenance, shipbuilding, petroleum, machinery, military, Food and other industries recognized.The central component is the stator and requires long soaking in crude oil.The swelling and swelling caused, because the performance changes and the life of the screw pump together.The material used with crude oil - screw pump - - hnbr elastomer - materials for research, the experiments for the reinforcement of the elastic materials of hnbr friction and wear.The work and the results are as follows:

(1) According to the working principle of screw pump, the stator material of crude oil screw pump is determined as the research object, and the preparation formula of HNBR material for crude oil screw pump stator is designed. Based on the preparation formula of HNBR material, the vulcanization process parameters of the material are determined, and the HNBR elastomer material is prepared.

(2) The N330 content was analyzed by hnbr elastomeric tribological properties.The results show that carbon black can effectively reduce the friction coefficient and volume wear rate of HNBR. With the increase in the carbon black content, hnbr elastomeric materials, the friction performance significantly improved.

(3) The effect of the stress on the properties of the HNBR material was investigated. As the test load increased, the actual contact area of the friction sample increased and the friction coefficient decreased.The greater the load, the more serious the friction heat generation phenomenon, resulting in the rubber surface scorching, the higher the hardness.

KeyWords: Screw pump; Hydrogenated nitrile-butadiene rubber; Formulation preparation; Friction and wear

目 录

摘 要 I

ABSTRACT i

第一章 绪论 1

1.1 引言 1

1.1.1 螺杆泵背景介绍 1

1.2.2 螺杆泵的基本结构和工作原理 1

1.2 丁腈橡胶材料简述 2

1.3 近年来国内外关于影响丁腈橡胶摩擦磨损性能因素的研究现状 3

1.4 本课题的主要研究内容 5

第二章 螺杆泵定子橡胶配方设计与材料制备 7

2.1 引言 7

2.2 螺杆泵定子橡胶材料配方设计 7

2.2.1 试验用主要原材料 7

2.2.2 试验仪器及设备 8

2.2.3 橡胶基础配方 9

2.3 螺杆泵定子用橡胶材料试样制备方法 9

2.3.1 塑炼 9

2.3.2 混炼 10

2.3.4 硫化 11

2.3.3 硫化特性参数测定 13

2.4 本章小结 14

第三章 试验载荷和不同配方的补强剂对HNBR材料摩擦性能的影响 15

3.1 引言 15

3.2 氢化丁腈橡胶试样的制备及摩擦磨损试验 15

3.2.1 试验用橡胶材料的选取 15

3.2.2 试验载荷的确定 15

3.2.3 HNBR材料摩擦磨损性能试验方法 15

3.3 不同载荷作用下氢化丁腈橡胶摩擦磨损性能分析 17

3.3.1 氢化丁腈橡胶摩擦系数随试验载荷变化的数值变化 17

3.3.2 氢化丁腈橡胶摩擦系数随试验时间的变化曲线 17

3.3.3 氢化丁腈橡胶硬度的变化情况 20

3.4 本章小结 21

第四章 总结展望与技术经济评价 23

4.1 总结 23

4.2 展望 23

4.3 技术经济评价 24

4.3.1 试验设备价格估算 24

4.3.2 总成本费用估算与分析 24

4.3.3 财务评价 25

4.3.4 盈利能力分析 25

参考文献 27

致谢 31

第一章 绪论

1.1 引言

1.1.1 螺杆泵背景介绍

根据其工作原理，螺杆泵是一种容积式泵。其最终能实现流体的吸入和排除是因为衬套和螺杆形成的密闭腔室产生了容积变化 ^[2]。另外，保证工作参数恒定，螺杆泵因其工作可靠、噪音小、效率高、寿命长、维护简单等特点^[3]被船舶工业、石油化工、机械等多个行业广泛认可，螺杆泵在石油开采上，更是发挥了至关重要的作用，并且正逐步的走向规范化和系列化^[4]。

在80年代，螺杆泵被大庆油田首次引进我国，来源于加拿大Griffin公司，后来的研发工作均是在这基础上进行的，后来更是自主研发形成了自主的生产工厂。90年代，我国开始研究地面驱动螺杆泵，由此衍生出了多款产品，并均得到了实际推广与运用^[5]。从那以后，我国的螺杆泵工业拉开了序幕，其发展的迅猛情况从下面的数据中能够更直观的感受：由官方的统计数据可知，90年代初的螺杆泵的年产量从一开始的不满8000台迅猛增长到将近13万台^[6]。期间，由于开采技术的发展，螺杆泵早已成为国内外采油的主要工具之一。其核心部件为定子橡胶，工作时需要长时间的浸泡在原油中。其因为溶胀行为和溶胀导致的使用性能变化与螺杆泵的使用寿命休戚相关。因此，为了促进PCP技术大面积应用，各种泵的运作的关键，选择正确的螺杆泵定子和定子在原油的实验条件^[7]。

1.2.2 螺杆泵的基本结构和工作原理

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