摘 要

目前，螺杆泵在石油开采和化学工业方面应用广泛。螺杆泵是由定子及转子组成的，其中，定子主要由弹性体材料制备获得。故而弹性体材料的性能优劣决定了螺杆泵的使用寿命长短。本文以螺杆泵定子橡胶为研究对象，采取试验的方法，研究它摩擦磨损性能的变化。得到了以下结论：

（1）根据螺杆泵的工作原理，设计螺杆泵定子材料的配方，制取丁腈橡胶试验试样；

（2）基于所制备出的NBR试样，研究了试验载荷对弹性体材料磨损性能的影响。实验结果表明，当试验载荷逐渐升高时，硫化胶的磨损量逐渐增大；试验载荷40N的情况下，NBR材料的磨损量较小，摩擦系数最低，摩擦磨损性能好；

（3）基于所制备的NBR试样，研究了流体对弹性体材料摩擦磨损性能的影响。研究发现，随着流体温度的增加，磨损量和NBR摩擦系数都在不断地减小。其他条件不变，流体温度达到50℃时，NBR材料的摩擦磨损性能较好。

关键词: 螺杆泵 定子 摩擦磨损性能 丁腈橡胶

Abstract

At present,screw pumps are widely used in the petroleum mining and chemical industries.The screw pump is composed of a stator and a rotor,among them, the stator is mainly obtained by preparing an elastomer material.Therefore, the performance of the elastomer material determines the service life of the screw pump.Taking the stator rubber of screw pump as the research object, the variation of friction and wear property is studied by the test method.The following conclusions were obtained:

1. According to the working principle of the screw pump, the formula of the stator material of the screw pump is designed to prepare a test sample of nitrile rubber;
2. Based on the prepared NBR samples, the influence of test load on the wear properties of elastomer materials was investigated.The experimental results show that when the test load is gradually increased, the wear amount of the vulcanized rubber gradually increases;When the test load is 40N, the NBR material has a small amount of wear, the lowest friction coefficient, and good friction and wear performance;
3. Based on the prepared NBR samples, the effect of fluid on the friction and wear properties of elastomer materials was investigated.The study found that as the fluid temperature increases, the amount of wear and the coefficient of friction of the NBR are continuously decreasing.The other conditions are the same, and the friction and wear properties of the NBR material are better when the fluid temperature reaches 50 °C.

Key words: Screw pump stator Friction and wear performance Nitrile rubber

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1引言 1

1.1.1课题研究背景 1

1.1.2 课题研究目的和意义 1

1.2 丁腈橡胶材料简介及研究现状 2

1.3 影响丁腈橡胶材料摩擦磨损性能的因素 2

第二章 螺杆泵定子橡胶配方设计与材料制备 5

2.1 引言 5

2.2 螺杆泵定子橡胶材料配方设计 5

2.3 螺杆泵定子用橡胶材料试样制备方法 5

2.3.1塑炼 6

2.3.2 混炼 7

2.3.3硫化特性参数测定 7

2.3.4 硫化 8

2.4本章小结 10

第三章 试验载荷对NBR材料摩擦性能的影响 11

3.1 引言 11

3.2 丁腈橡胶试样的制备及摩擦磨损试验 11

3.2.1 试验用橡胶材料的选取 11

3.2.2 试验载荷的确定 11

3.2.3 丁腈橡胶的摩擦磨损试验 11

3.3 不同载荷下丁腈橡胶摩擦磨损性能 12

3.3.1 丁腈橡胶磨损量的数值变化 12

3.3.2丁腈橡胶摩擦系数随试验时间的变化曲线 12

3.3.3丁腈橡胶硬度的变化情况 16

3.4 本章小结 17

第四章 流体温度对丁腈橡胶材料摩擦磨损性能影响 18

4.1 引言 18

4.2 丁腈橡胶材料摩擦磨损实验方法 18

本次实验流体选取氯化钙溶液，浓度为30%。 18

4.2.2摩擦磨损实验步骤 18

4.2.3 丁腈橡胶材料摩擦量的变化 19

4.2.4 丁腈橡胶材料摩擦系数曲线 20

4.3 本章小结 21

第五章 总结与展望 23

5.1 总结 23

5.2 展望 23

5.3 经济评价 24

5.3.1费用估算 24

5.3.2资金来源 24

参考文献 25

致谢 29

第一章 绪论

1.1引言

1.1.1课题研究背景

经济的快速发展导致对能源的需求上升，而石油又是当前最主要的能源，这就使得工业上对于石油的需求量也快速攀升。目前来说，在石油开采领域应用最为广泛的工具就是螺杆泵，它有定子和转子两部分构件。螺杆泵定子橡胶的磨损会造成螺杆泵失效，所以定子材料耐磨性能方面的好坏，将直接决定螺杆泵的寿命。因此，对螺杆泵定子橡胶的材料进行摩擦磨损性能研究，也就具有极大的现实意义。

自螺杆泵发明以来，之后的一百多年里取得了快速的发展。由于它具有稳定、噪声低、能够输送高粘度介质这些优点，被广泛用来开采石油。20世纪八十年代初期，我国已经实现了螺杆泵的批量生产。但是随着现代化科技的发展，国外采油设备已经朝着大功率、耐高压、自动化以及智能化的发展方向转变，国外的生产厂家已经先后推出了一系列的大型单螺杆泵，来满足不同采油环境下的工艺需求。而我国与欧美国家相比，生产的螺杆泵大多是小型螺杆泵，在稳定性及可靠度方面与欧美国家差距较大。因此，我国在单螺杆泵整体技术及运用方面以及泵的性能研发方面，还有许多地方需要完善，螺杆泵的研究对于我国石油行业的发展，有着至关重要的作用。

1.1.2 课题研究目的和意义

世界上许多油田，大都面临着排量小、油层深、杂质多、开采困难的问题。而螺杆泵在石油开采过程承担着极为重要的工作。螺杆泵在我国可供发展的市场空间巨大，发展潜力很大。因此，探究如何提升螺杆泵的耐磨^[1]性能，延长其使用寿命，已经成为橡胶摩擦学领域的热点问题。

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