影响螺杆泵定子质量环境因素分析

赵国江，赵国强，孙 双

(1.大庆油田力神泵业有限公司，黑龙江 大庆 163311；2.大庆油田有限责任公司 第四采油厂，黑龙江 大庆 163511)①

·开发应用·

影响螺杆泵定子质量环境因素分析

赵国江1，赵国强2，孙 双1

(1.大庆油田力神泵业有限公司，黑龙江 大庆 163311；2.大庆油田有限责任公司 第四采油厂，黑龙江 大庆 163511)①

针对螺杆泵定子制造的特点，按照其工艺过程，从温度、湿度和清洁度等方面分析了环境因素对螺杆泵定子制造质量的影响。探讨了管理及改进环境因素的方式，提出了提高螺杆泵定子质量的方法。可为螺杆泵的制造提供参考。

螺杆泵；定子；质量；环境因素

随着螺杆泵人工举升技术的不断发展，螺杆泵已在稠油井开采、煤层气井排水采气、含砂井开采等领域得到广泛应用，并且取得了较好的经济效益。螺杆泵定子质量是影响螺杆泵经济性的重要因素，因此螺杆泵制造商通常从人员、设备、原料及工艺等方面来提高定子质量，但忽视了环境因素对定子制造质量的影响，从而导致定子质量出现波动。本文针对螺杆泵定子的制造特点，从温度、湿度和清洁度等方面深入分析环境因素对螺杆泵定子质量的影响，为提高定子质量提出具体方法。

螺杆泵定子制造工艺主要包括橡胶混炼、定子管加工、注胶及硫化等过程。

1 影响橡胶混炼质量的环境因素分析

橡胶混炼是指生胶经塑炼后按顺序加入各种配合剂(如炭黑、硫黄、促进剂和其他填充剂)，经过翻炼达到均匀分散，然后出片冷却、停放的全过程[1]。该过程是橡胶加工中的重要工序，对螺杆泵定子的质量影响很大。因此螺杆泵定子橡胶的混炼要求生胶及各种配合剂在混炼时质量完好，而这些胶料都是化工类产品，对贮存环境条件有明确的要求，螺杆泵定子丁腈橡胶胶料贮存环境的要求如表1。

从表1可以看出，各种胶料对阴凉、干燥、避光、通风、温度和湿度等条件都有明确要求，尤其是温度和湿度要求得非常具体，这就要求胶料必须贮存在可监控、可调整温度和湿度的库房内，确保胶料质量状态持续完好，满足橡胶混炼中“均匀分散”的基本要求。混炼橡胶质量不稳定，除了胶料自身质量不稳定以外，胶料贮存环境条件不满足要求是一个重要而又容易忽视的原因。

表1 丁腈橡胶胶料贮存环境要求

2 影响定子管加工质量的环境因素分析

定子管加工包括下料、车螺纹、钻孔、喷砂和喷胶等工艺过程。该工艺过程中，下料、车螺纹和钻孔一般不受环境因素影响，而喷砂和喷胶对环境因素则比较敏感。喷砂的主要用途是涂装前的表面清理[2]，它是利用压缩空气将钢砂喷向油管内壁，冲刷其表面的铁锈、氧化皮或者其他污染杂质，以确保油管内壁呈现金属本色，满足粗糙度和清洁度要求，为粘接剂喷涂奠定良好基础。喷胶是利用压缩空气驱动气动工具高速旋转将粘接剂雾化后喷向金属表面，形成厚度均匀的粘接层。

喷砂和喷胶过程都需要应用压缩空气，虽然空气压缩机一般与干燥、除油和除尘等过滤装置配合使用，但是工厂环境、设备故障和长距离的空气运输管线都会导致压缩空气中含有水分和粉尘，甚至是含油，这必将污染粘接剂，导致粘接强度下降乃至粘接失效。这就要求压缩空气运输管线尽量采用不锈钢材质，同时在压缩空气运输的最末端(使用最前端)增加小型空气干燥、除油和除尘等过滤装置，最大程度地降低压缩空气中水、油和粉尘的含量，为提高粘接强度奠定基础。另外为了防止喷砂粉尘污染喷胶过程，喷胶过程与喷砂过程一定要有效隔离或距离较远。

螺杆泵定子管材料通常采用J55或N80油管，如果贮存防护不当，材料生锈使喷砂车间空气中的粉尘含量大幅增加，进而影响喷砂质量；钢砂同样会在贮存防护不当时生锈。因此应重视原料的贮存条件，减少锈蚀的发生。另外，油管螺纹处的丝扣油对后续喷胶有重大影响，当油管丝扣油污染严重时，需要二次清洗或者重新加工螺纹，避免丝扣油污染钢砂、喷砂设备和油管内壁。

喷砂结束后，已经呈现金属本色的油管内壁直接暴露在空气中，从理论上讲，喷砂结束后油管内壁就开始(氧化)生锈，尤其是当温度和湿度较高时，生锈速度就会加快。因此喷砂结束后要尽快清洗并喷胶，只要粘接剂完全覆盖了金属表面，阻断金属表面与空气直接接触，阻止油管生锈，否则由于油管内壁二次生锈，将会导致粘接失效。实际生产过程中，如果厂房内温度和湿度无法控制，且温度在25 ℃以下，相对湿度≤80%，喷砂结束后30 min内喷胶，可以确保粘接质量，长时间的停留将导致粘接强度下降或粘接失效。尤其需要注意，一是不要将水与油管内壁直接接触，否则即使在20 ℃时，油管也会在6～8 min生锈；二是当相对湿度>85%，待涂工件表面容易产生凝露[3]，这对粘接的影响是致命的，务必避免。

喷胶过程中使用的原料包括粘接剂、稀释剂和清洗剂。清洗剂用于油管内壁表面清洗脱脂；稀释剂用于调整粘接剂粘度，确保其符合工艺要求。这3种原材料均是化工类产品，对贮存环境条件有明确的要求。表2为 Chemlok粘接剂、三氯乙烯清洗剂及稀释剂的贮存环境要求。

表2 Chemlok粘接剂、三氯乙烯清洗剂及稀释剂贮存环境要求

需要强调是，粘接剂推荐的贮存温度条件(21～27 ℃)比较苛刻，尤其是Chemlok205的保质期仅为1 a，因此应将粘接剂存放在空调库房内，避免因贮存不当或超保质期导致粘接强度下降。

喷胶需要在一定温度范围内将特定粘度的粘接剂喷涂至油管内壁，确保形成浸润良好、厚度均匀、无桔皮、无干喷、无发花、无流挂的涂层。粘接剂的粘度与温度密切相关，而多数喷涂问题均与粘接剂粘度相关，因此，喷胶车间温度以21～25 ℃为宜，这样粘接剂的临时存放、搅拌、输送、雾化和敷料等环节就完全可控。

喷胶结束后，粘接剂的干燥是一个需要关注的环节。干燥时间取决于温度、湿度、车间其他条件和季节的变化等。干燥不充分将会导致气泡和粘接强度下降的现象，尤其是双体系粘接时，底涂粘接剂干燥不充分就进行面涂将直接导致粘接失效。实际生产中，可将油管进行预热，预热温度30 ℃～38 ℃，这样既减小了温度因素的影响，又获得更好的浸润性和粘接效果。采用预热方式就需要考虑预热系统的清洁问题，尤其是采用热风机对定子管预热时，建议将热风机空气吸入口接入到压缩空气运输最末端的过滤装置上。对于粘接剂未干的油管内壁，严禁用手或手套等去接触，以防胶粘剂被污染或误擦；对于粘接剂干透的油管，应当用塑料或布防护起来，保护粘接剂表面，避免粘接剂表面被空气中的粉尘污染。另外，由于空气(粉尘及灰尘)和固化粘接剂的共同影响，喷枪及枪杆会比较脏，因此应当及时清理喷枪及枪杆，避免再次喷胶时污染油管内壁。

总之，所有粘接失效类型的原因都包括污染，环境清洁度是直接影响表面喷涂质量的重要因素[4]，因此要重视各类污染，确保螺杆泵定子管粘接质量。

3 影响定子注胶及硫化质量的环境因素分析

注胶及硫化工艺包括装模、预热、注塑、硫化等过程，是定子制造最复杂的工艺过程。

1) 装模的环境因素。水、油、灰尘、粉尘及其他污物都可能污染模具和各种工装，因此要及时清理装模过程中用到的模具和工装。模具要定期清理和维护。在模具装入油管内部前，一定要用干净的白布清理模具表面的水、灰尘和粉尘。在装模过程中，严禁用手或手套等去接触粘接剂表面，防止粘接剂被污染。

2) 预热过程的环境因素。①油管外部的锈蚀或者其他污物，空气中的水、灰尘和粉尘等会导致预热设备内有水、油、粉尘或其他污物，应当经常清理预热设备内部；②油管要合理防护或清除外部锈蚀或污物，预热设备空气进入前端安装小型干燥、除油和除尘的过滤装置；③为了确保橡胶在油管及模具组成的型腔内顺利流动，需要对油管和模具进行预热，预热温度应当考虑粘接剂使用说明的要求，综合考虑预热设备的加热特点和车间温度，避免超温引起的粘接剂提前活化，同时还要确保充分利用预热设备中的热风循环，使得油管和模具充分均匀受热，以获得最佳的预热效果。以开姆洛克(Chemlok)为例，开姆洛克胶粘接系列作为一种热硫化型胶粘接[5]，其活化温度在120℃左右，推荐预热温度65～93 ℃，考虑到不同季节条件下的散热速度，确保注胶的一致性，夏季预热温度可为70～75 ℃，春秋季预热温度75～80 ℃，冬季预热温度80～85 ℃。

3) 注塑过程的环境因素。虽然在预热过程中可以通过调整不同季节条件下的预热温度，但无法根本消除散热速度不同导致的实际注塑温度不一致的问题。模具温度会影响表面质量、流动性、收缩率，注塑周期以及变形等方面[6]，实际注塑温度不一致是定子内腔尺寸的重要影响因素，因此建议在注塑生产过程中采取保温措施，削弱实际注塑温度不一致的影响。

4 结论

1) 为了减少螺杆泵定子质量波动，提高定子制造质量，应重视和研究环境因素对定子制造质量的影响。

2) 采取有效措施控制、管理和改进影响产品质量的环境因素。①钢管、橡胶混炼胶料和粘接剂等原料务必按照要求贮存在温度和湿度适宜的环境中；②压缩空气和预热空气使用前尽量清除其中的水、粉尘和油等；③喷砂和喷胶过程中控制好温度和湿度，防止二次锈蚀，特别是要防止凝露；④注胶和硫化过程中强化工装的清洁，防止涂层污染，管控好温度，提高定子内腔尺寸稳定性。

[1] 冯新德，张中岳，施良和，等.高分子辞典[K].北京：中国石化出版社，1998：39-42.

[2] 李钦奉.喷砂技术及其表面清理效率的研究[J].中国修船，2000，13(3)：24-24.

[3] 贾学军，张勇，仵世平，等.石油机械产品涂装防腐的环境温-湿度控制[J].石油机械，2003(8)：25-26.

[4] 周增华.汽车涂装车间环境的清洁维护及管理模式[J].汽车工程学报，2005(6)：3.

[5] 张恩波.开姆洛克胶粘剂性能及应用工艺[J].石家庄化工，1995(2)：22-23.

[6] 陈以文.模具温度对注塑成型的影响研究[J].中国机械，2015(18)：12-13.

Analysis of Environmental Factors Influence to the Quality of PCP’s Stator

ZHAO Guojiang1，ZHAO Guoqiang2，SUN Shuang1

(1.Daqing Oilfield Powerlift Pump Industry Co.，Ltd.，Daqing 163311，China；2.No.4OilProductionPlant，DaqingOilfieldCo.，Ltd.，Daqing163511，China)

In view of the manufacturing characteristics of stator in progressing cavity pump(PCP)，this article deeply analyses the influences of environmental factors to the quality of stator in PCP from temperature，humidity and clearance on the basis of progress，and discusses the way of management and improvement of environmental factors，thereby puts forward suggestions in details on improving the quality of PCP’s.It can be used as reference for the manufacturing of the PCP.

progressing cavity pump；stator；quality；environmental factor

1001-3482(2016)12-0040-04

2016-07-18

赵国江(1976-)，男，黑龙江大庆人，高级工程师，现从事螺杆泵技术管理工作，E-mail：zhaogj@cnpc.com.cn。

TE933.3

B

10.3969/j.issn.1001-3482.2016.12.011