潜油螺杆泵专用定子氢化丁腈橡胶改性分子模拟
发布时间：2021-07-20 10:08
随着潜油螺杆泵采油技术在我国日新月异的发展,其定子橡胶的使用寿命也在一定程度上影响着螺杆泵采油系统的使用效率。氢化丁腈橡胶（HNBR）由于具有优异的耐油性、耐介质腐蚀性,因此在航空航天、汽车工业领域均有广泛的应用;但对氢化丁腈橡胶的结构性质研究与影响其力学性能的主要因素鲜有探讨。本文通过分子模拟技术,研究了在增塑剂作用下氢化丁腈橡胶的物理性质与力学性质变化;在老化末期,进入分子链中的氧气含量增加的情况下,对氧气在氢化丁腈橡胶体系扩散的作用机理进行讨论分析;最后研究了聚合度不同的氢化丁腈橡胶分子链对拉伸行为的影响,主要结论如下:首先使用邻苯二甲酸二丁酯（DBP）增塑剂对氢化丁腈橡胶进行改性。首先分别对其进行溶度参数与径向分布函数分子模拟来计算二者相溶性。后对不同组分的氢化丁腈橡胶与DBP共混体系进行建模,发现DBP增塑剂的添加对降低氢化丁腈橡胶的玻璃化温度有显著效果,增大了氢化丁腈橡胶的适用温度范围。由于被氢化后的丁腈橡胶脆性较强,对共混体系进行力学常数计算发现当添加DBP增塑剂含量为10%时氢化丁腈橡胶分子链柔性最好,其弹性模量可降低20%左右,说明适量添加DBP在一定程度上可提高氢化...
【文章来源】：沈阳工业大学辽宁省
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
丁腈橡胶加氢反应方程式Figure1.1Nitrilerubberhydrogenationreactionequation
式鑫?1.1%[18]。为了模拟海底采油中氢化丁腈橡胶产品遇到的特殊工作情况如高温、高压和化学介质的老化环境，Ben[19]研发出了如图2-3所示的橡胶加速老化装置。氢化丁腈橡胶的工作温度是从-30℃-150℃，故此装置研究了HNBR在130℃~160℃范围内，长达十二周的加速老化行为。发现HNBR的拉伸模量随着老化时间与实验温度的增加而提高。另外将经过实验老化后的氢化丁腈橡胶从老化装置中取出，经过研究发现老化程度越大的氢化丁腈橡胶在空气中"干"得越慢，即硫化胶老化程度越大溶胀吸收的溶液也越多，溶液在空气中挥发时间也越长。图1.2橡胶加速老化装置示意图Figure1.2Schematicdiagramoftheacceleratedrubberagingdevice
密封件的工作环境严峻，不仅接触高温高压的石油，还有在油井下的腐蚀性介质，例如油田中经常出现的小分子酸、胺类化合物、甲烷、臭氧等物质。鉴于密封件恶劣的工作环境，所以需要对密封件的材料进行谨慎选择，密封件须具备较强的性能。有些油田率先采用氢化丁腈橡胶作为其密封件主要材料，并针对油井实际情况对其进行适当改性，显著提高了采油系统密封件的使用寿命，降低潜油系统的停机次数，大大提高工作效率[21]。另外，氢化丁腈橡胶在泥浆泵用活塞密封、钻头密封件与钻井保护箱等相似工业应用范围均有广阔的发展前景。图1.3橡胶封隔器Figure1.3Rubberpacker（3）机械工程领域:在机械领域中，不仅要求密封件具备自身优异的耐油耐高温与耐介质腐蚀特性，由于机械领域多数情况下需要密封件应用在旋转体系中，故更需要密封件具有优异的耐磨损性能与耐永久变形性，这对橡胶研制的工艺与技术改进又提出了新的要求。与NBR相比，HNBR更不易龟裂、永久形变量孝耐寒性更优等特点，因此可作为机械密封领域良好的动密封静密封材料[22]。（4）其他领域:除了优异的耐油性、耐温变性，氢化丁腈橡胶优秀的耐辐射性也使得其在大型核电站作为密封件，在一些温差较大地区的发电站也常被用于电缆保护套。然而橡胶制品在加工与使用的过程中会因为温度与化学介质等其他因素的作用，会逐渐出现粘连、脱胶、龟裂甚至断裂等现象，因此应用于潜油螺杆泵的定子橡胶须具备良好的耐油、耐高温、耐低温与耐臭氧老化性能[23-24]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]纳米SiO2增强脲醛树脂机械性能的分子模拟研究[J]. 张艳芳,黄磊峰,李伯男,刘洋,吴益明,吴鹏. 电力工程技术. 2020(02)
[2]烷基化反应混合物在Y型分子筛中吸附及反应失活机理的分子模拟[J]. 张禹佳,徐俊波,唐晓津,杨超. 石油学报(石油加工). 2020(01)
[3]国内外氢化丁腈橡胶行业发展现状与展望[J]. 张燃燃. 精细与专用化学品. 2020(01)
[4]氢化丁腈橡胶的研究进展及分子模拟技术的应用[J]. 张振山,吴剑铭,王小蕾,王春芙. 橡胶工业. 2019(04)
[5]受阻酚/丁腈橡胶体系的阻尼性能及分子动力学模拟[J]. 杨瑞宁,吴丝竹,祝静,尹超,赵秀英. 高分子材料科学与工程. 2018(12)
[6]SiO2气凝胶纳米多孔结构的自组装过程模拟[J]. 张光磊,陈一泊,贾伟韬,赵朋媛,秦国强. 人工晶体学报. 2017(12)
[7]Molecular Dynamics Simulations of Atomistic Hydration Structures of Poly（vinyl methyl ether）[J]. 吴荣亮,Xin-long Qiu,Xiao-zhen Yang. Chinese Journal of Polymer Science. 2016(11)
[8]SU-8光刻胶玻璃化转变温度及力学性能的分子动力学模拟[J]. 尚海鑫,褚金奎,高佳丽. 高分子材料科学与工程. 2014(04)
[9]詹博特Zhanber</sup>氢化丁腈橡胶的性能及其应用[J]. 詹正云,辛丽红. 世界橡胶工业. 2014(04)
[10]热空气老化对补强氢化丁腈橡胶性能的影响[J]. 刘高君,赵明明,徐帅锋,李超芹. 橡胶工业. 2014(02)
博士论文
[1]高能有机叠氮增塑剂的设计与计算研究[D]. 杨俊清.南京理工大学 2017
[2]轮胎生产过程难测参数软测量建模方法研究及应用[D]. 杨凯.北京理工大学 2017
[3]水分对油纸绝缘热老化及寿命的影响与热老化程度表征研究[D]. 孙会刚.重庆大学 2011
[4]宏观结构的三参数三维断裂研究[D]. 赵军华.南京航空航天大学 2008
[5]金属—有机骨架材料中流体吸附性质的量化计算与分子模拟研究[D]. 王三跃.北京化工大学 2007
硕士论文
[1]三元复合驱采出水稳定性机理研究[D]. 马泽坤.中国矿业大学 2018
[2]天然橡胶热氧老化性能及分子模拟研究[D]. 贺经纬.北京化工大学 2016
[3]基于TRIZ理论的潜油减速器传动比取值范围研究[D]. 战睿.沈阳工业大学 2012
[4]潜油螺杆泵采油系统轴向承载关键技术研究[D]. 张旭.沈阳工业大学 2009
[5]潜油螺杆泵采油系统数字化设计平台关键技术研究及应用[D]. 窦丽娜.沈阳工业大学 2008
本文编号：3292625
【文章来源】：沈阳工业大学辽宁省
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
丁腈橡胶加氢反应方程式Figure1.1Nitrilerubberhydrogenationreactionequation
式鑫?1.1%[18]。为了模拟海底采油中氢化丁腈橡胶产品遇到的特殊工作情况如高温、高压和化学介质的老化环境，Ben[19]研发出了如图2-3所示的橡胶加速老化装置。氢化丁腈橡胶的工作温度是从-30℃-150℃，故此装置研究了HNBR在130℃~160℃范围内，长达十二周的加速老化行为。发现HNBR的拉伸模量随着老化时间与实验温度的增加而提高。另外将经过实验老化后的氢化丁腈橡胶从老化装置中取出，经过研究发现老化程度越大的氢化丁腈橡胶在空气中"干"得越慢，即硫化胶老化程度越大溶胀吸收的溶液也越多，溶液在空气中挥发时间也越长。图1.2橡胶加速老化装置示意图Figure1.2Schematicdiagramoftheacceleratedrubberagingdevice
密封件的工作环境严峻，不仅接触高温高压的石油，还有在油井下的腐蚀性介质，例如油田中经常出现的小分子酸、胺类化合物、甲烷、臭氧等物质。鉴于密封件恶劣的工作环境，所以需要对密封件的材料进行谨慎选择，密封件须具备较强的性能。有些油田率先采用氢化丁腈橡胶作为其密封件主要材料，并针对油井实际情况对其进行适当改性，显著提高了采油系统密封件的使用寿命，降低潜油系统的停机次数，大大提高工作效率[21]。另外，氢化丁腈橡胶在泥浆泵用活塞密封、钻头密封件与钻井保护箱等相似工业应用范围均有广阔的发展前景。图1.3橡胶封隔器Figure1.3Rubberpacker（3）机械工程领域:在机械领域中，不仅要求密封件具备自身优异的耐油耐高温与耐介质腐蚀特性，由于机械领域多数情况下需要密封件应用在旋转体系中，故更需要密封件具有优异的耐磨损性能与耐永久变形性，这对橡胶研制的工艺与技术改进又提出了新的要求。与NBR相比，HNBR更不易龟裂、永久形变量孝耐寒性更优等特点，因此可作为机械密封领域良好的动密封静密封材料[22]。（4）其他领域:除了优异的耐油性、耐温变性，氢化丁腈橡胶优秀的耐辐射性也使得其在大型核电站作为密封件，在一些温差较大地区的发电站也常被用于电缆保护套。然而橡胶制品在加工与使用的过程中会因为温度与化学介质等其他因素的作用，会逐渐出现粘连、脱胶、龟裂甚至断裂等现象，因此应用于潜油螺杆泵的定子橡胶须具备良好的耐油、耐高温、耐低温与耐臭氧老化性能[23-24]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]纳米SiO2增强脲醛树脂机械性能的分子模拟研究[J]. 张艳芳,黄磊峰,李伯男,刘洋,吴益明,吴鹏. 电力工程技术. 2020(02)
[2]烷基化反应混合物在Y型分子筛中吸附及反应失活机理的分子模拟[J]. 张禹佳,徐俊波,唐晓津,杨超. 石油学报(石油加工). 2020(01)
[3]国内外氢化丁腈橡胶行业发展现状与展望[J]. 张燃燃. 精细与专用化学品. 2020(01)
[4]氢化丁腈橡胶的研究进展及分子模拟技术的应用[J]. 张振山,吴剑铭,王小蕾,王春芙. 橡胶工业. 2019(04)
[5]受阻酚/丁腈橡胶体系的阻尼性能及分子动力学模拟[J]. 杨瑞宁,吴丝竹,祝静,尹超,赵秀英. 高分子材料科学与工程. 2018(12)
[6]SiO2气凝胶纳米多孔结构的自组装过程模拟[J]. 张光磊,陈一泊,贾伟韬,赵朋媛,秦国强. 人工晶体学报. 2017(12)
[7]Molecular Dynamics Simulations of Atomistic Hydration Structures of Poly（vinyl methyl ether）[J]. 吴荣亮,Xin-long Qiu,Xiao-zhen Yang. Chinese Journal of Polymer Science. 2016(11)
[8]SU-8光刻胶玻璃化转变温度及力学性能的分子动力学模拟[J]. 尚海鑫,褚金奎,高佳丽. 高分子材料科学与工程. 2014(04)
[9]詹博特Zhanber</sup>氢化丁腈橡胶的性能及其应用[J]. 詹正云,辛丽红. 世界橡胶工业. 2014(04)
[10]热空气老化对补强氢化丁腈橡胶性能的影响[J]. 刘高君,赵明明,徐帅锋,李超芹. 橡胶工业. 2014(02)
博士论文
[1]高能有机叠氮增塑剂的设计与计算研究[D]. 杨俊清.南京理工大学 2017
[2]轮胎生产过程难测参数软测量建模方法研究及应用[D]. 杨凯.北京理工大学 2017
[3]水分对油纸绝缘热老化及寿命的影响与热老化程度表征研究[D]. 孙会刚.重庆大学 2011
[4]宏观结构的三参数三维断裂研究[D]. 赵军华.南京航空航天大学 2008
[5]金属—有机骨架材料中流体吸附性质的量化计算与分子模拟研究[D]. 王三跃.北京化工大学 2007
硕士论文
[1]三元复合驱采出水稳定性机理研究[D]. 马泽坤.中国矿业大学 2018
[2]天然橡胶热氧老化性能及分子模拟研究[D]. 贺经纬.北京化工大学 2016
[3]基于TRIZ理论的潜油减速器传动比取值范围研究[D]. 战睿.沈阳工业大学 2012
[4]潜油螺杆泵采油系统轴向承载关键技术研究[D]. 张旭.沈阳工业大学 2009
[5]潜油螺杆泵采油系统数字化设计平台关键技术研究及应用[D]. 窦丽娜.沈阳工业大学 2008
本文编号：3292625
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