CN104011384B

CN104011384B - 具有相交孔几何结构的往复式泵

Info

Publication number: CN104011384B
Application number: CN201280030481.XA
Authority: CN
Inventors: W.D.弗里德; M.C.迪尔; S.斯库达尔斯沃尔德
Original assignee: SPM Flow Control Inc
Current assignee: SPM Oil and Gas Inc
Priority date: 2011-04-20
Filing date: 2012-04-20
Publication date: 2016-12-07
Anticipated expiration: 2032-04-20
Also published as: CA2918619A1; US20120288387A1; CN104011384A; AR086188A1; WO2012145591A1; CA2833635A1; CA2833635C

Abstract

一种往复式泵壳体，具有吸入阀孔、排放阀孔、柱塞孔和介入孔。吸入和排放孔设置在第一中线上，且柱塞和介入孔沿垂直于第一中线的第二中线设置。泵壳体包括在柱塞孔和吸入孔的相交部与介入孔和排放阀孔的相交部之间延伸的第一环形过渡区域。壳体还包括在吸入阀孔和介入孔的相交部与柱塞孔和排放阀孔的相交部之间延伸的第二环形过渡区域。

Description

具有相交孔几何结构的往复式泵

技术领域

本发明总体涉及往复式泵，更具体涉及其泵流体壳体，且更具体地，涉及减少其疲劳失效的泵流体壳体的设计。

背景技术

大的泵通常用于采矿和油田应用，例如水力压裂。在水力压裂期间，压裂流体（即水泥、泥、压裂砂和其他材料）在高压力下被泵送到井孔中，以使得形成压裂。在水力压裂中一种被通常使用的泵是高压力往复式泵，与德克萨斯州的S.P.M.Flow Control公司制造的Destiny^TM TWS2500压裂泵类似。在操作中，活塞类柱塞分别运动离开和朝向流体腔室做往复运动，因此压裂流体被促使流动进入和离开具有流体腔室的泵壳体。在柱塞运动离开流体腔室时，腔室内部的压力减小，在进入阀两侧形成差压，将压裂流体通过该进入阀吸入腔室。在柱塞改变方向且开始朝向流体腔室运动时，腔室内部的压力显著增加，直到跨排出阀的差压使得排出阀打开，使得被高度加压的压裂流体能够通过排出阀排放到井孔中。

与在交替的高低压力下操作的往复式泵相关的一个共同问题是，流体腔室附近泵壳体的疲劳失效。例如，这种往复式泵的泵壳体或流体端通常包括用于接收泵送流体的吸入阀孔、用于在高压下排放泵送流体的排放阀孔、用于接收往复运动柱塞的柱塞孔、和提供对柱塞孔的介入的介入孔，所有这些孔通常在流体腔室附近相交。不幸地是，在高压泵送操作期间，在这些相交部处出现应力集中。具体说，柱塞循环的每一次冲程导致的交替的高低压力作用在孔壁上，造成高应力集中，并在这些相交部处或附近导致疲劳失效。由此，存在对这样一种往复式泵壳体的需要：其中在由吸入阀孔、排放阀孔、柱塞孔和介入孔的相应相交部所限定的泵壳体的区域处，疲劳失效被降低。

发明内容

第一方面，提供了一种往复式泵壳体，其包括沿第一中线设置的吸入阀孔和排放阀孔，沿第二中线设置的柱塞孔和介入孔。第二中线基本上垂直于第一中线。泵壳体还包括在柱塞孔和吸入阀孔的相交部与介入孔和排放阀孔的相交部之间延伸的第一环形过渡区域。第一环形过渡区域包括沿其长度的弯曲部分（curvature），以并入（blend）吸入阀孔、排放阀孔、柱塞孔和介入孔之间的相交部。泵壳体还包括第二环形过渡区域，在吸入阀孔和介入孔的相交部与柱塞孔和排放阀孔的相交部之间延伸，第二环形过渡区域具有沿其长度的弯曲部分，以并入吸入阀孔、排放阀孔、柱塞孔、介入孔之间的相交部。根据一些实施例，第一和第二环形过渡区域沿第三中线相交，所述第三中线通常垂直于且延伸穿过第一和第二中线相交部。该具体构造显著减少了第一和第二环形过渡区域处的拉伸应力。

在一些实施例中，第一环形过渡区域的弯曲部分具有在第三中线和排放阀孔之间的半径，半径所述为柱塞孔的相交部处排放阀孔直径的约10%到约24%。

在其他一些实施例中，第一环形过渡区域的弯曲部分具有在第三中线和排放阀孔之间的半径，所述半径为柱塞孔的相交部处排放阀孔直径的约12%到约20%。

在另一实施例中，第一环形过渡区域的弯曲部分具有在第三中线和排放阀孔之间的半径，所述半径为柱塞孔的相交部处排放阀孔直径的约10%到约16%。

在又一实施例中，第一环形过渡区域的弯曲部分具有在第三中线和吸入阀孔之间的半径，所述半径为柱塞孔和排放孔的相交部处排放阀孔直径的约5%到约20%。

在其他一些实施例中，第一环形过渡区域的弯曲部分具有在第三中线和吸入阀孔之间的半径，所述半径为柱塞孔和排放孔的相交部处排放阀孔直径的约5%到约15%。

在又一实施例中，第一环形过渡区域的弯曲部分具有在第三中线和吸入阀孔之间的半径，所述半径为柱塞孔和排放孔的相交部处排放阀孔直径的约8%到约12%。

在另一实施例中，第二环形过渡区域的弯曲部分具有在第三中线和排放阀孔之间的半径，所述半径为柱塞孔的相交部处排放阀孔直径的约10%到约24%。

在另一实施例中，第二环形过渡区域的弯曲部分具有在第三中线和排放阀孔之间的半径，所述半径为柱塞孔的相交部处排放阀孔直径的约12%到约20%。

在另一实施例中，第二环形过渡区域的弯曲部分具有在第三中线和排放阀孔之间的半径，所述半径为柱塞孔的相交部处排放阀孔直径的约10%到约16%。

在其他一些实施例中，第二环形过渡区域的弯曲部分具有在第三中线和吸入阀孔之间的半径，所述半径为柱塞孔和排放孔的相交部处排放阀孔直径的约5%到约20%。

在又一实施例中，第二环形过渡区域的弯曲部分具有在第三中线和吸入阀孔之间的半径，所述半径为柱塞孔和排放孔的相交部处排放阀孔直径的约5%到约15%。

在又一实施例中，第二环形过渡区域的弯曲部分具有在第三中线和吸入阀孔之间的半径，所述半径为柱塞孔和排放孔的相交部处排放阀孔直径的约8%到约12%。

在其他一些实施例中，吸入阀孔在与柱塞孔的相交部处的直径大于排放阀孔在与柱塞孔的相交部处的直径。

在另一实施例中，吸入阀孔在与柱塞孔的相交部处的直径与排放阀孔在与柱塞孔的相交部处的直径不同

在另一实施例中，排放阀孔包括与柱塞孔直径的直径不同的直径。

在又一实施例中，第一环形过渡区域的弯曲部分包括第一顶点，且第二环形过渡区域的弯曲部分包括第二顶点。柱塞孔和吸入阀孔的相交部处的第一顶点与第二顶点垂直地间隔开一距离，从而相对于第一中线以四十五度角度延伸穿过第一顶点的切线和相对于第一中线以四十五度角度延伸穿过第二顶点的切线在第一中线上的单个点处相交，所述单个点在第一中线上的距离为排放阀孔和柱塞孔的相交部处的排放阀孔半径的约两倍。

第二方面，提供了一种往复式泵壳体，包括具有进入阀的吸入阀孔以控制通过吸入总管进入流体腔室的流体流动，和具有排放阀的排放阀孔以控制从流体腔室通过排放端口的流体。壳体进一步包括用于接收往复运动进出流体腔室的柱塞的柱塞孔、和用于提供对柱塞孔的介入的介入孔。还包括：第一环形过渡区域，在柱塞孔和吸入阀孔的相交部与介入孔和排放阀孔的相交部之间延伸，第一环形过渡区域具有沿其长度的弯曲部分；和第二环形过渡区域，在吸入阀孔和介入孔的相交部与柱塞孔和排放阀孔的相交部之间延伸，第二环形过渡区域具有沿其长度的弯曲部分。在公开的实施例，每一个相交部的位置限定弯曲表面，由此在所有相交部处减少拉伸应力。

在一些实施例中，第一和第二环形过渡区域形成大致球形的流体腔室。

在一些实施例中，第一和第二环形过渡区域沿一中线相交，该中线大致垂直于吸入阀孔中线和柱塞孔中线相交部。

在一些实施例中，第一环形过渡区域的弯曲部分具有在第三中线和排放阀孔之间的半径，所述半径为柱塞孔的相交部处排放阀孔直径的约10%到约24%。

在第三方面，提供了一种制造往复式泵壳体的方法，包括沿第一中线形成吸入阀孔和排放阀孔，和沿基本上垂直于第一中线的第二中线形成柱塞孔和介入孔。方法进一步包括形成第一环形过渡区域，其在柱塞孔和吸入孔的相交部与介入孔和排放阀孔的相交部之间延伸。第一环形过渡区域形成为具有沿其长度的弯曲部分，以并入吸入孔、排放阀孔、柱塞孔和介入孔之间的相交部。方法还包括形成在吸入阀孔和介入孔的相交部与柱塞孔和排放阀孔的相交部之间延伸的第二环形过渡区域。第二环形过渡区域形成为具有沿其长度的弯曲部分，以并入吸入孔、排放阀孔、柱塞孔和介入孔之间的相交部。第一和第二环形过渡区域还形成为沿第三中线相交，所述第三中线大致垂直于第一和第二中线的相交部，以减少泵壳体上的拉伸应力。

在一些实施例中，方法进一步包括形成第一环形过渡区域的弯曲部分，其具有在第三中线和排放阀孔之间的半径，所述半径为柱塞孔的相交部处排放阀孔直径的约10%到约24%。

在一些实施例中，方法进一步包括形成第一环形过渡区域的弯曲部分，其具有在第三中线和排放阀孔之间的半径，所述半径为柱塞孔的相交部处排放阀孔直径的约12%到约20%。

在其他一些实施例中，方法进一步包括形成第一环形过渡区域的弯曲部分，其具有在第三中线和排放阀孔之间的半径，所述半径为柱塞孔的相交部处排放阀孔直径的约10%到约16%。

在又一实施例中，方法进一步包括形成第一环形过渡区域的弯曲部分，其具有在第三中线和吸入阀孔之间的半径，所述半径为柱塞孔和排放孔的相交部处排放阀孔直径的约5%到约20%。

在又一实施例中，方法进一步包括形成第一环形过渡区域的弯曲部分，其具有在第三中线和吸入阀孔之间的半径，所述半径为柱塞孔和排放孔的相交部处排放阀孔直径的约5%到约15%。

在其他一些实施例中，方法进一步包括形成第一环形过渡区域的弯曲部分，其具有在第三中线和吸入阀孔之间的半径，所述半径为柱塞孔和排放孔的相交部处排放阀孔直径的约8%到约12%。

在又一实施例中，方法进一步包括形成第二环形过渡区域的弯曲部分，其具有在第三中线和排放阀孔之间的半径，所述半径为柱塞孔的相交部处排放阀孔直径的约10%到约24%。

在又一实施例中，方法进一步包括形成第二环形过渡区域的弯曲部分，其具有在第三中线和排放阀孔之间的半径，所述半径为柱塞孔的相交部处排放阀孔直径的约12%到约20%。

在又一实施例中，方法进一步包括形成第二环形过渡区域的弯曲部分，其具有在第三中线和排放阀孔之间的半径，所述半径为柱塞孔的相交部处排放阀孔直径的约10%到约16%。

在又一实施例中，方法进一步包括形成第二环形过渡区域的弯曲部分，其具有在第三中线和吸入阀孔之间的半径，所述半径为柱塞孔和排放孔的相交部处排放阀孔直径的约5%到约20%。

在又一实施例中，方法进一步包括形成第二环形过渡区域的弯曲部分，其具有在第三中线和吸入阀孔之间的半径，所述半径为柱塞孔和排放孔的相交部处排放阀孔直径的约5%到约15%。

在又一实施例中，方法进一步包括形成第二环形过渡区域的弯曲部分，其具有在第三中线和吸入阀孔之间的半径，所述半径为柱塞孔和排放孔的相交部处排放阀孔直径的约8%到约12%。

在第四方面，提供一种往复式泵壳体，其包括沿第一中线设置的吸入阀孔和排放阀孔、和沿基本上垂直于第一中线的第二中线设置的柱塞孔和介入孔。泵壳体包括在柱塞孔和吸入孔的相交部与介入孔和排放阀孔的相交部之间延伸的第一环形过渡区域。第一环形过渡区域包括沿其长度的弯曲部分，以并入吸入阀孔、排放阀孔、柱塞孔和介入孔之间的相交部。泵壳体还包括第二环形过渡区域，其在吸入阀孔和介入孔的相交部与柱塞孔和排放阀孔的相交部之间延伸，第二环形过渡区域具有沿其长度的弯曲部分以并入吸入阀孔、排放阀孔、柱塞孔、介入孔之间的相交部。此外，第一环形过渡区域的弯曲部分包括第一顶点，且第二环形过渡区域的弯曲部分包括第二顶点，其中在柱塞孔和吸入阀孔的相交部处的第一顶点与第二顶点垂直地间隔开一距离，从而相对于第一中线以四十五度角度延伸穿过第一顶点的切线和相对于第一中线以四十五度的角度延伸穿过第二顶点的切线在第一中线上的单个点处相交，所述单个点在第一中线上的距离为排放阀孔和柱塞孔的相交部处的排放阀孔半径的约两倍。

在一些实施例中，第一和第二环形过渡区域沿第三中线相交，所述第三中线延伸穿过且通常垂直于第一和第二中线的相交部，以由此减少第一和第二环形过渡区域处的拉伸应力。

在其他一些实施例中，第一环形过渡区域的弯曲部分具有在第三中线和排放阀孔之间的半径，所述半径为柱塞孔的相交部处排放阀孔直径的约10%到约24%。

在又一实施例中，第二环形过渡区域的弯曲部分具有在第三中线和吸入阀孔之间的半径，所述半径为柱塞孔和排放孔的相交部处排放阀孔直径的约5%到约20%。

在第五方面，提供了一种制造往复式泵壳体的方法，包括形成沿第一中线的吸入阀孔和排放阀孔和形成沿第二中线的柱塞孔和介入孔，第二中线基本上垂直于第一中线。方法还包括形成第一环形过渡区域，其在柱塞孔和吸入阀孔的相交部与介入孔和排放阀孔的相交部之间延伸，第一环形过渡区域形成为具有带顶点的弯曲部分。方法进一步包括形成第二环形过渡区域，其在吸入阀孔和介入孔的相交部与柱塞孔和排放孔的相交部之间延伸，第二环形过渡区域形成为具有带顶点的弯曲部分。此外，方法包括将第一环形过渡区域的顶点定位为与第二环形过渡区域的顶点分开一距离，从而相对于第一中线以四十五度的角度延伸穿过第一环形过渡区域顶点的切线和相对于第一中线以四十五度的角度延伸穿过第二环形过渡区域顶点的切线在第一中线的单个点上相交，所述单个点在第一中线上的距离为在排放阀孔和柱塞孔的相交部处排放阀孔的半径的约两倍。

其他方面、特征和优点从下列的详细描述并接合附随的附图可以得到理解，所述附图为本发明的一部分且通过例子显示了本发明的原理。

附图说明

附随的附图有助于各种实施例的理解。

图1是截面图，部分地示意性地显示了往复式泵。

图2是图1的往复式泵的泵壳体的放大截面图。

图3是图1的往复式泵的泵壳体的透视截面图。

具体实施方式

图1为往复式泵组件10的图示，其具有经由撑杆16操作性地联接到流体部分14的曲轴壳体12，组件10有效地将流体泵送通过泵壳体20。泵壳体20包括一个或多个流体腔室22（仅显示一个），这在下文将进一步详细描述，其在几何结构上配置为使得在流体腔室22附近发生的疲劳失效被最小化和/或基本上消除。具体说，泵壳体20通常包括在吸入孔26中的吸入阀24，其将流体从吸入总管28吸入；和在排放孔32中的排放阀30，用于控制流体输出；用于承装往复运动的柱塞36的柱塞孔34；和使得或有助于介入柱塞孔34的介入孔38。这种泵壳体20被设计为使得吸入阀孔26、排放阀孔32、柱塞孔34和介入孔38大致在流体腔室22附近相交。因而，本文公开的几何构造有效减少在相应的孔相交部处的应力集中，和由此减少由于柱塞循环每一次冲程期间在流体腔室22中交替的高低压力而发生的疲劳失效。

在图1示出的实施例中，泵组件10可定位为自由立于地面上、安装到在操作位置之间拖动的拖车上、和/或例如安装到滑轨以用于在海岸操作。具体参见曲轴壳体12，曲轴50通过大齿轮（bull gear）52旋转，所述大齿轮与小齿轮54接合且被其驱动。在操作期间，功率源，例如发动机（未示出），连接到小齿轮54且让小齿轮旋转。连接杆56经由肘销60机械地将曲轴50连接到十字头58。十字头58安装在静止的十字头壳体62中，所述壳体62限制十字头58以作直线往复运动。短杆（pony rod）64连接到十字头58且其相对端部连接到柱塞36，以实现柱塞36的往复运动，如在下文进一步详细描述的。在一些实施例中，柱塞36可选地直接地联接到十字头58，以消除对短杆64的任何需要。在图1示出的实施例中，柱塞36可以是多个柱塞中的一个，例如三个或五柱塞中的一个，这取决于泵组件10的尺寸（即三缸、五缸等）。

如图1所示的，柱塞36延伸通过柱塞孔34以便在流体腔室22中接合和延伸。在操作中，阀24和30通过流体腔室22中的预定差压促动。吸入阀24促动以控制通过吸入总管28进入流体腔室22的流体流动，且排放阀30促动以控制从流体腔室22通过排放端口的流体流动。具体说，曲轴50的运动使得柱塞36往复运动或朝向和离开流体腔室22纵向运动。在柱塞36纵向运动离开腔室22时，流体腔室22内部的流体压力减小，这形成了跨吸入阀24的差压。在图1示出的实施例中，偏压构件68（例如弹簧）位于吸入阀24和阀止动件70之间。偏压构件68维持吸入阀24上的预定压力，由此将吸入阀24保持在关闭位置，直到跨吸入阀24的差压足以克服通过偏压构件68产生的力。腔室22中的压差实现阀24的促动，以允许流体从吸入总管28进入腔室22。随着柱塞36继续纵向离开流体腔室22运动，泵送的流体被抽吸在流体腔室22内，直到腔室22内部的流体和吸入总管28内部的流体压力之间的压力差足够小，以让吸入阀24运动到其关闭位置（经由偏压机构68和/或腔室22中的压力）。在柱塞36改变方向而纵向朝向流体腔室22运动时，腔室22内部的流体压力逐渐增加。随着柱塞36接近腔室22，腔室22内部的流体压力继续增加，直到跨排放阀30的差压足够大，以促动阀30（由此挤压偏压构件74）。这使得泵送流体能够经由排放端口66离开腔室22。

现在参见图2和3，流体腔室22的几何构造，特别是吸入阀孔26、排放阀孔32、柱塞孔34和介入孔38的相应相交部的几何构造显示为，在构造中显著减少拉伸且由此减少在这些相交部处经常发生的疲劳失效。简要地说，泵壳体20包括沿中线或轴线80对准的吸入阀孔26和排放阀孔32、和沿第二中线或轴线82对准的柱塞孔34和介入孔38。尽管图2和3其为剖面图且仅显示了每一个孔26、32、34和38的一半，但是孔的另一半与之径向对称。由此，在中线80或82一侧所描述的特征是相应中线80或82另一侧上的镜像，除非以其他方式说明。如图2和3所示的实施例可见，第二中线82基本上垂直于第一中线80；然而，在其他实施例中第二中线82可以以不同的相对角度定位。第一环形过渡区域84形成为在柱塞孔34和吸入阀孔26的相交部86与介入孔38和排放阀孔32的相交部88之间、在流体腔室22周围延伸。如图2和3所示，第一环形过渡区域84限定沿其大致圆形的或拱形的弯曲部分，以并入相交部86和88，以由此减少流体腔室22壁上的拉伸应力。除了第一环形过渡区域84，泵壳体20还包括第二环形过渡区域90，其在吸入阀孔26和介入孔38的相交部92与柱塞孔34和排放阀孔32的相交部94之间、在流体腔室周围延伸。在图2和3所示的实施例中，第二环形过渡区域90还沿其长度限定大致圆形的或拱形弯曲部分，以并入相交部92和94，以由此减少流体腔室22上的拉伸应力。参见图2和3，第一和第二环形过渡区域84和90沿第三中线或轴线96相交（图3），所述中线或轴线96垂直于且延伸穿过第一和第二中线80和82的相交部。

具体参见图2和3，第一环形过渡区域84的弯曲部分优选地形成为具有在第三中线96和排放阀孔32之间的半径R1，所述半径R1为在相交部94处的排放阀孔32的直径的约10%到约24%。根据其他实施例，第一环形过渡区域84的弯曲部分具有在第三中线96和排放阀孔32之间的半径R1，该半径为在相交部94处的排放阀孔直径的约12%到约20%。根据另一实施例，在第三中线96和排放阀孔32之间的半径R1为相交部94处排放阀孔32直径的约10%到约16%。另外，第一环形过渡区域84的弯曲部分优选具有在第三中线96和吸入阀孔26之间的半径R2，所述半径R2为相交部94处排放阀孔32的直径的约5%到约20%。根据一些实施例，第一环形过渡区域84的弯曲部分优选具有在第三中线96和吸入阀孔26之间的半径R2，所述半径R2为相交部94处排放阀孔32的直径的约5%到约15%。根据另一实施例，在第三中线96和吸入阀孔26之间的半径R2为相交部94处排放阀孔32直径的约8%到约12%。

类似地，第二环形过渡区域90的弯曲部分优选地形成为具有在第三中线96和排放阀孔32之间的半径R1，所述半径R1为在相交部94处的排放阀孔32的直径的约10%到约24%。根据其他实施例，第二环形过渡区域90的弯曲部分具有在第三中线96和排放阀孔32之间的半径R1，该半径为在相交部94处的排放阀孔直径的约12%到约20%。根据另一实施例，在第三中线96和排放阀孔32之间的半径R1为相交部94处排放阀孔32直径的约10%到约16%。另外，第二环形过渡区域90的弯曲部分优选具有在第三中线96和吸入阀孔26之间的半径R2，所述半径R2为相交部94处排放阀孔32的直径的约5%到约20%。根据一些实施例，第二环形过渡区域90的弯曲部分优选具有在第三中线96和吸入阀孔26之间的半径R2，所述半径R2为相交部94处排放阀孔32的直径的约5%到约15%。根据另一实施例，在第三中线96和吸入阀孔26之间的半径R2为相交部94处排放阀孔32直径的约8%到约12%。在本文公开的一些实施例中，第一和第二环形过渡区域84和90与具有半径R1和R1的弯曲部分一起限定和/或形成球形流体腔室22，以由此减少其中的拉伸应力。

具体参见图2，根据一些实施例，吸入阀孔26的直径从柱塞孔34下方的位置（例如在位置100）扩张到位置106，在这里吸入阀孔26遇到柱塞孔34的大致平行于轴线82的表面。在一个实施例中，吸入阀孔26的直径的扩张通过一系列复杂的曲线段形成，所述曲线段在吸入阀孔26的壁110上，其从高于入口瓶孔98的点（例如位置100）、经过具有半径R2的环形过渡区域到位置106（在这里，吸入阀孔26遇到柱塞孔34的表面）具有相对于轴线80变化的半径。在替换的实施例中，直径的扩张、和由此吸入阀孔26的壁110的弯曲部分，形成为具有从高于入口瓶孔98的位置（例如在位置100）到位置106、相对于轴线80的直线和/或单半径的曲线，以形成大致球形流体腔室。在其他替换的实施例中，吸入阀孔26直径的扩张使得，壁110形成为从高于入口瓶孔98的点（例如位置100）到位置106具有相对于轴线80的两个或更多复杂变化半径的曲线、直线或单曲线半径的组合，在位置106处吸入阀孔26遇到或并入柱塞孔34。

类似地，排放阀孔32的直径从高于相交部94的且低于出口瓶孔102的位置（例如位置104）扩张到位置112，在该处排放阀孔32在一点处遇到大致平行于轴线82的柱塞孔34的表面。在一个实施例中，排放阀孔32直径的扩张使得，排放阀孔32的壁116从高于相交部94的位置（例如位置104）经过位置112具有复杂的变化半径的曲线，所述半径包括第二环形过渡区域90的半径R1。在替换的实施例中，排放阀孔32直径的这种扩张形成排放阀孔32的壁116，其在高于相交部94的位置（例如位置104）朝向位置112相对于轴线80为直线或单半径曲线。在额外的替换的实施例中，排放阀孔32直径的这种扩张使得排放阀孔32的壁116在从高于相交部94的位置（例如位置104）到位置112是两个或更多复杂的变化半径曲线、相对于轴线80的单个曲线半径或直线的组合。根据本文公开的实施例，在相交部94处排放阀孔32的直径小于、等于或大于吸入阀孔26、柱塞孔34或介入孔38的直径。

除了限定用于每一个第一和第二过渡区域84和90的弯曲部分半径以便显著减少流体腔室22中的应力之外，流体腔室22的高度被优化，特别是过渡区域86和90之间的垂直距离被优化。具体参见图2，第二过渡区域90的弯曲部分半径R1在相交部94处包括顶点150。类似地，第一过渡区域84的弯曲部分半径R2包括顶点152。在图2示出的实施例中，相交部94处的顶点150与顶点152垂直地间隔开一距离，从而与顶点150正切的线154相对于中线82优选成四十五度的角度，且与顶点152正切的第二线156相对于中线82优选具有四十五度的角度。如所示的，切线154和156在中线82上的单个点158处相交，所述点158在中线82上的距离为排放阀孔32和柱塞孔34的相交部86处的排放阀孔32半径的约两倍，这建立了过渡区域86和94之间的距离，以显著减少流体腔室22中的应力。

额外的应力减少构造包括将孔24、32、34和38设计为具有不同的和/或变化的直径。例如，泵壳体20可构造为使得，柱塞孔34的直径不等于吸入阀孔26在相交部86下方且入口瓶孔98上方（例如在位置100处）的直径。另外和/或替换地，泵壳体20构造为使得，柱塞孔34的直径具有与排放阀孔32在相交部94上方、出口瓶孔102下方（例如在位置104）处的直径不同的长度。在另一实施例中，柱塞孔34和介入孔38的直径大于吸入阀孔26在相交部86下方的位置处（例如位置100）的直径。在另一实施例中，泵壳体20构造为使得，柱塞孔34和介入孔38每一个的直径大于排放阀孔32的直径，例如在位置104处的直径。在替换的实施例中，柱塞和介入孔34和38的直径小于吸入阀孔26在相交部86下方且进入阀瓶孔98上方（例如位置100）处的直径和相交部94上方且排放阀孔32在出口瓶孔102下方（例如位置104）处的直径中的任一个或两者。

泵组件20通过沿中线80形成吸入阀孔26和排放阀孔32、并沿第二中线82形成柱塞孔34和介入孔38而被制造，所述第二中线82基本上垂直于中线80。第一和第二过渡区域84和90通过常规的机加工技术而被机加工。第一环形过渡区域84形成为围绕流体腔室22且在相交部86和88之间延伸，且第二环形过渡区域90形成为围绕流体腔室22且在相交部92和94之间延伸。第一和第二环形过渡区域84和90两者形成沿其长度的弯曲部分，以并入吸入孔26、排放孔32、柱塞孔34和介入孔38之间的相交部，由此减少拉伸应力。进而，第一和第二环形过渡区域84和90形成为沿中线96（图3）相交（所述中线96大致垂直于且延伸穿过第一和第二中线80和82相交部），以由此减少流体腔室22上、特别是在相交部86、88、92和94处的拉伸应力。

泵组件进一步被制造为使得第一环形过渡区域84的弯曲部分包括顶点152、且第二环形过渡区域90的弯曲部分包括第二顶点150，其中在相交部94处的顶点150与顶点152垂直地间隔开一距离，从而，相对于中线82以四十五度角度延伸穿过顶点150的切线154和相对于中线82以四十五度角度延伸穿过顶点152的切线156在中线82上的单个点158处相交，所述点在中线上的距离为排放阀孔32和柱塞孔34的相交部94处的排放阀孔32半径的约两倍。

本文公开的实施例提供的优点例如是减小流体腔室22中的应力。具体说，有限元分析（FEA）已经显示，沿环形过渡区域84和90的、特别是在相交部86、88、92和/或94处的冯米斯应力（von Mises stress）与没有所述环形过渡区域84和90的实施例相比减小约25%到40%。

在一些实施例的前面描述中，出于清楚的目的给出了具体术语。然而，本说明书不是要被限制为如此选择的具体术语，且应理解，每一个具体术语包括以相似的方式实现相似技术目的的其他技术等价形式。方向术语例如“左”和“右”、“前”和“后”、“高"和“低”等出于方便而使用，以提供参考点且不应被认为是限制性术语。

在本说明书中，词语“包括”应被理解为其是开放式的，即有包含的意思，且由此不应被限制为关闭式的（其为仅具有的意思）。相应的含义对应于词语“包括”、“包含”、和“具有”。

此外，前面仅描述了本发明的一些实施例（一个或多个），且在不脱离公开实施例的范围和精神的情况下可以做出替换、修改、增加和/或改变，实施例是说明性的而不是限制性的。

进而，已经针对被认为最实用和优选的实施例描述了发明（一个或多个），应理解，本发明不应被限制为公开的实施例，而相反，应覆盖包括在本发明（一个或多个）的精神和范围内的各种修改和等价结构。还有，如上所述的各种实施例可以与其他实施例结合实施，例如一个实施例的方面可以与另一实施例的方面组合，以获得其他实施例。进一步地，每一个独立的特征或任何给定组件的部件可以构成额外的实施例。

Claims

1.一种往复式泵壳体，包括：

吸入阀孔和排放阀孔，沿第一中线设置；

柱塞孔和介入孔，沿第二中线设置，第二中线基本上垂直于第一中线；

第一环形过渡区域，在柱塞孔和吸入阀孔的相交部与介入孔和排放阀孔的相交部之间延伸，第一环形过渡区域沿其长度具有弯曲部分，以并入吸入阀孔、排放阀孔、柱塞孔、介入孔之间的相交部；

第二环形过渡区域，在吸入阀孔和介入孔的相交部与柱塞孔和排放阀孔的相交部之间延伸，第二环形过渡区域沿其长度具有弯曲部分，以并入吸入阀孔、排放阀孔、柱塞孔、介入孔之间的相交部；且

其中第一和第二环形过渡区域沿第三中线相交，所述第三中线大致垂直于且延伸穿过第一和第二中线的相交部，以由此减少第一和第二环形过渡区域处的拉伸应力；和

第一环形过渡区域弯曲部分具有在第三中线和排放阀孔之间的半径，所述半径为柱塞孔与排放阀孔的相交部处排放阀孔直径的10％到24％。

2.如权利要求1所述的泵壳体，其中第一环形过渡区域弯曲部分具有在第三中线和排放阀孔之间的半径，所述半径为柱塞孔与排放阀孔的相交部处排放阀孔直径的12％到20％。

3.如权利要求1所述的泵壳体，其中第一环形过渡区域弯曲部分具有在第三中线和排放阀孔之间的半径，所述半径为柱塞孔与排放阀孔的相交部处排放阀孔直径的10％到16％。

4.如权利要求1所述的泵壳体，其中第一环形过渡区域弯曲部分具有在第三中线和吸入阀孔之间的半径，所述半径为柱塞孔和排放阀孔的相交部处排放阀孔直径的5％到20％。

5.如权利要求1所述的泵壳体，其中第一环形过渡区域弯曲部分具有在第三中线和吸入阀孔之间的半径，所述半径为柱塞孔和排放阀孔的相交部处排放阀孔直径的5％到15％。

6.如权利要求1所述的泵壳体，其中第一环形过渡区域弯曲部分具有在第三中线和吸入阀孔之间的半径，所述半径为柱塞孔和排放阀孔的相交部处排放阀孔直径的8％到12％。

7.如权利要求1所述的泵壳体，其中第二环形过渡区域弯曲部分具有在第三中线和排放阀孔之间的半径，所述半径为柱塞孔与排放阀孔的相交部处排放阀孔直径的10％到24％。

8.如权利要求1所述的泵壳体，其中第二环形过渡区域弯曲部分具有在第三中线和排放阀孔之间的半径，所述半径为柱塞孔与排放阀孔的相交部处排放阀孔直径的12％到20％。

9.如权利要求1所述的泵壳体，其中第二环形过渡区域弯曲部分具有在第三中线和排放阀孔之间的半径，所述半径为柱塞孔与排放阀孔的相交部处排放阀孔直径的10％到16％。

10.如权利要求1所述的泵壳体，其中第二环形过渡区域弯曲部分具有在第三中线和吸入阀孔之间的半径，所述半径为柱塞孔和排放阀孔的相交部处排放阀孔直径的5％到20％。

11.如权利要求1所述的泵壳体，其中第二环形过渡区域弯曲部分具有在第三中线和吸入阀孔之间的半径，所述半径为柱塞孔和排放阀孔的相交部处排放阀孔直径的5％到15％。

12.如权利要求1所述的泵壳体，其中第二环形过渡区域弯曲部分具有在第三中线和吸入阀孔之间的半径，所述半径为柱塞孔和排放阀孔的相交部处排放阀孔直径的8％到12％。

13.如权利要求1所述的泵壳体，其中第一环形过渡区域的弯曲部分包括第一顶点且第二环形过渡区域的弯曲部分包括第二顶点，其中在柱塞孔和吸入阀孔的相交部处的第一顶点与第二顶点垂直地间隔开一距离，从而相对于第一中线以四十五度角度延伸穿过第一顶点的切线和相对于第一中线以四十五度角度延伸穿过第二顶点的切线在单个点处相交，其中所述单个点距第一中线的距离为排放阀孔和柱塞孔的相交部处排放阀孔的半径的两倍。

14.一种往复式泵壳体，包括：

吸入阀孔和排放阀孔，沿第一中线设置；

柱塞孔和介入孔，沿第二中线设置，第二中线基本垂直于第一中线；

第一环形过渡区域，在柱塞孔和吸入阀孔的相交部与介入孔和排放阀孔的相交部之间延伸，第一环形过渡区域具有沿其长度的弯曲部分，以并入吸入阀孔、排放阀孔、柱塞孔、介入孔之间的相交部；

第二环形过渡区域，在吸入阀孔和介入孔的相交部与柱塞孔和排放阀孔的相交部之间延伸，第二环形过渡区域具有沿其长度的弯曲部分，以并入吸入阀孔、排放阀孔、柱塞孔、介入孔之间的相交部；

第一和第二环形过渡区域沿第三中线相交，所述第三中线大致垂直于且延伸穿过第一和第二中线的相交部，以由此减少第一和第二环形过渡区域处的拉伸应力；和

第一环形过渡区域的弯曲部分具有在第三中线和吸入阀孔之间的半径，所述半径为柱塞孔和排放阀孔的相交部处排放阀孔直径的5％到20％。

15.如权利要求14所述的泵壳体，其中第一环形过渡区域弯曲部分具有在第三中线和排放阀孔之间的半径，所述半径为柱塞孔与排放阀孔的相交部处排放阀孔直径的12％到20％。

16.如权利要求14所述的泵壳体，其中第一环形过渡区域弯曲部分具有在第三中线和排放阀孔之间的半径，所述半径为柱塞孔与排放阀孔的相交部处排放阀孔直径的10％到16％。

17.如权利要求14所述的泵壳体，其中第一环形过渡区域弯曲部分具有在第三中线和吸入阀孔之间的半径，所述半径为柱塞孔和排放阀孔的相交部处排放阀孔直径的5％到15％。

18.如权利要求14所述的泵壳体，其中第一环形过渡区域弯曲部分具有在第三中线和吸入阀孔之间的半径，所述半径为柱塞孔和排放阀孔的相交部处排放阀孔直径的8％到12％。

19.如权利要求14所述的泵壳体，其中第二环形过渡区域弯曲部分具有在第三中线和排放阀孔之间的半径，所述半径为柱塞孔与排放阀孔的相交部处排放阀孔直径的10％到24％。

20.如权利要求14所述的泵壳体，其中第二环形过渡区域弯曲部分具有在第三中线和排放阀孔之间的半径，所述半径为柱塞孔与排放阀孔的相交部处排放阀孔直径的12％到20％。

21.如权利要求14所述的泵壳体，其中第二环形过渡区域弯曲部分具有在第三中线和排放阀孔之间的半径，所述半径为柱塞孔与排放阀孔的相交部处排放阀孔直径的10％到16％。

22.如权利要求14所述的泵壳体，其中第二环形过渡区域弯曲部分具有在第三中线和吸入阀孔之间的半径，所述半径为柱塞孔和排放阀孔的相交部处排放阀孔直径的5％到20％。

23.如权利要求14所述的泵壳体，其中第二环形过渡区域弯曲部分具有在第三中线和吸入阀孔之间的半径，所述半径为柱塞孔和排放阀孔的相交部处排放阀孔直径的5％到15％。

24.如权利要求14所述的泵壳体，其中第二环形过渡区域弯曲部分具有在第三中线和吸入阀孔之间的半径，所述半径为柱塞孔和排放阀孔的相交部处排放阀孔直径的8％到12％。

25.一种制造往复式泵壳体的方法，包括：

沿第一中线形成吸入阀孔和排放阀孔；

沿第二中线形成柱塞孔和介入孔，第二中线基本上垂直于第一中线；

形成在柱塞孔和吸入阀孔的相交部与介入孔和排放阀孔的相交部之间延伸的第一环形过渡区域，第一环形过渡区域形成为具有沿其长度的弯曲部分以并入吸入阀孔、排放阀孔、柱塞孔、介入孔之间的相交部；

形成在吸入阀孔和介入孔的相交部与柱塞孔和排放阀孔的相交部之间延伸的第二环形过渡区域，第二环形过渡区域形成为具有沿其长度的弯曲部分以并入吸入阀孔、排放阀孔、柱塞孔、介入孔之间的相交部；且

其中第一和第二环形过渡区域形成为沿第三中线相交，所述第三中线大致垂直于第一和第二中线的相交部，以由此减少泵壳体上的拉伸应力；和

形成第一环形过渡区域弯曲部分，其具有在第三中线和吸入阀孔之间的半径，所述半径为柱塞孔和排放阀孔的相交部处排放阀孔直径的5％到20％。

26.如权利要求25所述的方法，进一步包括形成第一环形过渡区域弯曲部分，其具有在第三中线和排放阀孔之间的半径，所述半径为柱塞孔与排放阀孔的相交部处排放阀孔直径的10％到24％。

27.如权利要求25所述的方法，进一步包括形成第一环形过渡区域弯曲部分，其具有在第三中线和排放阀孔之间的半径，所述半径为柱塞孔与排放阀孔的相交部处排放阀孔直径的12％到20％。

28.如权利要求25所述的方法，进一步包括形成第一环形过渡区域弯曲部分，其具有在第三中线和吸入阀孔之间的半径，所述半径为柱塞孔和排放阀孔的相交部处排放阀孔直径的8％到12％。

29.如权利要求25所述的方法，进一步包括形成第二环形过渡区域弯曲部分，其具有在第三中线和排放阀孔之间的半径，所述半径为柱塞孔与排放阀孔的相交部处排放阀孔直径的10％到24％。

30.如权利要求25所述的方法，进一步包括形成第二环形过渡区域弯曲部分，其具有在第三中线和排放阀孔之间的半径，所述半径为柱塞孔与排放阀孔的相交部处排放阀孔直径的12％到20％。

31.如权利要求25所述的方法，进一步包括形成第二环形过渡区域弯曲部分，其具有在第三中线和吸入阀孔之间的半径，所述半径为柱塞孔和排放阀孔的相交部处排放阀孔直径的5％到20％。

32.如权利要求25所述的方法，进一步包括形成第二环形过渡区域弯曲部分，其具有在第三中线和吸入阀孔之间的半径，所述半径为柱塞孔和排放阀孔的相交部处排放阀孔直径的8％到12％。

33.一种往复式泵壳体，包括：

吸入阀孔和排放阀孔，沿第一中线设置；

第二环形过渡区域，在吸入阀孔和介入孔的相交部与柱塞孔和排放阀孔的相交部之间延伸，第二环形过渡区域具有沿其长度的弯曲部分，以并入吸入阀孔、排放阀孔、柱塞孔、介入孔之间的相交部；且

其中，第一环形过渡区域的弯曲部分包括第一顶点且第二环形过渡区域的弯曲部分包括第二顶点，其中在柱塞孔和吸入阀孔的相交部处的第一顶点与第二顶点垂直地间隔开一距离，从而相对于第一中线以四十五度的角度延伸穿过第一顶点的切线和相对于第一中线以四十五度的角度延伸穿过第二顶点的切线在单个点处相交，所述单个点距第一中线的距离为排放阀孔和柱塞孔的相交部处的排放阀孔半径的两倍；

其中第一和第二环形过渡区域沿第三中线相交，所述第三中线大致垂直于第一和第二中线的相交部，以由此减少第一和第二环形过渡区域处的拉伸应力；和

其中第二环形过渡区域弯曲部分具有在第三中线和排放阀孔之间的半径，所述半径为柱塞孔与排放阀孔的相交部处排放阀孔直径的10％到24％。

34.如权利要求33所述的泵壳体，其中第一环形过渡区域弯曲部分具有在第三中线和排放阀孔之间的半径，所述半径为柱塞孔与排放阀孔的相交部处排放阀孔直径的10％到24％。

35.如权利要求33所述的泵壳体，其中第二环形过渡区域弯曲部分具有在第三中线和吸入阀孔之间的半径，所述半径为柱塞孔和排放阀孔的相交部处排放阀孔直径的5％到20％。