CN104500359B - 一种五缸柱塞泵液力端总成 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种五缸柱塞泵液力端总成，包括液力端总成阀箱，液力端总成阀箱内设有排出阀组件；所述排出阀组件包括球阀座，球阀座的上端螺纹连接球阀座压帽，球阀座压帽固定在排出压盖的下侧，球阀座内设有阀环和聚合球，聚合球设于阀环上侧，聚合球的上侧设有导向杆，球阀座压帽套在导向杆外，导向杆与球阀座压帽之间设有压缩弹簧，球阀座、导向杆、球阀座压帽、排出压盖和排出压帽设有流体通道，阀环的上侧和聚合球的下侧可相互紧密配合进而阻断球阀座内的流体通道。本发明使用寿命大大提高，实现现场更换拆装快捷方便、结构简单合理，降低工人劳动强度，提高生产效率的目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种五缸柱塞泵液力端总成，属于油气田增产以及页岩气、页岩油、煤层气等非常规油气资源开采压裂核心技术领域。
背景技术
近年来，随着油田压裂工艺的发展，配套酸化压裂设备中需要高压力、大排量、性能可靠、操作方便、工作平稳、结构紧凑合理、寿命长的柱塞泵，从而满足油田压裂作业需求。大功率的五缸柱塞泵液力端总成越来越成为压裂作业的发展趋势。国外很早就开始对1866kW五缸柱塞泵进行研究，目前SPM公司开发的QWS2500LW五缸柱塞泵、GardnerDenver公司开发的C-2500、GD2500系列五缸柱塞泵已投入使用。而国内在此领域的开发仍然是一片空白。鉴于此，上海清河研发的五缸柱塞泵液力端总成，该泵结构紧凑、操作灵活、耐腐蚀、抗磨损性强、使用寿命长。因此可大大降低工人的劳动强度，显著提高压裂作业质量和效率，有效促进油田设备的技术进步。五缸柱塞泵液力端总成开发研制必将逐渐取代大功率大排量三缸柱塞泵液力端总成的垄断地位，成为油田压裂作业设备的新一代替代产品。
如图1a-1c所示，传统的五缸柱塞泵液力端总成1，包括五缸柱塞泵液力端总成阀箱2，液力端总成阀箱内设有相互连通的位于上侧的排出高压腔体1-1及位于下侧的吸入低压腔体1-2，排出高压腔体1-1、吸入低压腔体1-2的底部均设有锥孔，排出高压腔体1-1顶部设有排出压盖6，排出压盖6上设有排出压帽7，吸入低压腔体1-2的一侧设有吸入压盖9，吸入压盖9的外侧设有吸入压帽10，所述排出高压腔体1-1内设有排出阀组件一，吸入低压腔1-2体内设有吸入阀组件二；所述排出阀组件一包括设于排出高压腔体1-1底部锥孔内的凡尔阀座3，凡尔阀座3上设有凡尔阀体4，凡尔阀体4与排出压盖6凸台外之间设有锥形压缩弹簧5；所述吸入阀组件二，包括设于吸入低压腔体1-2底部锥孔内的凡尔阀座3，凡尔阀座3上设有凡尔阀体4，凡尔阀体4与弹簧支架8凸台外之间设有锥体压缩弹簧5，手持一端弹簧支架8从吸入压盖端内孔以向下倾斜适当角度， 使弹簧支架8一端的小凸台阶对准锥体压缩弹簧5内圈套中，用手握住弹簧支架一端倾斜施力迅捷向内推并向下压到一定位置时，在锥体压缩弹簧5弹性作用力的作用下使弹簧支架8的锥度部分与阀箱液腔内锥壁面相吻合，吸入压盖9一端的凸圆台阶插入弹簧支架8的定位孔内，限制约束弹簧支架在工作时产生偏移。吸入压盖9设于液力端总成阀箱2吸入端内台阶密封孔内，其起到密封和定位作用，吸入压帽10设于吸入压盖9一端的外表面，其起到压紧吸入压盖9的作用。
传统五缸柱塞泵液力端总成构造及现场使用存在以下问题：
(1)传统五缸柱塞泵液力端总成结构复杂，生产制造成本高，凡尔球阀座、凡尔阀体使用寿命短，而装配比较麻烦，拆装、更换易损件不方便，直接影响到用户的生产效益；
(2)传统五缸柱塞泵液力端总成中的易损件(凡尔球阀座、凡尔阀体)在非常规压裂(页岩气)7500-17500PSI作业条下使用寿命普遍偏短，其寿命均在油井压裂一段至二段时却报废需要及时拆装更换，频繁的拆装更换，增加工人劳动强度，也提高了采购成本和库存量。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种能够结构紧凑、操作灵活，易损件耐腐蚀、抗磨损性强、使用寿命长的五缸柱塞泵液力端总成结构。
为了解决上述问题，本发明提供了一种五缸柱塞泵液力端总成，包括液力端总成阀箱，液力端总成阀箱内设有相互连通的位于上侧的排出高压腔体及位于下侧的吸入低压腔体，液力端总成阀箱内设有流体介质，排出高压腔体、吸入低压腔体的底部均设有锥孔，液力端总成阀箱的上侧设有排出密封孔，排出密封孔中设有排出压盖和设于排出压盖上侧的排出压帽，液力端总成阀箱的左侧设有吸入密封孔，吸入密封孔中设有吸入压盖和设于吸入压盖外侧的吸入压帽，所述排出高压腔体内设有排出阀组件，吸入低压腔体内设有吸入阀组件；其特征在于，所述排出阀组件包括设于排出高压腔体底部的锥孔内的第一球阀座，第一球阀座的上端螺纹连接第一球阀座压帽，第一球阀座压帽固定在排出压盖的下侧，第一球阀座内设有第一阀环和第一聚合球，第一聚合球设于第一阀环上侧，第一聚合球的上侧设有第一导向杆，第一球阀座压帽套在第一导向杆外，第一导向杆与第一球阀座压帽之间设有第一压缩弹簧，第一阀环的上侧和第一聚合球的下侧可相互 紧密配合形成密封结构；所述的吸入阀组件包括设于吸入低压腔体底部锥孔内的第二球阀座，第二球阀座的上端螺纹连接第二球阀座压帽，第二球阀座内设有第二阀环和第二聚合球，第二聚合球设于第二阀环上侧，第二聚合球的上侧设有第二导向杆，第二球阀座压帽套在第二导向杆外，第二导向杆与第二球阀座压帽之间设有第二压缩弹簧，第二阀环的上侧和第二聚合球的下侧可相互紧密配合形成密封结构，球阀座压帽的顶端通过限位支架与吸入压盖连接。
优选地，所述的第一球阀座包括球阀座本体，球阀座本体的中部设有流体通道，球阀座本体内设有第一阀环，所述的第一阀环包括阀环本体，阀环本体的中部设有流体通道，阀环本体的上侧形成有阀环密封锥面，所述的阀环密封锥面和第一聚合球的下侧可相互紧密配合形成线性密封结构，第一球阀座的上端设有内螺纹，第一球阀座通过所述的内螺纹与第一球阀座压帽配合形成封闭式球笼。
优选地，所述的第二球阀座包括球阀座本体，球阀座本体的中部设有流体通道，球阀座本体内设有第二阀环，所述的第二阀环包括阀环本体，阀环本体的中部设有流体通道，阀环本体的上侧形成有阀环密封锥面，所述的阀环密封锥面和第二聚合球的下侧可相互紧密配合形成线性密封结构，第二球阀座的上端设有内螺纹，第二球阀座通过所述的内螺纹与第二球阀座压帽配合形成封闭式球笼。
优选地，所述的第一聚合球和第二聚合球皆包括聚合球主体以及设于聚合球主体中的芯部钢球。
优选地，所述的第一球阀座压帽和第二球阀座压帽皆包括阀座压帽主体，所述的阀座压帽主体内设有压帽内腔。
优选地，所述的第一导向杆和第二导向杆皆包括导向直柄，所述的导向直柄的下端连接扶正弹簧座主体，扶正弹簧座主体内设有导向杆凹腔，第一导向杆和第二导向杆的导向杆凹腔可分别与第一聚合球和第二聚合球的上侧配合。
优选地，所述的限位支架包括中心为限位孔的环形主体，限位孔与第二导向杆的顶端之间有间隙配合；环形主体连接支撑部的一端，支撑部的另一端设有螺纹连接固定部，所述的吸入压盖的内侧设有内螺纹定位孔，所述的螺纹连接固定部与内螺纹定位孔相连接。
更优选地，所述的内螺纹定位孔设于吸入压盖的中心线上。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明液力端总成阀箱配件设计优化处理吸入压盖定内螺纹定位孔设计在中心线位置上，与限位支架构的优化设计相配合，去除原来传统的凡尔阀体、凡尔座结构，创新设计采用球阀座封闭式球笼主体及聚合球相配合替代凡尔阀体、凡尔座结构，使液力端总成阀箱及易损配件整体(耐冲刷、抗腐蚀、耐磨损、持久耐用)使用寿命大大提高，实现现场更换拆装快捷方便、结构简单合理，降低工人劳动强度，提高生产效率的目的。
附图说明
图1a为传统液力端总成的主视图；
图1b为传统液力端总成的右视图；
图1c为图1中A-A剖视图；
图2a为本发明五缸柱塞泵液力端总成的主视图；
图2b为五缸柱塞泵液力端总成的右视图；
图2c为图2a中A-A剖视图；
图3为球阀座的结构示意图；
图4为图3中B-B面的剖视图；
图5为阀环的结构示意图；
图6为图5中C-C面的剖视图；
图7为聚合球的结构示意图；
图8为球阀座压帽的结构示意图；
图9为图8中E-E面的剖视图；
图10为导向杆的结构示意图；
图11为图10中E-E面的剖视图；
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例
如图2a-2c所示，本发明的五缸柱塞泵液力端总成，包括液力端总成阀箱2， 液力端总成阀箱2内设有相互连通的位于上侧的排出高压腔体1-1及位于下侧的吸入低压腔体1-2，液力端总成阀箱2内设有流体介质，排出高压腔体1-1、吸入低压腔体1-2的底部均设有锥孔，液力端总成阀箱2的上侧设有排出密封孔，排出密封孔中设有排出压盖15和设于排出压盖15上侧的排出压帽7，液力端总成阀箱2的左侧设有吸入密封孔，吸入密封孔中设有吸入压盖9和设于吸入压盖9外侧的吸入压帽10，所述排出高压腔体1-1内设有排出阀组件，吸入低压腔体1-2内设有吸入阀组件；所述排出阀组件包括设于排出高压腔体1-1底部的锥孔内的第一球阀座11，第一球阀座11的上端螺纹连接第一球阀座压帽14，第一球阀座压帽14固定在排出压盖15的下侧，第一球阀座11内设有第一阀环12和第一聚合球13，第一聚合球13设于第一阀环12上侧，第一聚合球13的上侧设有第一导向杆16，第一球阀座压帽14套在第一导向杆16外，第一导向杆16与第一球阀座压帽14之间设有第一压缩弹簧17，第一阀环12的上侧和第一聚合球13的下侧可相互紧密配合形成密封结构；第一阀环12的上侧和第一聚合球13的下侧之间也可形成可供流体流过的间隙；当第一阀环12的上侧和第一聚合球13的下侧相互紧密配合形成密封结构时，流体无法从吸入低压腔体1-2进入排出高压腔体1-1，当第一阀环12的上侧和第一聚合球13的下侧之间形成可供流体流过的间隙时，流体可从吸入低压腔体1-2进入排出高压腔体1-1。所述的吸入阀组件包括设于吸入低压腔体1-2底部锥孔内的第二球阀座2-11，第二球阀座2-11的上端螺纹连接第二球阀座压帽2-14，第二球阀座2-11内设有第二阀环2-12和第二聚合球2-13，第二聚合球2-13设于第二阀环2-12上侧，第二聚合球2-13的上侧设有第二导向杆2-16，第二球阀座压帽2-14套在第二导向杆2-16外，第二导向杆2-16与第二球阀座压帽2-14之间设有第二压缩弹簧2-17，第二阀环2-12的上侧和第二聚合球2-13的下侧可相互紧密配合形成密封结构，第二阀环2-12的上侧和第二聚合球2-13的下侧之间也可形成可供流体流过的间隙，当第二阀环2-12的上侧和第二聚合球2-13的下侧相互紧密配合形成密封结构时，流体无法从液力端总成阀箱2外流入吸入低压腔体1-2，当第二阀环2-12的上侧和第二聚合球2-13的下侧之间形成可供流体流过的间隙时，流体可从液力端总成阀箱2外流入吸入低压腔体1-2。球阀座压帽2-14的顶端通过限位支架18与吸入压盖9连接。第一球阀座压帽14和第二球阀座压帽2-14起压盖固定限位作用，吸入 压帽10起压紧和固定作用；限位支架18起到了限制防止高压流体介质冲刷把整套球阀座总成向上冲击托出以免造成安全事故。
如图3和图4所示，所述的第一球阀座11包括球阀座本体11-1，球阀座本体11-1的中部设有流体通道，球阀座本体11-1内设有第一阀环12，如图5和图6所示，所述的第一阀环12包括阀环本体12-1，阀环本体12-1的中部设有流体通道，阀环本体12-1的上侧形成有阀环密封锥面12-3，所述的阀环密封锥面12-3和第一聚合球13的下侧可相互紧密配合形成线性密封结构，第一球阀座11的上端设有内螺纹11-2，第一球阀座11通过所述的内螺纹11-2与第一球阀座压帽14配合形成封闭式球笼。所述的第二球阀座2-11和第一球阀座11结构相同，包括球阀座本体11-1，球阀座本体11-1的中部设有流体通道，球阀座本体11-1内设有第二阀环2-12，如图5和图6所示，所述的第二阀环2-12和第一阀环12结构相同，包括阀环本体12-1，阀环本体12-1的中部设有流体通道，阀环本体12-1的上侧形成有阀环密封锥面12-3，所述的阀环密封锥面12-3和第二聚合球2-13的下侧可相互紧密配合形成线性密封结构，第二球阀座2-11的上端设有内螺纹11-2，第二球阀座2-11通过所述的内螺纹11-2与第二球阀座压帽2-14配合形成封闭式球笼。所述的第一阀环12和第二阀环2-12的内壁设有流体导向槽12-2，球阀座本体11-1的外侧设有密封槽11-4。
如图7所示，所述的第一聚合球13和第二聚合球2-13结构相同，皆包括聚合球主体13-1以及设于聚合球主体13-1中的芯部钢球13-2。
如图8和图9所示，所述的第一球阀座压帽14和第二球阀座压帽2-14皆包括阀座压帽主体14-1，所述的阀座压帽主体14-1内设有压帽内腔14-2。
如图10和图11所示，所述的第一导向杆16和第二导向杆2-16皆包括导向直柄16-1，所述的导向直柄16-1的下端连接扶正弹簧座主体，扶正弹簧座主体内设有导向杆凹腔16-2，第一导向杆16和第二导向杆2-16的导向杆凹腔16-2可分别与第一聚合球13和第二聚合球2-13的上侧配合。
所述的限位支架18包括中心为限位孔的环形主体，限位孔与第二导向杆2-16的顶端之间有间隙配合；环形主体连接支撑部的一端，支撑部的另一端设有螺纹连接固定部，所述的吸入压盖9的内侧设有内螺纹定位孔，所述的螺纹连接固定部与内螺纹定位孔相连接。内螺纹定位孔设于吸入压盖9的中心线上。
使用时，当柱塞向液力端总成阀箱2外侧运动时，第二聚合球2-13的下侧与第二阀环2-12的上侧形成可供流体流过的间隙，液力端总成阀箱2外的流体介质可可从液力端总成阀箱2外流入吸入低压腔体1-2，此时，第一聚合球13的下侧紧密配合第一阀环12的上侧，液力端总成阀箱2内的流体介质无法从吸入低压腔体1-2进入排出高压腔体1-1，当柱塞向液力端总成阀箱2内侧运动时，第二聚合球2-13的下侧紧密配合第二阀环2-12的上侧，液力端总成阀箱2外的流体介质无法从液力端总成阀箱2外流入吸入低压腔体1-2，第一阀环12的上侧和第一聚合球13的下侧之间可供流体流过的间隙，流体可从吸入低压腔体1-2进入排出高压腔体1-1，从排出高压腔体1-1中的排出孔通道排出到液力端总成阀箱2外。当柱塞往复式工作时，在泵腔内自吸力作用及压缩弹簧作用力，驱使阀体顺畅开启或闭合；限位支架18起到了限制防止高压流体介质冲刷把整套球阀座总成向上冲击托出以免造成安全事故。
Claims (8)
1.一种五缸柱塞泵液力端总成，包括液力端总成阀箱（2），液力端总成阀箱（2）内设有相互连通的位于上侧的排出高压腔体（1-1）及位于下侧的吸入低压腔体（1-2），液力端总成阀箱（2）内设有流体介质，排出高压腔体（1-1）、吸入低压腔体（1-2）的底部均设有锥孔，液力端总成阀箱（2）的上侧设有排出密封孔，排出密封孔中设有排出压盖（15）和设于排出压盖（15）上侧的排出压帽（7），液力端总成阀箱（2）的左侧设有吸入密封孔，吸入密封孔中设有吸入压盖（9）和设于吸入压盖（9）外侧的吸入压帽（10），所述排出高压腔体（1-1）内设有排出阀组件，吸入低压腔体（1-2）内设有吸入阀组件；其特征在于，所述排出阀组件包括设于排出高压腔体（1-1）底部的锥孔内的第一球阀座（11），第一球阀座（11）的上端螺纹连接第一球阀座压帽（14），第一球阀座压帽（14）固定在排出压盖（15）的下侧，第一球阀座（11）内设有第一阀环（12）和第一聚合球（13），第一聚合球（13）设于第一阀环（12）上侧，第一聚合球（13）的上侧设有第一导向杆（16），第一球阀座压帽（14）套在第一导向杆（16）外，第一导向杆（16）与第一球阀座压帽（14）之间设有第一压缩弹簧（17），第一阀环（12）的上侧和第一聚合球（13）的下侧可相互紧密配合形成密封结构；所述的吸入阀组件包括设于吸入低压腔体（1-2）底部锥孔内的第二球阀座（2-11），第二球阀座（2-11）的上端螺纹连接第二球阀座压帽（2-14），第二球阀座（2-11）内设有第二阀环（2-12）和第二聚合球（2-13），第二聚合球（2-13）设于第二阀环（2-12）上侧，第二聚合球（2-13）的上侧设有第二导向杆（2-16），第二球阀座压帽（2-14）套在第二导向杆（2-16）外，第二导向杆（2-16）与第二球阀座压帽（2-14）之间设有第二压缩弹簧（2-17），第二阀环（2-12）的上侧和第二聚合球（2-13）的下侧可相互紧密配合形成密封结构，球阀座压帽（2-14）的顶端通过限位支架（18）与吸入压盖（9）连接；所述的第一阀环（12）和第二阀环（2-12）的内壁设有流体导向槽（12-2），球阀座本体的外侧设有密封槽（11-4）。
2.如权利要求1所述的五缸柱塞泵液力端总成，其特征在于，所述的第一球阀座（11）包括球阀座本体，球阀座本体的中部设有流体通道，球阀座本体内设有第一阀环（12），所述的第一阀环（12）包括阀环本体，阀环本体的中部设有流体通道，阀环本体的上侧形成有阀环密封锥面，所述的阀环密封锥面和第一聚合球（13）的下侧可相互紧密配合形成线性密封结构，第一球阀座（11）的上端设有内螺纹，第一球阀座（11）通过所述的内螺纹与第一球阀座压帽（14）配合形成封闭式球笼。
3.如权利要求1所述的五缸柱塞泵液力端总成，其特征在于，所述的第二球阀座（2-11）包括球阀座本体，球阀座本体的中部设有流体通道，球阀座本体内设有第二阀环（2-12），所述的第二阀环（2-12）包括阀环本体，阀环本体的中部设有流体通道，阀环本体的上侧形成有阀环密封锥面，所述的阀环密封锥面和第二聚合球（2-13）的下侧可相互紧密配合形成线性密封结构，第二球阀座（2-11）的上端设有内螺纹，第二球阀座（2-11）通过所述的内螺纹与第二球阀座压帽（2-14）配合形成封闭式球笼。
4.如权利要求1所述的五缸柱塞泵液力端总成，其特征在于，所述的第一聚合球（13）和第二聚合球（2-13）皆包括聚合球主体（13-1）以及设于聚合球主体（13-1）中的芯部钢球（13-2）。
5.如权利要求1所述的五缸柱塞泵液力端总成，其特征在于，所述的第一球阀座压帽（14）和第二球阀座压帽（2-14）皆包括阀座压帽主体（14-1），所述的阀座压帽主体（14-1）内设有压帽内腔（14-2）。
6.如权利要求1所述的五缸柱塞泵液力端总成，其特征在于，所述的第一导向杆（16）和第二导向杆（2-16）皆包括导向直柄（16-1），所述的导向直柄（16-1）的下端连接扶正弹簧座主体，扶正弹簧座主体内设有导向杆凹腔（16-2），第一导向杆（16）和第二导向杆（2-16）的导向杆凹腔（16-2）可分别与第一聚合球（13）和第二聚合球（2-13）的上侧配合。
7.如权利要求1所述的五缸柱塞泵液力端总成，其特征在于，所述的限位支架（18）包括中心为限位孔的环形主体，限位孔与第二导向杆（2-16）的顶端之间有间隙配合；环形主体连接支撑部的一端，支撑部的另一端设有螺纹连接固定部，所述的吸入压盖（9）的内侧设有内螺纹定位孔，所述的螺纹连接固定部与内螺纹定位孔相连接。
8.如权利要求7所述的五缸柱塞泵液力端总成，其特征在于，所述的内螺纹定位孔设于吸入压盖（9）的中心线上。
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