CN106574608A - 阀止动固定装置 - Google Patents

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Abstract

一种适于与往复泵(250)的横孔流体连通腔(262)对接的阀止动固定装置(220)，包括弹簧固定板(221)和大体远离弹簧固定板(221)的第一侧延伸的多个固定瓣(223)。所述多个固定瓣(223)中的每个包括具有外表面(223s)的上部分(223u)。每个外表面(223s)的形状和与阀止动固定装置(220)对接的横孔流体连通腔(262)的内表面(261)的形状与回转表面的至少一部分的形状大体相符。通过内表面(261)的形状，阀止动固定装置(220)适于固定在横孔流体连通腔(262)内部。

Description

阀止动固定装置
技术领域
本公开总的来说涉及往复柱塞式和活塞式泵，尤其涉及可使用在这类泵中的阀止动固定装置。
背景技术
柱塞泵通常包括定位在柱塞孔中的柱塞、定位在吸入孔中的吸入阀和定位在排出孔中的排出阀。在操作期间，柱塞在柱塞孔内往复运动，以交替地通过吸入阀将流体交替地吸入泵中并然后通过排出阀将流体从泵中排出。通常，阀止动固定装置用于在泵操作期间将吸入阀在吸入孔内保持就位，如果没有阀止动固定装置，吸入阀和/或其对应部件将自由地升高到柱塞路径中，从而对柱塞或泵的其它部件造成损坏。在大型柱塞泵中，例如在通常用于油田行业的柱塞泵中，阀止动固定装置通常是可移除的部件，其可独立于吸入阀安装或移除，从而允许对泵进行检查和/或维护活动。
各种构件用于将阀止动固定装置安装在往复柱塞泵的吸入孔和/或泵腔内。例如，图1-4示出了应用于现有的一些应用场合的一个说明性阀止动固定装置。图1是现有的示例性往复柱塞泵150的流体端100的局部横截面图，该横截面图沿泵流体端100的柱塞孔104和泵腔162剖取。柱塞102定位在柱塞孔104中，柱塞孔形成在泵壳体101中，柱塞102沿柱塞轴线103在柱塞孔104内往复运动。吸入阀105定位在吸入孔107中，排出阀109定位在排出孔110中。阀止动固定装置120大体定位在吸入阀105和柱塞102/柱塞孔104之间，用于将吸入阀105固定其在吸入孔107内的位置中。吸入孔107具有轴线106，排出孔110具有轴线116，在一些情况下，轴线116与轴线106同轴地对准。此外，吸入阀105沿轴线106致动，排出阀沿轴线116致动。通路塞112和螺纹盖板111定位在通路开口114中，两者都是可移除的，以提供至泵腔162内部进行检查和/或维护活动的通路。通路开口114具有与柱塞轴线103同轴地对准的开口轴线113。
在往复柱塞泵150操作期间，柱塞102沿柱塞轴线103从泵腔162中移出和/或远离泵腔162移动，从而引起泵腔162内的流体压力减小。泵腔162内的流体压力的这种减小在吸入阀105两侧形成压差，该压差在足够高时引起吸入阀105致动到其打开位置，从而允许流体从吸入阀105上游的流体入口(未示出)进入吸入口117和泵腔162中。当柱塞102继续沿柱塞轴线103远离泵腔162移动时，流体进入泵腔162，直到泵腔162和流体入口(未示出)之间的压差足够低以致吸入阀105致动到其关闭位置。柱塞102在柱塞孔104内反向运动(往复运动)之后，柱塞朝泵腔162移回和/或移回到泵腔162内，从而引起泵腔162内的流体压力增大。当柱塞102移动而更靠近泵腔162时，泵腔162内的流体压力继续增大，直到排出阀102两侧的压差足够大以致将排出阀109致动到其打开位置，允许流体离开泵腔162流到排出口127，然后从排出口流到排出阀109下游的流体出口(未示出)。
图2是阀止动固定装置120的端视图，图3是阀止动固定装置120的沿图2中的截面线“3-3”剖取的横截面图。阀止动固定装置120包括相对于吸入口117固定吸入阀弹簧108的弹簧固定板121。弹簧固定板121具有渐缩端面121t，该渐缩端面接触和接合在直径上相对的一对凸缘唇部或凸起115，该凸缘唇部或凸起沿对应的渐缩表面115t定位在吸入口117的上端处。
图4是吸入口117沿图1中所示的观察线“4-4”所观察的局部视图，描绘了阀止动固定装置120定位在吸入口117内部使得渐缩端121t接触和接合在直径上相对的凸起115的渐缩表面115t的方式。为清楚起见，泵流体端100的所有内部元件(如，柱塞102、吸入阀105、通路塞112、螺纹盖板111等等)已经从图4中移除，用虚线仅示出了阀止动固定装置120的弹簧固定板121的轮廓。在安装通路塞112和螺纹盖板111之前，阀止动固定装置120通过通路开口114被安装到泵流体端100中。如图4所示，阀止动固定装置120定向在位置“A”中，使得弹簧固定板121的渐缩端121t定位在两凸起115之间的敞口空间上方。阀止动固定装置120然后被降低到吸入口117中，吸入阀弹簧108被弹簧固定板121充分压缩，使得弹簧固定板121的渐缩端121t定向在对应凸起115的锥形表面115t的高度以下。阀止动固定装置120然后旋转到位置“B”上，使得弹簧固定板121的渐缩端121t定向在相应凸起115下方。弹簧108然后朝上偏压阀止动固定装置120，直到渐缩端121t接触和接合渐缩表面115t。
如图1和3所示，阀止动固定装置120具有附接到一端的柱或杆122，衬套123附接到杆122的上端。当阀止动固定装置120安装到图1和4所示的及上述的吸入口117中时，衬套123的中心线与开口轴线113同轴地对准，阀止动固定装置120的中心线与轴线106同轴地对准。通路塞112然后被安装到通路开口114中，使得从塞112的中心伸出的圆柱形毂112h插入同轴对准的衬套123中。这样，杆122、衬套123和毂112h共同起到防转装置的作用，从而防止弹簧固定板121在泵操作期间旋转，保证渐缩端121t保持在凸起115的渐缩表面115t下方并与之接触接合，使得吸入阀105固定在吸入孔107中。
在许多油田泵送应用中，例如在注水和/或地层压裂作业期间，通常要求往复柱塞泵输送大致70-100MPa(10-15,000psi)范围内或甚至更高的流体排出压力。由于往复泵通常的操作特性，泵的流体端承受高频循环压力负载。在一些应用于极严厉条件下的泵中，如用于上述高压油田应用的泵中，沿泵的内表面频繁产生非常高的应力强度。对于泵几何结构中结构不连续部分处或附近出现的高应力集中区域，例如相交孔的边缘等等，情况尤为如此。在图1和4所示的泵流体端100的情况下，这种高应力集中区域将包括在柱塞孔104和/或通路开口114与吸入口117的孔118的相交处形成的边缘118e以及在柱塞孔104和通路开口114与排出孔110相交处形成的边缘109e。经常出现高应力集中的其它结构不连续部分是任何内凹口、槽、凸缘唇部和/或用于支撑和/或在位置上定位泵内部元件的突起元件的拐角。例如，在图1和4所示的泵流体端100中，这样的定位包括用于将阀止动固定装置120定位和固定在吸入口117内的凸起115的拐角115c。
对于应用于极严厉条件下的往复柱塞泵，在其高压脉冲负载中固有的高幅度循环压力下，疲劳裂纹通常形成在泵流体端的上述高压集中区域中和其周围。根据这种疲劳开裂的特性和范围，通常需要将高压往复泵的流体端从使用中移除，使得疲劳裂纹可以被修理和/或更换泵。为了减小这些区域中的压力集中程度和减少泵由于修理和/或更换引起的停机时间量，一些现有的泵中在各个泵孔的相交处形成的边缘，例如泵流体端100的边缘118e和/或110e，通常通过研磨或加工而被压平，以具有倒圆或倒角构造。类似地，内凹口、槽和或突起处的拐角(例如凸起115的拐角115c)通常被倒圆和/或倒角，或者对凸起的几何结构进行调节以便使它们逐步融合到凸起所伸出的表面中。尽管这些边缘/拐角压平和/或融合方案可用于增量地减小这样的高应力集中，但是这些区域在应用于极严厉条件的往复泵所产生的循环负载和高应力强度下易出现疲劳开裂。
本公开涉及各种新方法、装置和泵元件构造，包括新颖的阀止动固定装置构造，其可用于至少缓解与现有的往复泵的高应力集中区域相关的上述问题中的至少一些。
发明内容
下面给出本公开的简化概要，以便提供在此公开的某些方面的基本理解。该概要并未详尽概述本公开，也并非旨在确定这里所公开的主题的关键或重要元件。其唯一目的是以简单的形式提供一些构思作为后面讨论的更详细描述的前序。
本公开总的来说涉及各种方法、装置和泵元件构造，它们可起到降低与往复泵的内部几何构造相关的高应力集中影响的作用。在一个说明性实施例中，公开了适于与往复泵的横孔(cross-bore)流体连通腔对接的阀止动固定装置。阀止动固定装置尤其是包括弹簧固定板和大体远离弹簧固定板的第一侧延伸的多个固定瓣。此外，所述多个固定瓣中的每个包括具有外表面的上部分，其中，每个外表面的形状和横孔流体连通腔的与阀止动固定装置对接的内表面的形状与回转表面的至少一部分的形状大体相符。此外，由于内表面的形状，所公开的阀止动固定装置适于固定在横孔流体连通腔内部。
在另一示例性实施例中，公开了一种往复泵的流体端组件，其尤其是包括泵壳体和定位在泵壳体中的横孔流体连通腔，其中，横孔流体连通腔具有内表面，该内表面的形状与由具有回转轴线的回转表面限定的边界的形状大体相符。示例性流体端组件还包括定位在泵壳体中的吸入孔、定位在吸入孔中的吸入阀、和定位在横孔流体连通腔中的阀止动固定装置，所述阀止动固定装置包括具有外表面部分的多个固定瓣。阀止动固定装置适于在定位于横孔流体连通腔内部时绕回转轴线旋转，并且适于在所述往复泵操作期间将吸入阀固定在吸入孔中。此外，每个外表面部分的形状与回转表面的边界的形状大体相符。
附图说明
可通过参照下面结合附图进行的描述来理解本公开，其中同样的参考数字表示同样的元件，在附图中：
图1是现有技术的说明性往复柱塞泵的流体端的局部横截面图；
图2是在图1的现有技术的往复柱塞泵中使用的现有技术的示例性阀止动固定装置的端视图；
图3是图2中所示的现有技术的阀止动固定装置沿截面线“3-3”剖取的横截面图；
图4是图1中所描绘的现有技术的往复柱塞泵的吸入口和现有技术的阀止动固定装置在沿图1的观察线“4-4”从上方观察时的局部视图；
图5是根据本公开的一个实施例的往复柱塞泵的示例性流体端的等轴测视图；
图6是图5中所描绘的示例性泵流体端的一个柱塞部分在沿图5的截面线“6-6”观察时的横截面图；
图7是图6中所描绘的横孔流体连通腔的特写横截面图；
图8是图5中所描绘的说明性泵流体端的每个横孔流体连通腔在沿图5的截面线“8-8”观察时的横截面图；
图9是根据在此公开的一个示例性实施例的图6-8中所示的横孔几何结构的示意图；
图10是在各个泵元件已经至少安装在泵的中央柱塞部分中之后的图6中所描绘的泵流体端的横截面图；
图11是在各个泵元件已经安装在泵的中央柱塞部分中之后的图8中所描绘的泵流体端的横截面图；
图11A是横孔流体连通腔的内表面和阀止动固定装置的外表面之间的对接的特写详细视图；
图12是根据本公开的一个说明性实施例的示例性阀止动固定装置的等轴视图；
图13是图12中所示的说明性阀止动固定装置的俯视图；
图14是图12中所描绘的阀止动固定装置的侧视图；
图15是图12中所示的阀止动固定装置的仰视图；
图16是图12的阀止动固定装置的端视图；
图17是图12中所描绘的阀止动固定装置在沿图16的截面线“17-17”观察时的横截面图；和
图18-22是图5中所描绘的说明性泵流体端的中央柱塞部分的各个横截面等轴视图，示出了根据在此公开的一个说明性实施例的可以用于将本公开的示例性阀止动固定装置安装到泵流体端中的各个步骤。
尽管在此公开的主题易于进行各种改进和采用各种替代形式，但是其具体实施例已经在附图中通过举例示出并且在此进行了详细描述。但是，应该理解，在此对具体实施例的描述并非旨在将本发明限制于所公开的特定形式，相反地，旨在覆盖落入本发明的精神和范围内的所有改进、等同和替换。
具体实施方式
本主题的各个说明性实施例在下面予以描述。为清楚起见，不是实际实施方式的所有特征都在本说明书中予以描述。当然，应当意识到，在形成任何这样的实际实施例的过程中，必须进行许多专用于实施方式的决定，以实现开发人员的特定目的，例如，遵从系统相关和商业相关的限制条件，这些限制条件根据实施方式的不同而不同。此外，应当意识到，这样的开发努力可能是复杂且耗时的，但对于受益于本公开的那些本领域普通技术人员来说，仍然是常规任务。
现在将参照附图描述本主题。附图中示意性地描绘了各种系统、结构和装置，目的仅用于解释，以及不使本公开与对本领域技术人员而言公知的细节混淆。尽管如此，所包含的附图描述和解释了本公开的说明性示例。在此使用的词语和短语应理解和解释为其含义与相关领域的技术人员对这些词语和短语的理解相一致。没有对术语或短语进行专门定义(即，没有做出与本领域技术人员所理解的普通和常规含义不同的定义)，这意图是暗含在此的术语或短语与惯常用法一致。如果某术语或短语意图具有特定含义，即，具有与技术专家所理解的不同的含义，则在说明书中将以直接地、毫无疑义地提供该术语或短语的特定定义的定义方式专门明确地对这样的特定定义进行阐述。
在下面的详细描述中，阐述了各种细节，以便透彻地理解在此公开的各种示例性实施例。但是，本领域技术人员将清楚的是，在没有这些这样的各种公开细节中的一些或全部的情况下，可以实践由所附的权利要求所限定的本发明的一些说明性实施例。此外，本领域公知的特征和/或工艺并未予以全面详细地描述，以免不必要地使所公开的主题含糊不清。此外，同样或相同的参考数字可用于表示共同或同样的元件。
图5是等轴视图，示出了往复柱塞泵250的示例性实施例的流体端组件200。如图5所示，泵流体端200可包括具有多个安装凸缘233的泵壳体201，这些安装凸缘用于将泵流体端200安装到用于驱动泵250的对应动力端(未示出)上。在一些实施例中，泵流体端200可包括多个柱塞部分270a、270b、270c，尽管图5中示出了三个柱塞部分，但是柱塞部分的总数量可根据往复泵250的总体设计参数而改变，例如从1个柱塞部分至5个柱塞部分或甚至更多个柱塞部分。
图6是泵流体端200的一个柱塞部分(即，中央柱塞部分270b)在沿图5的截面线“6-6”观察时的横截面图。图7是图6中所示的横孔流体连通腔262的特写视图，示出了横孔流体连通腔262的进一步的细节。在一些实施例中，每个柱塞部分270a-270c(以及图5中所示的除这三个柱塞部分以外的其它任何柱塞部分)可以以基本类似的型式配置。因此，应该理解，下面阐述的对柱塞部分270b的任何描述类似地适用于在此公开的任何往复柱塞泵250中所包括的其它任何柱塞部分。此外，图8是泵流体端200的每个横孔流体连通腔262在沿图5的观察线“9-9”观察时的横截面图。为清楚起见，泵流体端200的各个内部元件在图5-8中未示出，而是在图10和11中示出，下面将进一步详细地予以描述。
一般来说，在往复柱塞泵205的操作期间，横孔流体连通腔262适于接收通过吸入孔207流入柱塞部分270b中的流体流以及适于将该流体流排出到排出孔210中。如图6-8所示，柱塞泵270b(以及泵流体端200的类似的其它任何柱塞部分)可包括在横孔流体连通腔262处相交的多个孔。例如，在一些实施例中，柱塞部分270b可包括与横孔流体连通腔262相交的柱塞孔204，边缘204e形成在相交处。此外，柱塞孔204可沿柱塞轴线203穿过泵流体端200的壳体201，并且适于接收往复柱塞202(未示出；参见图10和11)。如图6和7所示，柱塞孔204可以在横孔流体连通腔262和与柱塞轴线203同轴地对准的埋头孔219之间延伸。在一些实施例中，埋头孔219可以适于接收填料箱232(未示出)，如下面将结合图10进一步描述的那样。
如前所提到，柱塞部分270b还可包括适于容纳排出阀209(未示出；参见图10和11)的排出孔210，该排出孔与横孔流体连通腔262相交并形成边缘210e。如图6和8所示，排出孔210穿过泵壳体201，并且可定位在横孔流体连通腔262和排出口227之间，该排出口适于接收通过排出阀209离开横孔流体连通腔262的流体。在某些实施例中，柱塞部分270b的排出口227可以通过侧向连通孔230c与其它排出口270a/c(以及泵流体端200的其它任何排出口)中的每个排出口及泵出口230(参见图5)流体连通，侧向连通孔230c沿出口轴线231穿过泵壳体201。柱塞部分270b还可以包括适于接收顶部通路塞229(未示出)的顶部通路开口228，这将在下面结合图10和11进一步描述。而且，如图6和8所示，顶部通路孔234可以定位在顶部通路开口228与排出口227之间。在至少一些说明性实施例中，排出孔210可沿共同的排出侧轴线216与排出口227、顶部通路开口228和/或顶部通路孔234中的一个、一些或全部同轴地对准。
如图6-8所描绘的，连通孔218也可以与横孔流体连通腔262相交，从而沿连通孔218和横孔流体连通腔262的相交处形成边缘218e。连通孔218可适于在横孔流体连通腔262与吸入口217之间提供流体连通，该吸入口则可适于接收通过吸入阀205(未示出；参见图10和11)进入柱塞部分270b的流体，该吸入阀适于定位在吸入孔207中。此外，在在此公开的泵构造的至少一些实施例中，连通孔218可以被认为是吸入口217的延伸部分，即，使得吸入口217与横孔流体连通腔262相交。因此，为了本论述的目的，对连通腔218的参照可认为同样适用于吸入口217，这对于所述的特定吸入侧泵构造来说可以是适合的。如图6和8所示，吸入孔207、吸入口217和连通孔218均可以穿过泵壳体201，并且此外均可以沿共同的吸入侧轴线206同轴地对准。
在至少一些实施例中，连通孔218、吸入口217和吸入孔207可以大体定位在横孔流体连通腔262的与排出孔210相对的侧上。在这样的实施例中，吸入侧轴线206可以与排出侧轴线216同轴地对准，不过在至少一个实施例中，吸入侧轴线206和排出侧轴线216可根据特定的泵设计参数侧向偏置。在其它实施例中，吸入侧轴线206可定向成相对于排出侧轴线216成一角度，例如，如在Y型缸体柱塞泵构造和类似构造中那样。
柱塞部分270b还可以包括侧通路孔214，该侧通路孔大体定位在横孔流体连通腔262的与柱塞孔204相对的侧上，并且可以与横孔流体连通腔262相交以形成边缘214e。如图6-8所示，侧通路孔214可沿侧轴线213穿过泵壳体201，并且可以定位在横孔流体连通腔262与侧通路开口211之间，该侧通路开口适于接收侧通路塞212(未示出)，这将在下面结合图10进一步描述。在一些实施例中，侧通路开口211可以沿侧轴线213与侧通路孔214同轴地对准。此外，在某些示例性实施例中，如图6-8所示，侧轴线213可以与柱塞轴线203同轴地对准，不过在其它实施例中，侧轴线213和柱塞轴线203可以侧向和/或竖直偏置。
如上所述，图6-8中所描绘的说明性实施例均示出了各个孔204、210、218和214可与横孔流体连通腔262的不同区域相交，而不是如现有技术的泵流体端100的泵腔162中的通常情况那样相互相交。这样，相对于在现有技术的泵流体端100的泵腔162中和周围通常发生在更急剧限定的拐角和边缘118e、110e和/或115c处的应力集中，在横孔流体连通腔262中和周围发生在相交边缘204e、210e、218e和214e处的应力集中可明显减小。参见图1和4以及上面阐述的描述。
如图6-8所示，横孔流体连通腔262可以由与具有边界260的三维形状大体相符的形状限定。此外，如前所指出的，限定横孔流体连通腔262的形状的三维形状的边界260可被配置成减小和/或最小化由于在现有技术的往复柱塞泵的流体端(参见图1和4)中经常出现的典型横孔构造而通常发生的任何高应力集中区域的苛刻程度。例如，在某些说明性实施例中，横孔流体连通腔262可以与被配置为三维椭圆体形状的形状大体相符，使得在由各个孔204、210、218和214分别与横孔流体连通腔262的相交处所限定的各个相应边缘204e、210e、218e和214e之间及其周围存在与边界260的形状基本相符的大体平滑和连续的表面部分261。在其它实施例中，限定横孔流体连通腔262的该三维形状可以被配置成使得边界260代表被合适形成的任何回转曲面，即，其中合适形状的曲线绕共面的回转轴线旋转——假设上述大体平滑和连续的表面部分261存在于每个边缘204e、210e、218e和214e周围。因此，尽管下面阐述的描述中的至少一些可能涉及具有各种不同类型的椭圆体构造的示例性横孔腔262，但是，应该意识到，可使用除椭圆体之外的横孔腔形状。
图9示意性地描绘了根据本公开的至少一些示例性实施例的说明椭圆体形状的几何特征的各个方面，该椭圆体形状可用于限定图6-8中所示的横孔几何结构。如图9所示，用于限定横孔流体连通腔262的边界260的椭圆体以X、Y和Z轴的原点O为中心，并且基本具有符合下面的椭圆体标准方程的任何构造：
其中，
a＝半主轴沿X方向的长度；
b＝半主轴沿Y方向的长度；和
c＝半主轴沿Z方向的长度。
但是，应该注意，为了让图6-8中所描绘的连续表面部分261存在于各个边缘204e、210e、218e和214e之间和周围，半主轴长度a、b和c相对于孔204、210、218和214的半径可以满足下面的附加条件：
a>孔204、210、218和214的半径；
b>孔210和218的半径；和
c>孔204和214的半径。
在一些示例性实施例中，椭圆体262的表面260可以以旋转方式产生，例如，通过使二维椭圆绕其长轴或短轴中的任一个旋转，在这种情况下，椭圆体262有时可被称为回转椭圆体或椭球体。在这样的情况下，回转椭圆体(或椭球体)262将具有至少两个长度相等的半主轴，而第三个半主轴的长度可以大于、小于或等于这两个长度相等的半主轴的长度。例如，参照图9，椭圆264以原点O为中心，具有短轴长度a和长轴长度c。如果椭圆264绕Z轴旋转以便形成回转椭圆体(或椭球体)262，那么，半主轴沿X方向的长度将为a，半主轴沿Y方向的长度将为b＝a，半主轴沿Z方向的长度将为c。根据长度c相对于长度a和b的大小，结果可能会形成三种不同的椭圆体形状：
如果a＝b>c，形成扁回转椭圆体或扁椭球体；
如果a＝b<c，形成长回转椭圆体或长椭球体；
如果a＝b＝c，形成球体。
在图6-8所示的说明性实施例中，横孔流体连通腔262被描绘为球体形状(即，在a＝b＝c的情况下)，并具有球半径263(参见图7)。在这样的实施例中，上面的方程式1中所示的椭圆体标准方程式简化为下面的球体(其以X、Y和Z轴的原点O为中心)方程式：
x2+y2+z2＝r2 (2)
其中：
r＝球半径(如，图7中所示的半径263)。
根据泵流体端200的总体设计参数，限定边界260的三维形状的原点O(或中心点)可以与孔204、207、214和210的各轴线203、206、213和216中的任何或全部轴线大体对准或者不与其中任何轴线大体对准。例如，在一些示例性实施例中，横孔流体连通腔262的原点O可以与吸入侧轴线206和排出侧轴线216(如图6-8所描绘)都大体对准，或者其可以在相同或不同方向上与轴线206和/或轴线216侧向偏置。在其它实施例中，原点O可以从柱塞轴线203竖直向下偏置一距离203z(如图6-8所示)，不过应该理解，原点O也可从柱塞轴线203竖直向上偏置和/或侧向偏置，或者其可以与柱塞轴线203大体对准。在另外的实施例中，原点O可从侧轴线213竖直向下偏置一距离213z(如图6-8所示)，该距离可以与偏置距离203z相等或不同。在其它实施例中，横孔流体连通腔262的原点O也可以从侧轴线213竖直向上偏置和/或从轴线213侧向偏置，或者两者可以大体对准。
图10和11分别示出了各个泵元件已经至少安装在泵250的中央柱塞部分270b中之后的图6和8中所描绘的泵流体端200的横截面图。如图10所示，填料箱232已经安装到埋头孔219中，柱塞202已经安装到填料箱232内部，在泵操作期间，当柱塞在柱塞孔204中往复运动时，填料箱适于提供对柱塞202的外表面的大体压力密闭的动密封。在一些实施例中，柱塞202包括适于将柱塞202机械联接到泵250的动力端(未示出)的联接接头202f。而且如图10所示，侧通路塞212已经被可移除地联接到泵壳体201，例如，通过将侧通路塞212可移除地螺纹连接到侧通路开口211内部等等。在某些实施例中，侧通路塞212可以具有凸起部或毂212b，在安装到泵壳体201中时，所述凸起部或毂在侧通路孔214内部延伸。此外，密封环212s可以定位在毂212b与侧通路孔214之间以便进行压力密闭的密封。
如图10和11所示，排出阀209可以安装在排出孔210内部。当在泵操作期间由于横孔流体连通腔262内部的流体压力增加而被致动(这是由柱塞202在柱塞孔204中朝横孔流体连通腔262的行进而引起)时，排出阀209打开，以便通过排出孔210在横孔流体连通腔262和排出口227之间提供流体连通。离开横孔流体连通腔262进入排出口227的流体接着可以通过侧向连通孔230c流到泵出口230(参见图5)而离开流体端组件200。如图10和11所示，弹簧208可以靠着阀止动件209s偏压排出阀209。在某些实施例中，阀止动件209s可以联接到顶部通路塞229，顶部通路塞可以以与侧通路塞212类似的方式可移除地联接到泵壳体201，例如通过将顶部通路塞229可移除地螺纹连接到顶部通路开口228中。同样与侧通路塞212一样，顶部通路塞229可包括延伸到顶部通路孔234中的凸起部或毂229b，密封环229s可定位在毂229b和顶部通路孔234之间以进行压力密闭的密封。
如前所述，吸入阀205也可安装到吸入孔207内部。当在操作期间由于横孔流体连通腔262内部的流体压力降低而被致动(这是由柱塞202在柱塞孔204中远离横孔流体连通腔262的行进而引起)时，吸入阀205打开，以便通过吸入孔207在泵流体端200的流体入口(未示出)与吸入口217之间提供流体连通。进入吸入口217的流体接着可通过连通腔218流入横孔流体连通腔262中，然后，从这里，流体可以以前述方式从横孔流体连通腔262流入排出口227中。如图10和11所示，弹簧208可以靠着阀止动固定装置220偏压吸入阀205。在至少一些示例性实施例中，阀止动固定装置220适于安装到横孔流体连通腔262中，在这里，其既可以起到用于吸入阀205的阀止动件的作用，又可以起到将吸入阀205在吸入孔207内部保持就位的固定装置的作用。此外，在某些实施例中，阀止动固定装置220可被配置成使得该装置220的至少一些表面(例如，图12-17中所示的表面223s)与限定横孔流体连通腔262的边界260的形状大体相符，这将在下面进一步描述。
图12-17分别是根据本公开的示例性阀止动固定装置(例如，图10和11中所示的阀止动固定装置220)的等轴视图、俯视图、侧视图、仰视图、端视图和截面图。如图12-17所示，阀止动固定装置220可以具有底部弹簧固定板221和一对在直径上相对的固定瓣223，其中，每个固定瓣在弹簧固定板221的每个端部处远离弹簧固定板的第一侧突出或延伸(例如，在图12-17中所描绘的视图中，在从弹簧固定板221的顶侧的大体向上的方向上)。根据泵250的各种设计和/或操作参数，例如，泵流率、流体粘度等等，阀止动固定装置220可以包括大体定位在每个固定瓣223与底部的弹簧固定板221的连结处的流体流动通道222。流体流动通道222可以适于允许从排出口217流出的流体流经阀止动固定装置220周围，进入横孔流体连通腔262中，其中总阻力和/或总压降较小。
在某些实施例中，大体位于中央的槽221g可以定位在弹簧固定板221的与固定瓣223相对的侧上(例如，在图12-17所示的视图中的固定板221的底侧上)。槽221g可以限定大体位于中央的凸起部或毂221b(参见例如图12、14、15和17)，所述凸起部或毂远离弹簧固定板221的第二(底)侧突出或延伸(例如，在图12-17所描绘的视图中的大体向下的方向上)。凸起部221b可以适于接合和固定吸入阀偏压弹簧(例如，适于在泵250的操作期间偏压吸入阀205(参见图10和11)的弹簧208)。此外，固定瓣223中的一个或两个可以包括销孔223h，销孔的尺寸设计成接收锁定销220p(未示出；参见图11和22)。锁定销220p适于在泵操作期间基本防止阀止动固定装置220旋转脱离其适当位置，从而起到阀止动固定装置的防转装置的作用，这将在下面进一步描述。此外，在某些实施例中，一个或多个凹口221n可以形成在弹簧固定板221的上表面中，其可以用于有助于将阀止动固定装置220安装到横孔流体连通腔262中(以及有助于将阀止动固定装置从横孔流体连通腔中移除)，这将在下面参照图18-22进一步描述。
在一些实施例中，阀止动固定装置220的固定瓣223可被配置成使得每个固定瓣223的外表面223s的至少上部分223u具有与横孔流体连通腔262的内表面261的弯曲大体相符的弯曲形状。这样，固定瓣223的上部分223u上的外表面223s的该大体相符的弯曲形状可以适于容许阀止动固定装置220以下面结合图18-22进一步描述的方式安装到泵流体端220中。此外，由于表面223s的该大体相符的形状，在阀止动固定装置220如所述那样被安装时，固定瓣223还可以适于至少沿着每个固定瓣223的上部分223u支承地接触横孔流体连通腔262的内表面261。此外，由于用于限定表面223s的该大体相符的弯曲形状的原点O定位在固定瓣223之间、在阀止动固定装置220的顶部220t下方、且在装置220的底部220b上方(参见图13、14和17；也参照图11)，所以固定瓣223的上部分223u上的表面223s可沿横孔流体连通腔262的弯曲表面261在原点O上方和下方都延伸。因此，由于限定横孔流体连通腔262的边界260(和表面261)的大体封闭形状，阀止动固定装置220一旦如下所述那样被安装，就可以完全被“捕获”在横孔流体连通腔262的内部。因此，在安装位置，横孔流体连通腔262的该相符(和封闭)形状可起到基本防止阀止动固定装置220在横孔流体连通腔262内向上或向下移动的作用。
因此，阀止动固定装置220在与根据本公开配置的横孔流体连通腔262结合使用时，可以起到在泵操作期间将吸入阀205(未示出；参见图10、11和18-22)固定就位的作用。此外，如上所述，阀止动固定装置220可以在不必依赖使用现有技术的典型固定元件、例如凸缘唇部、突起、凸起、槽和/或凹口等等的情况下在横孔流体连通腔262内大体保持就位。这样，可以大大减小或甚至消除通常与这样的现有技术的固定元件(例如，图1和4所示的及上述的凸起115的拐角115c和边缘118e)周围的附加高应力集中区域相关联的有害疲劳开裂影响中的至少一些。
在上文描述的每个固定瓣223的上部分223u上的外表面223s的弯曲形状与横孔流体连通腔262的内表面261的弯曲“大体相符”中，应该理解，表面223s和表面261都可被配置成与具有边界260的同一三维形状(例如，回转椭圆体或回转表面等等)的形状大体相符。但是，正如本领域普通技术人员在完整阅读本公开之后将领会的那样，合适尺寸的间隙261g(参见图11A)应该存在于表面223s和261之间，使得两者之间存在足够的间隙以允许阀止动固定装置220可移除地安装到横孔流体连通腔262中(这将在下面针对图18-22描述)，同时仍允许固定瓣223的外表面223s充分支承地接触横孔流体连通腔262的表面261，以便在泵操作期间将装置220保持就位，如上所指出的。因此，当表面223s和261的相应形状与同一三维形状的边界260大体相符时，用于产生相应表面223s和261的方程式因此可被适当地调节，以允许两者之间的预定间隙261g尺寸合适。
例如，在其中具有边界260的三维形状由半主轴分别为a、b和c的回转椭圆体限定的那些实施例中，用于在上面的方程式1中产生横孔流体连通腔262的内表面261的半主轴可限定如下：
其中：
a1、b1和c1是限定表面261的半主轴长度；和
g＝表面261和表面223s之间的设计间隙261g。
类似地，用于在方程式1中产生固定瓣223的上部分223u的外表面223s的半主轴可限定如下：
其中，
a2、b2和c2是限定表面232s的半主轴长度；和
g＝表面261和表面223s之间的设计间隙261g。
在其中三维形状是球体的那些示例性实施例中，用于在上面的方程式2中产生边界260的球半径被限定为r，则用于产生横孔流体连通腔262的内表面261和固定瓣223的上部分223u的外表面223s的半径可被限定如下：
其中，
r1是限定表面261的球半径；
r2是限定表面223s的球半径；
g＝表面261和表面223s之间的设计间隙261g。
仅通过举例而非限制，在一个说明性实施例中，横孔流体连通腔262的内表面261被加工到泵流体端200的壳体201中，并且可由具有图7所示的大约为108.00mm(4.250英寸)的球半径263(上面的r1)的球限定。此外，图11A中所示的允许阀止动固定装置220安装到横孔流体连通腔262中的设计间隙261g(上面的g)可以大约为0.25mm(0.010英寸)。在这样的实施例中，图13、14和17中所示的限定固定瓣223的上部分223u的外表面223s的球半径265(上面的r2)可以大约为107.75mm(4.240英寸)。当然，应该理解，横孔流体连通腔262的实际形状和尺寸可以不同于上述实例，这取决于流体端组件200的总体设计参数，包括各孔204、210、214和218的尺寸，相应孔轴线203、216、213和206之间的任何侧向和/或竖直偏置等等。类似地，也可以使用更小或更大的设计间隙261g，只要用于固定装置安装的间隙合适以及表面223s和261之间达到所要求的支承接触量即可。
图18-22是图4中所描绘的示例性流体端组件200的中央柱塞部分270b的各个横截面等轴视图，描绘了可用于根据本公开的一个实施例将本公开的示例性阀止动固定装置(例如，图12-17中所示的阀止动固定装置220)安装到横孔流体连通腔262中的至少一些步骤。首先转向图18，阀止动固定装置220已经部分地插入侧通路开口211中，并且靠近通向横孔流体连通腔262的通路孔214。在各个实施例中，阀止动固定装置220的总高度220h(参见图17)小于通路孔214的内径，此外，装置220的从任一端观察的整体形状(参见图16)被配置成使得装置200可以适于穿过通路孔214，进入横孔流体连通腔262中。
图19示出了在阀止动固定装置220已经通过通路孔214被插入横孔流体连通腔262中之后在随后的安装步骤期间的流体端组件200。如图19所示，阀止动固定装置220已经定位在吸入阀205上方，例如使得偏压弹簧208已经安装在位于弹簧固定板221底侧上的凸起部221b上(参见图12、14、15和17)。以这种方式，阀止动固定装置220可沿吸入侧轴线206在吸入阀205上方大体位于中央。
接下来，如图20所示，阀止动固定装置220在横孔流体连通腔262内被向下推动，从而在吸入阀205上压缩弹簧208。此外，阀止动固定装置220被向下推动，直到至少外表面223s的下部分靠近或接触横孔流体连通腔的表面261的位于连通腔218与柱塞孔204之间以及位于连通腔218与通路孔214之间的部分。如前所述，由于阀止动固定装置220和横孔流体连通腔262的弯曲表面的形状大体相符，在该位置中，可以使表面223s的下部分大体连续地支承接触对应表面261。
现在转向图21，阀止动固定装置220接着可以旋转四分之一圈，使得固定瓣223移动脱离柱塞轴线203。这样，当往复柱塞202在泵操作期间沿柱塞轴线203在柱塞孔204中行进时，随着柱塞202进入和离开横孔流体连通腔262，柱塞将经过固定瓣223之间以及经过弹簧固定板221上方，从而避免对柱塞202、阀止动固定装置220和/或其它任何内部泵元件造成损坏。此外，当阀止动固定装置220相对于柱塞轴线203旋转至该横向取向时，固定瓣203的几乎整个上部分223u的外表面223s则可以大体连续地支承接触横孔流体连通腔262的内表面261(参见图11)。另外，当阀止动固定装置220位于该位置上时，用于限定固定瓣223的外表面223s和横孔流体连通腔262的内表面261两者的三维形状的原点O可定位在横孔流体连通腔262内的大体同一位置上，如前所述，由于两表面之间的间隙261g(参见图11A)的尺寸，两原点O稍微有点差异。此外，并且如上所述，由于固定瓣223的表面223s在位置大体相同的原点O(参见图11、13、14和17)上方和下方都弯曲，因此，对应表面261可起到基本防止阀止动固定装置220相对于横孔流体连通腔262向上或向下运动的作用，从而允许装置220在泵操作期间将吸入阀205固定就位。
在一些说明性实施例中，阀止动固定装置安装工具(未示出)可用于有助于阀止动固定装置220的安装和/或移除。如上面有关图12-17的描述所述的，一个或多个凹口221n可形成在弹簧固定板221的上表面上。在某些实施例中，凹口221n可以适于接收对应的成形工具(未示出)的端部，所述端部接着可用于如图20所示和上述那样向下推动阀止动固定装置220和/或可用于将装置220旋转至上述及图21所示的横向取向。在至少一些实施例中，图20和21中所示的步骤可穿过侧通路开口211和通路孔214执行。在其它实施例中，图20和21中的步骤可穿过顶部通路开口228执行，即，在将排出阀209从排出孔210移除以便提供进入横孔流体连通腔262的顶侧通路之后。
图22示出了在锁定销220p已经安装到销孔223h中之后，阀止动固定装置220的另外的安装步骤。锁定销220p适于基本防止阀止动固定装置220在泵操作期间旋转，从而将装置220保持在图21中所描绘的横向取向。这样，固定瓣223保持在往复柱塞202的路径之外，从而避免对柱塞202和/或其它内部泵元件的潜在损坏。在某些实施例中，锁定销220p可以是磁锁定销220p，例如，诸如钕磁铁的稀土磁铁等等。通过使用磁锁定销220p，因此可避免不得不沿横孔流体连通腔262的内表面261形成任何另外的槽、凹口、孔、螺纹开口等等，而这对于其它类型的锁定销元件来说是必须的。但是，应该意识到，根据锁定销220p的设计目的，也可以使用其它类型的锁定销设计和/或材料。
在某些示例性实施例中，通过以大体相反的顺序执行图18-22中所示的及上述的步骤，阀止动固定装置220可以从横孔流体连通腔262移除。
因此，本公开描述了各种方法、装置和泵构造，其可用于减小往复柱塞泵的流体端的内表面上的高应力集中区域的存在，从而降低泵的流体端对有害疲劳裂纹形成的敏感性。在某些实施例中，公开了横孔流体连通腔，其可用于最小化通常出现在现有技术的往复泵的柱塞部分中的横孔几何结构的苛刻程度。在其它实施例中，公开了一种可与所公开的横孔流体连通腔结合使用的阀止动固定装置，其中，阀止动固定装置被配置成具有至少一些表面，这些表面的形状与横孔流体连通腔的形状大体相符，从而避免在泵内部使用额外的高应力集中元件(例如，凹口、槽、凸起等等)来安装阀止动固定装置。
上面公开的具体实施例仅是说明性的，因为本发明可以以不同、但等同的方式改进和实施(这对于从在此的教导中受益的本领域技术人员来说是显而易见的)。例如，上面阐述的方法步骤可以以不同的次序执行。此外，并非意在局限于在此所示的结构或设计细节。因此，显然，上面公开的具体实施例可变更或改进，所有这些变化被认为落入本发明的范围和精神之内。因此，在此要求保护的范围阐述在下面的权利要求中。

Claims (28)

1.一种阀止动固定装置(220)，所述阀止动固定装置适于与往复泵(250)的横孔流体连通腔(262)对接，所述阀止动固定装置(220)包括：
弹簧固定板(221)；和
多个固定瓣(223)，所述固定瓣大体远离所述弹簧固定板(221)的第一侧延伸，所述多个固定瓣(223)中的每个包括具有外表面(223s)的上部分(223u)，其中，每个所述外表面(223s)的形状和与所述阀止动固定装置(220)对接的所述横孔流体连通腔(262)的内表面(261)的形状与回转表面的至少一部分的形状大体相符，通过所述内表面(261)的所述形状，所述阀止动固定装置(220)适于固定在所述横孔流体连通腔(262)内部。
2.根据权利要求1所述的阀止动固定装置(220)，其中，所述弹簧固定板(221)包括第一端和第二端，所述多个固定瓣(223)包括第一和第二固定瓣(223)，所述第一和第二固定瓣(223)大体远离所述弹簧固定板(221)的相应的所述第一端和第二端延伸。
3.根据权利要求1所述的阀止动固定装置(220)，所述阀止动固定装置还包括大体远离所述弹簧固定板(221)的第二侧延伸的凸起部(221b)，所述第二侧与所述第一侧相反，所述凸起部(221b)适于接合和固定所述往复泵(250)的吸入阀(205)的偏压弹簧(208)。
4.根据权利要求1所述的阀止动固定装置(220)，其中，所述阀止动固定装置(220)适于将吸入阀(205)固定在所述往复泵(250)的侧吸入孔(207)中。
5.根据权利要求1所述的阀止动固定装置(220)，其中，所述回转表面是回转椭圆体，所述回转椭圆体的原点定位在所述多个固定瓣(223)之间、在所述阀止动固定装置(220)的底部(220b)上方、且在所述阀止动固定装置(220)的顶部(220t)下方。
6.根据权利要求5所述的阀止动固定装置(220)，其中，所述回转椭圆体是扁椭球体和长椭球体之一。
7.根据权利要求5所述的阀止动固定装置(220)，其中，所述回转椭圆体是球体。
8.根据权利要求1所述的阀止动固定装置(220)，其中，所述阀止动固定装置(220)适于在所述横孔流体连通腔(262)内部绕所述回转表面的回转轴线从第一位置旋转至第二位置。
9.根据权利要求8所述的阀止动固定装置(220)，其中，所述第二位置适于在所述往复泵(250)的操作期间允许在所述往复泵(250)的柱塞孔(204)内部往复运动的柱塞(202)在所述多个固定瓣(223)之间延伸。
10.根据权利要求1所述的阀止动固定装置(220)，所述阀止动固定装置还包括至少一个锁定销，所述锁定销适于防止所述阀止动固定装置(220)在所述横孔流体连通腔(262)内部旋转。
11.根据权利要求10所述的阀止动固定装置(220)，其中，至少一个锁定销(220p)包括磁铁。
12.根据权利要求1所述的阀止动固定装置(220)，其中，包括所述多个固定瓣(223)的所述上部分(223u)的所述外表面(223s)大体整个地适于接触所述横孔流体连通腔(262)的所述内表面(261)。
13.根据权利要求1所述的阀止动固定装置(220)，所述阀止动固定装置还包括流体流动通道(222)，所述流体流动通道定位在所述多个固定瓣(223)中的每个固定瓣与所述弹簧固定板(221)的连结处。
14.根据权利要求1所述的阀止动固定装置(220)，其中，所述内表面(261)由第一回转椭圆体限定，所述外表面(223s)由第二回转椭圆体限定，所述第二回转椭圆体的每个半主轴比所述第一回转椭圆体的相应半主轴小预定间隙距离。
15.根据权利要求14所述的阀止动固定装置(220)，其中，所述预定间隙距离为大约0.25mm或更小。
16.一种往复泵(250)的流体端组件(200)，所述流体端组件(200)包括：
泵壳体(201)；
横孔流体连通腔(262)，所述横孔流体连通腔定位在所述泵壳体(201)中，所述横孔流体连通腔(262)具有内表面(261)，所述内表面(261)的形状与由具有回转轴线的回转表面限定的边界(260)的形状大体相符；
吸入孔(207)，所述吸入孔定位在所述泵壳体(201)中；
吸入阀(205)，所述吸入阀定位在所述吸入孔(207)中；和
阀止动固定装置(220)，所述阀止动固定装置定位在所述横孔流体连通腔(262)中并且包括具有外表面部分(223s)的多个固定瓣(223)，其中，所述阀止动固定装置(220)适于在定位于所述横孔流体连通腔(262)内部时绕所述回转轴线旋转，并且适于在所述往复泵(250)操作期间将所述吸入阀(250)固定在所述吸入孔(207)中，每个所述外表面部分(223s)的形状与所述回转表面的所述边界(260)的所述形状大体相符。
17.根据权利要求16所述的流体端组件(200)，所述流体端组件还包括：
柱塞孔(204)，所述柱塞孔定位在所述泵壳体(201)中，所述柱塞孔(204)与所述横孔流体连通腔(262)相交；和
柱塞(202)，所述柱塞适于在所述柱塞孔(204)内部往复运动，其中，所述阀止动固定装置(220)适于在所述横孔流体连通腔(262)内部旋转至操作取向，在所述往复泵(250)操作期间，所述操作取向允许所述柱塞(202)在所述多个固定瓣(223)之间延伸。
18.根据权利要求16所述的流体端组件(200)，其中，所述回转表面是回转椭圆体，所述回转椭圆体的原点定位在所述多个固定瓣(223)之间、在所述阀止动固定装置(220)的底部(220b)上方且在所述阀止动固定装置(220)的顶部(220t)下方。
19.根据权利要求18所述的流体端组件(200)，其中，所述回转椭圆体是扁椭球体和长椭球体之一。
20.根据权利要求18所述的流体端组件(200)，其中，所述回转椭圆体是球体。
21.根据权利要求16所述的流体端组件(200)，所述流体端组件还包括至少一个锁定销(220p)，所述锁定销适于防止所述阀止动固定装置(220)在所述横孔流体连通腔(262)内部旋转。
22.根据权利要求21所述的阀止动固定装置(220)，其中，至少一个锁定销(220p)包括磁铁。
23.根据权利要求16所述的流体端组件(200)，其中，所述多个固定瓣(223)的所述外表面部分(223s)大体整个地适于接触所述横孔流体连通腔(262)的所述内表面(261)。
24.根据权利要求16所述的流体端组件(200)，其中，所述内表面(261)由第一回转椭圆体限定，所述外表面部分(223s)由第二回转椭圆体限定，所述第二回转椭圆体的每个半主轴比所述第一回转椭圆体的相应半主轴小预定间隙距离。
25.根据权利要求24所述的流体端组件(200)，其中，所述预定间隙距离为大约0.25mm或更小。
26.根据权利要求16所述的流体端组件(200)，所述流体端组件还包括定位在所述泵壳体(201)中的吸入口(217/218)，所述吸入口(217/218)与所述横孔流体连通腔(262)相交，其中，所述吸入阀(205)适于控制从所述吸入孔(207)流入所述吸入口(217/218)中的流体流动，所述吸入口(217/218)适于提供所述吸入孔(207)与所述横孔流体连通腔(262)之间的流体连通。
27.根据权利要求16所述的流体端组件(200)，所述流体端组件还包括：
排出孔(210)，所述排出孔定位在所述泵壳体(201)中；
排出阀(209)，所述排出阀定位在所述排出孔(210)中；和
排出口(217)，所述排出口定位在所述泵壳体(201)中，其中，所述排出阀(209)适于控制从所述排出孔(210)流入所述排出口(217)中的流体流动，所述排出孔(210)适于提供所述横孔流体连通腔(262)与所述排出口(217)之间的流体连通。
28.根据权利要求16所述的流体端组件(200)，所述流体端组件还包括至少一个通路开口(211/214)，所述通路开口定位在所述泵壳体(201)中并且与所述横孔流体连通腔(262)相交，其中，所述阀止动固定装置(220)适于通过所述至少一个通路开口(211，214)安装到所述横孔流体连通腔(262)中。
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