CN106870317A - 一种液压驱动双作用泥浆泵 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液压驱动双作用泥浆泵，包括动力电机、压力油泵、三位四通液动换向阀、液压动力端和泥浆泵头，动力电机与压力油泵传统连接，压力油泵通过管路连通三位四通液动换向阀的P口，三位四通液动换向阀的T口通过管路连通油箱，三位四通液动换向阀的A口和B口均与液压动力端连接，液压动力端与泥浆泵头传统连接，泥浆泵头的下端连通低压管汇，泥浆泵头的两侧分别连通高压管汇。本发明液压驱动双作用泥浆泵能够使泥浆泵排出液的瞬时流量和压力更加平稳，减小波动。

Description

一种液压驱动双作用泥浆泵

技术领域

本发明涉及泥浆泵技术领域，特别是涉及一种液压驱动双作用泥浆泵。

背景技术

泥浆泵是地质勘控、油气田开采、特种钻探等岩土工程施工的不可缺少的一种钻井配套设备，在钻探过程中用来给钻杆输送泥浆或清水等介质，主要起冷却、冲洗钻头和泥土的作用。

目前在服役的泥浆泵大部分是传统的机械式曲柄连杆机构驱动往复运动的方式，通常为通过柴油机或电动机通过皮带传动减速、经齿轮减速器减速，再通过曲柄连杆机构及导向滑块带动活塞杆及泥浆泵头的柱塞进行往复运动工作，实现泥浆泵头的吸液和排液功能。传统的泥浆泵由于采用了曲柄连杆机构，使得泥浆泵头柱塞的运行速度近似于正弦曲线变化，因而使排出液的瞬时流量和压力也大致呈正弦曲线变化，波动较大。而为了减轻泥浆泵头排出管汇中的流量及压力的波动，常规的技术方案是在泥浆泵头的排出口安装空气包，但这却增加了设备的重量和维护难度。

为了满足不断增长的岩土工程施工对泥浆泵需求，研究一种结构新颖、波动量小的泥浆泵来替代传统的曲柄连杆机构驱动的泥浆泵已成为一种必然趋势。

发明内容

本发明的目的是提供一种液压驱动双作用泥浆泵，以解决上述现有技术存在的问题，使泥浆泵的排出液的瞬时流量和压力更加平稳，并减小波动。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供了一种液压驱动双作用泥浆泵，包括动力电机、压力油泵、三位四通液动换向阀、液压动力端和泥浆泵头，所述动力电机与所述压力油泵传统连接，所述压力油泵通过管路连通所述三位四通液动换向阀的P口，所述三位四通液动换向阀的T口通过管路连通油箱，所述三位四通液动换向阀的A口和B口均与所述液压动力端连接，所述液压动力端与所述泥浆泵头传统连接，所述泥浆泵头的下端连通低压管汇，所述泥浆泵头的两侧分别连通高压管汇。

所述液压驱动双作用泥浆泵还包括控制油泵和二位四通液动先导阀，所述控制油泵由控制电机驱动，所述控制油泵通过管路连通所述二位四通液动先导阀的P口，所述二位四通液动先导阀的T口通过管路连通所述油箱，所述二位四通液动先导阀的A口和B口分别通过管路连通所述三位四通液动换向阀的两个控制口中的一个，所述二位四通液动先导阀的两个控制口均与所述液压动力端连接。

进一步地，所述液压动力端包括第一双杆油缸和第二双杆油缸，所述第一双杆油缸和所述第二双杆油缸一端的腔体通过管路连通，所述第一双杆油缸另一端的腔体通过管路连通所述三位四通液动换向阀的B口，所述第二双杆油缸另一端的腔体通过管路连通所述三位四通液动换向阀的A口。

进一步地，所述第一双杆油缸和所述第二双杆油缸另一端的腔体内均设有缓冲缸，所述第一双杆油缸的缓冲缸通过管路与所述二位四通液动先导阀的一个控制口连通，所述第二双杆油缸的缓冲缸通过管路与所述二位四通液动先导阀的另一个控制口连通。

进一步地，所述泥浆泵头为两个双缸泵，所述泥浆泵头的四个柱塞分别通过管箍与所述第一双杆油缸及所述第二双杆油缸的活塞杆连接，所述泥浆泵头的四个吸入单向阀通过低压管汇并联，四个排出单向阀通过高压管汇并联。

进一步地，连通所述第一双杆油缸和所述第二双杆油缸腔体的管路还连通有充液回路，所述充液回路与所述第一双杆油缸和所述第二双杆油缸之间的管路上设有电子球阀。

进一步地，所述三位四通液动换向阀的T与所述油箱之间的管路上设有冷却器。

进一步地，所述压力油泵为两个，且两个所述压力油泵并联设置；每个所述压力油泵均与一所述动力电机传动连接；所述压力油泵为柱塞变量泵，所述控制油泵为双联泵，所述双联泵的一个泵出口通过管路与所述二位四通液动先导阀的P口连通，另一个泵出口通过管路连通所述柱塞变量泵的变量机构。

进一步地，所述双联泵泵出口与所述二位四通液动先导阀的P口及另一个泵出口与所述柱塞变量泵的变量机构之间的管路上设有单向阀和先导溢流阀。

进一步地，所述控制油泵与所述二位四通液动先导阀的P口之间的管路上设有单向阀、先导溢流阀、温度计、压力计、压力变送器和过滤器。

进一步地，所述油箱兼作橇架，所述动力电机、所述压力油泵、所述控制油泵和所述控制电机均设置在所述油箱上；所述液压动力端设置在所述油箱中部，所述泥浆泵头通过拉杆与所述液压动力端连接。

本发明液压驱动双作用泥浆泵相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明的泥浆泵头的运行速度更加平稳，输出力稳定，整体振动小，排出液的瞬时流量和压力更加平稳，波动小，不会产生水击现象。易于实现长冲程、低冲次、大排量泵送，减少了泵阀等易损件的磨损，减少了维修的工作量、停泵维修的时间和维修费用。本发明的液压驱动双作用泥浆泵适用于石油矿场高压、大排量、长时间工作，对大砂比的泥浆仍能实现正常的泵送工作。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明液压驱动双作用泥浆泵的液压原理图；

图2为本发明液压驱动双作用泥浆泵的立体结构示意图；

其中，1-油箱，2-压力油泵，3-控制油泵，4-单向阀，5-先导溢流阀，6-温度计，7-压力计，8-压力变送器，9-过滤器，10-冷却器，11-三位四通液动换向阀，12-二位四通液动先导阀，13-泥浆泵头，14-第一双杆油缸，15-第二双杆油缸，16-充液回路，17-电子球阀，18-高压管汇，19-低压管汇，20-缓冲缸，21-液压动力端，22-电控系统，23-拉杆，I-泥浆泵缸I，II-泥浆泵缸II，III-泥浆泵缸III，IV-泥浆泵缸IV。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种液压驱动双作用泥浆泵，以解决上述现有技术存在的问题，使泥浆泵的排出液的瞬时流量和压力更加平稳，并减小波动。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1-2所示，本实施例提供了一种液压驱动双作用泥浆泵，包括动力电机、压力油泵2、三位四通液动换向阀11、液压动力端21和泥浆泵头13，动力电机与压力油泵2传统连接，压力油泵2通过管路连通三位四通液动换向阀11的P口，三位四通液动换向阀11的T口通过管路依次连通冷却器10和油箱1。

液压驱动双作用泥浆泵还包括控制油泵3和二位四通液动先导阀12，控制油泵3由控制电机驱动，控制油泵3通过管路连通二位四通液动先导阀12的P口，二位四通液动先导阀12的T口通过管路连通油箱1，二位四通液动先导阀12的A口通过管路连通三位四通液动换向阀11的左侧的控制口，二位四通液动先导阀12的B口通过管路连通三位四通液动换向阀11右侧的控制口。

压力油泵2为两个，且两个压力油泵2并联设置；每个压力油泵2均由一动力电机驱动；压力油泵2优选为柱塞变量泵，控制油泵3优选为双联泵，双联泵的一个泵出口通过管路与二位四通液动先导阀12的P口连通，另一个泵出口通过管路连通柱塞变量泵的变量机构，用于控制柱塞变量泵的流量。双联泵泵出口与二位四通液动先导阀12的P口及另一个泵出口与柱塞变量泵的变量机构之间的管路上设有单向阀4和先导溢流阀5。控制油泵3与二位四通液动先导阀12的P口之间的管路上依次设有单向阀4、先导溢流阀5、温度计6、压力计7、压力变送器8和过滤器9。

液压动力端21包括第一双杆油缸14和第二双杆油缸15，第一双杆油缸14和第二双杆油缸15上端的腔体通过管路连通，该管路还连通有充液回路16，充液回路16与第一双杆油缸14和第二双杆油缸15之间的管路上设有电子球阀17。第一双杆油缸14下端的腔体通过管路连通三位四通液动换向阀11的B口，第二双杆油缸15下端的腔体通过管路连通三位四通液动换向阀11的A口。第一双杆油缸14和第二双杆油缸15下端的腔体内均设有缓冲缸20，第一双杆油缸14的缓冲缸20通过管路与二位四通液动先导阀12右侧的控制口连通，第二双杆油缸15的缓冲缸20通过管路与二位四通液动先导阀12左侧的控制口连通。

泥浆泵头13的下端连通低压管汇，所述泥浆泵头的两侧分别连通高压管汇。泥浆泵头13共有四个缸，分别为泥浆泵缸I、泥浆泵缸II、泥浆泵缸III和泥浆泵缸IV。泥浆泵缸I的柱塞通过管箍连接第二双杆油缸15下端的活塞杆，泥浆泵缸II的柱塞通过管箍连接第二双杆油缸15上端的活塞杆，泥浆泵缸III的柱塞通过管箍连接第一双杆油缸14上端的活塞杆，泥浆泵缸IV的柱塞通过管箍连接第一双杆油缸14下端的活塞杆。泥浆泵头13的四个吸入单向阀通过低压管汇19并联，四个排出单向阀通过高压管汇18并联。吸入单向阀和排出单向阀优选为球式凡尔阀，以提高稳定性和使用寿命。

油箱1兼作橇架，动力电机、压力油泵2、控制油泵3和控制电机均设置在油箱1上；液压动力端21设置在油箱1中部靠近一侧，泥浆泵头13通过拉杆23与液压动力端21连接，油箱1另一侧设有冷却器10和电控系统22，电控系统22位于冷却器10一侧。动力电机、控制电机、冷却器10的风机、温度计6、压力计7、压力变送器8和电子球阀17与电控系统22电连接，电控系统22用于监控液压驱动双作用泥浆泵的运行状态，并控制动力电机、控制电机、冷却器10的风机和电子球阀17的启闭。

本实施例的工作原理为：

第一双杆油缸14和第二双杆油缸15下端的腔体端部设有缓冲缸20，当双杆油缸的活塞运行至两端时，使活塞与缓冲缸20形成一局部密封腔，产生的高压油流控制二位四通液动先导阀12换向，进而使三位四通液动换向阀11换向。

如图1所示，第一双杆油缸14和第二双杆油缸15的缸径及活塞杆均相等，当二位四通液动先导阀12处于左位时，三位四通液动换向阀11处于右位，此时主油路P通A、回油路B通T，第二双杆油缸15下端的腔体高压冲液，第一双杆油缸14下端的腔体低压回油，第二双杆油缸15的活塞杆向上运动，由于第一双杆油缸14和第二双杆油缸15上端的腔体连通，第二双杆油缸15上端的腔体内的高压油流向第一双杆油缸14上端的腔体，高油压迫使第一双杆油缸14的活塞杆向下运动，在第二双杆油缸15下端腔体内高压油的压力下，二位四通液动先导阀12一直处于左位。此时泥浆泵缸Ⅱ和泥浆泵缸Ⅳ内的流体介质被压缩，并以高压流体的形态经排出单向阀沿高压管汇18排出，同时泥浆泵缸I和泥浆泵缸III的容积腔呈负压，流体介质经吸入单向阀沿低压管汇19被吸入。

当第一双杆油缸14的活塞杆接近下端极限位置时，第一双杆油缸14的活塞杆减速，并使缓冲缸20内的油压上升，在达到二位四通液动先导阀12的设定压力(35MPa)时，使二位四通液动先导阀12换向右位，便推动三位四通液动换向阀11换向左位，此时主油路P通B、回油路A通T，第一双杆油缸14下端的腔体高压冲液，第二双杆油缸15下端的腔体低压回油，第一双杆油缸14的活塞杆向上运动，而第二双杆油缸15的活塞杆向下运动，在第一双杆油缸14下端腔体内高压油的压力下，二位四通液动先导阀12一直处于右位。此时泥浆泵缸I和泥浆泵缸III内的流体介质被压缩，并以高压流体的形态经排出单向阀沿高压管汇18排出，同时泥浆泵缸Ⅱ和泥浆泵缸Ⅳ的容积腔呈负压，流体介质经吸入单向阀沿低压管汇19被吸入。

当第二双杆油缸15的活塞杆接近下端极限位置时，第二双杆油缸15的活塞杆减速，并使缓冲缸20内的油压上升，在达到二位四通液动先导阀12的设定压力时，使二位四通液动先导阀12换向左位，便推动三位四通液动换向阀11换向右位。

第一双杆油缸14和第二双杆油缸15的活塞杆如此往复循环，带动泥浆泵头13做功，使泥浆泵头13的容积腔呈高压和负压的交替变化，并经由低压管汇19吸入流体，再经由高压管汇18排出流体。完成流体介质的泵送工作。

本实施例的活塞杆的运动速度取决于柱塞变量泵的流量，在液压油缸往复运动的过程中，密闭空间的高压油同时也起到了制动活塞杆的作用，因而大大降低了活塞杆突然换向给系统带来的液压冲击。本实施例利用液压油缸两端的缓冲缸20的高压油通过二位四通液动先导阀12控制三位四通液动换向阀11，实现了自动换向功能，换向方式具有平稳可靠、换向时间短、无死点、液压冲击小的优点。本实施例用双杆油缸的活塞杆的直线运动代替了传统的曲柄连杆机构转换的直线运动，双杆油缸的活塞杆运行速度平稳，驱动力大。同时通过增加泥浆泵头13活塞及双杆油缸活塞杆的行程，可减少单位时间内双杆油缸的冲次，使得泥浆泵头13的吸入单向阀、排出单向阀工作状态更加平稳，大大减少吸空现象。

本实施例液压驱动双作用泥浆泵的结构简单，输出泥浆的压力、流量比较稳定，容积效率高。易于实现长冲程、低冲次、高压力、大排量，可极大改善泥浆泵的工作性能。且具有体积小、重量轻、寿命长、无冲击、惯性小，换向准确可靠，通过使用柱塞变量泵为压力油泵，易于实现无级变速、自动控制和过载保护等优点。根据需要合理设计压力油泵的缸体与双杆油缸的有效作用面积之比，可达到增压目的，实现高压泵的工艺需求。单台本实施例液压驱动双作用泥浆泵的输出功率可达到1200kw、最高工作压力可达63MPa，最大流量可达3.86m³/min。本实施例适用于石油矿场高压、大排量、长时间工作，对大砂比的液体仍能正常排送，也可胜任钻井泵或压裂泵的工作任务。

本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种液压驱动双作用泥浆泵，其特征在于：包括动力电机、压力油泵、三位四通液动换向阀、液压动力端和泥浆泵头，所述动力电机与所述压力油泵传统连接，所述压力油泵通过管路连通所述三位四通液动换向阀的P口，所述三位四通液动换向阀的T口通过管路连通油箱，所述三位四通液动换向阀的A口和B口均与所述液压动力端连接，所述液压动力端与所述泥浆泵头传统连接，所述泥浆泵头的下端连通低压管汇，所述泥浆泵头的两侧分别连通高压管汇；

还包括控制油泵和二位四通液动先导阀，所述控制油泵由控制电机驱动，所述控制油泵通过管路连通所述二位四通液动先导阀的P口，所述二位四通液动先导阀的T口通过管路连通所述油箱，所述二位四通液动先导阀的A口和B口分别通过管路连通所述三位四通液动换向阀的两个控制口中的一个，所述二位四通液动先导阀的两个控制口均与所述液压动力端连接。

2.根据权利要求1所述的液压驱动双作用泥浆泵，其特征在于：所述液压动力端包括第一双杆油缸和第二双杆油缸，所述第一双杆油缸和所述第二双杆油缸一端的腔体通过管路连通，所述第一双杆油缸另一端的腔体通过管路连通所述三位四通液动换向阀的B口，所述第二双杆油缸另一端的腔体通过管路连通所述三位四通液动换向阀的A口。

3.根据权利要求2所述的液压驱动双作用泥浆泵，其特征在于：所述第一双杆油缸和所述第二双杆油缸另一端的腔体内均设有缓冲缸，所述第一双杆油缸的缓冲缸通过管路与所述二位四通液动先导阀的一个控制口连通，所述第二双杆油缸的缓冲缸通过管路与所述二位四通液动先导阀的另一个控制口连通。

4.根据权利要求2所述的液压驱动双作用泥浆泵，其特征在于：所述泥浆泵头为两个双缸泵，所述泥浆泵头的四个柱塞分别通过管箍与所述第一双杆油缸及所述第二双杆油缸的活塞杆连接，所述泥浆泵头的四个吸入单向阀通过低压管汇并联，四个排出单向阀通过高压管汇并联。

5.根据权利要求2所述的液压驱动双作用泥浆泵，其特征在于：连通所述第一双杆油缸和所述第二双杆油缸腔体的管路还连通有充液回路，所述充液回路与所述第一双杆油缸和所述第二双杆油缸之间的管路上设有电子球阀。

6.根据权利要求1所述的液压驱动双作用泥浆泵，其特征在于：所述三位四通液动换向阀的T与所述油箱之间的管路上设有冷却器。

7.根据权利要求1所述的液压驱动双作用泥浆泵，其特征在于：所述压力油泵为两个，且两个所述压力油泵并联设置；每个所述压力油泵均与一所述动力电机传动连接；所述压力油泵为柱塞变量泵，所述控制油泵为双联泵，所述双联泵的一个泵出口通过管路与所述二位四通液动先导阀的P口连通，另一个泵出口通过管路连通所述柱塞变量泵的变量机构。

8.根据权利要求7所述的液压驱动双作用泥浆泵，其特征在于：所述双联泵泵出口与所述二位四通液动先导阀的P口及另一个泵出口与所述柱塞变量泵的变量机构之间的管路上设有单向阀和先导溢流阀。

9.根据权利要求7所述的液压驱动双作用泥浆泵，其特征在于：所述控制油泵与所述二位四通液动先导阀的P口之间的管路上设有单向阀、先导溢流阀、温度计、压力计、压力变送器和过滤器。

10.根据权利要求1所述的液压驱动双作用泥浆泵，其特征在于：所述油箱兼作橇架，所述动力电机、所述压力油泵、所述控制油泵和所述控制电机均设置在所述油箱上；所述液压动力端设置在所述油箱中部，所述泥浆泵头通过拉杆与所述液压动力端连接。