CN108730145A - 一种液压泥浆泵 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液压泥浆泵，设置有进油口P、回油口T、进浆口V和高压出浆口H，包括增压缸和液控换向阀组件，增压缸包括低压缸、低压活塞、左高压柱塞、右高压柱塞、左高压缸和右高压缸，低压缸上设有第一进油流道、第二进油流道、第一控制流道和第二控制流道，低压活塞上开有环形的连通槽；在低压活塞左移到其将第一通流槽完全遮盖位置时，连通槽将第一进油流道和第一控制流道连通控制液控换向阀组件换向，且低压活塞通过密闭的左活塞腔进行制动；在低压活塞右移到其将第二通流槽完全遮盖位置时，连通槽将第二进油流道和第二控制流道连通控制液控换向阀组件换向，且低压活塞通过密闭的右活塞腔进行制动；该液压泥浆泵不仅结构简单，而且无需电控控制，且噪音很低。

Description

一种液压泥浆泵

技术领域

本发明涉及泥浆泵技术领域，特别涉及一种液压泥浆泵。

背景技术

在工程领域中，尤其是石油工业上需要在高压下输送高粘度大比重或高含砂量而流量相对不大的液体，如粘井时用作循环泥浆和注入固井水泥，采油时用作原油输送，洗井注水和地层压裂，因此泥浆泵在石油工业上是一种通用的关键设备。目前国内外在泥浆泵上大都是采用机械驱动的形式，在泵往复运动的获得上来看，用曲柄滑块式驱动的单缸单作用泵没有实用意义，因为它的排量不均度很大，其数值为3.14；另外还有三缸单作用式泵，其曲柄相位相差120°，四缸单作用进似于双缸双作用泵。上世纪以来三缸单作用泵得以发展的原因是因它的排量不均度为0.141，比双缸双作用泵的排量不均度0.314低得多，使钻井效率得以显著提高。

近年才出现的液压泵因液压运动平稳，并采用了特制的流量平衡装置，所以泵输出的流量也较稳定，按发展形式的要求必然是向着流量更加稳定和高效率的方向发展。经检索得到如下几篇相近的资料：①专利号为“EP0380777”，名称为《输送酿造液体的正排量泵》专利。它的正排量泵是被一个单活塞杆的双作用油缸所驱动，它的换向是由活塞杆上的刚性联接盘碰撞控制分配器的两个限位开关来实现的，这限位开关可以是电的、液压或其它形式的；②专利号为“US3142258”，名称为《泵的结构》专利：是一种抽送液体或半流液体的塑料零件泵的结构，其驱动介质为压缩空气，两串联缸体内活塞运动的位置由两端缸顶的可调的限位块限定，其换向问题也可用活塞杆一端外伸部分上的撞块和微动开关的配合作用来实现；③专利号为“US3700360”，名称为《双作用的串联活塞泵》专利，它是用车辆上的发动机驱动的液压泵形成的压力油驱动、油缸串接、活塞串联的双作用泵，该泵用来输送水或液体，其传动上的特征是：驱动油缸中的驱动活塞运动的换向是靠两缸中的活塞杆中的一个延伸杆控制电路的微动开关，用电磁作用的引导阀操作换向阀来实现的。上述检索得到的三个对比专利说明在泥浆泵的领域中并没有使用液压驱动的单缸双作用的形式，而它们共同的特征是：它们虽都是液压控制的双作用式的泵，但它的换向问题都是采用机械运动碰撞电路的微动开关来实现的，在实际应用中必须有电控控制，在防爆环境中不适宜使用；且因为微动开关经多次碰撞，使用寿命也短、不可靠。另外，目前市场上现有的液压泥浆泵，在驱动油缸在一个方向运动到头后，会因为活塞与缸盖的撞击产生噪音。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的在于克服现有技术上的缺陷，提供一种结构简单、无需电控控制、使用可靠、寿命长、低噪音的液压泥浆泵。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明提供了一种液压泥浆泵，设置有进油口P、回油口T、进浆口V和高压出浆口H，包括增压缸和液控换向阀组件；

所述增压缸包括低压缸、低压活塞、左高压柱塞、右高压柱塞、左高压缸和右高压缸，所述低压活塞滑动设置在低压缸内并在其左右两端分别形成有左活塞腔和右活塞腔，其左右两端分别与滑动设置在左高压缸内的左高压柱塞和右高压缸内的右高压柱塞相连，所述低压缸上设有第一进油流道、第二进油流道、第一控制流道和第二控制流道，所述第一进油流道和第二进油流道均与进油口P相连通，所述低压缸的左右两端还设有第一通流槽和第二通流槽，所述低压活塞的周面上开有环形的连通槽；在低压活塞左移到其将第一通流槽完全遮盖位置时，所述连通槽将第一进油流道和第一控制流道连通，且低压活塞通过密闭的左活塞腔进行制动；在低压活塞右移到其将第二通流槽完全遮盖位置时，所述连通槽将第二进油流道和第二控制流道连通，且低压活塞通过密闭的右活塞腔进行制动；

所述液控换向阀组件设置有进油流道、回油流道、第一工作油口A、第二工作油口B、第一控制油口X1和第二控制油口X2，所述进油流道和进油口P相连通，所述回油流道和所述回油口T相连通；所述第一工作油口A分成两路，一路通过第一通流槽与左活塞腔相连通，另一路通过第一连通单向阀经左高压缸的右端面与左活塞腔相连通；所述第二工作油口B分成两路，一路通过第二通流槽与右活塞腔相连通，另一路通过第二连通单向阀经右高压缸的左端面后与右活塞腔相连通；所述第一控制油口X1和所述第一控制流道相连通，所述第二控制油口X2和所述第二控制流道相连通；

所述液控换向阀组件包括换向滑阀、液控单向阀、第一阻尼、第二阻尼和第三阻尼，所述换向滑阀为二位四通换向阀，所述换向滑阀的进油口和回油口分别与进油流道和回油流道相通，所述换向滑阀的两个工作油口分别与第一工作油口A和第二工作油口B相连通；所述液控单向阀位于换向滑阀的左控制腔与回油流道之间，所述第三阻尼孔位于液控单向阀的回油口和回油流道之间，所述第一控制油口X1与液控单向阀的控制口相连通，所述液控单向阀的控制口还通过第二阻尼孔与所述第一工作油口A相连通，所述第二控制油口X2与换向滑阀的左控制腔相连通，所述进油流道与换向滑阀的右控制腔相连通，所述换向滑阀的左控制腔还通过第一阻尼孔与第二工作油口B相连通；所述换向滑阀的左控制腔内设有左控制柱塞，所述换向滑阀的右控制腔内设有右控制柱塞，所述左控制柱塞的横截面积大于右控制柱塞的横截面积。

通过上述技术方案，该液压泥浆泵工作时，换向滑阀的右控制腔通过与进油流道连通始终处于压力状态，而左控制腔内的左控制柱塞的横截面积大于右控制腔内右控制柱塞的横截面积，通过低压活塞运动到左右两端完全遮盖住第一通流槽或第二通流槽位置时将第一控制流道或第二控制流道与进油口连通，进而改变换向滑阀左控制腔内的压力，使左控制腔内的压力或者通过液控单向阀卸荷，或者处于压力状态，从而使换向滑阀进行换向，控制低压活塞向相反方向运动，然后再由第一阻尼孔对换向滑阀左控制腔、由第二阻尼孔对液控单向阀控制口的压力进行保持，维持换向滑阀可靠的保持在换向位置，因此本发明无需电控控制即可实现对泥浆的吸入及增压排出循环，也无需在外部设置电控元器件或者连杆拨动结构，零部件少、结构简单、成本低；另外，因为低压活塞和左右高压柱塞皆为低速直线运动，可以实现长冲程，从而提高有效吸入效率、减少冲次及提高寿命，且低压活塞来回运动一次可实现两次的吸浆及增压排出，无空行程、效率高；另外通过设置第一通流槽和第二通流槽，在低压活塞向左右两端运动到一定位置时将第一通流槽和第二通流槽遮盖，切断油液流出通道，利用完全封闭的左活塞腔和右活塞腔进行制动，可以防止低压活塞与左高压缸和右高压缸的碰撞，因此不会产生撞击噪音。

进一步的技术方案中，所述换向滑阀处于处于左位时，所述进油流道与第二工作油口B相连通，所述第一工作油口A与回油流道相连通；所述换向滑阀处于右位时，所述进油流道与第一工作油口A相连通，所述第二工作油口B与回油流道相连通。

进一步的技术方案中，所述左高压缸和右高压缸分别通过第一出浆单向阀和第二出浆单向阀与高压出浆口H连通，进浆口V分别通过第一进浆单向阀和第二进浆单向阀与左高压缸和右高压缸连通。

进一步的技术方案中，在低压活塞左移到其将第一通流槽完全遮盖位置时，所述低压活塞左端面距离低压缸最左端距离大于20mm；在低压活塞右移到其将第二通流槽完全遮盖位置时，所述低压活塞右端面距离低压缸最右端距离大于20mm。因为低压活塞与低压缸内孔为间隙液密封配合，为了保证在低压活塞已经遮盖住第一通流槽和第二通流槽时，不会因为油液继续从低压活塞与低压缸内孔之间的间隙流出造成低压活塞继续运动而造成制动失败，需要足够的密封长度，所以低压活塞距离两端面的距离至少大于20mm。

(三)有益效果

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

该液压泥浆泵工作时，换向滑阀的右控制腔通过与进油流道连通始终处于压力状态，而左控制腔内的左控制柱塞的横截面积大于右控制腔内右控制柱塞的横截面积，通过低压活塞运动到左右两端完全遮盖住第一通流槽或第二通流槽位置时将第一控制流道或第二控制流道与进油口连通，进而改变换向滑阀左控制腔内的压力，使左控制腔内的压力或者通过液控单向阀卸荷，或者处于压力状态，从而使换向滑阀进行换向，控制低压活塞向相反方向运动，然后再由第一阻尼孔对换向滑阀左控制腔、由第二阻尼孔对液控单向阀控制口的压力进行保持，维持换向滑阀可靠的保持在换向位置，因此本发明无需电控控制即可实现对泥浆的吸入及增压排出循环，也无需在外部设置电控元器件或者连杆拨动结构，零部件少、结构简单、成本低；另外，因为低压活塞和左右高压柱塞皆为低速直线运动，可以实现长冲程，从而提高有效吸入效率、减少冲次及提高寿命，且低压活塞来回运动一次可实现两次的吸浆及增压排出，无空行程、效率高；另外通过设置第一通流槽和第二通流槽，在低压活塞向左右两端运动到一定位置时将第一通流槽和第二通流槽遮盖，切断油液流出通道，利用完全封闭的左活塞腔和右活塞腔进行制动，可以防止低压活塞与左高压缸和右高压缸的碰撞，因此不会产生撞击噪音。

附图说明

图1为本发明实施例的液压原理图(低压活塞处于中间位置状态)；

图2为本发明实施例的液压原理图(低压活塞由右行转左行状态)；

图3为本发明实施例的液压原理图(低压活塞由左行转右行状态)。

具体实施方式

请参阅图1-3，为本发明优选的一个实施例，本发明提供一种液压泥浆泵，设置有进油口P、回油口T、进浆口V、高压出浆口H，其包括增压缸和液控换向阀组件；增压缸包括低压缸4、低压活塞6、左高压柱塞5b、右高压柱塞5a、左高压缸3b和右高压缸3a，低压活塞6滑动设置在低压缸4内并在其左右两端分别形成有左活塞腔4b和右活塞腔4a，其左右两端分别与滑动设置在左高压缸3b内的左高压柱塞5b和右高压缸3a内的右高压柱塞5a相连，低压缸4上设有第一进油流道10、第二进油流道8、第一控制流道11和第二控制流道9，所述第一进油流道10和第二进油流道8均与进油口P相连通，低压缸4的左右两端还设有第一通流槽4d和第二通流槽4c，低压活塞6的周面上开有环形的连通槽7；在低压活塞6左移到其将第一通流槽4d完全遮盖位置时，所述连通槽7将第一进油流道10和第一控制流道11连通，且低压活塞6通过密闭的左活塞腔4b进行制动；在低压活塞6右移到其将第二通流槽4c完全遮盖位置时，所述连通槽7将第二进油流道8和第二控制流道9连通，且低压活塞6通过密闭的右活塞腔4a进行制动。可以理解的是，密闭的左活塞腔4b是指当低压活塞6将第一通流槽4d完全遮盖后，左活塞腔4b与第一工作油口A的连通被切断，左活塞腔4b内的油液既不能通过第一通流槽4d回第一工作油口A，也不能通过反向截止的第一连通单向阀15b回第一工作油口A，另外在此位置低压活塞6的左端面肯定与低压缸4的最左端还要有一定的距离才能形成容腔(左活塞腔4b)；同理密闭的右活塞腔4a是指当低压活塞6将第二通流槽4c完全遮盖后，右活塞腔4a与第二工作油口B的连通被切断，右活塞腔4a内的油液既不能通过第二通流槽4c回第二工作油口B，也不能通过反向截止的第二连通单向阀15a回第二工作油口B，另外在此位置低压活塞6的右端面肯定与低压缸4的最右端还要有一定的距离才能形成容腔(右活塞腔4a)。

液控换向阀组件设置有进油流道16、回油流道17、第一工作油口A、第二工作油口B、第一控制油口X1和第二控制油口X2，进油流道16和进油口P相连通，回油流道17和回油口T相连通；第一工作油口A分成两路，一路通过第一通流槽4d与左活塞腔4b相连通，另一路通过第一连通单向阀15b经左高压缸3b的右端面与左活塞腔4b相连通；第二工作油口B分成两路，一路通过第二通流槽4c与右活塞腔4a相连通，另一路通过第二连通单向阀15a经右高压缸3a的左端面后与右活塞腔4a相连通；第一控制油口X1和第一控制流道11相连通，第二控制油口X2和第二控制流道9相连通。

液控换向阀组件包括换向滑阀12、液控单向阀13、第一阻尼14b、第二阻尼14a和第三阻尼14c，换向滑阀12为二位四通换向阀，换向滑阀12的进油口和回油口分别与进油流道16和回油流道17相通，换向滑阀12的两个工作油口分别与第一工作油口A和第二工作油口B相连通；液控单向阀13位于换向滑阀12的左控制腔12b与回油流道17之间，第三阻尼孔14c位于液控单向阀13的回油口和回油流道之间，第一控制油口X1与液控单向阀13的控制口13a相连通，液控单向阀13的控制口13a还通过第二阻尼孔14a与第一工作油口A相连通，第二控制油口X2与换向滑阀12的左控制腔12b相连通，进油流道16与换向滑阀的右控制腔12a相连通，换向滑阀12的左控制腔12b还通过第一阻尼孔14b与第二工作油口B相连通；换向滑阀的左控制腔12b内设有左控制柱塞12d，换向滑阀的右控制腔12a内设有右控制柱塞12c，左控制柱塞12d的横截面积大于右控制柱塞12a的横截面积。

换向滑阀13处于处于左位时，进油流道16与第二工作油口B相连通，第一工作油口A与回油流道17相连通；换向滑阀13处于右位时，进油流道16与第一工作油口A相连通，第二工作油口B与回油流道17相连通。

左高压缸3b和右高压缸3a分别通过第一出浆单向阀2b和第二出浆单向阀2a与高压出液口H连通，进浆口V分别通过第一进浆单向阀1b和第二进浆单向阀1a与左高压缸3b和右高压缸3a连通。

在低压活塞6左移到其将第一通流槽4d完全遮盖位置时，低压活塞6左端面距离低压缸4最左端距离大于20mm；在低压活塞6右移到其将第二通流槽4c完全遮盖位置时，低压活塞6右端面距离低压缸4最右端距离大于20mm。因为低压活塞6与低压缸4内孔为间隙液密封配合，为了保证在低压活塞6已经遮盖住第一通流槽4d和第二通流槽4c时，不会因为油液继续从低压活塞6与低压缸4内孔之间的间隙流出造成低压活塞6继续运动而造成制动失败，所以低压活塞6距离两端面的距离至少大于20mm。

本发明的工作原理如下：

应用时将本发明的进油口P和液压泵出口相连，回油口T和油箱相连，进浆口V和泥浆输入管道相连，高压出浆口H和泥浆输出管道相连。假设换向滑阀12初始位置处于左位，如图1所示，则进油流道16和第二工作油口B相连通，第一工作油口A和回油流道17相连通，一方面油液由进油口P、进油流道16、第二工作油口B后通过第二连通单向阀15a进入右活塞腔4a推动活塞6向左移动，同时泥浆液经第二进浆单向阀1a进入右高压缸3a进行充液，左活塞腔4b的油液经第一通流槽4d、第一工作油口A、回油流道17回到油箱，左增压缸3b内的泥浆经增压后由第一出浆单向阀2b到达高压出浆口H。当低压活塞6向左运动到将第一通流槽4d完全遮盖时(如图3所示)，左活塞腔4b的油液不能再由第一通流槽4d排出，低压活塞6会在封闭的左活塞腔4b的作用下制动，且第一进油流道10通过连通槽7与第一控制流道11相连通后经第一控制油口X1进入液控单向阀13的控制口13a，液控单向阀13开启将左控制腔12b的油液与回油流道17连通，换向滑阀12在右控制腔12a的压力作用下换向到右位；换向滑阀12换向到右位后，进油流道16与第一工作油口A相连通，第二工作油口B与回油流道17相连通，进油口P的油液经进油流道16、第一工作油口A、第一连通单向阀15b进入进入左活塞腔4b(同时，进浆口V的泥浆经第一进浆单向阀1b进入左增压缸3b进行充液)推动低压活塞6向右运动，右活塞腔4a内的油液经第二通流槽4c、第二工作油口B、回油流道17后到达回油口T，右高压缸3a内的泥浆液经增压后由第二出浆单向阀2a排出到高压出浆口H。这里需要说明的是，当低压活塞6向右运动后，连通槽7不再将第一进油流道10和第一控制流道11相连通，但是液控单向13的控制口13a通过第二阻尼孔14a与第一工作油口A相连通继续保持处于压力维持状态，从而使液控单向阀13始终处于开启状态，而左控制腔12b通过第一阻尼孔14b与第二工作油口B相连通继续保持低压状态，因此换向滑阀12可以在连通槽7切断第一进油流道和第一控制流道的连通后继续可靠的保持位置。

如图2所示，当低压活塞6向右运动到将第二通流槽4c完全遮盖位置时，右活塞腔4a内的油液不能再由第二通流槽4c排出，低压活塞6会在封闭的右活塞腔4a的作用下制动，且第二进油流道8通过连通槽7与第二控制流道9相连通，进油口P的油液依次经第二进油流道8、连通槽7、第二控制流道9、第二控制油口X2进入换向滑阀12的左控制腔12b，虽然此时液控单向阀13还处于开启状态，但因为液控单向阀13的回油口连有第三阻尼孔14c(由液控单向阀13流入回油流道的流量小)，且由进油口P流入到左控制腔12b的流道内无阻尼孔的设置，所以左控制腔12b内的压力是和进油口P的压力相等，这样左控制腔12b和右控制腔12a内的压力相等(都和进油口P压力一样大)，但是因为左控制柱塞12d的横截面积大于右控制柱塞12c的横截面积，换向滑阀12在两端作用力下换向到左位。换向滑阀12换到左位后，进油流道16与第二工作油口B相连通，第一工作油口A与回油流道17相连通，此时液控单向阀13的控制口13a也通过第二阻尼孔14a与第一工作油口A相连通处于泄压状态，液控单向阀13完全关闭；油液由进油口P、进油流道16、第二工作油口B后通过第二连通单向阀15a进入右活塞腔4a推动活塞6向左移动，同时泥浆液经第二进浆单向阀1a进入右高压缸3a进行充液，左活塞腔4b的油液经第一通流槽4d、第一工作油口A、回油流道17回到油箱，左增压缸3b内的浆液经增压后由第一出浆单向阀2b到达高压出浆口H，至此完成循环。同样，这里需要说明的是，当低压活塞6向左运动后，连通槽7切断了第二进油流道8和第二控制流道9的连通，但是左控制腔12a通过第一阻尼孔14b与第二工作油口B相连通继续保持在有压状态，而液控单向阀13的控制口13a通过第一阻尼孔14a与第一工作油口A相连通继续保持在泄压状态，这样换向滑阀12可以继续可靠的保持在换向位置。只要进油口P有油液持续供应，本发明的液压泥浆泵就会来回往复运动进行充液、增压排浆的循环过程。

上部所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种液压泥浆泵，设置有进油口P、回油口T、进浆口V和高压出浆口H，其特征在于，包括增压缸和液控换向阀组件；

所述增压缸包括低压缸、低压活塞、左高压柱塞、右高压柱塞、左高压缸和右高压缸，所述低压活塞滑动设置在低压缸内并在其左右两端分别形成有左活塞腔和右活塞腔，其左右两端分别与滑动设置在左高压缸内的左高压柱塞和右高压缸内的右高压柱塞相连，所述低压缸上设有第一进油流道、第二进油流道、第一控制流道和第二控制流道，所述第一进油流道和第二进油流道均与进油口P相连通，所述低压缸的左右两端还设有第一通流槽和第二通流槽，所述低压活塞的周面上开有环形的连通槽；在低压活塞左移到其将第一通流槽完全遮盖位置时，所述连通槽将第一进油流道和第一控制流道连通，且低压活塞通过密闭的左活塞腔进行制动；在低压活塞右移到其将第二通流槽完全遮盖位置时，所述连通槽将第二进油流道和第二控制流道连通，且低压活塞通过密闭的右活塞腔进行制动；

所述液控换向阀组件设置有进油流道、回油流道、第一工作油口A、第二工作油口B、第一控制油口X1和第二控制油口X2，所述进油流道和进油口P相连通，所述回油流道和所述回油口T相连通；所述第一工作油口A分成两路，一路通过第一通流槽与左活塞腔相连通，另一路通过第一连通单向阀经左高压缸的右端面与左活塞腔相连通；所述第二工作油口B分成两路，一路通过第二通流槽与右活塞腔相连通，另一路通过第二连通单向阀经右高压缸的左端面后与右活塞腔相连通；所述第一控制油口X1和所述第一控制流道相连通，所述第二控制油口X2和所述第二控制流道相连通；

所述液控换向阀组件包括换向滑阀、液控单向阀、第一阻尼、第二阻尼和第三阻尼，所述换向滑阀为二位四通换向阀，所述换向滑阀的进油口和回油口分别与进油流道和回油流道相通，所述换向滑阀的两个工作油口分别与第一工作油口A和第二工作油口B相连通；所述液控单向阀位于换向滑阀的左控制腔与回油流道之间，所述第三阻尼孔位于液控单向阀的回油口和回油流道之间，所述第一控制油口X1与液控单向阀的控制口相连通，所述液控单向阀的控制口还通过第二阻尼孔与所述第一工作油口A相连通，所述第二控制油口X2与换向滑阀的左控制腔相连通，所述进油流道与换向滑阀的右控制腔相连通，所述换向滑阀的左控制腔还通过第一阻尼孔与第二工作油口B相连通；所述换向滑阀的左控制腔内设有左控制柱塞，所述换向滑阀的右控制腔内设有右控制柱塞，所述左控制柱塞的横截面积大于右控制柱塞的横截面积。

2.根据权利要求1所述的液压泥浆泵，其特征在于，所述换向滑阀处于处于左位时，所述进油流道与第二工作油口B相连通，所述第一工作油口A与回油流道相连通；所述换向滑阀处于右位时，所述进油流道与第一工作油口A相连通，所述第二工作油口B与回油流道相连通。

3.根据权利要求1-2任一项所述的液压泥浆泵，其特征在于，所述左高压缸和右高压缸分别通过第一出浆单向阀和第二出浆单向阀与高压出浆口H连通，进浆口V分别通过第一进浆单向阀和第二进浆单向阀与左高压缸和右高压缸连通。

4.根据权利要求1-3任一项所述的液压泥浆泵，其特征在于，在低压活塞左移到其将第一通流槽完全遮盖位置时，所述低压活塞左端面距离低压缸最左端距离大于20mm；在低压活塞右移到其将第二通流槽完全遮盖位置时，所述低压活塞右端面距离低压缸最右端距离大于20mm。