CN108730146A - 一种液压驱动的压裂泵 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液压驱动的压裂泵，设置有进油口P、回油口T、进液口V和高压出液口H，包括增压缸和先导式液控换向阀，增压缸包括低压缸、低压活塞、高压柱塞、高压缸和端盖；在低压活塞左移到左端极限位置，触发先导式液控换向阀换向；在低压活塞右移到右端极限位置，触发先导式液控换向阀换向；该压裂泵不仅结构简单，而且无需电控控制。

Description

一种液压驱动的压裂泵

技术领域

本发明涉及油气压裂技术领域，特别涉及一种液压驱动的压裂泵。

背景技术

压裂施工作业是改造油气藏的重要手段之一，对于低渗透油气井，一般需要借助压裂作业才能达到稳产和增产的目的。压裂泵是压裂车的工作主机，是实现压裂工艺意图最直接的执行设备，主要由动力端总成和液力端总成等部件组成。

现有技术中，作为输送机构的压裂泵一般采用曲轴式柱塞泵，图4为这种曲轴式柱塞泵的结构示意图，如图4所示，该曲轴式柱塞泵1'包括曲轴11'、多个连杆12'和多个柱塞13'等，曲轴11'的两端设置有动力输入齿轮，多个柱塞13'布置在曲轴11'的一侧，多个柱塞13'的一端可分别在液力端(图中示出但未标出)中来回移动，多个连杆12'设置在多个柱塞13'的另一端与曲轴11'之间，这样当曲轴11'转动时，将带动连杆12'作曲柄连杆运动，连杆12'进而驱动柱塞13'作往复运动(类似于发动机曲轴与活塞的运动)，从而实现通过液力端将工作介质(压裂液)吸入并连续高压输出，以进行压裂作业。

上述曲轴式柱塞泵中，冲程较短(如五缸式柱塞泵冲程约为200mm)，换向次数多，柱塞动作频繁，易损件的寿命短，例如，液力端的阀座、阀和阀胶皮等的使用寿命只有几十小时；另外，这种曲轴式柱塞泵的输出压力、流量的覆盖范围较窄，若要提高覆盖范围，需更换不同缸径的液力端；另外，柱塞在频繁快速换向时，压裂液尚未充分吸入即排出，造成吸入效率不高，导致工作效率偏低；另外，压裂泵内集成安装有曲轴、动力输入齿轮、连杆、液力端的箱体及座体等，结构复杂，制造成本高，拆装维护不便；另外，动力输入齿轮作高速重载旋转，对润滑和冷却的要求高，需要布置结构复杂的润滑系统及对应的冷却系统。

因此，如何针对现有的上述不足和缺陷进行改进，以便更加适应油气开发需要，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

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，提供一种有效增大冲程、减少冲次，提高易损件的使用寿命，有效增大输出压力、流量的覆盖范围，有效提高吸入效率，有效降低结构复杂性、节约成本，以及有效降低润滑和冷却的要求，可以无需电控控制，液压驱动的压裂泵。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明提供了一种液压驱动的压裂泵，设置有进油口P、回油口T、进液口V和高压出液口H，其特征在于，包括增压缸和先导式液控换向阀；

所述增压缸包括低压缸、低压活塞、高压柱塞、高压缸和端盖，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，其右两端与滑动设置在高压缸内的高压柱塞相连。

所述先导式液控换向阀设置有进油流道、回油流道、第一工作油口A和第二工作油口B，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与左活塞腔相连通；所述第二工作油口B与右活塞腔相连通；

所述先导式液控换向阀包括先导阀、主阀、第一溢流阀和第二溢流阀，所述先导阀为二位三通换向阀，所述主阀为二位四通换向阀，所述主阀的进油口P1和先导阀的进油口P2都与进油流道相连通，所述主阀的回油口T1与回油流道相连通，所述主阀的工作油口A1与第一工作油口A相连通，所述主阀的工作油口A2与第二工作油口B相连通，所述先导阀的工作油口A2与主阀的左控制腔相连通，所述主阀的左控制腔还通过第四阻尼孔与回油流道相通，所述先导阀的工作油口B2与主阀的右控制腔相连通，所述主阀的右控制腔还通过第三阻尼孔与回油流道相通；所述第一溢流阀的第一端口与所述第一工作油口A相连且所述第一溢流阀的第二端口与所述左先导腔相连，所述第二溢流阀的第一端口与第二工作油口B相连且所述第二溢流阀的第二端口与所述右先导腔相连，所述先导阀的左先导腔还通过第一阻尼孔与回油流道相连通，所述先导阀的右先导腔还通过第二阻尼孔与回油流道相连通。

通过上述技术方案，该压裂泵工作时，通过低压活塞运动到左右两端极限位置时，左右活塞腔内的油液压力升高，进而触发第一溢流阀或第二溢流阀开启对先导式液控换向阀的先导阀进行触发，使先导阀先进行换向，再通过先导阀控制主阀进行换向，这样可以保证当低压活塞开始往相反方向运动时，主阀和低压活塞的位移不会相互影响，而先导阀在主阀换向后通过的流量很小，能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压裂液的吸入及增压排出循环，也无需曲轴、动力输入齿轮、连杆、润滑系统和冷却系统，零部件少、结构简单、成本低。

进一步的技术方案中，所述先导式液控换向阀的主阀处于左位时，所述进油口P1与工作油口B1相连通，所述工作油口A1与所述回油口T1相连通；所述主阀处于右位时，所述工作油口P1与工作油口A1相连通，所述工作油口B1与所述回油口T1相连通。

进一步的技术方案中，所述先导式液控换向阀的先导阀处于左位时，所述进油口P2与工作油口A2相连通；所述先导阀处于右位时，所述进油口P2与工作油口B2相连通。

进一步的技术方案中，所述高压缸通过出液单向阀与高压出液口H连通，进液口V通过进液单向阀与高压缸连通。

进一步的技术方案中，在所述进油流道和所述先导阀的进油口P2之间还连接有第五阻尼孔。通过设置第五阻尼孔，可以使先导式液控换向阀的主阀换向更加平稳，无冲击。

(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：

该压裂泵工作时，通过低压活塞运动到左右两端极限位置时，左右活塞腔内的油液压力升高，同时触发第一溢流阀或第二溢流阀开启，从而先导式液控换向阀的先导阀进行触发，使先导阀先进行换向，再通过先导阀控制主阀进行换向，这样可以保证当低压活塞开始往相反方向运动时，主阀和低压活塞的位移不会相互影响，而先导阀在主阀换向后通过的流量很小，能可靠的保持在换向位置，因此本发明只需要和液压泵相连，无需复杂的电控控制就可以实现对压裂液的增压和吸入循环过程，也无需曲轴、动力输入齿轮、连杆、润滑系统和冷却系统，结构简单、成本低。

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)；

图4为现有技术中典型的曲轴式柱塞泵的结构示意图。

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驱动的压裂泵，设置有进油口P、回油口T、进液口V、高压出液口H，其包括增压缸和先导式液控换向阀；增压缸包括低压缸4、低压活塞6、高压柱塞5、高压缸3和端盖11，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，其右端与滑动设置在高压缸3内的高压柱塞5相连；

先导式液控换向阀设置有进油流道14、回油流道15、第一工作油口A和第二工作油口B，进油流道14和进油口P相连通，回油流道15和回油口T相连通；第一工作油口A与左活塞腔4b相连通；第二工作油口B与右活塞腔4a相连通；

先导式液控换向阀包括先导阀8、主阀9、第一溢流阀7a和第二溢流阀7b，先导阀8为二位三通换向阀，主阀9为二位四通换向阀，主阀9的进油口P1和先导阀8的进油口P2都与进油流道14相连通，主阀9的回油口T1与回油流道15相连通，主阀9的工作油口A1与第一工作油口A相连通，主阀9的工作油口B1与第二工作油口B相连通，先导阀8的工作油口A2与主阀9的左控制腔9b相连通，主阀9的左控制腔9b还通过第四阻尼孔10b与回油流道15相通，先导阀8的工作油口B2与主阀9的右控制腔9a相连通，主阀9的右控制腔9a还通过第三阻尼孔10a与回油流道15相通；第一溢流阀7a的第一端口与第一工作油口A相连且第一溢流阀7a的第二端口与左先导腔8b相连，第二溢流阀7b的第一端口与第二工作油口B相连且第二溢流阀7b的第二端口与右先导腔8a相连，先导阀8的左先导腔8b还通过第一阻尼孔12b与回油流道15相连通，先导阀8的右先导腔8a还通过第二阻尼孔12a与回油流道15相连通。

先导式液控换向阀的主阀9处于左位时，所述进油口P1与工作油口B1相连通，所述工作油口A1与所述回油口T1相连通；主阀9处于右位时，所述工作油口P1与工作油口A1相连通，所述工作油口B1与所述回油口T1相连通。

先导式液控换向阀的先导阀8处于左位时，进油口P2与工作油口A2相连通；先导阀8处于右位时，进油口P2与工作油口B2相连通。

高压缸3通过出液单向阀2与高压出液口H连通，进液口V通过进液单向阀1与高压缸3连通。

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，进液口V和压裂液输入管道相连，高压出液口H和压裂液输出管道相连。假设主阀9初始位置处于右位，如图2所示，则进油口P1和工作油口A1相连通，工作油口B1和回油口T1相连通，一方面油液由进油口P经主阀9、第一工作油口A后进入左活塞腔4b推动活塞6向右移动，右活塞腔4a的油液经第二工作油口B、工作油口B1、回油口T1、回油流道15回到油箱，增压缸3内的压裂液经增压后由出液单向阀2到达高压出液口H。当活塞6向右运动到右端极限位置时(如图2所示)，第一工作油口A的压力会迅速上升触发第一溢流阀7a开启，第一溢流阀7a开启后油液进入左先导腔8b，左先导腔8b内建立起压力推动先导阀8换向到左位，右先导腔8a的油液经第二阻尼孔12a、回油流道15后都到达回油口T，此时进油口P2与工作油口A2相连通，进油口P的油液经进油口P2、工作油口A2进入主阀12的左控制腔9b控制主阀9换向到左位，右控制腔9a的油液由第三阻尼孔10a流入回油流道15；主阀9换向到左位后，液压泵出口油液经进油口P、进油口P1、工作油口B1、第二工作油口B后进入右活塞腔4a(同时，进液口V的压裂液液经进液单向阀1进入增压缸3进行充液)推动低压活塞6向左运动，左活塞腔4b内的油液经第一工作油口A、工作油口A1、回油口T1、回油流道15后到达回油口T，当活塞6向左运动到左端极限位置时(如图3所示)，第二工作油口B的压力会迅速上升触发第二溢流阀7b开启，第二溢流阀7b开启后油液进入右先导腔8a，右先导腔8a内建立起压力推动先导阀8换向到右位，左先导腔8b的油液经第一阻尼孔12b、回油流道15后都到达回油口T，当先导阀13换向到右位后，主阀9被先导阀8控制换向到右位，进油口P的油液经进油口P1、第一工作油口A进入左活塞腔4b，推动活塞6向右运动增压，至此完成循环。只要进油口P有油液持续供应，本发明的压裂泵就会来回往复运动进行充液、增压排液的循环过程。

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 (5)

1.一种液压驱动的压裂泵，设置有进油口P、回油口T、进液口V和高压出液口H，其特征在于，包括增压缸和先导式液控换向阀；

所述增压缸包括低压缸、低压活塞、高压柱塞、高压缸和端盖，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，其右端与滑动设置在高压缸内的高压柱塞相连。

所述先导式液控换向阀设置有进油流道、回油流道、第一工作油口A和第二工作油口B，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与左活塞腔相连通；所述第二工作油口B与右活塞腔相连通；

所述先导式液控换向阀包括先导阀、主阀、第一溢流阀和第二溢流阀，所述先导阀为二位三通换向阀，所述主阀为二位四通换向阀，所述主阀的进油口P1和先导阀的进油口P2都与进油流道相连通，所述主阀的回油口T1与回油流道相连通，所述主阀的工作油口A1与第一工作油口A相连通，所述主阀的工作油口A2与第二工作油口B相连通，所述先导阀的工作油口A2与主阀的左控制腔相连通，所述主阀的左控制腔还通过第四阻尼孔与回油流道相通，所述先导阀的工作油口B2与主阀的右控制腔相连通，所述主阀的右控制腔还通过第三阻尼孔与回油流道相通；所述第一溢流阀的第一端口与所述第一工作油口A相连且所述第一溢流阀的第二端口与所述左先导腔相连，所述第二溢流阀的第一端口与第二工作油口B相连且所述第二溢流阀的第二端口与所述右先导腔相连，所述先导阀的左先导腔还通过第一阻尼孔与回油流道相连通，所述先导阀的右先导腔还通过第二阻尼孔与回油流道相连通。

2.根据权利要求1所述的压裂泵，其特征在于，所述先导式液控换向阀的主阀处于左位时，所述进油口P1与工作油口B1相连通，所述工作油口A1与所述回油口T1相连通；所述主阀处于右位时，所述工作油口P1与工作油口A1相连通，所述工作油口B1与所述回油口T1相连通。

3.根据权利要求2所述的压裂泵，其特征在于，所述先导式液控换向阀的先导阀处于左位时，所述进油口P2与工作油口A2相连通；所述先导阀处于右位时，所述进油口P2与工作油口B2相连通。

4.根据权利要求1-3任一项所述的压裂泵，其特征在于，所述高压缸通过出液单向阀与高压出液口H连通，所述进液口V通过进液单向阀与高压缸连通。

5.根据权利要求1-4任一项所述的压裂泵，其特征在于，在所述进油流道和所述先导阀的进油口P2之间还连接有第五阻尼孔。