CN109973504A - 压裂泵用防拉杆粘扣组合螺母 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种压裂泵用防拉杆粘扣组合螺母，属于压裂泵液力端支撑装置技术领域,包括泵箱和拉杆，所述泵箱外侧连接拉杆，拉杆上螺纹套设有拉紧螺母，拉紧螺母的内螺纹与拉杆相配合，拉紧螺母的外螺纹与锁紧螺母相配合，锁紧螺母与泵箱之间设置有锁紧垫片，锁紧垫片套设在拉紧螺母上，所述锁紧垫片与拉紧螺母花键联接，锁紧垫片一端与泵箱的外壁相贴合，锁紧垫片另一端与锁紧螺母相贴合，通过将传统的压裂泵拉杆由一个拉紧螺母拆分改进为拉紧螺母与锁紧螺母的组合来实现拉杆的拉紧和预应力锁紧，并增加一个锁紧垫片来防止拉紧螺母在工作中退扣，从根本上解决了压裂泵拉杆螺母粘扣的问题，并确保拉杆联接的强度要求和稳定可靠性。

Description

压裂泵用防拉杆粘扣组合螺母

技术领域

本发明属于压裂泵液力端支撑装置技术领域，具体地涉及一种压裂泵用防拉杆粘扣组合螺母。

背景技术

压裂泵由动力端(也称大泵)和液力端(也称压力泵阀箱)两大部件组成，液力端通过大泵拉杆被联接固定在动力端的壳体上。在压裂泵工作中，动力端以曲轴产生往复直线运动的工作原理、带动液力端内柱塞往复直线运动吸入、排出压裂液实现井下压裂作业，液力端会承受高压的交变载荷，要求拉杆必须具有足够的联接强度实用中，联接螺纹在装配时都必须拧紧，使得联接螺纹在承受工作载荷前、预先受到力的作用，这个预先施加的力被称之为预紧力。预紧力的目的在于增强螺纹联接的可靠性和紧密性，防止被联接件在受载后产生缝隙或相对滑移。因此、压裂泵拉杆螺母联接处要有足够的预紧力来产生拉杆拉力拉紧阀箱，并且避免拉杆螺母在工作中发生退扣的情况，否则会致使压裂泵无法正常工作，可能损坏压裂泵甚至是导致安全事故。

为了获得足够的拉杆联接强度以及可靠性，对大泵拉杆螺母通过机械拧紧(扭矩T)来提供相当大的预紧力以保证拉杆在轴向形成足够的拉紧力(拉力F)，在实际的工作中，大泵拉杆和大泵拉杆螺母的旋合螺纹齿合面存在相当大的预紧扭矩T，也会在旋合螺纹副表面产生不小的接触压力P，接触压力P的大小可以由下面公式(1)计算获得。T＝2πμR2LP(公式1)(T＝扭矩，μ为接触面摩擦系数，R为螺纹中径，L为螺纹旋合长度)因为接触压力P的存在，所以拆装拉杆螺母以及工作时因为振动的原因，会产生螺纹副沿着螺纹圆周方向的相对滑移(哪怕是很微小的滑移)，可能在螺纹齿合面产生表面撕裂损伤螺纹表面进而导致粘扣的情况发生，接触压力P越大，则产生撕裂或粘扣的几率就越大。

一旦产生粘扣的情况，就会导致拉杆螺母无法正常安装拆卸，影响维保工作的正常进行，甚至是导致压裂设备无法继续进行现场的施工作业，给工程作业带来设备总功率的输出损失。实际工作中，拉杆螺母粘扣后，往往不得不用非常规手段进行处置，用远远超过正常值的扭矩T去拆卸拉杆螺母，甚至是不得不用火焰切割，钻孔破坏等方式去破坏拉杆螺母。无论是用超大的扭矩T去拆卸螺母、还是用非正常方式破坏螺母，都会导致大泵拉杆的实质性损坏，图三就是大泵拉杆的一段螺牙因为粘扣、在采用超大扭矩强制拆卸螺母后而被损伤，导致拉杆损坏的示例。

由于压裂泵拉杆螺母粘扣可能导致维保受阻、设备停工、拉杆损毁等事故，给施工单位带来作业风险、管理困难及不小的经济损失，因此解决压裂泵拉杆螺母粘扣问题一直是用户的急迫需求，也是压裂泵配套制造企业需要克服的一个技术难题。

多年以来，众多压裂泵配套企业虽然不断尝试通过提升拉杆的材料、提高螺纹的表面质量、增大螺纹公称直径，加长螺纹旋合长度、改善螺纹旋合润滑等方式来克服拉杆螺母粘扣的问题，虽然减少了拉杆螺母粘扣的几率，但是一直不得根除这一问题。

发明内容

本发明的目的在于：压裂泵用防拉杆粘扣组合螺母(简称防粘扣螺母)，主要目的是在压裂泵常规使用的拉杆螺母的基础上研发一种新型的用于压裂泵阀箱(或称液力端)联接拉紧的螺母，该新型螺母既能够提供可靠的拉杆联接拉紧强度(即预紧力)，保证压裂泵阀箱在压裂作业工况下可靠稳定的工作，又能防止拉杆螺母处产生粘扣，避免拉杆损坏并且方便设备维保。

本发明采用的技术方案如下：

压裂泵用防拉杆粘扣组合螺母，包括泵箱和拉杆，所述泵箱外侧连接拉杆，拉杆上螺纹套设有拉紧螺母，拉紧螺母的内螺纹与拉杆相配合，拉紧螺母的外螺纹与锁紧螺母相配合，锁紧螺母与泵箱之间设置有锁紧垫片，锁紧垫片套设在拉紧螺母上，所述锁紧垫片与拉紧螺母花键联接，锁紧垫片一端与泵箱的外壁相贴合，锁紧垫片另一端与锁紧螺母相贴合。

本发明的进一步优选，所述拉紧螺母安装扭矩的范围是150N.m-250N.m。

本发明的进一步优选，所述锁紧垫片靠近泵箱的一面周向开设有凹槽，锁紧螺母旋紧后，会使的锁紧垫片与泵箱的接触面产生一定程度的弹性、塑性变形。

本发明的进一步优选，所述锁紧垫片的材料采用正火态合金结构钢，屈服强度与拉伸强度比值≤0.8，屈服强度σs≤600MPa。

本发明的进一步优选，所述锁紧螺母预紧扭矩的范围2100N.m——5000N.m。

本发明的进一步优选，所述锁紧螺母的螺纹为细压螺纹，细牙螺纹具有良好的自锁功能，并且通过压紧锁紧垫片让锁紧垫片发挥防止退扣的作用，可以很好地防止锁紧螺母工作中的退扣现象，提高锁紧可靠性。

工作原理：安装时，先将拉紧螺母(锁紧垫片通过花键槽和卡簧已经事先装配与拉紧螺母上，面朝阀箱贴合面)用较小的扭矩T1拧紧，先用不大的拉杆拉力F1拉紧阀箱，因为T1不大，所以在安装拉紧螺母时产生的螺纹齿合面接触压力P1也不大，可以避免撕裂螺纹表面及粘扣情况的发生；

当拉紧螺母拧紧后，再将锁紧螺母用规定的大扭矩T2旋合在拉紧螺母的外螺纹上，产生足够大的预紧力，让拉杆获得满足设计需要的拉杆拉力F2完全可靠地拉紧阀箱(液力端)，并且锁紧螺母完全压紧锁紧垫片，让锁紧垫片在与阀箱本体以及锁紧螺母的两个接触面都产生一定程度的弹性和塑性变形，由于锁紧垫片与拉紧螺母之间通过花键配合，可以有效防止螺母在工作中退扣，通过以上步骤、完成防粘扣螺母的安装；

在拆卸防粘扣螺母时，先用略大于T2的扭矩拆卸掉锁紧螺母，卸除拉杆的拉力F2然后就可以用略大于T1的扭矩拆卸掉拉紧螺母，完成防粘扣螺母时的拆卸工作。

因为锁紧螺母的螺纹公称直径远大于拉杆的螺纹直径，根据公式(1)、扭矩T2在锁紧螺母螺纹齿和面产生的接触压力P2可以被控制在较少的程度，也有利于防止锁紧螺母自身的粘扣。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1.本发明通过将传统的压裂泵拉杆由一个拉紧螺母拆分改进为拉紧螺母与锁紧螺母的组合来实现拉杆的拉紧和预应力锁紧，并增加一个锁紧垫片来防止拉紧螺母在工作中退扣，与现有技术相比，本发明具有结构简单、实用性强、可靠性高的特点，从根本上解决了压裂泵拉杆螺母粘扣的问题，并确保拉杆联接的强度要求和稳定可靠性。

2.本发明通过在锁紧垫片靠近泵箱的一面周向开设有凹槽，锁紧螺母旋紧后，会使的锁紧垫片与泵箱的接触面产生一定程度的弹性、塑性变形，使得与泵箱接触的一面的面积小于与锁紧螺母接触的面积，使得卸扣时锁紧螺母会被优先卸扣，不会带动拉紧螺母退扣，可以防止锁紧螺母卸扣时带动拉紧螺母旋转而在发生粘扣的情况发生。

3.锁紧螺母的螺纹为细压螺纹，细牙螺纹具有良好的自锁功能，并且通过压紧锁紧垫片让锁紧垫片发挥防止退扣的作用，可以很好地防止锁紧螺母工作中的退扣现象，提高锁紧可靠性。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的拉紧螺母的结构示意图；

图3是本发明的锁紧垫片的结构示意图；

图4是本发明的A面和B面的结构示意图；

图5是本发明的锁紧螺母的结构示意图。

附图标记：1-锁紧垫片，2-拉紧螺母，3-拉杆，4-压裂泵，5-锁紧螺母，6-花键槽，7-花键，8-凹槽。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即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,本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。

需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

下面结合图1-5对本发明作详细说明。

实施案例一：压裂泵用防拉杆粘扣组合螺母，包括泵箱和拉杆，其特征在于，所述泵箱外侧连接拉杆，拉杆上螺纹套设有拉紧螺母，所述拉紧螺母安装扭矩的范围是150N.m-250N.m，拉紧螺母的内螺纹与拉杆相配合，拉紧螺母的外螺纹与锁紧螺母相配合，所述锁紧螺母预紧扭矩的范围2100N.m-5000N.m，锁紧螺母与泵箱之间设置有锁紧垫片，所述锁紧垫片与拉紧螺母花键联接，锁紧垫片套设在拉紧螺母上，锁紧垫片一端与泵箱的外壁相贴合，锁紧垫片另一端与锁紧螺母相贴合。

工作原理：安装时，先将拉紧螺母(锁紧垫片通过花键槽和卡簧已经事先装配与拉紧螺母上，面朝阀箱贴合面)用较小的扭矩T1拧紧，先用不大的拉杆拉力F1拉紧阀箱，因为T1不大，所以在安装拉紧螺母时产生的螺纹齿合面接触压力P1也不大，可以避免撕裂螺纹表面及粘扣情况的发生；

当拉紧螺母拧紧后，再将锁紧螺母用规定的大扭矩T2旋合在拉紧螺母的外螺纹上，产生足够大的预紧力，让拉杆获得满足设计需要的拉杆拉力F2完全可靠地拉紧阀箱(液力端)，并且锁紧螺母完全压紧锁紧垫片，让锁紧垫片在与阀箱本体以及锁紧螺母的两个接触面都产生一定程度的弹性和塑性变形，由于锁紧垫片与拉紧螺母之间通过花键配合，可以有效防止螺母在工作中退扣，通过以上步骤、完成防粘扣螺母的安装；

在拆卸防粘扣螺母时，先用略大于T2的扭矩拆卸掉锁紧螺母，卸除拉杆的拉力F2然后就可以用略大于T1的扭矩拆卸掉拉紧螺母，完成防粘扣螺母时的拆卸工作。

因为锁紧螺母的螺纹公称直径远大于拉杆的螺纹直径，根据公式(1)、扭矩T2在锁紧螺母螺纹齿和面产生的接触压力P2可以被控制在较少的程度，也有利于防止锁紧螺母自身的粘扣。

实施案例二：如图2所示，为拉紧螺母的结构示意图，所述拉紧螺母的内螺纹与拉杆螺纹连接，拉紧螺母的外螺纹与锁紧螺母螺纹连接，其外螺纹与锁紧螺母相配合起到预紧锁紧的作用，拉紧螺母上开设有花键槽，其花键槽与锁紧垫片的花键相配合，起到防退扣、防松的作用。

实施案例三：如图3是锁紧垫片的结构示意图，锁紧垫片的材料采用正火态合金结构钢，屈服强度与拉伸强度比值≤0.8，屈服强度σs≤600MPa，锁紧垫片与拉紧螺母以花键配合的方式联接，当锁紧螺母旋合锁紧后，会压紧锁紧垫片，锁紧螺母与阀箱本体的贴合面更小、并且在锁紧垫片靠近泵箱的一面开设有凹槽，会使得锁紧垫片产生较大的弹性和塑性变形，确保在锁紧状态时，锁紧垫片不能够旋转，从而防止锁紧螺母旋紧时带动拉紧螺母旋转而在发生粘扣的情况发生，并还可以防止拉紧螺母在工作中因振动、弹性变形等原因退扣。

实施案例四：如图4是锁紧垫片的A面与B面的受力面积对比示意图，在拆卸锁紧螺母时，因为锁紧垫片与阀箱本体贴合A面的弹塑性变形更大(与法兰贴合A面面积小于与锁紧螺母贴合B面面积)，锁紧螺母会优先卸扣，不会带动拉紧螺母退扣，可以防止锁紧螺母卸扣时带动拉紧螺母旋转而在发生粘扣的情况发生，即由于锁紧螺母带动拉紧螺母旋转导致拉紧螺母的内螺纹处在较大拉力下发生粘扣现象。

实施案例五：如图5所示，为锁紧螺母的结构示意图，锁紧螺母与拉紧螺母的外螺纹相旋合，安装时用扭矩扭紧，产生大的锁紧预紧扭矩和轴向拉力保证拉紧压裂泵的箱体，锁紧螺母的螺纹K2设计为细牙螺纹，具有良好的自锁功能，并且通过压紧锁紧垫片让锁紧垫片发挥防止退扣的作用，可以很好地防止锁紧螺母工作中的退扣现象，提高锁紧可靠性。

所述固定连接、固定安装或固定设置方式包括现有的常用技术，如螺栓固定、焊接、铆接等，均为了起到固定作用，并不影响本装置整体的效果。

尽管这里参照本发明的多个解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开和权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变型和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。

Claims (6)

1.压裂泵用防拉杆粘扣组合螺母，包括泵箱和拉杆(3)，其特征在于，所述泵箱外侧连接拉杆(3)，拉杆(3)上螺纹套设有拉紧螺母(2)，拉紧螺母(2)的内螺纹与拉杆(3)相配合，拉紧螺母(2)的外螺纹与锁紧螺母(5)相配合，锁紧螺母(5)与泵箱之间设置有锁紧垫片(1)，锁紧垫片(1)套设在拉紧螺母(2)上，锁紧垫片(1)与拉紧螺母(2)花键(7)联接，锁紧垫片(1)一端与泵箱的外壁相贴合，锁紧垫片(1)另一端与锁紧螺母(5)相贴合。

2.根据权利要求1所述的压裂泵用防拉杆粘扣组合螺母，其特征在于，所述拉紧螺母(2)安装扭矩的范围是150N.m-250N.m。

3.根据权利要求1所述的压裂泵用防拉杆粘扣组合螺母，其特征在于，所述锁紧垫片(1)靠近泵箱的一面周向开设有凹槽(8)。

4.根据权利要求1所述的压裂泵用防拉杆粘扣组合螺母，其特征在于，所述锁紧垫片(1)的材料采用正火态合金结构钢。

5.根据权利要求1所述的压裂泵用防拉杆粘扣组合螺母，其特征在于，所述锁紧螺母(5)预紧扭矩的范围2100N.m-5000N.m。

6.根据权利要求1所述的压裂泵用防拉杆粘扣组合螺母，其特征在于，所述锁紧螺母(5)的螺纹为细压螺纹。