CN110206724A - 一种采用y型弹簧定位器的压裂泵阀箱 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采用Y型弹簧定位器的压裂泵阀箱，涉及压裂泵装置技术领域，为了解决现有压裂泵阀箱结构强度不足、流体冲蚀严重和工作寿命低的技术问题，包括阀箱本体，阀箱本体内部开设有吸入腔、排出腔、柱腔和安装腔，排出腔内设置有排出阀，柱腔内设置有柱塞，安装腔内固定有缸盖，吸入腔下端设置有吸入阀，吸入阀连接有吸入管，吸入阀包括吸入阀座，吸入阀座上设置有吸入阀体，吸入阀体上端设置有吸入阀弹簧，吸入阀弹簧上端设置有定位器本体，定位器本体的下端设置有圆形凸台，定位器本体的上端形成定位槽，定位器本体的左右两侧外壁均包括上段和下段，吸入腔上端内壁设置有限位结构，限位结构的下端开设有斜面。

Description

一种采用Y型弹簧定位器的压裂泵阀箱

技术领域

本发明涉及压裂泵装置技术领域，更具体的是涉及一种采用Y型弹簧定位器的压裂泵阀箱。

背景技术

压裂泵阀箱是压裂泵的关键部件，压裂泵阀箱主要包括吸入阀、吸入腔、柱塞、排出腔、排出阀和阀箱本体，压裂泵动力端带动柱塞往复直线运动，并在液力端内通过吸入阀、排出阀的交替开闭运动实现将压裂液吸入排出吸入的循环工作，使得压裂泵最终能够将压力液以高压液能的方式注入井下进行压裂作业。压裂泵阀箱能否可靠、稳定地工作，与吸入阀是否良好地工作有着直接的关系，如果吸入阀工作不稳定、耐用性差，会直接导致液力端对压裂液的吸入以及排出异常，导致流量、压力较大的波动，甚至会因为较严重的走空泵(吸入液不足)，使得整个压裂泵阀箱振动加剧，影响到设备的安全和压裂作业施工。吸入阀的弹簧定位器需要进行专门的预紧定位，以保证弹簧能够在规定的工作位置处提供合适的弹簧回复力，让吸入阀正常开闭循环工作，同时吸入阀的弹簧定位器在压裂泵阀箱中占据着关键的地位，它正好处在水平孔(水平安装孔、柱塞通孔)和垂直孔(吸入阀工作孔、排出阀工作孔、流体过流流道孔)的十字交汇部位，弹簧定位器处采用何种吸入阀内腔结构设计，会很大程度影响到压裂泵阀箱的结构强度、流体力学冲蚀效果、以及维修便捷性，对弹簧定位器以及阀箱吸入阀内腔结构进行强度优化增强和流体效果改善往往是压裂泵阀箱制造企业的关键技术创新方向。

现在市面上常规的吸入阀弹簧定位器有圆筒型、T型、E型三种结构；但是针对上述三种结构在装配到阀箱吸入阀内腔都存在一定缺陷：

①圆筒型：圆筒型吸入阀弹簧定位器自身结构的强度和刚性是足够大的，可以提供足够的工作稳定性，但是该结构特点也决定了阀箱本体上水平安装通孔的孔径D较大(需要大于柱塞直径φ 20mm以上)，因为D值较大，一定程度上会削弱阀箱本体的结构强度；而且因为圆筒型吸入阀弹簧定位器自身的体积也较大，按照流体力学分析，在过流截面上会产生更多的流体阻尼，形成导致不利于流体运动的絮流，也会使得流体对阀箱本体内腔的表面冲蚀有所增加，而且絮流还会影响到阀体的开闭稳定性，削弱阀体、阀座的耐用性。

②T型和E型：T型和E型吸入阀弹簧定位器是旋转90°后装配于阀箱本体上加工的一个凹槽中(T型也一样)，并且有一个防旋转限位偏心槽来防止工作中定位器旋转失位脱离出凹槽，但正是阀箱本体上与它们配合的凹槽处因为结构特点，会有较大的应力集中部位(比如直接触平面的相交棱边、凹槽根部的切屑刀痕、防转偏心槽的下端出头部位等)，而且也难以用打磨和喷丸的方式更好的消除这些应力集中的部位，所以在实际工作中还是有一定的几率诱发在凹槽位置产生的疲劳裂纹破坏，虽然阀箱的主要疲劳裂纹源还是在水平孔和垂直孔的相贯线部位，但是E型、T型定位器配合凹槽的应力集中部位、对阀箱工作寿命的不利影响还是有攻克的技术必要，特别是在当前伴随着页岩气、致密油开发力度的加大，高压力、大排量恶劣压裂作业工况需要阀箱具有更高的强度、更好的性能。

为此，亟待一种解决上述问题的新型压裂泵阀箱。

发明内容

本发明的目的在于：为了解决现有压裂泵阀箱结构强度不足、流体冲蚀严重和工作寿命低的技术问题，本发明提供一种采用Y型弹簧定位器的压裂泵阀箱。

本发明为了实现上述目的具体采用以下技术方案：

一种采用Y型弹簧定位器的压裂泵阀箱，包括阀箱本体，所述阀箱本体内部开设有吸入腔、连接吸入腔的排出腔、连接吸入腔的柱腔和与柱腔正对设置的安装腔，排出腔内设置有排出阀，柱腔内设置有柱塞，安装腔内固定有缸盖，吸入腔下端设置有吸入阀，吸入阀连接有设置在阀箱外部的吸入管，吸入阀包括固定在安装腔内壁的吸入阀座，吸入阀座上设置有吸入阀体，吸入阀体上端设置有吸入阀弹簧，吸入阀弹簧上端设置有定位器本体，定位器本体的下端设置有套设在吸入阀弹簧内的圆形凸台，定位器本体的上端向下凹陷形成弧面的定位槽，定位器本体的左右两侧外壁均包括上段和位于上段下方的下段，上段的外径小于下段的外径，上段与下端之间通过锥面相互连接，吸入腔上端内壁对称设置有限位结构，限位结构的下端开设有与锥面相互匹配的斜面。

在以上技术方案基础上，定位器本体一侧的上段沿水平方向设置有防转销，吸入腔的上端内壁开设有与防转销相互适配的防转限位偏心槽，防转限位偏心槽的下端贯穿限位结构。

在以上技术方案基础上，防转限位偏心槽的宽度大于防转销的宽度2-5mm。

在以上技术方案基础上，锥面的锥度角θ为15-75°。

在以上技术方案基础上，吸入腔的内壁开设有位于限位结构上方的水平安装孔，所述水平安装孔内设置有辅助定位圆柱，所述辅助定位圆柱的侧壁位于定位槽上端。

在以上技术方案基础上，定位器本体在竖直方向贯穿开设有多个过流孔。

本发明的有益效果如下：

1、本发明的定位器本体与阀箱本体的配合定位结构不再采用凹槽结构，而是通过一个椎体与吸入腔的上端内壁的限位结构相互配合，并且采用一段辅助定位圆柱和水平安装孔来辅助定位，消除了凹槽的存在，减少了应力集中部位，并且可以很好的通过打磨、喷丸等处理方式来取出一些凹槽结构难以去除的应力集中缺陷，从而可以很好的解决T型、E型定位器配合凹槽带来的对压裂泵阀箱强度削弱，可以在保证压裂泵阀箱具有良好定位可靠性、工作稳定性，同时压裂泵阀箱的自身结构紧凑能够增加液力端结构强度，既提高液力端工作的寿命又安装拆卸方便，利于设备维保。

2、锥面的锥度角为15-75°，根据阀箱配套的阀件，以及阀箱本体自身的结构特征，配合锥度角选择优选此区间，保证了定位器本体安装后的稳定性，并且受力在锥面上分布均匀，较少应力集中的疲劳损坏。

3、在定位器本体一侧的上段设置防转销，安装好后，防转销进入到防转限位偏心槽内，有效避免定位器在水平方向转动；安装过程为，定位器本体以及防转销受到向下的外力作用，使定位器本体以及防转销均位于两个限位结构之间，然后在保持定位器本体向下的外力同时旋转90°，使定位器本体的左右两端分别转动到限位结构的下方，并且此时，防转销位于防转偏心限位槽的下方，然后撤去定位器本体向下的外力，定位器本体和防转销在吸入阀弹簧的外力的作用下向上移动，防转销从防转限位偏心槽下端开口进入到防转限位偏心槽内，实现对定位器本体水平面的固定，有效防止定位器本体在水平方向转动，避免锥面脱离限位结构，防转限位偏心槽的宽度大于防转销的宽度2-5mm，方便防转销的安装，同时防转销安装好后，能实现防转销在防转限位偏心槽能适当转动。

4、在定位器本体上沿竖直方向开设有多个过流孔，过流孔的方向与液体的流动方向一致，减小定位器本体对液体的阻碍作用。

5、通过辅助定位圆柱与定位器本体上端凹陷形成的定位槽相互配合，辅助定位圆柱的侧壁位于定位槽内对定位器本体起到限位定位的作用，通过增设一种辅助定位方式，保证定位器本体在吸入腔内的稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图，其中：

图1是压裂泵阀箱的机构示意图；

图2是定位器本体在吸入腔内的结构示意图；

图3是图3中的A处放大结构示意图；

图4是定位器本体的结构正视图：

图5是定位器本体的结构俯视图；

图6是另一种定位器的结构示意图；

图7是图6所描述定位器的结构俯视图；

附图说明：

1-阀箱本体，2-吸入腔，3-排出腔，4-柱腔，5-安装腔，6-排出阀，7-柱塞，8-缸盖，9-吸入阀，9.1-吸入阀座，9.2-吸入阀体，9.3-吸入阀弹簧，10-吸入管，11-定位器本体，12-圆形凸台， 13-定位槽，14-上段，15-下段，16-锥面，17-斜面，18-防转销，19-防转限位偏心槽，20-辅助定位圆柱，21-过流孔。

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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

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。

实施例1

如图1到图5所示，本实施例提供一种采用Y型弹簧定位器的压裂泵阀箱，包括阀箱本体1，所述阀箱本体1内部开设有吸入腔2、连接吸入腔2的排出腔3、连接吸入腔2的柱腔4和与柱腔 4正对设置的安装腔5，排出腔3内设置有排出阀6，柱腔4内设置有柱塞7，安装腔5内固定有缸盖8，吸入腔2下端设置有吸入阀9，吸入阀9连接有设置在阀箱外部的吸入管10，吸入阀9包括固定在安装腔5内壁的吸入阀座9.1，吸入阀座9.1上设置有吸入阀体9.2，吸入阀体9.2上端设置有吸入阀弹簧9.3，吸入阀弹簧9.3上端设置有定位器本体11，定位器本体11的下端设置有套设在吸入阀弹簧9.3内的圆形凸台12，定位器本体11的上端向下凹陷形成弧面的定位槽13，定位器本体11的左右两侧外壁均包括上段14和位于上段14下方的下段15，上段14的外径小于下段 15的外径，上段14与下端之间通过锥面16相互连接，吸入腔2上端内壁对称设置有限位结构，限位结构的下端开设有与锥面16相互匹配的斜面17，定位器本体11的上端向下凹陷形成定位槽 13，定位器的下端设置有圆形凸台12，定位器本体11的正视图为Y型。

本实施例中，定位器本体11与阀箱本体1的配合定位结构不再采用凹槽结构，而是通过一个椎体与吸入腔2的上端内壁的限位结构相互配合，并且采用一段辅助定位圆柱20和水平安装孔来辅助定位，消除了凹槽的存在，减少了应力集中部位，并且可以很好的通过打磨、喷丸等处理方式来取出一些凹槽结构难以去除的应力集中缺陷，从而可以很好的解决T型、E型定位器配合凹槽带来的对阀箱本体1强度削弱，可以在保证具有良好定位可靠性、工作稳定性的同时，自身结构紧凑能够增加液力端结构强度，既提高液力端工作的寿命又安装拆卸方便，利于设备维保。

实施例2

如图1到图5所示，本实施例是在实施例1的基础上做了进一步优化，具体是：

定位器本体11一侧的上段14沿水平方向设置有防转销18，吸入腔2的上端内壁开设有与防转销18相互适配的防转限位偏心槽19，防转限位偏心槽19的下端贯穿限位结构，防转限位偏心槽19的宽度大于防转销18的宽度2-5mm。

本实施例中，在定位器本体11一侧的上段14设置防转销18，安装好后，防转销18进入到防转限位偏心槽19内，有效避免定位器在水平方向转动；安装过程为，定位器本体11以及防转销 18受到向下的外力作用，使定位器本体11以及防转销18均位于两个限位结构之间，然后在保持定位器本体11向下的外力同时旋转90°，使定位器本体11的左右两端分别转动到限位结构的下方，并且此时，防转销18位于防转偏心限位槽的下方，然后撤去定位器本体11向下的外力，定位器本体11和防转销18在吸入阀弹簧9.3的外力的作用下向上移动，防转销18从防转限位偏心槽 19下端开口进入到防转限位偏心槽19内，实现对定位器本体11水平面的固定，有效防止定位器本体11在水平方向转动，避免锥面16脱离限位结构，防转限位偏心槽19的宽度大于防转销18 的宽度2-5mm，方便防转销18的安装，同时防转销18安装好后，能实现防转销18在防转限位偏心槽19能适当转动。

实施例3

如图1到图5所示，本实施例是在实施例1的基础上做了进一步优化，具体是：

锥面16的锥度角θ为15-75°，例如：15°、30°、40°、45°、60°、70°和75°等。

本实施例中，锥面16的锥度角为15-75°，根据阀箱配套的阀件，以及阀箱本体1自身的结构特征，配合锥度角选择优选此区间，保证了定位器本体11安装后的稳定性，并且受力在锥面16 上分布均匀，较少应力集中的疲劳损坏。

对定位器本体11的材料性能要求具有以下要求：

实施例4

如图1到图5所示，本实施例是在实施例1的基础上做了进一步优化，具体是：

定位器本体11在竖直方向贯穿开设有多个过流孔21。

本实施例中，在定位器本体11上沿竖直方向开设有多个过流孔21，过流孔21的方向与液体的流动方向一致，减小定位器本体11对液体的阻碍作用。

实施例5

如图1到图5所示，本实施例是在实施例3的基础上做了进一步优化，具体是：

吸入腔2的内壁开设有位于限位结构上方的水平安装孔，水平安装孔内设置有辅助定位圆柱 20，辅助定位圆柱20的侧壁位于定位槽13内。

本实施例中，通过辅助定位圆柱20与定位器本体11上端凹陷形成的定位槽13相互配合，辅助定位圆柱20的侧壁位于定位槽13内对定位器本体11起到限位定位的作用，通过增设一种辅助定位方式，保证定位器本体11在吸入腔2内的稳定性。

实施例6

如图6到图7所示，本实施例是在实施例1的基础上做了进一步优化，具体是：

本实施例的定位器本体11区别与实施例1中的定位器本体11，如附图4至图7所示，即本实施例中的定位器本体11将用于定位的锥面16上移到定位器本体11的左右两端的上端，而圆形凸台12以及定位凹槽均与实施例中的结构保持一致。

采用上述技术方案后，使定位器本体111的结构更加紧凑，可以更好覆盖现有阀箱内腔的设计要求。

如上所述即为本发明的实施例。前文所述为本发明的各个优选实施例，各个优选实施例中的优选实施方式如果不是明显自相矛盾或以某一优选实施方式为前提，各个优选实施方式都可以任意叠加组合使用，所述实施例以及实施例中的具体参数仅是为了清楚表述发明人的发明验证过程，并非用以限制本发明的专利保护范围，本发明的专利保护范围仍然以其权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种采用Y型弹簧定位器的压裂泵阀箱，包括阀箱本体(1)，所述阀箱本体(1)内部开设有吸入腔(2)、连接吸入腔(2)的排出腔(3)、连接吸入腔(2)的柱腔(4)和与柱腔(4)正对设置的安装腔(5)，排出腔(3)内设置有排出阀(6)，柱腔(4)内设置有柱塞(7)，安装腔(5)内固定有缸盖(8)，其特征在于，吸入腔(2)下端设置有吸入阀(9)，吸入阀(9)连接有设置在阀箱外部的吸入管(10)，吸入阀(9)包括固定在安装腔(5)内壁的吸入阀座(9.1)，吸入阀座(9.1)上设置有吸入阀体(9.2)，吸入阀体(9.2)上端设置有吸入阀弹簧(9.3)，吸入阀弹簧(9.3)上端设置有定位器本体(11)，定位器本体(11)的下端设置有套设在吸入阀弹簧(9.3)内的圆形凸台(12)，定位器本体(11)的上端向下凹陷形成弧面的定位槽(13)，定位器本体(11)的左右两侧外壁均包括上段(14)和位于上段(14)下方的下段(15)，上段(14)的外径小于下段(15)的外径，上段(14)与下端之间通过锥面(16)相互连接，吸入腔(2)上端内壁对称设置有限位结构，限位结构的下端开设有与锥面(16)相互匹配的斜面(17)。

2.根据权利要求1所述的一种采用Y型弹簧定位器的压裂泵阀箱，其特征在于，所述定位器本体(11)一侧的上段(14)沿水平方向设置有防转销(18)，吸入腔(2)的上端内壁开设有与防转销(18)相互适配的防转限位偏心槽(19)，防转限位偏心槽(19)的下端贯穿限位结构。

3.根据权利要求2所述的一种采用Y型弹簧定位器的压裂泵阀箱，其特征在于，所述防转限位偏心槽(19)的宽度大于防转销(18)的宽度2-5mm。

4.根据权利要求1所述的一种采用Y型弹簧定位器的压裂泵阀箱，其特征在于，所述锥面(16)的锥度角θ为15-75°。

5.根据权利要求1所述的一种采用Y型弹簧定位器的压裂泵阀箱，其特征在于，所述吸入腔(2)的内壁开设有位于限位结构上方的水平安装孔，所述水平安装孔内设置有辅助定位圆柱(20)，所述辅助定位圆柱(20)的侧壁位于定位槽(13)上端。

6.根据权利要求1所述的一种采用Y型弹簧定位器的压裂泵阀箱，其特征在于，所述定位器本体(11)在竖直方向贯穿开设有多个过流孔(21)。