CN110454353A - 复合驱动往复泵 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种复合驱动往复泵，包括内部具有空腔的机架、设置在所述机架上的驱动机构、设置在机架上且与所述驱动机构连接的输入轴以及位于所述机架内且连接在所述输入轴上的传动单元，所述传动单元至少为一个，且相邻所述传动单元同轴且并列间隔设置；整机结构更加简单，体积更小，重量更轻且易于制造，通过凸轮与齿扇齿条组件的复合驱动作用，使得往复泵在工作过程中，既能够拥有凸轮的运动功能，又能够拥有齿轮传动的高效率性。

Description

复合驱动往复泵
技术领域
本发明涉及往复泵技术领域，具体涉及一种复合驱动往复泵。
背景技术
往复泵是一种流体输送机械，其通过活塞、柱塞或者隔膜的往复运动直接以压力能的形式向液体提供能量，属于容积式泵。往复泵是最早的泵类产品。工业科技发展过程中，逐渐出现了一系列其他类型的泵,例如离心泵和转子泵等。这些泵类体积小、重量轻、操作方便、结构简单，逐步取代了市场上所用的往复泵。然而，往复泵也有其自身独特的优点，例如适用于输送高压、高粘度、具有腐蚀性以及易燃易爆的各种液体。也正是因为往复泵这些独特的优势，使其在某些领域中一直处于不可替代的地位，特别在石油化工行业中属于至关重要的设备。
往复泵被广泛应用于石油钻采中，按用途的不同具有相应的名称，例如钻井泵、固井泵、压裂泵以及抽油泵等。近年来，为适应石油钻井和采油工艺发展的需要，研究人员对油田往复泵进行了大量研究,旨在使其性能有进一步的提升。而这些研究涵盖了往复泵的诸多方面，包括其结构、材料、制造工艺、甚至工作原理。因此，开发和研制性能更加优良的新型往复泵具有极大的工程意义和经济价值。在现有往复泵中，结构复杂且结构强度低、承载能力低，传动效果差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种复合驱动往复泵，以解决现有往复泵结构复杂、传动效果差的问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种复合驱动往复泵，包括内部具有空腔的机架、设置在所述机架上的驱动机构、设置在机架上且与所述驱动机构连接的输入轴以及位于所述机架内且连接在所述输入轴上的传动单元，所述传动单元至少为一个，且相邻所述传动单元同轴且并列间隔设置；
所述传动单元包括滑动连接在所述机架内的齿条组件、与所述齿条组件连接的缸体活塞组件、配合连接在所述齿条组件上的凸轮以及设置在凸轮两侧且与所述齿条组件相啮合的齿扇，所述凸轮的两端与设置在所述齿条组件两端的接触镶块相配合，且所述凸轮及齿扇均设置在所述输入轴上。
进一步，所述齿条组件包括分别滑动连接在所述机架内且间隔设置的齿条框以及分别设置在所述齿条框上端内壁和齿条框下端内壁上的齿条，所述齿条与所述齿扇相啮合，且两个所述齿条框之间形成有供凸轮自由转动的槽形间隙，所述接触镶块分别设置在所述齿条框的两端。
进一步，所述凸轮的远休止角处及近休止角处均设置有与所述接触镶块相配合的轮廓弧边。
进一步，所述齿扇上轮齿的分布范围小于180°圆周角。
进一步，所述缸体活塞组件包括设置在机架内的缸筒、配合连接在缸筒内的活塞以及配合连接在所述活塞上的活塞杆，且所述活塞杆远离所述缸筒的端部与所述接触镶块连接。
进一步，所述机架内分别设置有上导轨和下导轨，所述齿条框的两端分别滑动连接在所述上导轨和下导轨之间。
进一步，所述驱动机构包括驱动电机、配合连接在所述驱动电机输出端上的第一带轮、配合连接在所述输入轴端部的第二带轮以及配合连接在所述第一带轮和第二带轮之间的皮带。
进一步，同一所述传动单元内的齿扇之间的相位角相等。
进一步，相邻所述传动单元的齿扇之间的相位差等于360°与传动单元的数量的比值。
进一步，所述输入轴通过轴承安装在机架上。
本发明具有以下有益效果：本发明所提供的一种复合驱动往复泵：
(1)该往复泵可在电机单向转动的情况下实现活塞顺利换向，结构更为简单，且易于制造。
(2)通过凸轮与齿扇齿条组件的复合驱动作用，使得往复泵在工作过程中，既能够拥有凸轮的运动功能，又能够拥有齿轮传动的高效率性。其中，凸轮工作在加速、减速阶段，可实现换向以及往复泵换向过程中对速度变化的需求；齿扇齿条组件工作在匀速阶段，减少了凸轮大负荷工作的时间；既解决了换向时齿扇与齿条非正常啮合的问题，又满足了往复泵对于更高性能的要求。
(3)凸轮和齿扇齿条复合驱动的新型往复泵可以满足对往复泵的运动规律和动力性能等方面的多样化要求，更容易实现长冲程和低冲次，还可大大提高往复泵的工作效率，尤其是动力端的机械传动效率。且能够使整机结构更加简单，体积更小，重量更轻。
附图说明
图1为本发明中传动单元示意图；
图2为本发明中往复泵工作示意图；
图3为本发明中往复泵传动示意图；
图1至图3中所示附图标记分别表示为：1-传动单元，2-齿条组件，3-缸体活塞组件，4-凸轮，5-齿扇，8-输入轴，20-齿条框，21-齿条，22-槽形间隙，7-轮廓弧边，30-缸筒，31-活塞，32-活塞杆，10-驱动电机，11-第一带轮，12-第二带轮，13-皮带，101-机架。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1至图3所示，一种复合驱动往复泵，包括内部具有空腔的机架101、设置在所述机架101上的驱动机构、设置在机架101上且与所述驱动机构连接的输入轴以及位于所述机架101内且连接在所述输入轴8上的传动单元1，传动单元1至少为一个，且相邻传动单元1同轴且并列间隔设置。
输入轴通过轴承安装在机架101上，驱动电机10作为动力部件带动输入轴转动，进而通过输入轴带动传动单元1动作，使得传动单元1内的凸轮4、齿扇5及齿条组件2产生相应动作从而带动缸体活塞组件3动作。传动单元1可为多个，通过不同数量的传动单元1组成单缸、双缸、三缸及以上的多缸往复泵。且对于不同的传动单元1，其内部的齿扇5相位差也有不同。两个单元组合时，输入轴上的两对齿扇5的相位差为180°；三个单元组合时，输入轴上的三对齿扇5的相位差为120°；四个单元组合时，输入轴上的四对齿扇5的相位差为90°或180°；五个单元组合时，输入轴上的五对齿扇5的相位差为72°。
传动单元1包括滑动连接在所述机架101内的齿条组件2、与齿条组件2连接的缸体活塞组件3、配合连接在齿条组件2上的凸轮4以及设置在凸轮4两侧且与齿条组件2相啮合的齿扇5，凸轮4的两端与设置在齿条组件2两端的接触镶块6相配合，且凸轮4及齿扇5均设置在所述输入轴上。其中，齿条组件2包括分别滑动连接在机架101内且间隔设置的齿条框20以及分别设置在齿条框20上端内壁和齿条框20下端内壁上的齿条21，齿条21与齿扇5相啮合，且两个齿条框20之间形成有供凸轮4自由转动的槽形间隙22，接触镶块6分别设置在齿条框20的两端。缸体活塞组件3包括设置在机架101内的缸筒30、配合连接在缸筒30内的活塞31以及配合连接在活塞31上的活塞杆32，且活塞杆32远离缸筒30的端部与所触镶块6连接。
齿扇5为不完全齿齿轮，其无齿部分圆弧半径小于齿轮齿根圆半径。齿扇上轮齿的分布范围小于180°圆周角，避免齿扇与上端、下端两齿条同时啮合而发生干涉情况。在齿扇5旋转过程中，与齿条框20上端的齿条21啮合时，推动齿条组件2向一个方向移动，与齿条框20下端的齿条21啮合时，推动齿条组件2向相反方向移动。齿扇5连续旋转过程中，与齿条组件2中的上端、下端齿条21交替啮合，从而将输入轴的旋转运动转化为活塞31的往复运动。在设计时，可根据往复泵具体性能参数的要求，自由选择齿扇5与齿条组件2的啮合圆周角。凸轮4远休止角及近休止角处设有与齿条组件2左右两端接触镶块6配合的轮廓弧边7，以使凸轮4推动活塞31实现需要的运动规律，同时，凸轮4与齿扇5同向等速顺时针旋转。凸轮4安装于两块齿扇5之间，凸轮4与齿条组件2只在换向过程中发生配合，其余时间处于脱离状态。换向过程中，当一对齿扇5与一侧齿条21脱离啮合瞬间，先由凸轮4远休止角附近的弧线与齿条组件2进入配合，再由近休止角附近的弧线与齿条组件2配合，既可以完成可靠换向，又可以实现换向过程中往复泵对于速度的需要。即凸轮4与齿条组件2仅在活塞31处于匀加速或匀减速运动时发生配合，匀速运动时在槽型间隙中自由旋转，与齿条组件2处于脱离状态。
当往复泵工作时，以往复泵排液过程为例，驱动机构带动输入轴顺时针旋转，先由凸轮4近休止角附近的轮廓弧边7与齿条组件2配合推动活塞31向右移动，再由齿扇5与齿条组件2的上端的齿条21啮合推动活塞31继续向右移动，最后由凸轮4远休止角附近的轮廓弧边7推动活塞31移动至右死点，排液结束。吸液过程中，凸轮4近休止终点一侧轮廓推动活塞31向左移动一定位移后，齿扇5与齿条组件2的下部齿条21啮合推动活塞31继续向左移动一段距离，再由凸轮4远休止角附近的轮廓弧边7与齿条组件2配合推动活塞31向左移动至左死点。通过凸轮4与齿扇5齿条21机构交替作用驱动活塞31做往复运动，并实现所需的运动规律。
为了提高驱动机构与输入轴之间的传动可靠性，本发明中，驱动机构包括驱动电机10、配合连接在所述驱动电机10输出端上的第一带轮11、配合连接在输入轴端部的第二带轮12以及配合连接在第一带轮11和第二带轮12之间的皮带13。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种复合驱动往复泵，其特征在于，包括内部具有空腔的机架(101)、设置在所述机架(101)上的驱动机构、设置在机架(101)上且与所述驱动机构连接的输入轴以及位于所述机架(101)内且连接在所述输入轴(8)上的传动单元(1)，所述传动单元(1)至少为一个，且相邻所述传动单元(1)同轴且并列间隔设置；
所述传动单元(1)包括滑动连接在所述机架(101)内的齿条组件(2)、与所述齿条组件(2)连接的缸体活塞组件(3)、配合连接在所述齿条组件(2)上的凸轮(4)以及设置在凸轮(4)两侧且与所述齿条组件(2)相啮合的齿扇(5)，所述凸轮(4)的两端与设置在所述齿条组件(2)两端的接触镶块(6)相配合，且所述凸轮(4)及齿扇(5)均设置在所述输入轴(8)上。
2.根据权利要求1所述的一种复合驱动往复泵，其特征在于，所述齿条组件(2)包括分别滑动连接在所述机架(101)内且间隔设置的齿条框(20)以及分别设置在所述齿条框(20)上端内壁和齿条框(20)下端内壁上的齿条(21)，所述齿条(21)与所述齿扇(5)相啮合，且两个所述齿条框(20)之间形成有供凸轮(4)自由转动的槽形间隙(22)，所述接触镶块(6)分别设置在所述齿条框(20)的两端。
3.根据权利要求1所述的一种复合驱动往复泵，其特征在于，所述凸轮(4)的远休止角处及近休止角处均设置有与所述接触镶块(6)相配合的轮廓弧边(7)。
4.根据权利要求1所述的一种复合驱动往复泵，其特征在于，所述齿扇(5)上轮齿的分布范围小于180°圆周角。
5.根据权利要求1所述的一种复合驱动往复泵，其特征在于，所述缸体活塞组件(3)包括设置在机架(101)上的缸筒(30)、配合连接在缸筒(30)内的活塞(31)以及配合连接在所述活塞(31)上的活塞杆(32)，且所述活塞杆(32)远离所述缸筒(30)的端部与所述接触镶块(6)连接。
6.根据权利要求2至5任一项所述的一种复合驱动往复泵，其特征在于，所述机架(101)内分别设置有上导轨和下导轨，所述齿条框(20)的两端分别滑动连接在所述上导轨和下导轨之间。
7.根据权利要求1所述的一种复合驱动往复泵，其特征在于，所述驱动机构包括驱动电机(10)、配合连接在所述驱动电机(10)输出端上的第一带轮(11)、配合连接在所述输入轴(8)端部的第二带轮(12)以及配合连接在所述第一带轮(11)和第二带轮(12)之间的皮带(13)。
8.根据权利要求7所述的一种复合驱动往复泵，其特征在于，同一所述传动单元(1)内的齿扇(5)之间的相位角相等。
9.根据权利要求8所述的一种复合驱动往复泵，其特征在于，相邻所述传动单元(1)的齿扇(5)之间的相位差等于360°与传动单元(1)的数量的比值。
10.根据权利要求9所述的一种复合驱动往复泵，其特征在于，所述输入轴通过轴承固定安装在机架(101)上。
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