CN111425177A - 一种压裂泵及压裂车 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种压裂泵及压裂车，属于压裂设备技术领域，压裂泵包括传动连接的动力端和液力端，所述动力端包括蜗轮蜗杆传动副以及分别位于所述蜗轮蜗杆传动副两端的第一曲轴和第二曲轴，所述第一曲轴和所述第二曲轴用于与所述液力端传动连接，所述蜗轮蜗杆传动副外接传动轴，所述传动轴受驱转动以驱动所述蜗轮蜗杆传动副转动。通过蜗轮蜗杆传动副的机械驱动方式替代现有液压马达的液压驱动方式，就避免了液压驱动带来的结构复杂、重量和成本较高，且不易维修的问题，蜗轮蜗杆传动副的机械驱动方式，使本实施例的压裂泵结构简便，整体重量轻，成本低，维修方便，经济实用。

Description

一种压裂泵及压裂车

技术领域

本发明涉及压裂设备技术领域，具体而言，涉及一种压裂泵及压裂车。

背景技术

石油领域，压裂是指采油或采气过程中，利用水力作用，使油气层形成裂缝的一种方法，又称水力压裂。压裂是人为地使地层产生裂缝，改善油在地下的流动环境，使油井产量增加，对改善油井井底流动条件、减缓层间和改善油层动用状况可起到重要的作用。

压裂时采用压裂车，压裂车是用于向井内注入高压、大排量压裂液，将地层压开并把支撑剂挤入裂缝的专用车辆。主要用于油、气、水井的各种压裂作业。压裂车主要由载车底盘、车台发动机、车台传动箱、压裂泵、管汇系统、润滑系统、电路系统、气路系统和液压系统等组成。

常见的压裂泵的结构为3+2结构压裂泵，即压裂泵的一侧为三缸曲轴，另一侧为两缸曲轴，现有市场上此种压裂泵为液压马达驱动运行，此种压裂泵因为通过液压马达驱动，其结构复杂、不易于维修、重量及成本较高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种压裂泵及压裂车，结构简便，易于维修。

本发明的实施例是这样实现的：

本发明实施例的一方面提供一种压裂泵，其包括传动连接的动力端和液力端，所述动力端包括蜗轮蜗杆传动副以及分别位于所述蜗轮蜗杆传动副两端的第一曲轴和第二曲轴，所述第一曲轴和所述第二曲轴用于与所述液力端传动连接，所述蜗轮蜗杆传动副外接传动轴，所述传动轴受驱转动以驱动所述蜗轮蜗杆传动副转动。

可选地，所述蜗轮蜗杆传动副包括与所述传动轴传动连接的蜗杆、与所述蜗杆传动连接的蜗轮，所述蜗轮两端分别传动连接所述第一曲轴和所述第二曲轴。

可选地，所述第一曲轴和所述第二曲轴上分别设有多个连杆，每个所述连杆上均设有十字头，所述十字头与所述液力端的柱塞对应连接，推动所述柱塞往复运动。

可选地，所述蜗轮和所述第一曲轴通过花键连接，所述蜗轮和所述第二曲轴通过定位销连接。

可选地，所述蜗杆和所述传动轴通过法兰连接。

可选地，所述动力端包括壳体，所述蜗轮蜗杆传动副设在所述壳体内，所述蜗杆的两端均通过第一圆锥滚子轴承与所述壳体连接。

可选地，所述动力端还包括容置所述第一曲轴的第一箱体和容置所述第二曲轴的第二箱体，所述第一曲轴和所述第一箱体之间通过第二圆锥滚子轴承连接，所述第二曲轴和所述第二箱体之间通过圆柱滚子轴承连接。

可选地，所述液力端包括多个柱塞，多个所述柱塞与多个所述连杆分别对应连接。

本发明实施例的另一方面提供一种压裂车，其包括动力装置和上述的压裂泵，所述动力装置通过传动轴与所述压裂泵的蜗轮蜗杆传动副连接。

可选地，所述动力装置包括内燃机和变速箱，所述内燃机、所述变速箱、所述传动轴和所述蜗轮蜗杆传动副依次传动连接。

本发明实施例的有益效果包括：

本发明实施例提供的压裂泵及压裂车，包括传动连接的动力端和液力端，动力端包括蜗轮蜗杆传动副以及分别位于蜗轮蜗杆传动副两端的第一曲轴和第二曲轴，第一曲轴和第二曲轴用于与液力端传动连接，蜗轮蜗杆传动副外接传动轴，传动轴受驱转动以驱动蜗轮蜗杆传动副转动。蜗轮蜗杆传动副驱动第一曲轴和第二曲轴旋转，第一曲轴和第二曲轴上分别连接液力端，驱动液力端完成吸入和排出压裂作业，将常压下一定粘度的压裂液转化为高压、大排量的液体排出，用作挤压油层和支撑裂缝的介质，从而实现通过液力端将工作介质吸入并连续高压输出，以进行压裂作业。本实施例采用蜗轮蜗杆传动副驱动第一曲轴和第二曲轴，第一曲轴和第二曲轴分别位于蜗轮蜗杆传动副的两侧，第一曲轴和第二曲轴分别为压裂泵的左右曲轴，通过蜗轮蜗杆传动副的机械驱动方式替代现有液压马达的液压驱动方式，就避免了液压驱动带来的结构复杂、重量和成本较高，且不易维修的问题，蜗轮蜗杆传动副的机械驱动方式，使本实施例的压裂泵结构简便，整体重量轻，成本低，维修方便，经济实用。

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。

图1为本发明实施例提供的压裂泵结构示意图；

图2为本发明实施例提供的压裂泵的蜗轮蜗杆传动副结构示意图。

图标：10－蜗轮蜗杆传动副；11－蜗轮；12－蜗杆；13－第一圆锥滚子轴承；20－第二曲轴；30－第二圆锥滚子轴承；40－圆柱滚子轴承；50－第一曲轴；60－法兰。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

压裂是在油田开采的中后期，由于油田出油量的减少，需要通过人工作用，将地下岩层度压裂开，将油田出油量提升的一种常规油田开采方式。

压裂时需使用压裂车，压裂车是用于向井内注入高压、大排量压裂液，将地层压开并把支撑剂挤入裂缝的专用车辆，主要用于油、气、水井的各种压裂作业。使用压裂车，把高压大排量具有一定粘度的液体挤入油层，当把油层压出许多裂缝后，加入支撑剂充填进裂缝，提高油层的渗透能力，使石油和天然气的开采更加高效。

压裂车的具体结构可参考专利CN205025703U一种压裂泵和压裂车，压裂车包括车辆底盘、柴油机、传动箱、压裂泵，压裂泵包括动力端和液力端，动力端向液力端提供动力，动力端包括曲轴。柴油机通过变速箱驱动曲轴旋转，然后曲轴将动力传递给液力端，将常压下一定粘度的压裂液转化为高压、大排量的液体排出，用作挤压油层和支撑裂缝的介质。

其中，压裂泵采用液压马达驱动，带动左右两端的两根曲轴旋转，曲轴将动力传递给液力端，将常压下一定粘度的压裂液转化为高压、大排量的液体排出，用作挤压油层和支撑裂缝的介质。

但上述采用液压马达驱动压裂泵运转时，液压传动会带来结构复杂、重量和成本较高，且不易维修等问题。在此基础上，本实施例的压裂泵采用蜗轮蜗杆传动副的机械驱动方式，结构简便，整体重量轻，成本低，维修方便。

实施例一

请参照图1，本实施例提供一种压裂泵，其包括传动连接的动力端和液力端，动力端包括蜗轮蜗杆传动副10以及分别位于蜗轮蜗杆传动副10两端的第一曲轴50和第二曲轴20，第一曲轴50和第二曲轴20用于与液力端传动连接，蜗轮蜗杆传动副10外接传动轴，传动轴受驱转动以驱动蜗轮蜗杆传动副10转动。

压裂泵包括传动连接的动力端和液力端，动力端用于向液力端提供动力，在液力端内设置有柱塞、吸入阀和排出阀。动力端包括壳体，以及设在壳体内的蜗轮蜗杆传动副10，动力端可分为左右两部分，一侧为容置第一曲轴50的第一箱体，另一侧为容置第二曲轴20的第二箱体，第一箱体和第二箱体具体位于左侧还是右侧，可根据实际需求确定，本实施例对此不作具体限定。

第一曲轴50和第二曲轴20平直排列，第一曲轴50和第二曲轴20分别位于蜗轮蜗杆传动副10的两侧，第一箱体和第二箱体分别位于壳体的两侧。

壳体和箱体都是为了保护蜗轮蜗杆传动副10、第一曲轴50和第二曲轴20等内部器件的外罩，避免内部器件受污损而影响使用。

第一曲轴50和第二曲轴20上分别设有多个连杆，每个连杆上均设有十字头，液力端包括多个柱塞，多个柱塞与多个连杆一一对应，每个连杆通过十字头与液力端的柱塞对应连接，以推动柱塞往复运动，柱塞上连接泵头体，多个柱塞在泵头体的腔内往复运动，进行压裂作业。

示例地，本实施例的第一曲轴50上依次并列设置有三个连杆，第二曲轴20上并列设置有两个连杆，使本实施例的压裂泵成为一侧为三缸、一侧为两缸的结构，这种结构的压裂泵工作稳定，是比较常用的压裂泵类型。

第一曲轴50和第一箱体之间通过第二圆锥滚子轴承30连接，第一曲轴50连接三个连杆，为三缸结构，第一曲轴50的相位为120°，因此第一曲轴50受径向和轴向联合负荷较大，采用圆锥滚子轴承能增强第一曲轴50的承载能力。

第二曲轴20和第二箱体之间通过圆柱滚子轴承40连接，第二曲轴20连接两个连杆，为两缸结构，第二曲轴20受径向负荷较大，而圆柱滚子轴承40径向承载能力大，适用于承受径向负荷。

本实施例的压裂泵工作时，传动轴用于受驱转动以将动力传递给蜗轮蜗杆传动副10，蜗轮蜗杆传动副10驱动第一曲轴50和第二曲轴20旋转，第一曲轴50和第二曲轴20上分别连接有多个连杆，每个连杆上均设有十字头，液力端也设有多个柱塞，十字头与液力端的柱塞对应连接，使多个柱塞和多个连杆一一对应，第一曲轴50和第二曲轴20均通过连杆与十字头连接，十字头与液力端的柱塞连接，柱塞上连接泵头体，这样当第一曲轴50和第二曲轴20转动时，将带动连杆作曲柄连杆运动，连杆进而驱动柱塞作往复运动，多个柱塞在泵头体的腔内一次完成吸入和排出压裂作业，将常压下一定粘度的压裂液转化为高压、大排量的液体排出，用作挤压油层和支撑裂缝的介质，从而实现通过液力端将工作介质吸入并连续高压输出，以进行压裂作业。

本实施例为传动轴提供动力的装置可采用内燃机，内燃机通过变速箱和传动轴连接，通过传动轴将动力传递给蜗轮蜗杆传动副10。

本实施例采用蜗轮蜗杆传动副10驱动第一曲轴50和第二曲轴20，第一曲轴50和第二曲轴20分别位于蜗轮蜗杆传动副10的两侧，第一曲轴50和第二曲轴20分别为压裂泵的左右曲轴，通过蜗轮蜗杆传动副10的机械驱动方式替代现有液压马达的液压驱动方式，就避免了液压驱动带来的结构复杂、重量和成本较高，且不易维修的问题，蜗轮蜗杆传动副10的机械驱动方式，使本实施例的压裂泵结构简便，整体重量轻，成本低，维修方便，经济实用。

具体地，如图2所示，蜗轮蜗杆传动副10包括与传动轴传动连接的蜗杆12以及与蜗杆12传动连接的蜗轮11，蜗轮11的两端分别传动连接第一曲轴50和第二曲轴20。

蜗轮11和第一曲轴50通过花键连接，花键连接受力均匀，可承受较大的载荷，对中性和导向性好，第一曲轴50连接三个连杆，受力较大，因此采用花键连接能使蜗轮11和第一曲轴50传动稳定。

蜗轮11和第二曲轴20通过定位销和螺栓连接，第二曲轴20连接两个连杆，受力较小，通过定位销即可连接稳固，装配方便。

采用蜗轮蜗杆传动，具有传动比大、结构紧凑、传动平稳、无噪音等特点，能有效简化结构的复杂性和减轻结构重量。

蜗杆12和传动轴通过法兰60连接，传动轴连接蜗杆12的一端设有法兰60，蜗杆12连接传动轴的一端也设有法兰60，通过两个法兰60连接，将传动轴和蜗杆12连接，使传动轴将动力传递给蜗杆12。

进一步地，蜗杆12的两端均通过第一圆锥滚子轴承13与壳体连接，蜗杆12的两端和壳体之间均设有第一圆锥滚子轴承13，圆锥滚子轴承可承受较重的径向和轴向联合负荷，也可承受轴向负荷，能使蜗杆12在壳体内转动更顺畅。

实施例二

本实施例提供一种压裂车，其包括动力装置和上述实施例的压裂泵，动力装置通过传动轴与压裂泵的蜗轮蜗杆传动副10连接。

其中，动力装置包括内燃机和变速箱，内燃机、变速箱、传动轴和蜗轮蜗杆传动副10依次传动连接。

内燃机是通过使燃料在机器内部燃烧，并将其放出的热能直接转换为动力的热力发动机。常见的内燃机又包括柴油机和汽油机。

内燃机的热能利用率高，功率范围广，适应性能好，且结构紧凑，重量轻，体积小，燃料和水的消耗量也少，使用操作方便，启动快。在石油工业中，石油勘探工作都在野外，流动性大，对于动力设备的选择和要求是：其有足够大的功率、结构紧凑、重量轻、便于搬运和安装、燃料和水的消耗少。因此内燃机在石油勘探工作中得到广泛的应用。因此，本实施例采用内燃机作为压裂泵的动力，适用于压裂这种野外作业的要求。

并且，通过变速箱改变传动比，使传递给传动轴的动力满足动力需求，并通过传动轴将动力依次传递给蜗杆12、蜗轮11，驱动第一曲轴50和第二曲轴20转动。

该压裂车包含与前述实施例中的压裂泵相同的结构和有益效果。压裂泵的结构和有益效果已经在前述实施例中进行了详细描述，在此不再赘述。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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)

1.一种压裂泵，其特征在于，包括传动连接的动力端和液力端，所述动力端包括蜗轮蜗杆传动副以及分别位于所述蜗轮蜗杆传动副两端的第一曲轴和第二曲轴，所述第一曲轴和所述第二曲轴用于与所述液力端传动连接，所述蜗轮蜗杆传动副外接传动轴，所述传动轴受驱转动以驱动所述蜗轮蜗杆传动副转动。

2.根据权利要求1所述的压裂泵，其特征在于，所述蜗轮蜗杆传动副包括与所述传动轴传动连接的蜗杆、与所述蜗杆传动连接的蜗轮，所述蜗轮两端分别传动连接所述第一曲轴和所述第二曲轴。

3.根据权利要求1或2所述的压裂泵，其特征在于，所述第一曲轴和所述第二曲轴上分别设有多个连杆，每个所述连杆上均设有十字头，所述十字头与所述液力端的柱塞对应连接，推动所述柱塞往复运动。

4.根据权利要求2所述的压裂泵，其特征在于，所述蜗轮和所述第一曲轴通过花键连接，所述蜗轮和所述第二曲轴通过定位销连接。

5.根据权利要求1所述的压裂泵，其特征在于，所述蜗杆和所述传动轴通过法兰连接。

6.根据权利要求2所述的压裂泵，其特征在于，所述动力端包括壳体，所述蜗轮蜗杆传动副设在所述壳体内，所述蜗杆的两端均通过第一圆锥滚子轴承与所述壳体连接。

7.根据权利要求6所述的压裂泵，其特征在于，所述动力端还包括容置所述第一曲轴的第一箱体和容置所述第二曲轴的第二箱体，所述第一曲轴和所述第一箱体之间通过第二圆锥滚子轴承连接，所述第二曲轴和所述第二箱体之间通过圆柱滚子轴承连接。

8.根据权利要求3所述的压裂泵，其特征在于，所述液力端包括多个柱塞，多个所述柱塞与多个所述连杆分别对应连接。

9.一种压裂车，其特征在于，包括动力装置和如权利要求1－8任意一项所述的压裂泵，所述动力装置通过传动轴与所述压裂泵的蜗轮蜗杆传动副连接。

10.根据权利要求9所述的压裂车，其特征在于，所述动力装置包括内燃机和变速箱，所述内燃机、所述变速箱、所述传动轴和所述蜗轮蜗杆传动副依次传动连接。

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