CN113202716A - 一种大流量二氧化碳注入泵 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种大流量二氧化碳注入泵，其目的是解决现有二氧化碳注入泵中需要在保证大流量注入的同时，尽可能提高泵效率的技术问题。该注入泵通过增加入口的通道数得到了双入口注入泵结构，通过优化进液弹簧和进液阀板的匹配性，保证进液阀的关闭滞后角为0～4°，通过优化排液弹簧和排液阀芯的匹配性，保证排液阀的关闭滞后角为0～6°，这种注入泵结构在增加入口流通面积，且保证泵效率不降低的情况下，减少了泵入口流阻，最终达到了在不增加泵主体结构尺寸的条件下，提高泵流量上限的目的，扩大了往复式二氧化碳注入泵流量的工况范围。与现有增大进口结构设计的注入泵相比，在同等注入总量的情况下，可以减少工作时间及能源消耗。
Description
技术领域
本发明涉及一种大流量二氧化碳注入泵，特别是一种具有体积小、重量轻、大排量的二氧化碳注入泵，可在煤层气和石油开采等领域中需要注入二氧化碳的施工中应用。
背景技术
二氧化碳注入泵的注入介质为临界沸腾状态的低温液体二氧化碳，泵介质容易汽化使注入泵产生气堵故障(因低温液体二氧化碳在注入时变为气态，导致泵内压力不够高，发生气堵)。为解决该问题，在设计注入泵时一般采取较低的泵冲次，在泵入口采用较大的入口通流面积，配合较大的入口泵阀结构，该方法可降低因泵入口流速降低导致的泵入口容积损失，从而降低气堵故障的发生概率。但较大的入口泵阀结构需相应增加阀板或阀芯的重量，导致泵阀的响应速度降低，阀板关闭的滞后时间增加，最终降低了注入泵的容积效率。而在二氧化碳注入泵的注入施工中，通常希望在保证大流量注入的同时，尽可能提高泵效率，以减少注入工作时间及能源消耗，以提高工作效率及经济效益。
发明内容
本发明的目的是解决现有二氧化碳注入泵需要在保证大流量注入的同时，尽可能提高泵效率的技术问题，提供一种大流量二氧化碳注入泵。
为解决上述技术问题，本发明提供的技术解决方案如下：
一种大流量二氧化碳注入泵，其特殊之处在于：
包括泵壳体、设置于泵壳体上端的柱塞单元、设置于泵壳体下端的高压盖、分别设置于泵壳体外壁两侧的两个入口单元，以及设置于泵壳体内的进液阀和排液阀；
所述柱塞单元包括柱塞壳体、柱塞、第一压紧螺母和密封件；所述柱塞通过第一压紧螺母由柱塞壳体上端插入柱塞壳体内，所述密封件设置于柱塞壳体内的柱塞段与柱塞壳体内壁之间，柱塞壳体下端与泵壳体固连；所述第一压紧螺母与柱塞壳体螺纹连接；所述柱塞与第一压紧螺母配合；
所述高压盖与泵壳体之间设有第一间隙，且二者通过通过连接件固连；
所述入口单元包括连接法兰和入口法兰，以及设置于二者之间的连接管路；所述连接管路的一端与连接法兰的内圆固连，另一端与入口法兰的内圆固连；所述连接法兰与泵壳体固连；泵壳体上与连接法兰内圆对应位置设有与泵壳体内腔连通的第一通孔；
所述进液阀为弹簧式单向阀，其关闭滞后角为0～4°；所述进液阀的进液口与两个入口单元分别经第一通孔连通，出液口与柱塞壳体内腔连通；
所述排液阀为弹簧式单向阀，其关闭滞后角为0～6°；所述排液阀的进液口与进液阀的腔体连通，侧壁与泵壳体内壁之间设有第二间隙，出液口经第二间隙和第一间隙与泵壳体外部空间相通。
进一步地，所述进液阀包括进液缸、进液阀座、进液阀板和进液弹簧；
所述进液缸包括由上至下依次固连的上圆盘、空心柱和下圆盘；上圆盘和下圆盘的中心均沿轴向设有与空心柱的中心连通的第二通孔；所述上圆盘上第二通孔的两侧沿轴向设有第三通孔，第三通孔与对应的第一通孔连通，且第三通孔位于进液阀板的下方；
所述泵壳体上部的内壁上设有第一凸缘，第一凸缘上表面限位柱塞壳体；
所述进液阀座被第一凸缘下表面限位，进液阀座为一端敞口的筒状结构；
所述进液阀板和进液弹簧均设置于进液阀座内；
所述进液阀板的侧壁与进液阀座的内侧壁配合，其下端与进液缸的第三通孔处，形成第一接触密封结构a；
所述进液弹簧的一端设置于进液阀座内底面中心设置的凹槽内，另一端设置于进液阀板上表面中心设置的凹槽内；
所述进液阀座的内底面中心还设置有与柱塞壳体的内腔连通的第四通孔。
进一步地，所述排液阀包括排液缸、排液阀座、排液阀芯和排液弹簧；
所述排液缸为中心设有轴向通孔、侧壁设有径向通孔的空心圆柱结构；
所述排液阀座中心设有凸台，凸台伸入排液缸的轴向通孔，用于定位排液缸；
所述排液缸的侧壁与排液阀座的部分侧壁分别与泵壳体的内壁间设有所述第二间隙，排液缸的上端抵住进液缸的下端；所述排液阀座的底端伸出泵壳体后抵住高压盖；
所述排液阀芯包括一体连接的导向柱和端面密封件；所述导向柱伸入进液缸下圆盘的第二通孔内，所述端面密封件与第二通孔的下孔口，形成第二接触密封结构b；
所述凸台中心设有第一导向柱，所述端面密封件下端的中心设有第二导向柱；
所述排液弹簧的一端套设在第一导向柱上，另一端套设在第二导向柱上。
进一步地，还包括放气单元；所述放气单元包括放气塞和第二压紧螺母；
所述泵壳体上位于柱塞壳体与进液阀座之间的部分沿径向设有台阶形放气通道，台阶形放气通道靠近进液阀一侧的孔径比靠近泵壳体外部空间一侧的孔径小；
所述放气塞通过第二压紧螺母安装于台阶形放气通道内；
所述第二压紧螺母螺纹连接于台阶形放气通道内；
所述放气塞与台阶形放气通道的台阶面，形成第三接触密封结构c。
进一步地，所述柱塞壳体内设有用于限位密封件的第二凸缘；
所述密封件包括下封闭环和上封闭环，以及封闭于下封闭环和上封闭环之间的密封填料；
所述下封闭环被第二凸缘限位；
所述上封闭环被第一压紧螺母压紧。
进一步地，所述进液缸的上圆盘与泵壳体内壁之间、下圆盘与泵壳体内壁之间，所述柱塞壳体与泵壳体内壁之间，所述连接法兰与泵壳体外壁之间，均设有密封圈。
进一步地，所述柱塞壳体与泵壳体螺纹连接。
进一步地，所述连接管路与连接法兰螺纹连接。
进一步地，两个所述入口单元的入口法兰规格相同。
进一步地，所述泵壳体、柱塞、进液阀和排液阀均由不锈钢材料制成。
本发明相比现有技术具有的有益效果如下：
1、本发明提供的大流量二氧化碳注入泵，通过增加入口的通道数得到了双入口注入泵结构，形成了双入口配置，通过优化进液弹簧和进液阀板的匹配性，保证进液阀的关闭滞后角为0～4°，通过优化排液弹簧和排液阀芯的匹配性，保证排液阀的关闭滞后角为0～6°，使得注入泵结构在增加入口流通面积，且保证泵效率不降低的情况下，减少了泵入口流阻，最终达到了在不增加泵主体(泵壳体)结构尺寸的条件下，提高了泵流量上限的目的，扩大了往复式二氧化碳注入泵流量的工况范围。与现有增大进口结构设计的注入泵相比，在同等注入总量的情况下，可以减少注入时的工作时间及能源消耗。
2、本发明提供的大流量二氧化碳注入泵，可应用于煤层气和石油开采等领域中需要注入二氧化碳的施工中。
附图说明
图1为本发明一种大流量二氧化碳注入泵的结构示意图，图中入口法兰未完全示出，因第二间隙较小，图中未显示；
附图标记说明：
1-柱塞、2-第一压紧螺母、3-密封填料、4-柱塞壳体、7-放气塞、8-第二压紧螺母、9-泵壳体、10-入口法兰、11-高压盖、14-排液阀座、15-排液弹簧、16-排液阀芯、17-排液缸、19-连接法兰、21-进液缸、22-进液阀板、23-进液弹簧、24-进液阀座。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步地说明。
一种大流量二氧化碳注入泵，如图1所示，包括泵壳体9、设置于泵壳体9上端的柱塞单元、设置于泵壳体9下端的高压盖11、分别设置于泵壳体9外壁两侧的两个入口单元，以及设置于泵壳体9内的进液阀和排液阀；所述柱塞单元包括柱塞壳体4、柱塞1、第一压紧螺母2和密封件；所述柱塞1通过第一压紧螺母2由柱塞壳体4上端插入柱塞壳体4内，所述密封件设置于柱塞壳体4内的柱塞1与柱塞壳体4内壁之间，柱塞壳体4下端与泵壳体9固连(螺纹连接)；所述第一压紧螺母2与柱塞壳体4螺纹连接；所述柱1与第一压紧螺母2配合；所述高压盖11与泵壳体9之间设有第一间隙，且二者通过螺栓连接；所述入口单元作为泵入口，包括连接法兰19和入口法兰10以及设置于二者之间的连接管路；所述连接管路的一端与连接法兰19的内圆固连(螺纹连接)，另一端与入口法兰10的内圆固连(焊接)；所述连接法兰19与泵壳体9通过螺栓连接；泵壳体9上与连接法兰19内圆对应位置设有与泵壳体9内腔连通的第一通孔；所述进液阀为弹簧式单向阀，其关闭滞后角为0～4°；所述进液阀的进液口与两个入口单元分别经第一通孔连通，出液口与柱塞壳体4内腔连通；所述排液阀为弹簧式单向阀，其关闭滞后角为0～6°；所述排液阀的进液口与进液阀的腔体连通，侧壁与泵壳体9内壁之间设有第二间隙，出液口经第二间隙和第一间隙与泵壳体9外部空间相通，作为泵出口。所述柱塞壳体4内设有用于限位密封件的第二凸缘；所述密封件包括下封闭环和上封闭环，以及封闭于下封闭环和上封闭环之间的密封填料3，属于填料密封；所述下封闭环被第二凸缘限位；所述上封闭环被第一压紧螺母2压紧。两个所述入口单元的入口法兰10规格相同，以提高零件互换性和维修性。所述泵壳体9、柱塞1、进液阀和排液阀均由适用于二氧化碳注入泵的不锈钢材料制成。
所述进液阀包括进液缸21、进液阀座24、进液阀板22和进液弹簧23；所述进液缸21包括由上至下依次固连的上圆盘、空心柱和下圆盘；上圆盘和下圆盘的中心均沿轴向设有与空心柱的中心连通的第二通孔；所述上圆盘上第二通孔的两侧沿轴向设有第三通孔，第三通孔与对应的第一通孔连通，且第三通孔位于进液阀板22的下方；所述泵壳体9上部的内壁上设有第一凸缘，第一凸缘上表面限位柱塞壳体4；所述进液阀座24被第一凸缘下表面限位，进液阀座24为一端敞口的筒状结构；所述进液阀板22和进液弹簧23均设置于进液阀座24内；所述进液阀板22的侧壁与进液阀座24的内侧壁配合，其下端与进液缸21的第三通孔处，形成第一接触密封结构a；所述进液弹簧23的一端设置于进液阀座24内底面中心设置的凹槽内，另一端设置于进液阀板22上表面中心设置的凹槽内；所述进液阀座24的内底面中心还设置有与柱塞壳体4的内腔连通的第四通孔。当然进液阀可采用弹簧式单向阀的各种形式，如平板式、锥式或球式的进液阀板22等。
所述排液阀包括排液缸17、排液阀座14、排液阀芯16和排液弹簧15；所述排液缸17为中心设有轴向通孔、侧壁设有径向通孔的空心圆柱结构；所述排液阀座14中心设有凸台，凸台伸入排液缸17的轴向通孔，用于定位排液缸17；所述排液缸17的侧壁与排液阀座14的部分侧壁分别与泵壳体9的内壁间设有所述第二间隙，排液缸17的上端抵住进液缸21的下端；所述排液阀座14的底端伸出泵壳体9后抵住高压盖11；所述排液阀芯16包括一体连接的导向柱和端面密封件；所述导向柱伸入进液缸21下圆盘的第二通孔内，所述端面密封件与第二通孔的下孔口，形成第二接触密封结构b；所述凸台中心设有第一导向柱，所述端面密封件下端的中心设有第二导向柱；所述排液弹簧15的一端套设在第一导向柱上，另一端套设在第二导向柱上。当然排液阀可采用弹簧式单向阀的各种形式，如平板式、锥式或球式的排液阀板等。
所述进液缸21的上圆盘与泵壳体9内壁之间、下圆盘与泵壳体9内壁之间，所述柱塞壳体4与泵壳体9内壁之间，所述连接法兰19与泵壳体9外壁之间，均设有密封圈，其中，连接法兰19与泵壳体9外壁之间的密封圈图1中未示出。
上述大流量二氧化碳注入泵还包括放气单元；所述放气单元包括放气塞7和第二压紧螺母8；所述泵壳体9上位于柱塞壳体4与进液阀座24之间的部分沿径向设有台阶形放气通道，台阶形放气通道靠近进液阀一侧的孔径比靠近泵壳体9外部空间一侧的孔径小；所述放气塞7通过第二压紧螺母8安装于台阶形放气通道内；所述第二压紧螺母8螺纹连接于台阶形放气通道内；所述放气塞7与台阶形放气通道的台阶面，形成第三接触密封结构c。
工作过程：
工作时，柱塞1在外设驱动单元的作用下向上运动，从两个入口单元的入口法兰10同时注入邻接沸腾液体二氧化碳介质，进液阀板22在泵入口压力的作用下克服进液弹簧23的弹簧力，将进液阀板22推动向上运动，进液阀板22与进液缸21之间形成间隙，泵入口的液体二氧化碳进入进液缸21内腔，同时排液阀芯16在泵出口压力和排液弹簧15的弹簧力作用下处于关闭状态。柱塞1运动到上端死点(死点位置由所述外设驱动单元决定)后，进液阀板22向上运动到进液阀座24后达到最大开度，随后柱塞1在外设驱动单元的作用下开始向下运动，进液阀板22在柱塞壳体4的内腔形成的压力和进液弹簧23的拉力作用下迅速向下运动，到达进液缸21端面，随着柱塞1向下的迅速运动，进液缸21内腔压力迅速升高，到达设定压力后克服出口压力和排液弹簧15的弹簧力，使得排液阀芯16向下运动，排液阀芯16与进液缸21形成间隙，泵壳体9内腔中的高压液体二氧化碳通过排液缸17流入泵出口后的系统管路中，至此一个工作循环完成。随着柱塞1不断的往复运动，泵入口的液体二氧化碳不断进入泵壳体9内腔被柱塞1加压后输入泵后系统管路。
当二氧化碳注入泵注入过程发生泵壳体9内腔内二氧化碳汽化，影响注入泵工作时，通过拧松第二压紧螺母8，放出泵壳体9内腔的气体二氧化碳，然后再次拧紧第二压紧螺母8，二氧化碳注入泵即可正常工作。
上述大流量二氧化碳注入泵，可以在不降低泵效率的情况下提高注入泵流量上限，较传统二氧化碳注入泵在同等注入总量的情况下，减小了工作时间及能源的消耗。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，对于本领域的普通专业技术人员来说，可以对前述各实施例所记载的具体技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所保护技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种大流量二氧化碳注入泵，其特征在于：
包括泵壳体(9)、设置于泵壳体(9)上端的柱塞单元、设置于泵壳体(9)下端的高压盖(11)、分别设置于泵壳体(9)外壁两侧的两个入口单元，以及设置于泵壳体(9)内的进液阀和排液阀；
所述柱塞单元包括柱塞壳体(4)、柱塞(1)、第一压紧螺母(2)和密封件；所述柱塞(1)通过第一压紧螺母(2)由柱塞壳体(4)上端插入柱塞壳体(4)内，所述密封件设置于柱塞壳体(4)内的柱塞(1)与柱塞壳体(4)内壁之间，柱塞壳体(4)下端与泵壳体(9)固连；所述第一压紧螺母(2)与柱塞壳体(4)螺纹连接；所述柱塞(1)与第一压紧螺母(2)配合；
所述高压盖(11)与泵壳体(9)之间设有第一间隙，且二者通过连接件固连；
所述入口单元包括连接法兰(19)和入口法兰(10)，以及设置于二者之间的连接管路；所述连接管路的一端与连接法兰(19)的内圆固连，另一端与入口法兰(10)的内圆固连；所述连接法兰(19)与泵壳体(9)固连；泵壳体(9)上与连接法兰(19)内圆对应位置设有与泵壳体(9)内腔连通的第一通孔；
所述进液阀为弹簧式单向阀，其关闭滞后角为0～4°；所述进液阀的进液口与两个入口单元分别经第一通孔连通，出液口与柱塞壳体(4)内腔连通；
所述排液阀为弹簧式单向阀，其关闭滞后角为0～6°；所述排液阀的进液口与进液阀的腔体连通，侧壁与泵壳体(9)内壁之间设有第二间隙，出液口经第二间隙和第一间隙与泵壳体(9)外部空间相通。
2.根据权利要求1所述的大流量二氧化碳注入泵，其特征在于：
所述进液阀包括进液缸(21)、进液阀座(24)、进液阀板(22)和进液弹簧(23)；
所述进液缸(21)包括由上至下依次固连的上圆盘、空心柱和下圆盘；上圆盘和下圆盘的中心均沿轴向设有与空心柱的中心连通的第二通孔；所述上圆盘上第二通孔的两侧沿轴向设有第三通孔，第三通孔与对应的第一通孔连通，且第三通孔位于进液阀板(22)的下方；
所述泵壳体(9)上部的内壁上设有第一凸缘，第一凸缘上表面限位柱塞壳体(4)；
所述进液阀座(24)被第一凸缘下表面限位，进液阀座(24)为一端敞口的筒状结构；
所述进液阀板(22)和进液弹簧(23)均设置于进液阀座(24)内；
所述进液阀板(22)的侧壁与进液阀座(24)的内侧壁配合，其下端与进液缸(21)的第三通孔处，形成第一接触密封结构a；
所述进液弹簧(23)的一端设置于进液阀座(24)内底面中心设置的凹槽内，另一端设置于进液阀板(22)上表面中心设置的凹槽内；
所述进液阀座(24)的内底面中心还设置有与柱塞壳体(4)的内腔连通的第四通孔。
3.根据权利要求2所述的大流量二氧化碳注入泵，其特征在于：
所述排液阀包括排液缸(17)、排液阀座(14)、排液阀芯(16)和排液弹簧(15)；
所述排液缸(17)为中心设有轴向通孔、侧壁设有径向通孔的空心圆柱结构；
所述排液阀座(14)中心设有凸台，凸台伸入排液缸(17)的轴向通孔，用于定位排液缸(17)；
所述排液缸(17)的侧壁与排液阀座(14)的部分侧壁与泵壳体(9)的内壁间设有所述第二间隙，排液缸(17)的上端抵住进液缸(21)的下端；所述排液阀座(14)的底端伸出泵壳体(9)后抵住高压盖(11)；
所述排液阀芯(16)包括一体连接的导向柱和端面密封件；所述导向柱伸入进液缸(21)下圆盘的第二通孔内，所述端面密封件与第二通孔的下孔口，形成第二接触密封结构b；
所述凸台中心设有第一导向柱，所述端面密封件下端的中心设有第二导向柱；
所述排液弹簧(15)的一端套设在第一导向柱上，另一端套设在第二导向柱上。
4.根据权利要求3所述的大流量二氧化碳注入泵，其特征在于：
还包括放气单元；所述放气单元包括放气塞(7)和第二压紧螺母(8)；
所述泵壳体(9)上位于柱塞壳体(4)与进液阀座(24)之间的部分沿径向设有台阶形放气通道，台阶形放气通道靠近进液阀一侧的孔径比靠近泵壳体(9)外部空间一侧的孔径小；
所述放气塞(7)通过第二压紧螺母(8)安装于台阶形放气通道内；
所述第二压紧螺母(8)螺纹连接于台阶形放气通道内；
所述放气塞(7)与台阶形放气通道的台阶面，形成第三接触密封结构c。
5.根据权利要求1至4任一所述的大流量二氧化碳注入泵，其特征在于：
所述柱塞壳体(4)内设有用于限位密封件的第二凸缘；
所述密封件包括下封闭环和上封闭环，以及封闭于下封闭环和上封闭环之间的密封填料(3)；
所述下封闭环被第二凸缘限位；
所述上封闭环被第一压紧螺母(2)压紧。
6.根据权利要求5所述的大流量二氧化碳注入泵，其特征在于：
所述进液缸(21)的上圆盘与泵壳体(9)内壁之间、下圆盘与泵壳体(9)内壁之间，所述柱塞壳体(4)与泵壳体(9)内壁之间，所述连接法兰(19)与泵壳体(9)外壁之间，均设有密封圈。
7.根据权利要求6所述的大流量二氧化碳注入泵，其特征在于：
所述柱塞壳体(4)与泵壳体(9)螺纹连接。
8.根据权利要求7所述的大流量二氧化碳注入泵，其特征在于：
所述连接管路与连接法兰(19)螺纹连接。
9.根据权利要求1所述的大流量二氧化碳注入泵，其特征在于：
两个所述入口单元的入口法兰(10)规格相同。
10.根据权利要求9所述的大流量二氧化碳注入泵，其特征在于：
所述泵壳体(9)、柱塞(1)、进液阀和排液阀均由不锈钢材料制成。
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