CN113374682B - 一种压裂泵液力端柱塞孔密封结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种压裂泵液力端柱塞孔密封结构，包括设置在阀箱主体的柱塞孔内的密封机构，所述密封机构包括两套密封件，以及用于固定两套所述密封件的端盖和轴套，所述端盖和所述轴套都设有通孔，通过所述端盖压紧所述轴套，再通过所述轴套将两套所述密封件抵紧在所述柱塞孔内；每一套所述密封件都包括缓冲座、缓冲件、滑动环、转动环、密封圈。本发明通过对高压柱塞泵的内孔密封结构进行改进，让密封件能更稳定的保持密封效果，提高现场使用的安全系数，延长使用寿命。

Description

一种压裂泵液力端柱塞孔密封结构

技术领域

本发明涉及石油开采装备技术领域，特别涉及一种压裂设备技术领域，具体是一种压裂泵液力端柱塞孔密封结构。

背景技术

在油气田开发中，压裂技术被广泛用于增产施工。压裂技术是利用液体压力作用使含油气地层形成裂缝的一种方法，其中压裂施工中最主要的设备是高压柱塞泵，一般是由多辆放置高压柱塞泵的压裂车组成高压柱塞泵组进行施工。高压柱塞泵又分成动力端和液力端两部分，动力端将柴油机或者电机能量转成动能通过柱塞传送到液力端，液力端主要部件为阀箱，柱塞和各种阀体阀座以及密封配件，其作用是通过柱塞在液力端内的运动吸入常压下的液体和砂粒配制而成的压裂液，再通过对液体压缩将压裂液增压到所需的压力后排出阀箱注入油气井内。当阀箱在进行工作时，其内部会产生较大的压力，能达到几十MPa，一旦密封出现问题，轻则影响压裂效果，重则造成安全事故，在高压管汇区域，施工阶段禁止人员靠近，但在压裂车附近，人员有可能还会停留观察，因此，在安全施工方面，高压柱塞泵的柱塞面密封效果对于安全生产更加重要，因此对孔内端的密封是较为重要的工作重点。

针对高压柱塞泵的孔内密封，现有技术已经较为成熟，有较多的解决方案，但因为高压和压裂液的冲蚀等原因，密封盘根有时候依然会出现密封效果不好的情况，需要经常更换，但更换后对于安装连接的稳定性也有一定影响，因此，寻找更换后连接密封稳定性较好的方案，能有效提高现场施工时维护操作便利程度，现有技术也有一定的探索，如申请号为CN201520393494.4 《一种压裂泵和压裂车》提供了一种盘根和卡槽便于一起拉出操作的方案，但该方案与传统方法相比，并无太大改进；申请号为CN202021577778.6 《一种具有耐腐蚀功能的压裂泵液力端阀箱密封装置》提供了一种采用多密封面的方案，但该方案同样存在类似的问题，无法动态的调节密封效果。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种压裂泵液力端柱塞孔密封结构，通过对高压柱塞泵的内孔密封结构进行改进，让密封件能更稳定的保持密封效果，提高现场使用的安全系数，延长使用寿命。

本发明的技术方案是：

一种压裂泵液力端柱塞孔密封结构，包括设置在阀箱主体的柱塞孔内的密封机构，所述密封机构包括两套密封件，以及用于固定两套所述密封件的端盖和轴套，所述端盖和所述轴套都设有通孔，通过所述端盖压紧所述轴套，再通过所述轴套将两套所述密封件抵紧在所述柱塞孔内；

每一套所述密封件都包括缓冲座、缓冲件、滑动环、转动环、密封圈，所述缓冲座为一端设有带孔端面的圆筒，在所述缓冲座内设有所述缓冲件，在所述缓冲件的另一端安装有由所述滑动环、所述密封圈、所述转动环组成的密封端，所述滑动环为带凸台的圆饼结构，所述转动环为带凹孔的圆饼结构，且所述滑动环和所述转动环中心都设有等径的通孔，所述密封端内部各组件之间相互紧贴，且所述密封端的的外径与所述缓冲座相同，所述密封端放入所述缓冲座内，并通过所述缓冲件进行限位；

所述端盖、所述轴套、所述缓冲座、所述密封端的通孔尺寸相同，在柱塞孔内设有穿过所有通孔的柱塞轴。

优选的，所述缓冲座为弹簧座，所述缓冲件为缓冲弹簧组，每一组缓冲弹簧组包括多个沿着缓冲弹簧座的通孔轴向阵列的弹簧。

优选的，两个所述密封件为相对设置，分别作为第一密封件和第二密封件，所述第一密封件的缓冲弹簧座、缓冲弹簧组、滑动环、转动环、密封圈作为第一缓冲弹簧座、第一缓冲弹簧组、第一滑动环、第一转动环、第一密封圈；所述第二密封件的缓冲弹簧座、缓冲弹簧组、滑动环、转动环、密封圈作为第二缓冲弹簧座、第二缓冲弹簧组、第二滑动环、第二转动环、第二密封圈；

所述第二密封件靠近所述柱塞孔的内端壁，在所述第二密封件到所述柱塞孔的内壁端部设有定位套筒和内密封圈，并通过内密封圈贴紧内端壁，所述第一密封件靠近所述柱塞孔的外侧，且与轴套朝内侧的端面紧贴。

优选的，所述第二密封件的密封端朝向柱塞孔的内端，所述第一密封件的密封端朝向柱塞孔的外端。

优选的，所述第一缓冲弹簧座和所述第二缓冲弹簧座内分别设置有结构相同且安装朝向相反的第一弹簧保护环和第二弹簧保护环，所述第一弹簧保护环和所述第二弹簧保护环的两端分别设有第三密封环和第四密封环；所述第一弹簧保护环包括滑动头、固定头、内接弹簧和保护环密封圈，所述固定头为内外两层形成的槽体，且在槽体内部设有多根处于槽体中部的竖杆，在竖杆上套设有多个弹簧，作为内接弹簧，在该槽体的内侧靠近槽口处设有密封圈槽，在该密封圈槽内设有保护环密封圈，用于密封滑动头，防止压裂液进入固定头内部；所述滑动头为环形体，包括与所述固定头的槽体配合的滑动段，以及与所述固定头槽口端面对接的加宽段；滑动头的滑动段为内外两层形成的槽体，且该槽体的宽度大于竖杆的直径；滑动头可在内接弹簧的作用下在固定头内往复滑动；

所述第一弹簧保护环通过所述第三密封环与所述第一滑动环接触，所述第一弹簧保护环通过所述第四密封环与所述第一缓冲弹簧座接触；

所述第二弹簧保护环通过所述第四密封环与所述第二滑动环接触，所述第二弹簧保护环通过所述第六密封环与所述第二缓冲弹簧座接触。

优选的，所述轴套的通孔内侧设有密封槽，在所述密封槽内安装有密封环。

优选的，所述轴套与所述端盖之间还设有所述外密封圈。

优选的，所述外密封圈与所述内密封圈均为整体密封圈，其外径与柱塞孔内壁贴合，其内径与柱塞轴贴合。

优选的，所述轴套侧面设有多个螺纹孔，在所述轴套安装到位后，与其对应的所述阀箱主体壁面设有光孔，并设有穿过光孔固定螺纹孔的固定螺栓。

优选的，所述端盖在靠近外圆设有贯穿端面的光孔，在与其对应的所述阀箱主体外端面上设有多个对应的光孔，还设有配套的密封螺栓和密封螺母，用于固定所述端盖和所述阀箱主体。

本发明的有益效果是：

1、本发明通过设置第二缓冲弹簧弹力使得第二缓冲弹簧座减少与柱塞轴的相对运动，通过设置第一缓冲弹簧弹力使得第一缓冲弹簧座减少与柱塞轴的相对运动；通过上述装置的第一缓冲弹簧座与第二缓冲弹簧座的相互配合作用，确保将密封机构与柱塞轴之间的相对运动大大减少，确保柱塞孔密封装置的密封效果。相比于现有技术常用的盘根等方式，在保证密封效果的同时，能提供更好的缓冲效果。

2、本发明所提供的结构，与现有技术需要使用手在安装过程中不断找准卡口位置的方式相比，无需将手放入柱塞孔内，操作更为简便安全，避免压裂液对压裂施工人员身体的接触伤害。

3、本发明还特别设置了第一弹簧保护环和第二弹簧保护环，进一步的防止压裂液进入两套密封件，从而保护两套缓冲弹簧组，确保弹簧组不被压裂液腐蚀老化，提高零件强度，延长使用寿命。

附图说明

图1为高压柱塞泵阀箱的立体结构示意图；

图2为本发明的阀箱剖面结构示意图；

图3为本发明的安装密封装置后的阀箱剖面结构示意图；

图4为本发明密封结构剖面示意图；

图5为本发明中弹簧保护环的一部分放大剖面示意图。

图中：

1、阀箱主体；2、密封口；3、压裂液排出口；4、柱塞孔；5、压裂液吸入孔；41、柱塞轴；42、内密封圈；43、第一定位套筒；44、第二转动环；45、第二滑动环；46、第二密封圈；47、第二缓冲弹簧组；48、第二缓冲弹簧座；49、定位轴套；50、第一缓冲弹簧组；51、第一缓冲弹簧座；52、第一滑动环；53、第一密封圈；54、第一转动环；55、固定轴套；56、外密封圈；57、端盖；58、密封环；59、固定螺栓；60、密封螺栓；61、密封螺母；62、第三密封圈；63、第一弹簧保护环；64、第四密封圈；65、第五密封圈；66、第二弹簧保护环；67、第六密封圈。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、 “纵向”、 “横向”、 “上”、 “下”、“前”、 “后”、 “左”、 “右”、 “竖直”、 “水平”、 “顶”、 “底”、 “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，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。在本发明的描述中，除非另有说明， “多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、 “连接”、“第一”、“第二”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；也可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1-5所示，一种压裂泵液力端柱塞孔密封结构，设置在阀箱主体1中，所述阀箱主体1包括上下设置的压裂液排出口3、压裂液吸入口5，以及左右设置的柱塞孔4、密封口2，所述密封机构设置在所述阀箱主体1的柱塞孔4内的，所述密封机构包括两套密封件，以及用于固定两套所述密封件的端盖57和轴套55，所述端盖57和所述轴套55都设有通孔，通过所述端盖57压紧所述轴套55，再通过所述轴套55将两套所述密封件抵紧在所述柱塞孔4内；每一套所述密封件都包括缓冲座、缓冲件、滑动环、转动环、密封圈，所述缓冲座为一端设有带孔端面的圆筒，在所述缓冲座内设有所述缓冲件，在所述缓冲件的另一端安装有由所述滑动环、所述密封圈、所述转动环组成的密封端，所述滑动环为带凸台的圆饼结构，所述转动环为带凹孔的圆饼结构，且所述滑动环和所述转动环中心都设有等径的通孔，所述密封端内部各组件之间相互紧贴，且所述密封端的的外径与所述缓冲座相同，所述密封端放入所述缓冲座内，并通过所述缓冲件进行限位；所述端盖、所述轴套、所述缓冲座、所述密封端的通孔尺寸相同，在柱塞孔4内设有穿过所有通孔的柱塞轴41。

优选的，所述缓冲座为弹簧座，所述缓冲件为缓冲弹簧组，每一组缓冲弹簧组包括多个沿着缓冲弹簧座的通孔轴向阵列的弹簧，具体为螺旋弹簧。当然，在任意实施例中，也可以采用其他可以实现同样效果的缓冲件和/或缓冲座，如采用充气杆、阻尼液压杆等。

优选的，两个所述密封件为相对设置，即两者朝向相反，分别作为第一密封件和第二密封件，所述第一密封件的缓冲弹簧座、缓冲弹簧组、滑动环、转动环、密封圈作为第一缓冲弹簧座51、第一缓冲弹簧组50、第一滑动环52、第一转动环54、第一密封圈53；所述第二密封件的缓冲弹簧座、缓冲弹簧组、滑动环、转动环、密封圈作为第二缓冲弹簧座48、第二缓冲弹簧组47、第二滑动环45、第二转动环44、第二密封圈46；所述第二密封件靠近所述柱塞孔4的内端壁，在所述第二密封件到所述柱塞孔4的内壁端部设有定位套筒43和内密封圈42，并通过内密封圈42贴紧内端壁，所述第一密封件靠近所述柱塞孔4的外侧，且与轴套55朝内侧的端面紧贴。所述第二密封件的密封端朝向柱塞孔4的内端，所述第一密封件的密封端朝向柱塞孔4的外端；所述轴套55与所述端盖57之间还设有所述外密封圈56，所述外密封圈56与所述内密封圈42均为整体密封圈，其外径与柱塞孔4内壁贴合，其内径与柱塞轴41贴合。通过上述技术方案，可以在柱塞轴41向右推动时减少液体向左流动，增强了液力端密封结构的密封性与稳定性，同理，可以防止液体通过柱塞轴41向左滑动流出密封环58，进而防止液体流出端盖57，增强了液力端密封结构的密封性。通过上述技术方案，所述的固定轴套55能够对所述的第一转动环54，第一滑动环52，以及它们中间的第一密封圈53起到固定作用，减少了第一滑动环52、第一转动环54与柱塞轴41之间的相对运动，增强了液力端密封结构的密封性；所述的定位轴套43能够对所述的第二转动环44，第二滑动环45，以及它们中间的第二密封圈46起到固定作用，减少了第二滑动环45、第二转动环44与柱塞轴41之间的相对运动，增强了液力端密封结构的密封性。

进一步的，所述第一缓冲弹簧座51和所述第二缓冲弹簧座48内分别设置有结构相同且安装朝向相反的第一弹簧保护环63和第二弹簧保护环66，因为两者分别要对应结构相同且安装朝向相反的两套密封件。所述第一弹簧保护环63和所述第二弹簧保护环66的两端分别设有第三密封环62和第四密封环64；所述第一弹簧保护环63包括滑动头631、固定头632、内接弹簧634和保护环密封圈633，所述固定头632为内外两层形成的槽体，且在槽体内部设有多根处于槽体中部的竖杆，竖杆的数量根据需要设定，如八个、十二个等，且每一个竖杆的间距相同，轴向阵列设置于该槽体内，在每个竖杆上套设有一个弹簧，该弹簧作为内接弹簧634，在该槽体的内侧靠近槽口处设有密封圈槽（数量可以是一个或多个），在该密封圈槽内设有保护环密封圈633，用于密封滑动头631，防止压裂液进入固定头632内部；所述滑动头631为环形体，包括与所述固定头632的槽体配合的滑动段，以及与所述固定头632槽口端面对接的加宽段；滑动头631的滑动段为内外两层形成的槽体，且该槽体的宽度大于竖杆的直径；滑动头631可在内接弹簧634的作用下在固定头632内往复滑动；所述第一弹簧保护环63通过所述第三密封环62与所述第一滑动环52接触，所述第一弹簧保护环63通过所述第四密封环64与所述第一缓冲弹簧座51接触；所述第二弹簧保护环66通过所述第四密封环65与所述第二滑动环45接触，所述第二弹簧保护环66通过所述第六密封环67与所述第二缓冲弹簧座48接触。两个弹簧保护环可通过压缩其长度的方式，简单方便的放置在密封件内，并在每个滑动环相对运动时，自动调节其总体长度保证其密封性能。

所述轴套55的通孔内侧设有密封槽，在所述密封槽内安装有密封环58，该密封环58所用型号为O型圈，且密封槽的数量是一个或多个。

进一步的，所述轴套55侧面设有多个螺纹孔，在所述轴套55安装到位后，与其对应的所述阀箱主体1壁面设有光孔，并设有穿过光孔固定螺纹孔的固定螺栓59。

进一步的，所述端盖57在靠近外圆设有贯穿端面的光孔，在与其对应的所述阀箱主体1外端面上设有多个对应的光孔，优选为4-8个，还设有配套的密封螺栓和密封螺母，用于固定所述端盖57和所述阀箱主体1。

本发明的工作原理如下：

当本发明所述的元件连接安装到位后，在第二密封件上，由于内部的元件都被固定，且第二密封件内部采用第二缓冲弹簧固定，当柱塞轴41在向右进行推进时，减少了第二滑动环45与第二转动环44之间的相对运动，使其一直与柱塞轴41处于紧贴状态，保证其密封性；在柱塞轴41向左移动时，通过第二缓冲弹簧47与第二滑动环45、第二转动环44之间的配合，能够一定程度上减少第二滑动环45、第二转动环44与柱塞轴41之间的相对运动，增大密封结构的密封性能。

同理，在第一密封件上，当柱塞轴41在向左移动时，减少了第一滑动环52与第一转动环54之间的相对运动，使其与柱塞轴41处于紧贴状态，保证其密封性。并在柱塞轴41向右移动推进时，通过第一缓冲弹簧50与第一滑动环52、第一转动环54之间的配合，能够一定程度上减少第一滑动环52、第一转动环54与柱塞轴41之间的相对运动，增大密封结构的密封性能。

并且，通过所述第一缓冲弹簧座51和所述第二缓冲弹簧座48内所设置的第一弹簧保护环63和第二弹簧保护环66，能更加有效的调整与两套密封件内部的密封关系，确保使用过程中密封件本身的环境稳定，不受到润滑油、密封脂、压裂液、空气等外界物质的影响，以确保使用寿命期内的质量稳定。

故通过上述机械结构的配合，能够保证柱塞轴41在向左右推进移动时，其柱塞孔4都能保持较好的密封效果，避免在使用寿命内出现液力端泄漏的情况。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (6)

1.一种压裂泵液力端柱塞孔密封结构，包括设置在阀箱主体（1）的柱塞孔（4）内的密封机构，其特征在于，所述密封机构包括两套密封件，以及用于固定两套所述密封件的端盖（57）和轴套（55），所述端盖（57）和所述轴套（55）都设有通孔，通过所述端盖（57）压紧所述轴套（55），再通过所述轴套（55）将两套所述密封件抵紧在所述柱塞孔（4）内；

每一套所述密封件都包括缓冲座、缓冲件、滑动环、转动环、密封圈，所述缓冲座为一端设有带孔端面的圆筒，在所述缓冲座内设有所述缓冲件，在所述缓冲件的另一端安装有由所述滑动环、所述密封圈、所述转动环组成的密封端，所述滑动环为带凸台的圆饼结构，所述转动环为带凹孔的圆饼结构，且所述滑动环和所述转动环中心都设有等径的通孔，所述密封端内部各组件之间相互紧贴，且所述密封端的的外径与所述缓冲座相同，所述密封端放入所述缓冲座内，并通过所述缓冲件进行限位；

所述端盖、所述轴套、所述缓冲座、所述密封端的通孔尺寸相同，在柱塞孔（4）内设有穿过所有通孔的柱塞轴（41）；

所述缓冲座为弹簧座，所述缓冲件为缓冲弹簧组，每一组缓冲弹簧组包括多个沿着缓冲弹簧座的通孔轴向阵列的弹簧；

两个所述密封件为相对设置，分别作为第一密封件和第二密封件，所述第一密封件的缓冲弹簧座、缓冲弹簧组、滑动环、转动环、密封圈作为第一缓冲弹簧座（51）、第一缓冲弹簧组（50）、第一滑动环（52）、第一转动环（54）、第一密封圈（53）；所述第二密封件的缓冲弹簧座、缓冲弹簧组、滑动环、转动环、密封圈作为第二缓冲弹簧座（48）、第二缓冲弹簧组（47）、第二滑动环（45）、第二转动环（44）、第二密封圈（46）；

所述第二密封件靠近所述柱塞孔（4）的内端壁，在所述第二密封件到所述柱塞孔（4）的内壁端部设有定位套筒（43）和内密封圈（42），并通过内密封圈（42）贴紧内端壁，所述第一密封件靠近所述柱塞孔（4）的外侧，且与轴套（55）朝内侧的端面紧贴；

所述第二密封件的密封端朝向柱塞孔（4）的内端，所述第一密封件的密封端朝向柱塞孔（4）的外端；

所述第一缓冲弹簧座（51）和所述第二缓冲弹簧座（48）内分别设置有结构相同且安装朝向相反的第一弹簧保护环（63）和第二弹簧保护环（66），所述第一弹簧保护环（63）和所述第二弹簧保护环（66）的两端分别设有第三密封环（62）和第四密封环（64）；所述第一弹簧保护环（63）包括滑动头（631）、固定头（632）、内接弹簧（634）和保护环密封圈（633），所述固定头（632）为内外两层形成的槽体，且在槽体内部设有多根处于槽体中部的竖杆，在竖杆上套设有多个弹簧，作为内接弹簧（634），在该槽体的内侧靠近槽口处设有密封圈槽，在该密封圈槽内设有保护环密封圈（633），用于密封滑动头（631），防止压裂液进入固定头（632）内部；所述滑动头（631）为环形体，包括与所述固定头（632）的槽体配合的滑动段，以及与所述固定头（632）槽口端面对接的加宽段；滑动头（631）的滑动段为内外两层形成的槽体，且该槽体的宽度大于竖杆的直径；滑动头（631）可在内接弹簧（634）的作用下在固定头（632）内往复滑动；

所述第一弹簧保护环（63）通过所述第三密封环（62）与所述第一滑动环（52）接触，所述第一弹簧保护环（63）通过所述第四密封环（64）与所述第一缓冲弹簧座（51）接触；

所述第二弹簧保护环（66）通过所述第四密封环（65）与所述第二滑动环（45）接触，所述第二弹簧保护环（66）通过第六密封环（67）与所述第二缓冲弹簧座（48）接触。

2.根据权利要求1所述的一种压裂泵液力端柱塞孔密封结构，其特征在于，所述轴套（55）的通孔内侧设有密封槽，在所述密封槽内安装有密封环（58）。

3.根据权利要求2所述的一种压裂泵液力端柱塞孔密封结构，其特征在于，所述轴套（55）与所述端盖（57）之间还设有外密封圈（56）。

4.根据权利要求3所述的一种压裂泵液力端柱塞孔密封结构，其特征在于，所述外密封圈（56）与所述内密封圈（42）均为整体密封圈，其外径与柱塞孔（4）内壁贴合，其内径与柱塞轴（41）贴合。

5.根据权利要求3所述的一种压裂泵液力端柱塞孔密封结构，其特征在于，所述轴套（55）侧面设有多个螺纹孔，在所述轴套（55）安装到位后，与其对应的所述阀箱主体（1）壁面设有光孔，并设有穿过光孔固定螺纹孔的固定螺栓（59）。

6.根据权利要求3所述的一种压裂泵液力端柱塞孔密封结构，其特征在于，所述端盖（57）在靠近外圆设有贯穿端面的光孔，在与其对应的所述阀箱主体（1）外端面上设有多个对应的光孔，还设有配套的密封螺栓和密封螺母，用于固定所述端盖（57）和所述阀箱主体（1）。

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