CN114017311B - 一种用于压裂泵液力端的长柱塞轴润滑及密封结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于压裂泵液力端的长柱塞轴润滑及密封结构，包括连接到阀箱主体和阀箱尾部的自动循环润滑系统，所述润滑系统包括储油箱和循环泵，且在储油箱上设有内进管、内出管和外出管与外进管，所述内进管、所述内出管连接到阀箱靠近阀箱尾部的一端，并深入连接到阀杆的侧壁，外出管与外进管连接到阀箱尾部，并深入连接到阀杆的侧壁，在内进管和外进管之间包括设置在阀箱主体的柱塞孔内的密封机构。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，保证密封的同时能够高效对液力端进行润滑且同时保证润滑液的纯净，避免润滑液的浪费。提高现场使用提高现场使用的安全系数，延长使用寿命。

Description

一种用于压裂泵液力端的长柱塞轴润滑及密封结构

技术领域

本发明涉及石油装备技术领域，特别涉及压裂设备技术领域，具体是一种用于压裂泵液力端的长柱塞轴润滑及密封结构。

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。

高压柱塞泵液力端靠持续不断的添加润滑液对其进行润滑，现有的压裂车液力端润滑装置无法进行高效的循环使用润滑液，且无法对润滑液进行过滤，导致润滑液的浪费，实用性降低。且现有技术所用的结构和装置无法方便的拆卸，因此难以实现对润滑液的便捷快速更换。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种用于压裂泵液力端的长柱塞轴润滑及密封结构，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，保证密封的同时能够高效对液力端进行润滑且同时保证润滑液的纯净，避免润滑液的浪费。便于拆装、更换。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：

一种用于压裂泵液力端的长柱塞轴润滑及密封结构，包括连接到阀箱主体和阀箱尾部的自动循环润滑系统，所述润滑系统包括储油箱和循环泵，且在储油箱上设有内进管、内出管和外出管与外进管，所述内进管、所述内出管连接到阀箱靠近阀箱尾部的一端，并深入连接到阀杆的侧壁，外出管与外进管连接到阀箱尾部，并深入连接到阀杆的侧壁，在内进管和外进管之间包括设置在阀箱主体的柱塞孔内的密封机构。

优选的，所述储油箱左右两侧均设置有可从侧面或顶部抽出的杂质回收器，所述储油箱左右两侧均设置有过滤网框架，所述过滤网框架前端和后端均设置有滑槽，可通过滑槽从侧面或顶部抽出拆卸，所述过滤网框架中设置有过滤网。

优选的，所述杂质回收器为槽型结构，且其主体为永磁铁，其底部与储油箱之间设有一个固定板，所述固定板表面设有摩擦机构，能将杂质回收器固定连接，且固定板为隔磁材料，能确保杂质回收器与储油箱之间隔开，不因磁性而难以拆卸；在储油箱的一侧为整体开放式结构，杂质回收器在此侧设有一块完全覆盖储油箱的盖板，而在储油箱另一侧底部设有一个开口，该开口应对杂质回收器的槽体高度，且在杂质回收器的槽体顶部设有一个凸条，在储油箱对应凸条的位置设有一个凹槽，用于让凸条卡入固定，在储油箱对应杂质回收器的槽体末端的位置设有一圈延伸限位段，且在延伸限位段内放有密封圈。

优选的，所述储油箱还包含左挡板与右挡板，所述左挡板与右挡板竖直固定安装于储油箱内，所述左挡板与右挡板上部留有空隙，让润滑油流过。

优选的，所述储油箱还包含两组过滤网与过滤网框架，所述过滤网与所述过滤网框架底端通过两组卡扣与所述的储油箱底端卡装连接。

优选的，所述的阀箱主体设置有内出管与内进管，所述的内出管与阀箱主体内的这段断线的结构为矩形管，且矩形管为倾斜设置，所述的内进管与阀箱主体的底端连接设置有多组注射管孔，保证润滑油经所述的内进管均匀进入阀箱主体的液力端柱塞孔；

所述的阀箱尾部设置有外出管与外进管，所述的外出管与阀箱尾部内的这段断线的结构为矩形管，且矩形管为倾斜设置，所述的外进管与阀箱尾部的底端连接设置有多组注射管孔，保证润滑油经所述的外进管均匀进入阀箱尾部的液力端柱塞孔后部。

优选的，所述密封机构包括密封件，以及用于固定所述密封件的端盖，所述端盖和所述阀箱尾部都设有通孔，通过所述固定螺母紧密连接所述阀箱尾部，再通过所述连接螺母将阀箱尾部与阀箱主体紧密连接；再通过所述阀箱尾部将所述密封件抵紧在所述柱塞孔内。

优选的，所述的密封件包含转动环、第一密封圈、滑动环、缓冲弹簧组、支撑弹簧座、第二密封圈组成。所述的转动环紧贴所述的阀箱主体内壁，所述第一密封圈设置在所述滑动环与所述转动环之间；所述的缓冲弹簧组设置在所述的支撑弹簧座与滑动环之前，所述的支撑弹簧座由固定螺栓固定安装在阀箱尾部的内侧，所述第三密封圈安装在支撑弹簧座与阀箱尾部之间，紧贴于支撑弹簧座；所述的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，所述支撑弹簧座内设有的缓冲弹簧组数量为六组，且均匀间隔设置，每个缓冲弹簧的位置距离柱塞轴小于距离支撑弹簧座的内侧壁。

优选的，所述阀箱主体的阀腔内部设置有第四密封圈，所述第四密封圈通过所述密封圈固定件固定连接在所述阀箱主体上。

本发明的有益效果是：

1、本发明通过设置缓冲弹簧弹力使得支撑弹簧座减少与柱塞轴的相对运动，确保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密封圈等方式，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。与现有技术的高压柱塞泵液力端靠持续不断的添加润滑液对其进行润滑相比，本发明的可保证密封的同时能够高效对液力端进行润滑且同时保证润滑液的纯净，避免润滑液的浪费。

3、本发明设置的阀箱主体润滑系统与阀箱尾部的润滑系统同时使用，可确保柱塞轴全方位的润滑，润滑液可循环使用，大大提高润滑的效率。

附图说明

图1为本发明安装密封装置与润滑系统后的阀箱剖面结构示意图；

图2为本发明润滑系统的储油箱示意图；

图3为本发明润滑系统的储油箱结构示意图；

图4为图3的A-A截面示意图；

图5为图1中撑弹簧座的右视图。

图中：

1、阀箱主体；2、柱塞轴；3、转动环；4、第一密封圈；5、滑动环；6、缓冲弹簧组；7、支撑弹簧座；8、固定螺栓；9、第二密封圈；10、连接螺栓；11、阀箱尾部；12、第二密封圈；13、端盖；14、固定螺母；15、外出管；16、外进管；17、循环泵；18、内进管；19、内出管；20、第四密封圈；21、密封圈固定件；22、储油箱；23、主进管；24、左挡板；25、右挡板；26、杂质回收器；27、固定板；28、过滤网框架；29、过滤网。

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，一种用于压裂泵液力端的长柱塞轴润滑及密封结构，包括自动循环润滑系统，所述润滑系统包括储油箱22和循环泵17，以及配套的管线；所述储油箱22左右两侧均设置有可从侧面或顶部抽出的杂质回收器26，所述储油箱22左右两侧均设置有过滤网框架28，所述过滤网框架28前端和后端均设置有滑槽，可通过滑槽从侧面或顶部抽出拆卸，所述过滤网框架28中设置有过滤网29。

所述杂质回收器26为槽型结构，且其主体为永磁铁，其底部与储油箱22之间设有一个固定板27，所述固定板27表面设有摩擦机构，能将杂质回收器26固定连接，且固定板27为隔磁材料，能确保杂质回收器26与储油箱22之间隔开，不因磁性而难以拆卸，由于储油箱22为钢制材料，如果不设置固定板27，则杂质回收器26将很容易整体都吸附在储油箱22上，虽然能让连接更稳定，但拆卸将变得困难，不利于取出清洗杂质，由于杂质包括铁屑等材料，用永磁铁的材质能刚好的收集。

在储油箱22的一侧为整体开放式结构，杂质回收器26在此侧设有一块完全覆盖储油箱22的盖板，且在盖板的四周都设有密封条，而在储油箱22另一侧底部设有一个开口，该开口应对杂质回收器26的槽体高度，且在杂质回收器26的槽体顶部设有一个凸条，在储油箱22对应凸条的位置设有一个凹槽，用于让凸条卡入固定，在储油箱22对应杂质回收器26的槽体末端的位置设有一圈延伸限位段，且在延伸限位段内放有密封圈，延伸限位段一方面起到限位的作用，当其抵紧槽体的时候，凹槽和凸条也卡紧到位了，另一方面能对槽体内外实现密封。

所述的阀箱主体1设置有内出管19与内进管18，所述的内出管19与阀箱主体1连接，所述的内进管18与阀箱主体1的底端连接设置有多组注射管孔，且均匀分布在靠近柱塞轴2的位置，保证润滑油经所述的内进管18均匀进入阀箱主体1的液力端柱塞孔。

所述的阀箱尾部11设置有外出管15与外进管16，所述的外出管15与阀箱尾部11连接，所述的外进管16与阀箱尾部11的底端连接设置有多组注射管孔，且均匀分布在靠近柱塞轴2的位置，保证润滑油经所述的外进管16均匀进入阀箱尾部11的液力端柱塞孔后部。

在所有管线即内出管19与内进管18、外出管15与外进管16上都设有控制阀门，以确保暂停使用或更换润滑油或更换修理储油箱22内的装备的时候可以操作。而且阀门也可以让某些管线单独循环润滑油，以确保只需要部分区域润滑的时候也能操作。

所述的一种用于压裂泵液力端的长柱塞轴润滑及密封结构，包括设置在阀箱主体1的柱塞孔内的密封机构，所述密封机构包括密封件，以及用于固定所述密封件的端盖13和阀箱尾部11，所述端盖13和所述阀箱尾部11都设有通孔，通过所述固定螺母14紧密连接所述阀箱尾部11，再通过所述连接螺母10将阀箱尾部11与阀箱主体1紧密连接；再通过所述阀箱尾部11将所述密封件抵紧在所述柱塞孔内。所述的密封件包含转动环3、第一密封圈4、滑动环5、缓冲弹簧组6、支撑弹簧座7、第二密封圈9组成。所述的转动环3紧贴所述的阀箱主体1内壁，所述第一密封圈4设置在所述滑动环5与所述转动环3之间。所述的缓冲弹簧组6设置在所述的支撑弹簧座7与滑动环5之前，所述的支撑弹簧座7由固定螺栓8固定安装，所述第三密封圈9安装在支撑弹簧座7与阀箱尾部11之间，紧贴于支撑弹簧座7。所述的缓冲弹簧组6包括多个沿着缓冲弹簧座的通孔轴向阵列的弹簧，数量优选为6个，且均匀间隔设置，每个缓冲弹簧的位置距离柱塞轴2小于距离支撑弹簧座的内侧壁，如此设计，可以让柱塞轴2带动所述滑动环5前后运动的时候，不易让弹簧出现受力不均的情况。

所述储油箱22还包含左挡板24与右挡板25，所述左挡板24与右挡板25竖直固定安装于储油箱22内，所述左挡板24与右挡板25上部留有空隙，让润滑油流过，该处设计能便于部分通过过滤网29的固相杂质沉淀，方便后期清洗取出。

所述储油箱22还包含两组过滤网29与过滤网框架28，所述过滤网29与所述过滤网框架28底端通过两组卡扣与所述的储油箱22底端卡装连接。

所述阀箱主体1的阀腔内部设置有第四密封圈20，所述第四密封圈20通过所述密封圈固定件21固定连接在所述阀箱主体1上，以便让阀腔内的液体不会与润滑油交汇。密封圈固定件21可以是铆钉或螺钉或其他固定器。

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，在密封件上，由于内部的元件都被固定，且密封件内部采用缓冲弹簧组固定，当柱塞轴2进行推进时，减少了滑动环5与转动环3之间的相对运动，使其一直与柱塞轴2处于紧贴状态，保证柱塞轴2的密封性；滑动环5与转动环3之间设置有第一密封圈4， 增大密封结构的密封性能，确保压裂液不会流入。

本发明的一种用于压裂泵液力端的长柱塞轴润滑及密封结构，在关闭管线阀门的情况下，将润滑油倒至所述储油箱22内，通过所述循环泵17将润滑油特导至所述主进管23内，所述主进管23连接有外进管16与内进管18，润滑油通过所述外进管16进入阀箱尾部2内进行润滑，所述的外进管16与阀箱尾部11的底端连接设置有多组注射管孔，保证润滑油经所述的外进管16均匀进入阀箱尾部11的液力端柱塞孔后部。所述的外出管15与阀箱尾部11连接并向下倾斜，润滑后的润滑液通过倾斜的内部管道送至外出管15内，流回储油箱22左侧，通过过滤网29进行过滤，将润滑液中的杂质过滤并沉淀到固定板27上，过滤后的润滑液通过左挡板24上部的空隙流回储油箱中；所述主进管23润滑油通过所述内进管18进入阀箱主体1内进行润滑，所述的内进管18与阀箱主体1的底端连接设置有多组注射管孔，保证润滑油经所述的内进管18均匀进入阀箱主体1的液力端柱塞孔前部。所述的内出管19与阀箱主体1连接并向下倾斜，润滑后的润滑液通过倾斜的内部管道送至内出管19内，流回储油箱22左侧，通过过滤网29进行过滤，将润滑液中的杂质过滤并沉淀到固定板27上，过滤后的润滑液通过右挡板25上部的空隙流回储油箱中。倾斜的内部管道为矩形截面，目的是为了便于杂质不容易集中在圆形管道的底部造成堵塞。

所述的第二密封圈9与所述的第三密封圈12保证了润滑液在阀箱尾部11内柱塞轴2的润滑，保证其润滑以及密封性，所述的第一密封圈4与所述的第四密封圈20保证了润滑液在阀箱主体1内柱塞轴2的润滑，保证其润滑以及密封性。

故通过上述机械结构的配合，能够保证柱塞轴2在推进移动时，其柱塞孔都能保持较好的密封以及润滑效果，本发明的可保证密封的同时能够高效对液力端进行润滑且同时保证润滑液的纯净，避免润滑液的浪费，大大提高润滑的效率。同时也便于后期更换，其更换的结构简单，操作方便。

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 (8)

1.一种用于压裂泵液力端的长柱塞轴润滑及密封结构，其特征在于，包括连接到阀箱主体（1）和阀箱尾部（11）的自动循环润滑系统，所述润滑系统包括储油箱（22）和循环泵（17），且在储油箱（22）上设有内进管（18）、内出管（19）和外出管（15）与外进管（16），所述内进管（18）、所述内出管（19）连接到阀箱主体（1）靠近阀箱尾部（11）的一端，并深入连接到阀杆（2）的侧壁，外出管（15）与外进管（16）连接到阀箱尾部（11），并深入连接到阀杆（2）的侧壁，在内进管（18）和外进管（16）之间包括设置在阀箱主体（1）的柱塞孔内的密封机构；

所述储油箱（22）左右两侧均设置有可从侧面或顶部抽出的杂质回收器（26），所述储油箱（22）左右两侧均设置有过滤网框架（28），所述过滤网框架（28）前端和后端均设置有滑槽，可通过滑槽从侧面或顶部抽出拆卸，所述过滤网框架（28）中设置有过滤网（29）；

所述杂质回收器（26）为槽型结构，且其主体为永磁铁，其底部与储油箱（22）之间设有一个固定板（27），所述固定板（27）表面设有摩擦机构，能将杂质回收器（26）固定连接，且固定板（27）为隔磁材料，能确保杂质回收器（26）与储油箱（22）之间隔开，不因磁性而难以拆卸；在储油箱（22）的一侧为整体开放式结构，杂质回收器（26）在此侧设有一块完全覆盖储油箱（22）的盖板，而在储油箱（22）另一侧底部设有一个开口，该开口对应杂质回收器（26）的槽体高度，且在杂质回收器（26）的槽体顶部设有一个凸条，在储油箱（22）对应凸条的位置设有一个凹槽，用于让凸条卡入固定，在储油箱（22）对应杂质回收器（26）的槽体末端的位置设有一圈延伸限位段，且在延伸限位段内放有密封圈。

2.根据权利要求1所述的一种用于压裂泵液力端的长柱塞轴润滑及密封结构，其特征在于，所述储油箱（22）还包含左挡板（24）与右挡板（25），所述左挡板（24）与右挡板（25）竖直固定安装于储油箱（22）内，所述左挡板（24）与右挡板（25）上部留有空隙，让润滑油流过。

3.根据权利要求2所述的一种用于压裂泵液力端的长柱塞轴润滑及密封结构，其特征在于，所述过滤网（29）与所述过滤网框架（28）底端通过两组卡扣与所述的储油箱（22）底端卡装连接。

4.根据权利要求3所述的一种用于压裂泵液力端的长柱塞轴润滑及密封结构，其特征在于，所述的阀箱主体（1）设置有内出管（19）与内进管（18），所述的内出管（19）与阀箱主体（1）内的这段结构为矩形管，且矩形管为倾斜设置，所述的内进管（18）与阀箱主体（1）的底端连接设置有多组注射管孔，保证润滑油经所述的内进管（18）均匀进入阀箱主体（1）的液力端柱塞孔；

所述的阀箱尾部（11）设置有外出管（15）与外进管（16），所述的外出管（15）与阀箱尾部（11）内的这段结构为矩形管，且矩形管为倾斜设置，所述的外进管（16）与阀箱尾部（11）的底端连接设置有多组注射管孔，保证润滑油经所述的外进管（16）均匀进入阀箱尾部（11）的液力端柱塞孔后部。

5.根据权利要求1所述的一种用于压裂泵液力端的长柱塞轴润滑及密封结构，其特征在于，所述密封机构包括密封件，以及用于固定所述密封件的端盖（13），所述端盖（13）和所述阀箱尾部（11）都设有通孔，通过固定螺母（14）紧密连接所述阀箱尾部（11），再通过连接螺母（10）将阀箱尾部（11）与阀箱主体（1）紧密连接；再通过所述阀箱尾部（11）将所述密封件抵紧在所述柱塞孔内。

6.根据权利要求5所述的一种用于压裂泵液力端的长柱塞轴润滑及密封结构，其特征在于，所述的密封件包含转动环（3）、第一密封圈（4）、滑动环（5）、缓冲弹簧组（6）、支撑弹簧座（7）、第二密封圈组成；所述的转动环（3）紧贴所述的阀箱主体（1）内壁，所述第一密封圈（4）设置在所述滑动环（5）与所述转动环（3）之间；所述的缓冲弹簧组（6）设置在所述的支撑弹簧座（7）与滑动环（5）之前，所述的支撑弹簧座（7）由固定螺栓（8）固定安装在阀箱尾部（11）的内侧，第三密封圈安装在支撑弹簧座（7）与阀箱尾部（11）之间，紧贴于支撑弹簧座（7）；所述的缓冲弹簧组（6）包括多个沿着缓冲弹簧座的通孔轴向阵列的弹簧。

7.根据权利要求6所述的一种用于压裂泵液力端的长柱塞轴润滑及密封结构，其特征在于，所述支撑弹簧座（7）内设有的缓冲弹簧组（6）数量为六组，且均匀间隔设置，每个缓冲弹簧的位置距离阀杆（2）小于距离支撑弹簧座（7）的内侧壁。

8.根据权利要求1所述的一种用于压裂泵液力端的长柱塞轴润滑及密封结构，其特征在于，所述阀箱主体（1）的阀腔内部设置有第四密封圈（20），所述第四密封圈（20）通过密封圈固定件（21）固定连接在所述阀箱主体（1）上。