CN115405514A - 液力端和柱塞泵 - Google Patents

Abstract

提供一种液力端和柱塞泵。液力端包括：阀箱，包括内腔，所述内腔包括交变腔和低压腔；第一阀组件，被配置为打开以连通所述低压腔和所述交变腔或被配置为关闭以隔开所述低压腔和所述交变腔，所述第一阀组件包括阀体、密封件、阀座和基座；第二承压组件，位于所述内腔中，所述阀座、所述基座以及所述第二承压组件沿所述内腔的第一轴线的延伸方向依次设置，以利于维保和延长阀箱的使用寿命。

Description

液力端和柱塞泵

本申请是申请日为2021年11月01日、发明名称为“液力端和柱塞泵”的第202111282713.8号专利申请的分案申请。

技术领域

本公开的实施例涉及一种液力端和柱塞泵。

背景技术

目前油气田开采过程中压裂施工是主要增产方式，柱塞泵则是增产作业中泵送压裂介质的主要设备。换言之，在油气开采的整个流程中，凡是需要在特定压力下向井内输送介质的工艺，都需要通过柱塞泵来实现。

发明内容

本公开的实施例提供一种液力端和柱塞泵，以利于维保和延长阀箱的使用寿命。

本公开的实施例提供一种液力端，包括：阀箱，包括内腔，所述内腔包括交变腔和低压腔；第一阀组件，被配置为打开以连通所述低压腔和所述交变腔或被配置为关闭以隔开所述低压腔和所述交变腔；第一承压组件，位于所述内腔中；以及第二承压组件，位于所述内腔中，所述第一阀组件、所述第一承压组件以及所述第二承压组件沿所述内腔的第一轴线的延伸方向依次设置。

根据本公开的实施例提供的液力端，所述第一承压组件与所述阀箱可拆卸的连接，所述第二承压组件与所述阀箱可拆卸的连接。

根据本公开的实施例提供的液力端，所述第一承压组件包括交变压盖和交变压帽，所述交变压盖比所述交变压帽更靠近所述第一阀组件，所述交变压帽与所述阀箱通过螺纹连接。

根据本公开的实施例提供的液力端，所述交变压盖在所述第一轴线上的最大长度小于所述交变压帽在所述第一轴线上的最大长度。

根据本公开的实施例提供的液力端，所述交变压盖与所述阀箱之间设有第一密封结构，所述阀箱具有泄流通道，所述泄流通道被配置为在所述第一密封结构至少部分失效时流通流体。

根据本公开的实施例提供的液力端，所述泄流通道贯穿所述阀箱的本体。

根据本公开的实施例提供的液力端，所述泄流通道相对于所述内腔的所述第一轴线倾斜设置，所述泄流通道与所述内腔的所述第一轴线所成的锐角大于或等于30度，并且小于或等于60度。

根据本公开的实施例提供的液力端，所述第一密封结构包括第一道密封和第二道密封，所述泄流通道的靠近所述交变压盖的一端位于所述第一道密封和所述第二道密封之间。

根据本公开的实施例提供的液力端，所述第一阀组件包括第一阀体、第一密封件和第一阀座，所述交变压盖作为所述第一阀座的基座。

根据本公开的实施例提供的液力端，所述交变压盖具有低压流体通道，所述低压流体通道与所述阀箱的上液孔连通。

根据本公开的实施例提供的液力端，所述第二承压组件包括吸入压盖和吸入压帽，所述吸入压盖比所述吸入压帽更靠近所述第一承压组件，所述吸入压帽与所述阀箱通过螺纹连接。

根据本公开的实施例提供的液力端，所述交变压盖和所述吸入压盖分设在所述交变压帽的相对的两侧。

根据本公开的实施例提供的液力端，液力端还包括第二阀组件和第三承压组件，其中，所述内腔还包括高压腔，所述第二阀组件被配置为打开以连通所述交变腔和所述高压腔或被配置为关闭以隔开所述交变腔和所述高压腔，所述第三承压组件位于所述内腔中，并与所述第二阀组件在所述内腔的第二轴线的延伸方向上依次设置，所述内腔的位于所述第二阀组件和所述第三承压组件之间的区域为所述高压腔，所述第一轴线与所述第二轴线相交。

根据本公开的实施例提供的液力端，所述内腔呈倒T型结构，所述交变腔和所述高压腔沿所述内腔的所述第二轴线的延伸方向设置。

根据本公开的实施例提供的液力端，所述阀箱具有上液孔，所述上液孔和所述高压腔在所述第一轴线的延伸方向上错开设置。

根据本公开的实施例提供的液力端，所述第一承压组件和所述第二承压组件分设在所述上液孔的在所述第一轴线的延伸方向的两侧。

根据本公开的实施例提供的液力端，所述内腔的相贯处包括第一子腔和第二子腔，所述第一子腔和所述第二子腔沿所述第二轴线的延伸方向设置，所述第二子腔比所述第一子腔更靠近所述内腔的沿所述第一轴线延伸的部分，所述第二子腔在所述第二轴线的延伸方向上的最大尺寸大于所述第一子腔在所述第一轴线的延伸方向上的最大尺寸，所述第二子腔在所述第一轴线的延伸方向上的尺寸从远离所述第一轴线的位置到靠近所述第一轴线的位置的方向上逐渐增大。

根据本公开的实施例提供的液力端，所述阀箱在对应所述第一子腔和所述第二子腔的位置设有防护套。

根据本公开的实施例提供的液力端，所述第一阀组件包括弹簧支架，所述弹簧支架为镂空结构，且与所述阀箱通过斜面进行限位。

本公开的实施例还提供一种柱塞泵，包括上述任一液力端。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本公开的一些实施例，而非对本公开的限制。

图1为一种柱塞泵的剖视图。

图2为图1所示的柱塞泵中的液力端的示意图。

图3为图2所示的液力端中的阀箱的示意图。

图4为本公开的实施例提供的一种液力端的剖视图。

图5为本公开的实施例提供的一种液力端的阀箱中的内腔各区域的示意图。

图6为本公开的实施例提供的液力端的阀箱的示意图。

图7为本公开的实施例提供的液力端的立体图。

图8为本公开的实施例提供的另一种液力端的阀箱的示意图。

图9为本公开的实施例提供的一种液力端中的阀箱的内腔的相贯处的示意图。

图10为本公开的实施例提供的另一种液力端中的阀箱的内腔的相贯处的示意图。

图11为本公开的实施例提供的一种液力端的剖视图。

图12为图11所示的液力端的阀箱的示意图。

图13A为图11的阀箱中的泄流通道处的局部示意图。

图13B为图11的阀箱中的盘根套以及盘根套压冒处的局部示意图。

图14为本公开的实施例提供的一种液力端中的第二阀组件的示意图。

图15为本公开的实施例提供的一种液力端的排出侧的阀箱的示意图。

图16为本公开的实施例提供的一种液力端的排出侧的密封结构的示意图。

图17为本公开的实施例提供的一种液力端的吸入侧的阀箱的示意图。

图18为本公开的实施例提供的一种液力端的吸入侧的密封结构的示意图。

具体实施方式

为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例的附图，对本公开实施例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公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

柱塞泵作为压裂施工的关键设备之一，主要作用是将常压下，且具有一定粘度的压裂液转化为高压、大流量的压裂液以注入到地层，其性能的好坏直接影响油气田压裂施工作业的技术水平。目前，国内外压裂泵的结构一般采用往复式卧式多缸柱塞泵，如三缸柱塞泵和五缸柱塞泵，通常由液力端和动力端两部分构成。液力端的作用是将机械能转换成工作液的压力能。动力端的作用是将原动机的动能通过减速传动系统和曲柄连杆机构传递到液力端。

图1为一种柱塞泵的剖视图。图2为图1所示的柱塞泵中的液力端的示意图。图3为图2所示的液力端中的阀箱的示意图。如图1所示，柱塞泵003包括动力端002和液力端001。如图1和图2所示，液力端001主要包括阀箱01、柱塞02、阀组件03、阀组件04、密封元件、压盖05和压帽06。图1还示出了卡箍07、拉杆08、十字头09、连杆010、箱体011、以及曲轴012。如图2所示，液力端001还包括阀座021、弹簧022、吸入压盖023、吸入压帽024、弹簧025、排液孔026、密封用盘根包组件027、以及盘根压帽028。图3示出了阀箱01的十字相贯的结构。

如图1和图2所示，柱塞泵的工作原理如下：在原动机驱动下动力端002的曲轴012旋转，带动连杆010、十字头09水平往复运动，十字头09再通过拉杆08带动柱塞02在阀箱01内进行水平往复运动。当柱塞02作回程运动时，阀箱01内部容积逐渐增大，形成局部真空，此时阀组件03打开，阀组件04关闭，介质进入阀箱01的内腔，柱塞02回程至极限位置时，阀箱01的内腔充满介质，吸液动作完成。当柱塞02作进程运动时，阀箱01内部容积逐渐减小，介质受挤压，压力增加，此时阀组件04打开，阀组件03关闭，在压力作用下介质进入排液孔026，柱塞02进程至极限位置时，阀箱01内部的介质容纳空间最小，排液动作结束。由于柱塞02不断地往复运动，吸液、排液过程交替进行，高压介质源源不断地输出。

参考图1至图3，通常的液力端的阀箱为十字相贯结构，如图3所示，阀箱02的内腔按照压力分为低压腔01a、交变腔01b和高压腔01c，然而相贯线正好处于交变腔01b内，力学分析显示相贯线处应力集中明显，再加上交变载荷的作用，因此相贯线处容易产生疲劳裂纹，导致阀箱01开裂漏水，现场更换阀箱频繁，且更换成本较高，耗时费力。

随着压裂施工难度越来越大(表现为工作压力变大)，单机大排量也成为了市场紧急需求，若相贯处应力集中效应一直得不到有效改善，则阀箱的寿命将难以提高。

本公开的实施例提供一种具有T型阀箱的液力端以及含有该液力端的柱塞泵，以延长阀箱的使用寿命。本公开的实施例还提供一种在吸入侧具有两套承压组件的液力端以及含有该液力端的柱塞泵，以利于维保和延长阀箱的使用寿命。

以下对本公开的实施例提供的液力端和柱塞泵进行介绍。

图4为本公开的实施例提供的一种液力端的示意图。图5为本公开的实施例提供的一种液力端的阀箱中的内腔各区域的示意图。图6为本公开的实施例提供的液力端的阀箱的示意图。图7为本公开的实施例提供的液力端的立体图。图8为本公开的实施例提供的另一种液力端的阀箱的示意图。图9为本公开的实施例提供的一种液力端中的阀箱的内腔的相贯处的示意图。图9(a)为阀箱的内腔的XY平面的剖视图。图9(b)为阀箱的内腔的YZ平面的示意图。图10为本公开的实施例提供的另一种液力端中的阀箱的内腔的相贯处的示意图。图10(a)为阀箱的内腔的XY平面的剖视图。图10(b)为阀箱的内腔的YZ平面的示意图。图7示出了X方向、Y方向和Z方向。例如，X方向为后续提及的第一轴线A1的延伸方向，Y方向为后续提及的第二轴线A2的延伸方向。图11为本公开的实施例提供的一种液力端的剖视图。图12为图11所示的液力端的阀箱的示意图。

图13A为图11的阀箱中的泄流通道处的局部示意图。图13B为图11的阀箱中的盘根套以及盘根套压冒处的局部示意图。

如图11所示，本公开的实施例提供一种液力端，包括：阀箱70、第一阀组件V1、第一承压组件M1、以及第二承压组件M2。

如图11、图5以及图6所示，阀箱70包括内腔07，内腔07包括交变腔07b和低压腔07a。

如图11和图5所示，第一阀组件V1被配置为打开以连通低压腔07a和交变腔07b或被配置为关闭以隔开低压腔07a和交变腔07b。内腔07的位于第一阀组件V1和第二承压组件M2之间的区域为低压腔07a。

如图11所示，第一承压组件M1与第一阀组件V1接触。

如图11所示，第二承压组件M2与第一承压组件M1沿内腔07的第一轴线A1的延伸方向依次设置。

如图11所示，第一阀组件V1、第一承压组件M1以及第二承压组件M2沿内腔07的第一轴线A1的延伸方向依次设置。

图11和图4示出了液力端的吸入侧70a、排出侧70b以及柱塞侧70c。

本公开的实施例提供的液力端，在吸入侧70a设置两套承压组件，即，设置第一承压组件M1和第二承压组件M2，第一阀组件V1通过第一承压组件M1与阀箱70相连，而非直接“坐”到阀箱70上，第一阀组件V1不与阀箱直接接触，维保方便，且利于延长阀箱的使用寿命。

例如，如图11所示，第一承压组件M1与阀箱70可拆卸的连接，第二承压组件M2与阀箱70可拆卸的连接，以利于从吸入侧70a拆卸柱塞81。

例如，如图11所示，第一承压组件M1包括交变压盖13和交变压帽23，交变压盖13比交变压帽23更靠近第一阀组件V1，交变压帽23与阀箱70通过螺纹连接。

例如，交变压盖13承受交变载荷，交变压帽23承受交变载荷。交变压盖13也可称作中间压盖或直接称作压盖，交变压帽23也可称作中间压帽或直接称作压帽。

例如，如图11所示，交变压盖13在第一轴线A1上的最大长度小于交变压帽23在第一轴线A1上的最大长度。

在本公开的实施例提供的液力端中，第一阀组件V1不是直接“坐”到阀箱70上，而是通过交变压盖13与阀箱70间接相连，该交变压盖13受力会发生移动，因此需要使用交变压帽23进行固定限位，例如，交变压帽23与交变压盖13接触，交变压帽23与阀箱70采用螺纹紧固，但不限此。交变压盖13受交变载荷时，载荷会传递到交变压帽23的螺纹上，因交变压盖13和交变压帽23的接触面积较小，且交变压帽23的螺纹较长，经有限元分析，交变压帽23的螺纹处的应力小于通常的液力端的压帽的螺纹处的应力，本公开的实施例提供的液力端可延长阀箱70的使用寿命。

例如，如图11和图13A所示，交变压盖13与阀箱70之间设有第一密封结构SE，阀箱70具有泄流通道7000，泄流通道7000被配置为在第一密封结构SE至少部分失效时流通流体。当然，在其他的实施例中，液力端的阀箱中也可以不设置泄流通道7000。

例如，如图11、图12和图13A所示，泄流通道7000贯穿阀箱70的本体100。泄流通道7000从阀箱的本体77的外侧通入到内腔07。

例如，如图11、图12和图13A所示，为了利于制作且使得阀箱具有较高的强度，泄流通道7000相对于内腔07的第一轴线A1倾斜设置，泄流通道7000与内腔07的第一轴线A1所成的锐角θa大于或等于30度，并且小于或等于60度。

例如，如图11、图12和图13A所示，泄流通道7000的远离内腔07的一端比泄流通道7000的靠近内腔07的一端更靠近吸入侧70a。即，如图11所示，泄流通道7000的远离内腔07的一端比泄流通道7000的靠近内腔07的一端更靠右。

例如，如图11和图13A所示，第一密封结构SE包括第一道密封SE1和第二道密封SE2，泄流通道7000的靠近交变压盖13的一端位于第一道密封SE1和第二道密封SE2之间。例如，第一道密封SE1包括密封圈，第二道密封SE2包括密封圈。

如图11和图13A所示，第一密封结构SE的密封槽设置在交变压盖13中。在其他的实施例中，第一密封结构SE的密封槽也可以设置在阀箱70中。

例如，如图4、图11所示，第一阀组件V1包括阀体1a、密封件1b和阀座1c，交变压盖13作为阀座1c的基座。

例如，如图4、图11所示，第一阀组件V1还包括弹簧1d和弹簧支架1e。

例如，如图4、图11所示，弹簧支架1e包括镂空结构e0，且与阀箱70通过斜面S01进行限位。具有镂空结构e0的弹簧支架1e有利于液体流通顺畅，并通过斜面S01进行限位，防止弹簧支架1e在阀箱70的水平腔内晃动，相应的阀箱的水平腔也设有斜面与弹簧支架1e的斜面配合，弹簧支架1e与阀箱70通过斜面接触。

例如，如图4、图11所示，密封件1b嵌入阀体1a中，第一阀组件V1打开时，嵌入了密封件1b的阀体1a向左移动，低压腔07a和交变腔07b连通。

例如，如图4、图5、图6、图8和图11所示，阀箱70具有上液孔700。如图4、图5、图6和图11示出了单侧上液孔。图8示出了双侧上液孔700：上液孔700a和上液孔700b。阀箱70的上液方式可以为单侧上液或双侧上液。例如，单侧上液可满足小排量、低砂比作业，不至于产生砂堵现象；双侧上液可满足大排量、高砂比作业，双侧上液孔可保证上液稳定，降低砂堵风险。

例如，如图11和图13A所示，交变压盖13具有低压流体通道130，低压流体通道130与阀箱70的上液孔700连通。低压流体通道130也可以称作第一通道130。

例如，如图11和图13A所示，交变压帽23具有低压流体通道230，低压流体通道230与阀箱70的上液孔700连通。低压流体通道230也可称作第二通道230。

例如，如图11所示，第二承压组件M2包括吸入压盖33和吸入压帽43，吸入压盖33比吸入压帽43更靠近第一承压组件M1，吸入压帽43与阀箱70通过螺纹连接。

例如，如图11所示，第一承压组件M1和第二承压组件M2分设在上液孔700的相对的两侧。例如，如图11所示，第一承压组件M1和第二承压组件M2分设在上液孔700的在第一轴线A1的延伸方向的两侧。如图11所示，第一承压组件M1在上液孔700的左侧，第二承压组件M2在上液孔700的右侧。

例如，如图11所示，交变压盖13和吸入压盖33分设在交变压帽23的相对的两侧。例如，如图11所示，交变压帽23和吸入压盖33分设在上液孔700的相对的两侧。如图11所示，交变压帽23设在上液孔700的左侧，吸入压盖33分设在上液孔700的右侧。

图4所示的液力端的第一阀组件V1包括基座1f。而图11所示的液力端中的交变压盖13作为第一阀组件V1包括基座使用，使得液力端的结构更紧凑。图4所示的基座1f具有低压液体通道330，低压液体通道330与阀箱70的上液孔700连通。

例如，如图4、图5、图6和图11所示，内腔07呈倒T型结构，交变腔07b和高压腔07c沿内腔07的第二轴线A2的延伸方向设置，第一轴线A1与第二轴线A2相交。从而，液力端包括呈倒T型结构的内腔07，阀箱70可称作T型阀箱。本公开的实施例以第一轴线A1与第二轴线A2垂直为例进行说明。

例如，如图4和图11所示，液力端还包括第二阀组件V2，内腔07还包括高压腔07c，第二阀组件V2被配置为打开以连通交变腔07b和高压腔07c或被配置为关闭以隔开交变腔07b和高压腔07c。

例如，如图4和图11所示，第二阀组件V2包括阀体2a、密封件2b(起密封作用)、阀座2c、弹簧2d和基座2f。

例如，如图4和图11所示，密封件2b嵌入阀体2a中，第二阀组件V2打开时，嵌入了密封件2b的阀体2a向上移动，高压腔07c和交变腔07b连通。

如图4和图11所示，第二阀组件V2靠近排出孔7005，柱塞进程时开启，流通高压液体；第一阀组件V1靠近上液孔700，柱塞回程时开启，流通低压液体；第二阀组件V2的基座2f直接嵌入在阀箱70上，其硬度比阀箱70的硬度大，防止开启、闭合时(拍击时)损坏阀箱70，延长阀箱70的使用寿命。

例如，如图4和图11所示，液力端还包括第三承压组件M3，第三承压组件M3位于内腔中，第三承压组件M3与第二阀组件V2在第二轴线A2的延伸方向上依次设置。内腔07的位于第二阀组件V2和第三承压组件M3之间的区域为高压腔07c。

如图4和图11所示，第三承压组件M3包括压盖40和压帽50。压盖40可称作排出压盖40，压帽50可称作排出压帽50。

例如，如图4和图11所示，上液孔700和高压腔07c在第一轴线A1的延伸方向上错开设置。

例如，如图4、图6和图11所示，内腔07的相贯处包括第一子腔071和第二子腔072，第一子腔071和第二子腔072沿第二轴线A2的延伸方向设置，第二子腔072比第一子腔071更靠近内腔07的沿第一轴线A1延伸的部分(水平腔)，为了减轻应力集中，第二子腔072在第二轴线A2的延伸方向上的最大尺寸h2大于第一子腔071在第二轴线A2的延伸方向上的最大尺寸h1。第一子腔071和第二子腔072内不放置第二阀组件V2。第二阀组件V2位于第一子腔071和第二子腔072之外。第一子腔071和第二子腔072可为仅用于流通流体的空腔。

例如，如图4和、图6和图11所示，为了减轻应力集中，第二子腔072在第一轴线A1的延伸方向上的尺寸D1从远离第一轴线A1的位置到靠近第一轴线A1的位置的方向上逐渐增大。即，第二子腔072在第一轴线A1的延伸方向上的尺寸D1从上到下逐渐增大。

例如，如图4、图6和图11所示，阀箱70的用于形成第二子腔072的部分与第一轴线A1的夹角为30-80度。进一步例如，阀箱70的用于形成第二子腔072的部分与第一轴线A1的夹角为30-60度。

例如，如图4和图11所示，第一子腔071为圆柱形腔体，但不限于此。例如，如图11所示，第二子腔072为圆台形腔体，但不限于此。

例如，如图4和图11所示，阀箱70在对应第一子腔071和第二子腔072的位置设有防护套73。阀箱70的内腔07的“喇叭口”处有防护套73来防护内腔07，延长阀箱70的使用寿命。

例如，如图4和图11所示，阀箱70在内腔07的相贯处7006通过加工形成喇叭口形状，例如，喇叭口形状可通过镗削方式来加工，但不限于此。

例如，如图4和图11所示，阀箱70的内腔的“喇叭口”处设有防护套73，目的是防止磨损内腔。内腔被磨损后，其表面粗糙度会变大，加之高压作业，表面极易产生疲劳裂纹，因此在相贯处通过“喇叭口”和保护套73联合(配合)防护的方式，可降低开裂风险，延长阀箱使用寿命。例如，防护套73可通过冷装方式将其安装至阀箱的内部，但不限于冷装方式，还可采用机加工、热加工的方式安装防护套73。

图9和图10示出了喇叭口76、水平腔0701、阀箱70的本体77。

本公开的实施例提供的液力端的阀箱内腔为T型结构，将相贯位置设计成“喇叭口”形式，减轻内腔的相贯线处应力集中的问题。

例如，如图6和图11所示，交变压盖13位于低压腔07a，交变压帽23位于低压腔07a，阀箱70的内腔07呈倒T型结构，交变腔07b和低压腔07a沿内腔07的第一轴线A1的延伸方向设置，交变腔07b和高压腔07c沿内腔07的第二轴线A2的延伸方向设置，第一轴线A1与第二轴线A2相交。图6示出了内腔07的第一轴线A1和第二轴线A2。如图6和图12所示，内腔07包括水平腔0701和竖直腔0702。

例如，如图6和图11所示，阀箱70的内腔为T型结构，根据第一阀组件和第二阀组件的安装位置将内腔07分为低压腔07a、交变腔07b和高压腔07c，内腔07的相贯处设计为“喇叭口”形式，且过渡圆滑，可有效改善应力集中效应。

本公开的实施例提供的液力端的阀箱的结构与通常的液力端的阀箱相比，有以下特点。

1)内腔应力集中效应得到明显改善。

十字相贯结构的内腔如图3所示，相贯处包括位置Pa、位置Pb、位置Pc和位置Pd。应力集中点在位置Pc和位置Pd处，从力学分析应力集中非常明显，容易萌生疲劳裂纹，导致阀箱开裂。

本公开的实施例提供的液力端中的阀箱的内腔相贯处不存在直角，内腔相贯处过渡圆滑，在最容易产生应力集中的位置进行了优化设计，相贯处呈喇叭口形状，无应力集中点，从力学上分析应力集中效应有明显的改善。

2)结构简单，密封性强。

通常的液力端中的阀箱为分体式结构，盘根腔、吸入腔(低压腔)和排出腔(高压腔)需要用螺栓把紧至阀箱的主体上，该结构较为冗杂，且需要多种密封件进行密封，无形中增加了多处漏。密封面加工精度高，密封面越多需要的工时越多，加工效率较低，最终也不能完全保证密封住。

本公开的实施例提供的液力端中的阀箱为整体式结构，密封严、抗高压，使用的密封件较少且用不到螺栓，结构简单紧凑，阀箱刺漏的风险较低。

3)维保方便。

通常的液力端中的柱塞的轴线与阀箱的轴线不共线，柱塞从吸入侧拉拔不出来，当柱塞损坏或需要更换盘根包组件时，需要将整个液力端拆下，由于液力端较重，期间会使用吊车协助，大大降低维保效率，实际压裂施工期间，甲方不会留较长时间来更换配件。在一些通常的液力端中，柱塞的轴线与阀箱的水平腔的轴线虽然共线，但维保时也会有多种不便。例如，维保柱塞或盘根包组件时，柱塞的直径较大，不能从阀箱的内腔中拉拔出，需要将整个液力端拆卸后进行维保，即使柱塞的直径较小，可以从阀箱的内腔中拉拔出来，但吸入侧也需要拆掉，才可以进行维保。

本公开的实施例提供的液力端，没有上述维保不便的问题，柱塞的轴线与阀箱的第一轴线(水平轴线)重合，吸入侧设有第一承压组件M1和第二承压组件M1，第一承压组件M1的轴线和第二承压组件M1的轴线均与柱塞的轴线重合，维保时按井场的常规操作即可。

例如，井场维保柱塞或盘根包组件的效率最高的常规操作是：拆卸吸入侧的压帽，开放阀箱的水平腔，拆卸卡箍，将液力端与动力端“断开”，使用拉拔工具，将柱塞从吸入侧沿阀箱的水平腔的轴线拉拔出，进行正常维保，维保后，按上述动作反向操作将配件恢复，整个维保过程不需要将液力端从柱塞泵上拆下来。

例如，如图4和图11所示，交变压盖13为回转体结构，水平放置于阀箱70的内部，左侧与第一阀组件V1接触，右侧与交变压帽23接触，交变压帽23与阀箱70通过螺纹配合。

例如，如图4、图11和图13B所示，液力端包括柱塞81。柱塞81为回转体，柱塞81的一端在阀箱70的内部与液体接触进行往复运动，另一端通过卡箍86与柱塞泵的动力端连接。

例如，如图5至图6、图12和图13B所示，内腔09还包括柱塞腔07d，柱塞腔07d被配置为放置柱塞81。如图12所示，柱塞腔07d、交变腔07b、低压腔07d沿内腔07的第一轴线A1的延伸方向依次设置。

例如，如图4、图11和图13B所示，液力端还包括盘根包组件82、盘根包组件82包括盘根包821、隔环822、以及压环823。

例如，如图4、图11和图13B所示，盘根包821包括三个盘根环，当然，盘根环的个数不限于图中所示，可根据需要而定。例如，盘根环的材质包括橡胶，但不限于此。

例如，如图4、图11和图13B所示，阀箱70的柱塞侧70c设有润滑油道7007，用于润滑盘根包821(橡胶件)，使柱塞81往复运动更为流畅；柱塞81的周向有盘根包821包裹，盘根包821起密封作用，在柱塞81往复运动时防止液体漏出。

例如，如图4、图11和图13B所示，盘根包821的内壁与柱塞81过盈配合，起密封作用；柱塞81往复运动时与盘根包821的内壁摩擦，此处有强制润滑可减小摩擦。

例如，柱塞81的前端设有拉拔孔(螺栓孔)，配套有拉拔工具，维保时先拆卸卡箍86，与动力端断开连接，通过拉拔工具将柱塞81从吸入侧70a沿阀箱70的第一轴线A1拉拔出来。

例如，如图4、图11和图13B所示，液力端还包括盘根压帽83，盘根压帽83被配置为对盘根包组件82施压。

例如，如图4、图11和图13B所示，盘根包821的固定通过盘根压帽83紧固，盘根压帽83与阀箱70通过螺纹连接。盘根压帽83的作用包括：在柱塞81往复运动时防止盘根包821轴向窜动，并通过旋紧挤压使盘根包821膨胀，有利于密封。盘根包821的两端分别设有隔环822和压环823，隔环822将盘根包821与阀箱70隔离，压环823将盘根包821与盘根压帽83隔离，保护盘根包821，延长盘根包821的使用寿命。例如，隔环822和压环823可为金属件。

例如，如图4、图11和图13B所示，液力端还包括盘根套84和盘根套压帽85，柱塞腔07d被配置为放置柱塞81，盘根套84位于盘根包组件82和阀箱70之间，盘根套压帽85被配置为对盘根套84施压。

例如，如图4、图11和图13B所示，盘根套84通过台肩和盘根套压帽85进行轴向限位。

例如，盘根套84和盘根套压帽85至少之一与阀箱70焊接连接。

例如，盘根套84的硬度大于阀箱70的硬度。因盘根套84的硬度比阀箱70的硬度高，当阀箱70损坏时，盘根套84也不会发生损坏，因此可以采用焊接方式将盘根套84与阀箱85固定。

例如，如图4、图11和图13B所示，盘根包821的外径与盘根套84接触，盘根包821的内径与柱塞81接触；盘根套84的前端设有密封件7008，防止高压液体进入缝隙造成液体渗漏和损坏阀箱；盘根套84属于耐磨件，与阀箱70过盈配合，盘根套84的硬度比阀箱的硬度高。设置盘根套84，以防止盘根包821摩擦导致阀箱70受损，延长阀箱使用寿命。

例如，盘根套压帽85的内外径都设有螺纹，盘根套压帽85的外螺纹与阀箱70配合，盘根套压帽85的内螺纹与盘根压帽83配合，为防止柱塞81在往复运动时导致盘根套压帽85松动，可通过焊接将盘根套压帽85与阀箱70固定。

图4、图6、图7和图11还示出了液力端的排出侧70b。如图11和图7所示，阀箱70的吸入侧70a设有上液孔700，排出侧70b设有排出孔7005。例如，上液孔700与上水管汇连接，内部流通低压液体；排出孔7005可与排出法兰连接，内部流通高压液体。

例如，如图4、图6和图11所示，阀箱70设有吸入侧螺纹7001、排出侧螺纹7002、柱塞侧螺纹7003。吸入压帽43与阀箱70通过吸入侧螺纹7001相连。压帽50与阀箱70通过排出侧螺纹7002相连。盘根套压帽85与阀箱70通过柱塞侧螺纹7003相连。

例如，第一阀组件V1和第二阀组件V2均为单向阀。例如，如图11所示，第一阀组件V1和第二阀组件V2可以互换。例如，第二阀组件V2垂直放置，第一阀组件V1水平放置，第一阀组件V1和第二阀组件V2的轴向相互垂直。

如图11所示，对于第一阀组件V1，阀座1c设置在交变压盖13的阀座槽中，交变压盖13的左侧充当了阀座1c的基座，用于固定阀座1c。例如，交变压盖13与阀体1a、密封件1b、弹簧1d和弹簧支架1e配合使用形成单向阀。例如，第一阀组件V1的轴线与交变压盖13的轴线重合。当柱塞回程时，阀体1a开启，低压液体进入阀箱70；柱塞进程时，阀体1a关闭，阻止低压液体进入阀箱70。

例如，参考图11，以进入液力端的流体为压裂液为例，液力端的工作原理如下。

吸液时，柱塞81回程(向左平移)，第一阀组件V1打开，第二阀组件V2关闭，压裂液从吸入管汇内经上液孔700、低压流体通道230、低压流体通道130流入交变腔07b内，直至交变腔07b内充满压裂液，此时内腔07中的液体为低压液体。

排液时，柱塞81进程(向右平移)，第一阀组件V1关闭，第二阀组件V2打开，压裂液从交变腔07b内流入高压腔07c，经排出孔7005排出，此时内腔07中的液体为高压液体。

图14为本公开的实施例提供的一种液力端中的第二阀组件的示意图。如图14所示，阀体2a包括凸台a1和卡爪a2，凸台a1的作用包括对弹簧2d进行限位，防止弹簧2d发生径向移动，凸台a1的作用还包括限制阀体2a的开启高度，第二阀组件V2开启时，阀体2a的凸台a1与排出压盖40的凸台刚性接触，实现每次开启的高度统一。

如图14所示，基座2f的内孔与卡爪a2间隙配合，对卡爪a2起导向作用，防止阀体2a在高压液体的冲击下发生偏斜；阀座2c与基座2f为分体式结构，且基座2f的硬度高于基座2f的硬度，目的是防止阀体2a拍击阀座2c时，阀座2c的斜面发生磨损，避免磨损阀座2c造成密封性较差，同时也避免降低阀座和阀体的使用寿命。

第一阀组件的结构和作用可参考上述描述。不同的是，阀体1a的凸台与弹簧支架的凸台刚性接触。

图15为本公开的实施例提供的一种液力端的排出侧的阀箱的示意图。图16为本公开的实施例提供的一种液力端的排出侧的密封结构的示意图。图17为本公开的实施例提供的一种液力端的吸入侧的阀箱的示意图。图18为本公开的实施例提供的一种液力端的吸入侧的密封结构的示意图。

图14示出了密封件1021，密封件1021包括密封圈，在基座2f的对应位置设有密封槽。如图10和图11所示，设置密封件1021，以实现第二阀组件V2和阀箱70之间的密封。

图15示出了密封槽901，图16示出了密封件902。设置密封件902，以实现对内腔的高压腔的密封。

图17示出了密封槽903，图18示出了密封件904。设置密封件904，以实现对内腔的低压腔的密封。

例如，在本公开的实施例中，高压腔07c内的流体的压力大于低压腔07a内流体的压力，交变腔07b内流体的压力可交替变化。

本公开的实施例提供的液力端具有如下至少之一的效果。

1)内腔应力集中效应得到明显改善。

本公开的实施例提供的液力端的阀箱的内腔相贯处不存在直角，内腔相贯处过渡圆滑，在最容易产生应力集中的位置进行了形状设计，相贯处呈喇叭口形状，无应力集中点，从力学上分析应力集中效应有明显的改善。

2)结构简单，密封性强。

本公开的实施例提供的液力端的阀箱为整体式结构，密封严、抗高压，使用的密封件较少且用不到螺栓，结构简单紧凑，阀箱刺漏的风险较低。

3)维保方便。

本公开的实施例提供的液力端，柱塞的轴线与阀箱的第一轴线(水平轴线)重合，吸入侧有压帽(压帽的轴线与柱塞的轴线重合，压帽可拆卸)，维保时按井场的常规操作即可。

在本公开的实施例提供的液力端中，图4和图11示出了液力端包括T型阀箱，图11示出了液力端包括两套承压组件。需要说明的是，在设置两套承压组件的液力端中，也可以不采用T型阀箱；在采用T型阀箱的液力端中，也可以不设置两套承压组件，可以根据需求进行设置。

本公开的实施例还提供一种柱塞泵，包括上述任一液力端。

例如，上述液力端以及柱塞泵、可应用于油气田压裂/固井设备中。

以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (14)

1.一种液力端，包括：

阀箱，包括内腔，所述内腔包括交变腔和低压腔；

第一阀组件，被配置为打开以连通所述低压腔和所述交变腔或被配置为关闭以隔开所述低压腔和所述交变腔，所述第一阀组件包括阀体、密封件、阀座和基座；

第二承压组件，位于所述内腔中，

其中，所述阀座、所述基座以及所述第二承压组件沿所述内腔的第一轴线的延伸方向依次设置。

2.根据权利要求1所述的液力端，其中，所述第二承压组件与所述阀箱可拆卸的连接。

3.根据权利要求1所述的液力端，其中，所述基座具有低压液体通道，所述低压液体通道与所述阀箱的上液孔连通。

4.根据权利要求1所述的液力端，其中，所述阀箱具有泄流通道，所述泄流通道贯穿所述阀箱的本体。

5.根据权利要求1所述的液力端，其中，所述第二承压组件包括吸入压盖和吸入压帽，所述吸入压盖比所述吸入压帽更靠近所述基座，所述吸入压帽与所述阀箱通过螺纹连接。

6.根据权利要求5所述的液力端，其中，所述阀座和所述吸入压盖分设在所述基座的相对的两侧。

7.根据权利要求1-6任一项所述的液力端，还包括第二阀组件和第三承压组件，其中，所述内腔还包括高压腔，所述第二阀组件被配置为打开以连通所述交变腔和所述高压腔或被配置为关闭以隔开所述交变腔和所述高压腔，所述第三承压组件位于所述内腔中，并与所述第二阀组件在所述内腔的第二轴线的延伸方向上依次设置，所述内腔的位于所述第二阀组件和所述第三承压组件之间的区域为所述高压腔，所述第一轴线与所述第二轴线相交。

8.根据权利要求7所述的液力端，其中，所述内腔呈倒T型结构，所述交变腔和所述高压腔沿所述内腔的所述第二轴线的延伸方向设置。

9.根据权利要求8所述的液力端，其中，所述阀箱具有上液孔，所述上液孔和所述高压腔在所述第一轴线的延伸方向上错开设置。

10.根据权利要求9所述的液力端，其中，所述基座和所述第二承压组件分设在所述上液孔的在所述第一轴线的延伸方向的两侧。

11.根据权利要求8所述的液力端，其中，所述内腔的相贯处包括第一子腔和第二子腔，所述第一子腔和所述第二子腔沿所述第二轴线的延伸方向设置，所述第二子腔比所述第一子腔更靠近所述内腔的沿所述第一轴线延伸的部分，所述第二子腔在所述第二轴线的延伸方向上的最大尺寸大于所述第一子腔在所述第一轴线的延伸方向上的最大尺寸，

所述第二子腔在所述第一轴线的延伸方向上的尺寸从远离所述第一轴线的位置到靠近所述第一轴线的位置的方向上逐渐增大。

12.根据权利要求11所述的液力端，其中，所述阀箱在对应所述第一子腔和所述第二子腔的位置设有防护套。

13.根据权利要求1-6任一项所述的液力端，其中，所述第一阀组件包括弹簧支架，所述弹簧支架为镂空结构，且与所述阀箱通过斜面进行限位。

14.一种柱塞泵，包括根据权利要求1-13任一项所述的液力端。

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