CN117052647B - 一种防爆石油压裂柱塞泵 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种防爆石油压裂柱塞泵，属于柱塞泵技术领域，包括动力端和与动力端连接的液力端，液力端包括阀箱、柱塞和泄压压盖组件；泄压压盖组件包括压盖本体、断裂件、密封件和拉紧件，压盖本体设有外连接部、断裂腔、安装腔和泄压孔，外连接部设在压盖本体外部，用以与阀箱连接，断裂腔位于液力腔内的一端，安装腔位于阀箱外部的一端，泄压孔连通断裂腔和安装腔；断裂件卡设在断裂腔内，用以在液力腔内的压力超过预设值后发生断裂；密封件设在断裂件与断裂腔的内壁之间；拉紧件一端卡设在安装腔内，另一端穿设在泄压孔内，并与断裂件连接。本发明能够起到直接泄压防爆的作用，降低阀箱及其部件损坏的可能。

Description

一种防爆石油压裂柱塞泵

技术领域

本发明属于柱塞泵技术领域，更具体地说，是涉及一种防爆石油压裂柱塞泵。

背景技术

压裂柱塞泵，又称压裂泵，是一种可以提供大排量、超高压的特殊泵，排量可以自由调控，主要用于井下作业，例如地层承压实验、地层压裂等作业。在油田开采中，石油压裂柱塞泵是关键装备，主要用于将水或其他流体高速泵入井中，从而将岩石层次压开，使得油气能够更容易地流出。压裂泵的工作原理可以简单地描述为：将高压液体从泵中产生的压力传输到井中，从而开采石油和天然气。

压裂泵包括动力端和液力端，利用动力端的曲轴连杆机构将曲轴的转动运动转换为液力端的柱塞的往复运动，并利用柱塞在阀箱内部的腔体中往复运动来实现对液体进行增压。由于压裂泵的运行压力非常高，具有较大的危险性，因此，在大型的压裂泵运行时，需要进行清场，以免泵体或管道爆裂引发人员伤亡。而目前压裂泵主要依靠选取合适的阀箱材料和侧壁厚度来进行防爆，阀箱本身并没有较好的防爆泄压方式。

发明内容

本发明的目的在于提供一种防爆石油压裂柱塞泵，以解决现有技术中存在的压裂泵的阀箱本身并没有较好的防爆泄压方式的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种防爆石油压裂柱塞泵，包括动力端和与动力端连接的液力端，液力端包括阀箱、柱塞和泄压压盖组件，阀箱内设有液力腔，柱塞设在液力腔内，泄压压盖组件设在阀箱上，且一端位于液力腔内，另一端位于阀箱外部；其中，泄压压盖组件包括压盖本体、断裂件、密封件和拉紧件，压盖本体设有外连接部、断裂腔、安装腔和泄压孔，外连接部设在压盖本体外部，用以与阀箱连接，断裂腔位于液力腔内的一端，安装腔位于阀箱外部的一端，泄压孔连通断裂腔和安装腔；断裂件卡设在断裂腔内，用以在液力腔内的压力超过预设值后发生断裂；密封件设在断裂件与断裂腔的内壁之间；拉紧件一端卡设在安装腔内，另一端穿设在泄压孔内，并与断裂件连接，以拉紧断裂件，使断裂件压紧密封件，对泄压孔进行密封。

进一步地，断裂腔和安装腔与泄压孔的连接处均设有台阶面结构；断裂件与拉紧件之间卡接、粘接或螺纹连接。

进一步地，断裂件包括断裂部和拉紧连接部，断裂部卡设在安装腔内，且用于压紧密封件，拉紧连接部与断裂部背向液力腔的一侧连接，并用于与拉紧件连接；拉紧件包括副连接部和卡接帽，副连接部一端与拉紧连接部连接，另一端与卡接帽连接，卡接帽卡设在安装腔内。

进一步地，断裂部和拉紧连接部为一体结构或分体结构；断裂部为铸铁构件或陶瓷构件，拉紧连接部为金属构件。

进一步地，断裂部上设有应力槽。

进一步地，卡接帽与安装腔之间设有弹性垫片；断裂部朝向液力腔的一侧设有耐磨层。

进一步地，泄压压盖组件还包括缓冲挡格结构，缓冲挡格结构设在安装腔朝向阀箱外部的一端。

进一步地，安装腔内设有安装结构，用以将压盖本体安装在阀箱上；缓冲挡格结构包括挡格板，挡格板设在安装腔内，且外边缘与安装腔连接，挡格板中部设有通孔；卡接帽上设有过流槽。

进一步地，缓冲挡格结构还包括缓冲囊包和填充体，缓冲囊包穿过通孔，且至少部分位于安装腔内，填充体为剪切硬化流体，并填充在缓冲囊包内。

进一步地，断裂腔朝向液力腔的一侧设有多孔板，多孔板用于将断裂部限位在断裂腔内。

本发明提供的防爆石油压裂柱塞泵的有益效果在于：与现有技术相比，本发明在阀箱的液力腔内的压力超过预设值后，断裂件发生断裂，形成裂缝，并形成与泄压孔连通的泄压通道，通过液力腔浆液外泄来降低液力腔的压力，并通过压盖本体向外冒浆，提醒操作者注意；而在液力腔内的压力远超过预设值后，断裂件在压力作用下发生碎裂，使得拉紧件及部分碎裂的断裂件从泄压孔喷出，使得泄压孔成为具有较大尺寸的泄压通道，以充分泄压，降低阀箱及其部件损坏的可能，从而起到直接泄压防爆的作用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种实施例提供的防爆石油压裂柱塞泵的结构示意图；

图2为本发明一种实施例提供的防爆石油压裂柱塞泵的剖视结构示意图；

图3为本发明一种实施例提供的防爆石油压裂柱塞泵的泄压压盖组件部位的剖视结构示意图；

图4为本发明一种实施例提供的防爆石油压裂柱塞泵的断裂件部位的朝向液力腔一侧的结构示意图；

图5为本发明另一种实施例提供的防爆石油压裂柱塞泵的泄压压盖组件部位的剖视结构示意图。

其中，图中各附图标记如下：

100、动力端；200、阀箱；210、液力腔；300、柱塞；

400、泄压压盖组件；

410、压盖本体；411、外连接部；412、断裂腔；413、安装腔；414、泄压孔；415、多孔板；

420、断裂件；421、断裂部；422、拉紧连接部；423、应力槽；424、耐磨层；

430、密封件；

440、拉紧件；441、副连接部；442、卡接帽；443、弹性垫片；444、过流槽；

450、缓冲挡格结构；451、挡格板；452、缓冲囊包；453、填充体。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是全部实施例，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

需要进一步说明的是，本发明的附图和实施方式主要对本发明的构思进行描述说明，在该构思的基础上，一些连接关系、位置关系、动力机构、供电系统、液压系统及控制系统等的具体形式和设置可能并未没有描述完全，但是在本领域技术人员理解本发明的构思的前提下，本领域技术人员可以采用熟知的方式对上述的具体形式和设置予以实现。

当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外，术语“长度”、“宽度”、“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，“多个”的含义是两个或两个以上，“若干”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定。

现对本发明提供的防爆石油压裂柱塞泵进行说明。

如图1及图2所示，本发明第一实施方式提供了一种防爆石油压裂柱塞泵，包括动力端100和与动力端连接的液力端，液力端包括阀箱200、柱塞300和泄压压盖组件400，阀箱200内设有液力腔210，柱塞300设在液力腔210内，泄压压盖组件400设在阀箱200上，且一端位于液力腔210内，另一端位于阀箱200外部；其中，泄压压盖组件400包括压盖本体410、断裂件420、密封件430和拉紧件440，压盖本体410设有外连接部411、断裂腔412、安装腔413和泄压孔414，外连接部411设在压盖本体410外部，用以与阀箱200连接，断裂腔412位于液力腔210内的一端，安装腔413位于阀箱200外部的一端，泄压孔414连通断裂腔412和安装腔413；断裂件420卡设在断裂腔412内，用以在液力腔210内的压力超过预设值后发生断裂；密封件430设在断裂件420与断裂腔412的内壁之间；拉紧件440一端卡设在安装腔413内，另一端穿设在泄压孔414内，并与断裂件420连接，以拉紧断裂件420，使断裂件420压紧密封件430，对泄压孔414进行密封。

在安装时，将密封件430套在断裂件420上后置入断裂腔412，同时将拉紧件440置入安装腔413，并将断裂件420与拉紧件440连接牢固，以将密封件430压紧并将泄压孔414密封；之后通过外连接部411将压盖本体410安装在阀箱200上预设的安装孔上即可。

在阀箱200的液力腔210内的压力超过预设值后，断裂件420发生断裂，形成裂缝，并形成与泄压孔414连通的泄压通道，通过液力腔210浆液外泄来降低液力腔210的压力，并通过压盖本体410向外冒浆，提醒操作者注意；而在液力腔210内的压力远超过预设值后，断裂件420在压力作用下发生碎裂，使得拉紧件440及部分碎裂的断裂件420从泄压孔414喷出，使得泄压孔414成为具有较大尺寸的泄压通道，以充分泄压，降低阀箱200及其部件损坏的可能，从而起到直接泄压防爆的作用。

如图1至图3所示，本发明在第一实施方式基础上又提供的一种具体实施方式如下：

具体地，断裂腔412和安装腔413与泄压孔414的连接处均设有台阶面结构，以便于断裂件420和拉紧件440的安装和卡接；断裂件420与拉紧件440之间通过卡接、粘接或螺纹连接等形式连接，其中优选卡接和螺纹连接的形式，以便通过预设尺寸或扭力扳手控制的方式控制断裂件420的压紧量，便于在安装时对断裂件420施加预应力，避免密封件430松动。

具体地，断裂件420包括断裂部421和拉紧连接部422，断裂部421卡设在安装腔413内，且用于压紧密封件430，拉紧连接部422与断裂部421背向液力腔210的一侧连接，并用于与拉紧件440连接；拉紧件440包括副连接部441和卡接帽442，副连接部441一端与拉紧连接部422连接，另一端与卡接帽442连接，卡接帽442卡设在安装腔413内。

进一步地，断裂部421和拉紧连接部422为一体结构或分体结构。

具体地，断裂部421和拉紧连接部422可以是一体铸造成型的、一体烧结成型的或车削成型的一体成型结构，以便于生产，并提升力学性能，也可以是在金属的拉紧连接部422上通过铸造、烧结、粘接等形式复合金属、塑胶或陶瓷等脆硬性材料的断裂部421而形成的分体结构，以便更好地提升机械连接性能。

在一种具体实施例中，断裂部421为铸铁构件或陶瓷构件，拉紧连接部422为金属构件。

进一步地，断裂部421上设有应力槽423，以便于断裂件420在受到超过预设值的压力后在应力槽423处发生断裂，避免断裂产生过多的碎块，降低安全风险，并避免为设备维护带来麻烦。

可选地，卡接帽442与安装腔413之间设有弹性垫片443，以提供弹性，避免拉紧件440在振动作用下迅速变松；断裂部421朝向液力腔210的一侧设有耐磨层424，以避免泵送运行时导致断裂部421过度磨损。

可选地，断裂腔412朝向液力腔210的一侧设有多孔板415，多孔板415用于将断裂部421限位在断裂腔412内，以避免断裂部421断裂后，碎块进入液力腔210内，以降低安全风险，并避免为设备维护带来麻烦。

进一步地，泄压压盖组件400还包括缓冲挡格结构450，缓冲挡格结构450设在安装腔413朝向阀箱200外部的一端，以在断裂件420断裂冲出后对其进行缓冲消能，降低喷溅可能导致的危险。

具体地，安装腔413内设有安装结构，用以将压盖本体410安装在阀箱200上；缓冲挡格结构450包括挡格板451，挡格板451设在安装腔413内，且外边缘与安装腔413连接，挡格板451中部设有通孔，以便于平衡内外的气压，并便于断裂部421碎裂后，液力腔210内的浆液流出泄压；卡接帽442上设有过流槽444，以便于在断裂部421碎裂后卡接帽442顶在挡格板451上时能通过过流槽444形成过流通道，避免卡接帽442顶在挡格板451上将通孔完全堵塞，影响泄压。

通过设置挡格板451，可以在断裂件420断裂后，对拉紧件440和断裂件420进行挡格，在压力较低时能避免拉紧件440和断裂件420向外喷出，引发危险，而在压力较高时，能够通过自身的变形损坏来消耗拉紧件440和断裂件420的动能，降低向外喷射的冲击力。

进一步地，缓冲挡格结构450还包括缓冲囊包452和填充体453，缓冲囊包452穿过通孔，且至少部分位于安装腔413内，填充体453为剪切硬化流体，并填充在缓冲囊包452内。

通过设置缓冲囊包452和填充体453，在断裂件420未断裂时，可以封堵通孔的同时不影响内外气压平衡，以减少杂质的进入，从而降低腐蚀；在断裂件420断裂后，拉紧件440顶压缓冲囊包452，使得填充体453及缓冲囊包452从通孔中挤出，在这一过程中，填充体453作为一种特殊的非牛顿流体，先受力发生硬化挡在通孔上，并在压力突破剪切极限后再次液化，从通孔中被挤出，从而吸收大量的能量，降低拉紧件440和断裂件420的动能，提升安全性；同时在填充体453及缓冲囊包452从通孔中挤出后，还能垫在挡格板451、拉紧件440和断裂件420之前，降低喷出后对外部器材和人员的伤害。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种防爆石油压裂柱塞泵，其特征在于，包括动力端（100）和与所述动力端连接的液力端，所述液力端包括阀箱（200）、柱塞（300）和泄压压盖组件（400），所述阀箱（200）内设有液力腔（210），所述柱塞（300）设在所述液力腔（210）内，所述泄压压盖组件（400）设在所述阀箱（200）上，且一端位于所述液力腔（210）内，另一端位于所述阀箱（200）外部；

其中，所述泄压压盖组件（400）包括：

压盖本体（410），设有外连接部（411）、断裂腔（412）、安装腔（413）和泄压孔（414），所述外连接部（411）设在所述压盖本体（410）外部，用以与所述阀箱（200）连接，所述断裂腔（412）位于所述液力腔（210）内的一端，所述安装腔（413）位于所述阀箱（200）外部的一端，所述泄压孔（414）连通所述断裂腔（412）和所述安装腔（413）；

断裂件（420），卡设在所述断裂腔（412）内，用以在所述液力腔（210）内的压力超过预设值后发生断裂；

密封件（430），设在所述断裂件（420）与所述断裂腔（412）的内壁之间；

拉紧件（440），一端卡设在所述安装腔（413）内，另一端穿设在所述泄压孔（414）内，并与所述断裂件（420）连接，以拉紧所述断裂件（420），使所述断裂件（420）压紧所述密封件（430），对泄压孔（414）进行密封；

所述断裂件（420）包括断裂部（421）和拉紧连接部（422），所述断裂部（421）卡设在所述安装腔（413）内，且用于压紧所述密封件（430），所述拉紧连接部（422）与所述断裂部（421）背向所述液力腔（210）的一侧连接，并用于与所述拉紧件（440）连接；所述拉紧件（440）包括副连接部（441）和卡接帽（442），所述副连接部（441）一端与所述拉紧连接部（422）连接，另一端与所述卡接帽（442）连接，所述卡接帽（442）卡设在所述安装腔（413）内；

所述副连接部（441）与所述拉紧连接部（422）之间通过螺纹连接；

所述泄压压盖组件（400）还包括缓冲挡格结构（450），所述缓冲挡格结构（450）设在所述安装腔（413）朝向所述阀箱（200）外部的一端；

所述安装腔（413）内设有安装结构，用以将所述压盖本体（410）安装在所述阀箱（200）上；所述缓冲挡格结构（450）包括挡格板（451），所述挡格板（451）设在所述安装腔（413）内，且外边缘与所述安装腔（413）连接，所述挡格板（451）中部设有通孔；所述卡接帽（442）上设有过流槽（444）；

所述缓冲挡格结构（450）还包括缓冲囊包（452）和填充体（453），所述缓冲囊包（452）穿过所述通孔，且至少部分位于所述安装腔（413）内，所述填充体（453）为剪切硬化流体，并填充在所述缓冲囊包（452）内。

2.如权利要求1所述的防爆石油压裂柱塞泵，其特征在于：所述断裂腔（412）和所述安装腔（413）与所述泄压孔（414）的连接处均设有台阶面结构；所述断裂件（420）与所述拉紧件（440）之间卡接、粘接或螺纹连接。

3.如权利要求1所述的防爆石油压裂柱塞泵，其特征在于：所述断裂部（421）和所述拉紧连接部（422）为一体结构或分体结构；所述断裂部（421）为铸铁构件或陶瓷构件，所述拉紧连接部（422）为金属构件。

4.如权利要求1所述的防爆石油压裂柱塞泵，其特征在于：所述断裂部（421）上设有应力槽（423）。

5.如权利要求1所述的防爆石油压裂柱塞泵，其特征在于：所述卡接帽（442）与所述安装腔（413）之间设有弹性垫片（443）；所述断裂部（421）朝向所述液力腔（210）的一侧设有耐磨层（424）。

6.如权利要求1所述的防爆石油压裂柱塞泵，其特征在于：所述断裂腔（412）朝向所述液力腔（210）的一侧设有多孔板（415），所述多孔板（415）用于将所述断裂部（421）限位在所述断裂腔（412）内。