CN117605640A - 一种引流式减磨泥浆泵 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种引流式减磨泥浆泵，包括缸体、活塞，活塞受活塞杆驱动而在缸体内往复运动，所述活塞包括活塞芯、刚性支撑板、引流端头和保护环，所述活塞芯的一端面固定连接所述活塞杆，所述引流端头安装在所述活塞芯的另一端面上，所述刚性支撑板位于所述活塞芯和所述引流端头之间，所述保护环也位于所述活塞芯和所述引流端头之间且套在所述刚性支撑板外周部；其通过对活塞结构的改进，尤其是在活塞承压端面安装了引流端头，避免活塞承压端面与缸体内壁面相邻处角落内的压力堆积，大幅度减少了渗透进活塞周侧与缸体内壁面之间的泥沙颗粒，减缓了磨损，延长了泥浆泵的使用寿命。

Description

一种引流式减磨泥浆泵

技术领域

本发明属于泥浆泵技术领域，具体涉及一种引流式减磨泥浆泵。

背景技术

泥浆泵是泵送介质为泥浆的特殊工作泵，尤其多用于向钻井中输送泥浆。泥浆泵通过活塞在缸体内往复运动，将泥浆从进口吸进、从出口高压排出，在每一个活塞行程中，活塞要不断承受泥浆高压的冲击，而且泥浆中混杂的细沙石等粒屑随活塞动作会逐渐向活塞与泥浆泵内缸套壁面之间渗入，不仅加剧粒屑对内缸套表面的磨损，而且往往活塞损坏后更换更为容易，因此活塞侧表面并不像内缸套一样经过特殊耐磨性强化处理，细沙石等粒屑对活塞的磨损更为严重。

活塞的磨损使得压力经活塞与缸套之间泄露，严重降低泥浆泵的泵送压力，另外，活塞磨损后，细沙石更容易进入活塞与缸套之间，而活塞与缸套之间的润滑液更容易流失，使得活塞润滑性能进一步降低、摩擦强度进一步增加，加快活塞和内缸套的磨损至损坏的速度。

发明内容

基于上述现状，本发明提供了一种引流式减磨泥浆泵，通过对活塞结构的改进，尤其是在活塞承压端面安装了引流端头，避免活塞承压端面与缸体内壁面相邻处角落内的压力堆积，大幅度减少了渗透进活塞周侧与缸体内壁面之间的泥沙颗粒，减缓了磨损，延长了泥浆泵的使用寿命。

本发明采用的技术方案如下：一种引流式减磨泥浆泵，包括缸体、活塞，活塞受活塞杆驱动而在缸体内往复运动，其特征在于：

所述活塞包括活塞芯、刚性支撑板、引流端头和保护环，所述活塞芯的一端面固定连接所述活塞杆，所述引流端头安装在所述活塞芯的另一端面上，所述刚性支撑板位于所述活塞芯和所述引流端头之间，以限定引流端头与活塞芯之间的间隔距离，所述保护环也位于所述活塞芯和所述引流端头之间且套在所述刚性支撑板外周部；

所述引流端头临近活塞芯的侧表面为平面、背离活塞芯的侧表面形成为从环周向中心的反向曲面向内凹陷的碗面；所述碗面包括位于中心区域的平面部，和位于所述背离活塞芯的侧表面的外周缘与平面部之间的曲面部，所述曲面部用于引导所述背离活塞芯的侧表面的外周缘处的泥沙颗粒朝向所述平面部滑动。

优选的，所述曲面部位于所述引流端头的纵剖面上的母线包括朝向远离活塞芯的方向凸出的凸线段和朝向活塞芯的方向内凹的凹线段，且所述凸线段和所述凹线段呈原点对称的形式；所述凸线段和凹线段分别绕活塞中心轴旋转构成所述曲面部的凸面区域和凹面区域，所述凸面区域临近引流端头的外周缘，所述凹面区域位于所述凸面区域与所述平面部之间。

所述活塞还包括锁定螺栓，所述活塞芯的所述另一端面上开设螺纹盲孔，所述刚性支撑板和所述引流端头上均设置螺栓通孔，所述锁定螺栓依次穿过引流端头和刚性支撑板后螺纹锁定在所述活塞芯上。

进一步的，所述活塞还包括压板，所述压板安装在所述引流端头的平面部，所述锁定螺栓将所述压板固定在所述引流端头上，压板用于分散锁定螺栓的压力，避免引流端头的较薄的底面区域在活塞往复行程中反复受拖拽而变形，且压板将锁定螺栓的压力均匀分散在引流端头结构体上，使其对保护环的压紧效果更充分。

进一步的，所述引流端头的外周面上并排设置有多道沿其环周延伸的迷宫环槽，迷宫环槽自身构成迷宫密封结构，增大泥沙颗粒渗透进活塞外周与缸体内壁面之间缝隙时需要突破的密封渗透压，而且每一道迷宫环槽均既可以贮存润滑液，使得润滑液缓慢释放，长期保持良好的润滑效果，又可以贮存渗透进来的少量泥沙颗粒。

进一步的，所述保护环为由弹性橡胶材料制成的环体结构，其外周面抵紧所述缸体内壁面，其内周面抵接所述刚性支撑板的外周面，其在引流端头与活塞芯之间压紧下可以抵紧缸体内壁面，在泥沙细颗粒从引流端头外周面的迷宫环槽层层渗透，逐步进入保护环所在的环形空腔后，保护环受挤压可以贮存更多的泥沙颗粒，防止颗粒堆积在活塞结构与缸体内壁面之间持续进行摩擦损伤。

优选的，所述保护环的外周面上开设有一道或多道环形的驻液槽，所述保护环的内周面上也开设有一道或多道环形的驻液槽，且所述驻液槽的截面形状呈V型、U型或半圆形。

本发明的活塞结构中，所述活塞芯、刚性支撑板和引流端头为刚性材料制成，如合金钢等，压板也可选择刚性材料，仅位于活塞芯与引流端头之间的保护环选择弹性橡胶材料，在实际工作时，保护环最容易受到磨损，但优势在于保护环不直接面对泥浆流体的高压冲刷，由引流端头作为活塞承压面，保护环的磨损速度仅仅是活塞往复行程中的滑动磨损，相较于采用橡胶直接作为活塞承压密封端面的泥浆泵活塞，本发明的保护环磨损速度显然更为缓慢。

本发明技术方案的优势在于：

1、引流端头的设置，在引流端头的引导作用下，泥沙颗粒无法持续堆积在活塞端面与缸体内壁面相邻处的角落中，改善活塞端面的压力分布情况，能够大幅度减少渗透进活塞与缸体内壁面缝隙中的细沙石的数量，从而减缓泥浆泵活塞及内缸套的磨损速度，延长其使用寿命。

2、引流端头外周面设置多道迷宫环槽，保护环外周面也设置环形的驻液槽，既可以贮存润滑液，使得润滑液缓慢释放，长期保持良好的润滑效果，又可以贮存渗透进来的少量泥沙颗粒，将泥沙颗粒的持续、长行程的摩擦变为不连续、短行程的摩擦，进一步降低摩擦损伤程度。

3、活塞芯与泥浆流体之间具有保护环和引流端头的双层密封，泥浆泵工作时基本不会损伤到活塞芯，即，活塞结构的主体部分可以长寿命使用而不更换，仅更换保护环即引流端头等直接受磨损的部件，可以有效节省生产成本。

附图说明

图1是本发明引流式减磨泥浆泵的剖面结构示意图；

图2是本发明引流式减磨泥浆泵的活塞中引流端头结构示意图；

图3是本发明引流式减磨泥浆泵的活塞中引流端头剖面示意图；

图4是本发明引流式减磨泥浆泵的活塞中保护环的剖面示意图；

图5是图4中A处局部放大图；

图中：1、缸体，2、活塞，3、活塞杆，4、活塞芯，5、刚性支撑板，6、引流端头，7、保护环，8、压板，9、锁定螺栓，10、迷宫环槽，11、驻液槽，12、曲面部，13、螺栓通孔，14、凸面区域，15、凹面区域。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

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”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为简化描述，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。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。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”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；可以是直接相连，也可以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所示，本发明的引流式减磨泥浆泵包括缸体1、活塞2和活塞杆3，由活塞杆3带动活塞2在缸体1内往复运动，活塞2的背离活塞杆3的端面是与泵送泥浆的承压面。参见图1，为削弱活塞2与缸体1之间磨损强度，延长泥浆泵使用寿命，本发明对活塞2的结构进行了改进设计，活塞2的主体结构为活塞芯4，活塞杆3的内端部一体式或分体式固定连接在活塞芯4的端面上，活塞芯4的另一端面通过锁定螺栓9固定安装有引流端头6，所述引流端头6与活塞芯4之间垫装有刚性支撑板5，所述刚性支撑板5的环周尺寸小于所述活塞芯4及引流端头6的外径尺寸，从而在刚性支撑板5外周面与缸体1内周面之间形成有环形空腔，该环形空腔内用于安装保护环7，所述保护环7可以采用常规橡胶材料制成的耐磨橡胶环，保护环7套装在刚性支撑板5外周，在锁定螺栓9将引流端头6与活塞芯4固定锁定后，引流端头6同时将保护环7压紧在活塞芯4与引流端头6之间，使得保护环7的外周向外弹性膨胀，与缸体1内壁面抵紧密封。

进一步的，所述引流端头6的端面上还安装有压板8，所述锁定螺栓9依次穿过压板8、引流端头6、刚性支撑板5后螺纹锁定在活塞芯4上，压板8可以分散锁定螺栓9的压力，避免引流端头6的较薄的底面区域在活塞往复行程中反复受拖拽而变形，且压板8将锁定螺栓9的压力均匀分散在引流端头6结构体上，使其对保护环7的压紧效果更充分。

图2是本发明引流式减磨泥浆泵的活塞中引流端头结构示意图，结合图2和图1，所述引流端头6的一个侧表面为平面，该表面与活塞芯4相临近，所述引流端头6的另一个侧表面形成为从环周向中心曲面向内凹陷的碗面或碟面，引流端头6的中心开设贯穿两侧表面的螺栓通孔13，供锁定螺栓9穿过，位于所述螺栓通孔13环周的区域为平面部，所述平面部提供压板8的安装区域，或者提供锁定螺栓9的螺帽的安装区域，在设置压板8时，压板8可以压紧所述螺栓通孔13，避免泥沙沿安装锁定螺栓9的轴孔而向活塞2内部渗透。所述引流端头6的所述另一个侧表面的外周缘与所述平面部之间构成为环形的曲面部12，该曲面部12用于引导所述引流端头6的外周缘处的泥沙颗粒朝向中心区域滑动。

结合图3，是本发明引流式减磨泥浆泵的活塞中引流端头剖面示意图，其借助辅助线示出了曲面部12的形状，所述辅助线是指在引流端头纵剖面上，在引流端头6的外周缘与曲面部12及平面部交界处之间的连线，该连线将引流端头6的曲面部12的母线分为了两段，两段母线呈原点对称的形式，分别可绕活塞中心轴旋转构成凸面区域14和凹面区域15，所述凸面区域14临近引流端头6的外周缘，所述凹面区域15位于所述凸面区域14与所述平面部之间。常规的泥浆泵中活塞承压端面上临近活塞缸体内壁面的环形区域与活塞缸体内壁面之间呈90度夹角，工作时实际形成了一个呈环形的压力角，角落处的泥浆颗粒很难流动，只能在压力下逐渐向活塞外周面与缸体内壁面之间的极小缝隙中渗透，而本发明的泥浆泵中，活塞承压端面增加了引流端头6，通过由凸面区域14和凹面区域15构成的曲面部12的设置，使得活塞在泵压行程时，活塞承压端面与活塞缸体内壁面之间的环形角落处无法形成压力死角，在泥浆细沙石颗粒向环周角落堆积时，堆积压力在突破活塞与缸体内壁面之间密封渗透压时会先行沿曲面部12向引流端头6的中心区域滑动来释放堆积压力，其中凸面区域14的形状又使得该区域处的压力随活塞推动时更容易的朝向凹面区域15处释放，避免凸面区域14处的压力积聚而阻碍环周角落处的压力释放。活塞行程中，尤其是泵送压力的推送行程中，在引流端头6的导流作用下，泥沙颗粒无法持续堆积在活塞端面与缸体内壁面相邻处的角落中，改善活塞端面的压力分布情况，能够大幅度减少渗透进活塞与缸体内壁面缝隙中的细沙石的数量，从而减缓泥浆泵活塞及内缸套的磨损速度，延长其使用寿命。优选的，参见图3，所述曲面部12尤其是所述凸面区域14的母线的外侧，即所述外周缘处的切向线与活塞2外壁面的夹角小于90°，优选小于70°，以使得泥浆随压力更容易的向内部滑动。

进一步的，参见图2，所述引流端头6的外周侧上并排设置有多道沿其环周延伸的迷宫环槽10，所述迷宫环槽10一方面构成迷宫密封结构，强化引流端头6与缸体内壁面之间的密封性，从而使得突破密封的渗透压更大，活塞端面与缸体内壁面相邻处角落中的堆积压力更多的朝向引流端头6的曲面部释放，另一方面，每一道迷宫环槽10中既作为存储润滑液的空间，提升引流端头6在活塞行程中的润滑性能，同时每一道迷宫环槽10又可以存储渗透进引流端头6与缸体1内壁面之间缝隙的少量泥沙，使得即使渗透进少量泥沙，该部分泥沙也无法持续、长行程的不间断磨损，而是短暂摩擦后便存储进其中一道迷宫环槽10的内部，进一步提升了本发明中活塞结构的耐磨损性能。

本发明中，活塞芯4、刚性支撑板5和引流端头6为刚性材料制成，压板8也可选择刚性材料，而位于活塞芯4与引流端头6之间的保护环7选择弹性橡胶材料，其可以在引流端头6压紧作用下借助弹性而增强密封性能。保护环7既作为活塞芯4与泥浆之间的隔离保护屏障，又作为活塞润滑液的主要存储和释放空间，参见图4和图5，图4是本发明引流式减磨泥浆泵的活塞中保护环的剖面示意图，图5是图4中A处局部放大图，所述保护环7主体为环形，其内环周面和外环周面上均可以开设一道或多道环形的驻液槽11，所述驻液槽11截面形状可以为V型、U型、半圆形等，由于保护环7后部是活塞芯4、前部是引流端头6，前后都不存在大的压差，贮藏在所述驻液槽11内的润滑液可以缓慢释放，起到长期润滑作用，而且释放到引流端头6外周面与缸体1内表面之间的润滑液在迷宫环槽10的作用下，也是经历缓慢释放的过程，可以在节省润滑液的前提下同时保障活塞的润滑性能。至于迷宫环槽10以及驻液槽11的尺寸及数量设置，本发明不再详细阐述，显然其是根据泥浆泵的尺寸而进行相应的适配设计即可的。

另外，保护环7具备弹性，其在引流端头6与活塞芯4之间压紧下可以抵紧缸体1内壁面，但随着使用时间延长，在泥沙细颗粒从引流端头6外周面的迷宫环槽10层层渗透，逐步进入保护环7所在的环形空腔后，保护环7受挤压可以贮存更多的泥沙颗粒，防止颗粒堆积在活塞结构与缸体内壁面之间持续进行摩擦损伤，本发明的活塞结构在寿命周期结束后，拆卸锁定螺栓9，仅更换引流端头6和保护环7即可，或者仅仅更换保护环7，而活塞芯4等主体部件不需要更换，可以有效节省生产成本。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可作出的各种等效结构或等效流程的修改或变形，或直接或间接运用到其他相关的技术领域，仍在本发明的保护范围以内。

Claims (9)

1.一种引流式减磨泥浆泵，包括缸体、活塞，活塞受活塞杆驱动而在缸体内往复运动，其特征在于：

所述活塞包括活塞芯、刚性支撑板、引流端头和保护环，所述活塞芯的一端面固定连接所述活塞杆，所述引流端头安装在所述活塞芯的另一端面上，所述刚性支撑板位于所述活塞芯和所述引流端头之间，以限定引流端头与活塞芯之间的间隔距离，所述保护环也位于所述活塞芯和所述引流端头之间且套在所述刚性支撑板外周部；

所述引流端头临近活塞芯的侧表面为平面、背离活塞芯的侧表面形成为从环周向中心的反向曲面向内凹陷的碗面；所述碗面包括位于中心区域的平面部，和位于所述背离活塞芯的侧表面的外周缘与平面部之间的曲面部，所述曲面部用于引导所述背离活塞芯的侧表面的外周缘处的泥沙颗粒朝向所述平面部滑动。

2.根据权利要求1所述的引流式减磨泥浆泵，其特征还在于，还包括锁定螺栓，所述活塞芯的所述另一端面上开设螺纹盲孔，所述刚性支撑板和所述引流端头上均设置螺栓通孔，所述锁定螺栓依次穿过引流端头和刚性支撑板后螺纹锁定在所述活塞芯上。

3.根据权利要求2所述的引流式减磨泥浆泵，其特征还在于，还包括压板，所述压板安装在所述引流端头的平面部，所述锁定螺栓将所述压板固定在所述引流端头上。

4.根据权利要求1所述的引流式减磨泥浆泵，其特征还在于，所述引流端头的外周面上并排设置有多道沿其环周延伸的迷宫环槽。

5.根据权利要求1或4所述的引流式减磨泥浆泵，其特征还在于，所述曲面部位于所述引流端头的纵剖面上的母线包括朝向远离活塞芯的方向凸出的凸线段和朝向活塞芯的方向内凹的凹线段，且所述凸线段和所述凹线段呈原点对称的形式；所述凸线段和凹线段分别绕活塞中心轴旋转构成所述曲面部的凸面区域和凹面区域，所述凸面区域临近引流端头的外周缘，所述凹面区域位于所述凸面区域与所述平面部之间。

6.根据权利要求5所述的引流式减磨泥浆泵，其特征还在于，所述保护环为由弹性橡胶材料制成的环体结构，其外周面抵紧所述缸体内壁面，其内周面抵接所述刚性支撑板的外周面。

7.根据权利要求6所述的引流式减磨泥浆泵，其特征还在于，所述保护环的外周面上开设有一道或多道环形的驻液槽；

或者，所述保护环的内周面上也开设有一道或多道环形的驻液槽。

8.根据权利要求7所述的引流式减磨泥浆泵，其特征还在于，所述驻液槽的截面形状呈V型、U型或半圆形。

9.根据权利要求1或2或3所述的引流式减磨泥浆泵，其特征还在于，所述活塞芯、刚性支撑板、引流端头和压板均为刚性材料制成。