CN201827039U - 一种齿轮齿条耦合的液压多缸往复泵 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种齿轮齿条耦合的液压多缸往复泵，主要由液压油缸、联轴器、工作液缸缸套、活塞、活塞杆、齿轮、吸入阀、排出阀、液压换向阀、液压油泵、电机装配连接组成。所述活塞杆上带齿条；所述液压油缸与活塞杆相互平行布置；采用一个齿轮与两活塞杆上带的齿条同时啮合；两活塞杆按180°的运动相位差布置，即一个活塞在左死点位置时，而另一个活塞在右死点位置；两个液压油缸和两个工作液缸组成一个基本单元。本实用新型可以组合成双缸、四缸、六缸及以上偶数缸的多缸往复泵，系统效率高，冲程长，冲次低、排量大、泵压高，易损件工作寿命长，泵压和排量波动小，吸入性能好，维护保养简便。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种齿轮齿条耦合的液压多缸往复泵，属于化工、矿山、石油等行业用的泥浆泵、压裂泵、注水泵、注聚泵等往复泵。
背景技术
目前国内外所广泛使用往复泵，主要由齿轮传动、曲轴、连杆和活塞等组成，其冲次高、冲程短、排量调节困难、排量和排出压力波动大，易损件寿命短，吸入性能较差，难以满足现代钻井技术、酸化压裂技术和注水开采技术的要求。现有的往复泵要实现低冲次、大排量、高泵压，必须采用更大的传动比、更长的冲程，传动系统更复杂，系统效率更低，泵的结构尺寸更大，特别是往复泵的缸数越多，系统越复杂，制造难度越大，成本越高，使用和维护越复杂。液压往复泵采用液压缸作为动力端直接驱动往复泵活塞往复运动，具有结构紧凑，重量轻，排量调节方便，排量、压力波动小，冲程长、冲次低，易损件寿命长，机体、管线振动小，传动路线短，系统效率高等优点。
在二十世纪60年代末，美国率先开展了液压往复泵的研制和应用工作，70年代初，哈里伯顿公司研制了HT1000型液压驱动压裂泵；1985年美国研制成功了功率367.75KW的液压泥浆泵，1991年挪威MH公司研制成功了以双缸单作用液压往复泵为基本组成单元，输入功率达到1588KW的液压钻井泵。国内20世纪90年代出才开始进行液压往复泵的相关研究，天津理工学院申请的中国专利92108815.9和92228984.0提出了一种“单缸双作用式液压泥浆泵”；克拉玛依双环实业公司申请的中国专利91226084.X提出了一种“卧式双活塞单作用双向液压泥浆泵”。上述液压往复泵工作中一个油缸只能驱动一个液缸进液或排液，或者一个油缸驱动两个液缸进液或排液；油缸回程中必须向有杆腔供油；单个油缸实现工作液缸的增压能力受油缸直径影响大；多缸往复泵各个油缸之间的协调控制技术随缸数的增加变得非常复杂。
发明内容
本实用新型的目的在于克服现有技术不足，提供一种齿轮齿条耦合的液压多缸往复泵，能够简化液压控制系统、提供较大推力、较高增压能力，实现高泵压、大排量、恒流量、小压力波动。
为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
本实用新型一种齿轮齿条耦合的液压多缸往复泵，主要由液压油缸、联轴器、工作液缸缸套、活塞、活塞杆、齿轮、吸入阀、排出阀、液压换向阀、液压油泵、电机装配连接组成。所述活塞杆上带齿条；所述液压油缸与活塞杆相互平行布置；采用一个齿轮与两活塞杆上带的齿条同时啮合；两活塞杆按180°的运动相位差布置，即一个活塞在左死点位置时，而另一个活塞在右死点位置。
所述液压油缸直接驱动活塞杆作直线往复运动，从而带动活塞在工作液缸缸套中作往复运动。两个液压油缸和两个工作液缸组成一个基本单元，两工作液缸的活塞杆平行布置，并采用一个齿轮与两活塞杆上的齿条同时啮合，两活塞杆按180°的运动相位差布置。一个基本单元中，既可无杆腔、有杆腔都供油，也可只给油缸无杆腔供油。当向有杆腔和无杆腔都供油时，是同时向一个油缸的无杆腔和另一个油缸的有杆腔供油，通过齿轮齿条的耦合，两油缸同时对排液工作液缸活塞产生工作推力，因而可实现较大增压；当到达工作行程死点时，液压换向阀换向，停止向该油缸无杆腔和另一个油缸的有杆腔供油，转而开始向其有杆腔和另一个油缸的无杆腔供油，第一个油缸实现回程，第二个油缸实现工作行程，两个油缸通过齿轮齿条耦合共同为第二个液缸活塞产生推力。只给无杆腔供油时，仅需向一个油缸供油，被供油油缸处于工作行程，其活塞杆上的齿条驱动齿轮带动另一个液缸中的活塞杆等速反向运动，实现了另一油缸不需供油就实现回程运动，到达工作行程死点时，液压换向阀换向，停止向该缸供油，转而向另一油缸无杆腔供油，从而实现另一油缸的工作行程和第一个油缸的回程运动。无论是只给油缸无杆腔供油，还是无杆腔、有杆腔都供油，都只需要同一个液压油源；无杆腔、有杆腔都供油时，流量在两个油缸间的分配由于齿轮齿条耦合可自动实现。
以两个液压油缸和两个工作液缸及齿轮齿条机构为一个基本单元，可以组合成双缸、四缸、六缸及以上偶数缸的多缸往复泵。
液力端的活塞也可以采用柱塞；液压换向阀采用往复式换向阀，也可以采用旋转换向阀。
本实用新型的优点在于：
1、结构简单，系统工作效率高。2、可实现低冲次、长冲程，缸套、活塞和密封件等易损件的工作寿命大大提高。3、可实现大排量、高泵压，可以适应深井、超深井等钻井作业需要。4、泵压和排量波动小，在钻井中有利于井壁的稳定，在注聚合物过程中，有利于减轻对聚合物降解和剪切作用，在压裂过程中，可以大大减小地面高压管线的振动，有利于安全作业。5、吸入性能好，只需要单一压力的液压油源系统，液压控制系统回路简单，容易实现。6、在相同液压源压力下，可比现有液压往复泵提供更高的排出压力。
附图说明
图1是本实用新型一种齿轮齿条耦合的液压多缸往复泵的无杆腔和有杆腔均进油方案示意图；
图2是本实用新型一种齿轮齿条耦合的液压多缸往复泵的只有油缸的无杆腔进油方案示意图。
在图中，1.液压油缸，2.联轴器，3.活塞杆，4.工作液缸缸套，5.活塞，6.排出阀，7.吸入阀，8.吸入阀，9.排出阀，10.工作液缸缸套，11.活塞，12.齿轮，13.活塞杆，14.联轴器，15.液压油缸，16.液压换向阀，17.液压油泵，18.电机，19.液压油缸15的无杆腔，20.液压油缸15的有杆腔，21.液压油缸1的无杆腔，22.液压油缸1的有杆腔。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本实用新型：
在图1、图2中，本实用新型一种齿轮齿条耦合的液压多缸往复泵，主要由液压油缸(1、15)、联轴器(2、14)、活塞杆(3、13)、工作液缸缸套(4、10)、活塞(5、11)、排出阀(6、9)、吸入阀(7、8)、齿轮12、液压换向阀16、液压油泵17、电机18等装配连接组成。所述活塞杆(3、13)上带齿条；所述液压油缸(1、15)与活塞杆(3、13)相互平行布置，并用一个齿轮12与两活塞杆(3、13)上带的齿条同时啮合，两活塞杆(3、13)按180°的运动相位差布置，即一个活塞(5)在左死点位置时，而另一个活塞(11)在右死点位置。
油缸的无杆腔和有杆腔均进油方案：
在图1中，当液压油缸1的无杆腔21进油时，其通过联轴器2，推动活塞杆3和活塞5向左运动，同时，液压油缸15的有杆腔20进油，拉动活塞杆13向右运动，通过齿轮12，与液压油缸1一起共同对工作液缸缸套4里的液体加压，由排出阀6排出到排出管线，此过程中，液压油缸1的有杆腔22和液压油缸15的无杆腔19中的液压油通过液压换向阀16排出。当活塞5向左运动到左死点位置时，活塞11向右运动到右死点位置，此时，液压换向阀16换向，开始向液压油缸15无杆腔19和液压油缸1有杆腔22内供油，通过齿轮12的耦合，二者共同推动活塞杆13和活塞11向左运动，将工作液缸缸套10里的液体加压，由排出阀9排出到排出管线，同时共同带动活塞杆3和活塞5向右运动，使液体由吸入阀7进入工作液缸缸套4内，液压油缸1的无杆腔21和液压油缸15的有杆腔20内的液压油排出，从而两个工作液缸完成一个工作循环。
只有油缸的无杆腔进油方案：
在图2中，当液压油缸1的无杆腔21进油时，其通过联轴器2，推动活塞杆3和活塞5向左运动，将工作液缸缸套4里的液体加压，由排出阀6排出到排出管线，活塞杆3在向左运动过程中，其上的齿条带动齿轮12旋转，带动活塞杆13向右运动，使活塞11向右运动，液体由吸入阀8进入工作液缸缸套10内，同时活塞11推动油缸15，使其无杆腔19内的液压油排出，当活塞5向左运动到左死点位置时，活塞11向右运动到右死点位置，此时，液压换向阀16换向，开始向液压油缸15无杆腔19内供油，推动活塞杆13和活塞11向左运动，将工作液缸缸套10里的液体加压，由排出阀9排出到排出管线，活塞杆13在向左运动过程中，其上的齿条带动齿轮12旋转，带动活塞杆3向右运动，活塞5向右运动，使液体由吸入阀7进入工作液缸缸套4内，同时活塞杆3推动油缸1，使其无杆腔21内的液压油排出，两个液缸完成一个工作循环。
Claims (4)
1.一种齿轮齿条耦合的液压多缸往复泵，主要由液压油缸(1、15)、联轴器(2、14)、活塞杆(3、13)、工作液缸缸套(4、10)、活塞(5、11)、排出阀(6、9)、吸入阀(7、8)、齿轮(12)、液压换向阀(16)、液压油泵(17)、电机(18)装配连接组成，其特征在于：所述活塞杆(3、13)上带齿条；所述液压油缸(1、14)与活塞杆(3、13)相互平行布置；采用一个齿轮(12)与两活塞杆(3、13)上带的齿条同时啮合；两活塞杆(3、13)按180°的运动相位差布置，即一个活塞(5)在左死点位置时，而另一个活塞(11)在右死点位置。
2.根据权利要求1所述的液压多缸往复泵，其特征在于：以两缸为一个基本单元，能组合成双缸、四缸、六缸及以上偶数缸的多缸往复泵。
3.根据权利要求1所述的液压多缸往复泵，其特征在于：液缸中的活塞也可以采用柱塞。
4.根据权利要求1所述的液压多缸往复泵，其特征在于：液压换向阀(16)采用往复式换向阀，也可采用旋转换向阀。
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