CN206625947U - 一种双作用液压缸的泥浆泵 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种双作用液压缸的泥浆泵,包括第一泵缸、双作用液压缸、第二泵缸和液压油控制系统,两个泵缸的活塞分别通过活塞杆与双作用液压缸的活塞相连,两个泵缸出口的单向阀和入口的单向阀分别通过管道汇合为出口管道和与待输送钻井液相连的入口管道,双作用液压缸内左右两端分别设有缓冲密闭空间,缓冲密闭空间均与压力继电器相连,双作用液压缸左右两端分别通过油路A和油路B与液压油控制系统相连,当缓冲密闭空间达到压力继电器设定值时,相应的压力继电器发出电信号,控制液压油控制系统给油路A或油路B供油来驱动双作用液压缸的活塞运动,从而通过活塞杆带动两个泵缸运动,实现钻井液输送。本装置质量轻、体积小,输送流量大。

Description

一种双作用液压缸的泥浆泵
技术领域
本实用新型属于泥浆泵,涉及一种适用于油气田开采、地质勘探、特种钻探等岩土工程施工的泥浆泵,具体涉及一种双作用液压缸的泥浆泵。
背景技术
泥浆泵是钻探机械设备的“心脏”,在钻探过程中向钻孔输送泥浆或水等钻井液。现有泥浆泵的驱动形式大多是常规的机械式曲柄连杆机构见图1,由柴油机通过小齿轮轴带动泵的曲轴回转,曲轴通过十字头拉动活塞在泥浆泵泵缸中做往复运动。在吸入阀和排出阀的交替作用下,实现压送与循环钻井液的目的。目前得到广泛应用的是三缸单作用泥浆泵,泵体设计尺寸和重量较大,制约着泥浆泵的移运性,难以满足现代轻便泥浆泵的需求。
结合图2分析,滑块A的位移即为活塞冲程,冲程X=2r,如增大冲程必将导致曲轴半径变大,进而整体重量增加。为了满足实际工况中排量的需要,只能加大冲程次数,导致泥浆泵中活塞与缸套之间的摩擦热增加,易损件如活塞密封、缸套等的使用寿命减少,难以满足钻机可靠性和高效率的要求。
由于采用曲柄连杆机构,使得泵缸活塞的运行速度近似于正弦曲线变化,因而泥浆泵排出钻井液的瞬时流量也按正弦曲线变化,且泵压偏低,不能满足现代钻井工艺的需要。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种换向稳定、输出流量均匀、双作用往复增压的液压泥浆泵。
为了解决上述技术问题,本实用新型采用的技术方案是:
一种双作用液压缸的泥浆泵,其特征在于:包括第一泵缸、第二泵缸、双作用液压缸、以及液压油控制系统,所述双作用液压缸的活塞两端分别通过活塞杆与第一泵缸的活塞和第二泵缸的活塞相连,第一泵缸和第二泵缸的出入口均分别设有出口单向阀和入口单向阀,第一泵缸和第二泵缸出口的单向阀通过管道汇合为出口管道,第一泵缸和第二泵缸入口的单向阀分别通过管道连接待输送钻井液,双作用液压缸左右两端分别设有缓冲密闭空间,两个缓冲密闭空间分别与两个压力继电器相连,双作用液压缸左右两端分别通过油路A和油路B与液压油控制系统相连,当缓冲密闭空间达到压力继电器设定值时,相应的压力继电器发出电信号,控制液压油控制系统给油路A供油、油路B退油或者油路B供油、油路A退油,来实现通过液压油驱动双作用液压缸的活塞左右运动,从而通过活塞杆带动第一泵缸和第二泵缸的活塞运动,实现钻井液输送。
作为改进,所述液压油控制系统包括油箱、二位四通电磁先导阀、第一方向插装阀、第二方向插装阀、第三方向插装阀、第四方向插装阀、以及恒功率变量泵,所述恒功率变量泵入口通过管道与油箱相连,恒功率变量泵出口管道分别通过第二方向插装阀和第三方向插装阀与油路A和油路B相连,所述油箱上设有回油管道,所述回油管道分别通过第一方向插装阀和第四方向插装阀与油路A和油路B相连,当双作用液压缸的缓冲密闭空间的压力达到相应压力继电器的设定值时,相应的压力继电器发出电信号,二位四通电磁先导阀换向,从而控制四个方向插装阀的开关。
作为改进,所述二位四通电磁先导阀通过压力管在恒功率变量泵出口管道引入压力源,二位四通电磁先导阀下端的一个通口分别通过第一压力管和第三压力管与第一方向插装阀和第三方向插装阀的控制端相连,二位四通电磁先导阀下端的另一个通口分别通过第二压力管和第四压力管与第二方向插装阀和第四方向插装阀的控制端相连。
作为改进,所述回油管道上设有冷却器。
作为改进,回油管道上和恒功率变量泵入口管道分别设有一个过滤器,每个过滤器均设有与之并联的且具有固定开启压力的单向阀,单向阀开启压力为0.4-1.0MPa。
作为改进,所述恒功率变量泵出口管道上设有压力指示器。
作为改进,所述恒功率变量泵出口管道上设有系统压力保护装置,所述系统压力保护装置包括先导式溢流阀和二位二通手动换向阀,所述先导式溢流阀入口与恒功率变量泵出口管道相连,先导式溢流阀出口通过管道连接油箱,通过二位二通手动换向阀控制先导式溢流阀中的远程控制口,来控制液压油控制系统开始工作或泄荷。
本实用新型与现有技术相比较有如下特点:
1. 双作用液压缸的泥浆泵利用双作用液压缸和泵缸双作用增压器原理构成增压回路,实现往复式流量输出,消除无用行程,活塞做功更为高效,两端交替输出高压钻井液,实现了连续增压。
2. 双作用液压缸活塞运动大部分行程处于恒速状态,只有在接近死点时,排量有一个微小的尖峰变化,输出流量不均度接近0值,可以取消常规泥浆泵中的易损件空气包装置。
3. 双作用液压缸的泥浆泵因为取消了曲柄连杆机构,消除了常规泥浆泵的摆动力作用,减轻了泥浆泵振动和晃动现象。
4. 双作用液压缸的泥浆泵采用二位四通电磁先导阀和四个方向插装阀作为换向机构,减小系统的体积,方向插装阀动作灵敏,流通阻尼小,通流能力大,内部泄漏少,无卡死现象,适用于高压大流量的场合。
5. 双作用液压缸的泥浆泵结构紧凑,体积小,重量轻,选用技术成熟、标准通用的双作用液压缸、泵缸、液压阀和液压附件等,利于维修更换。同时液压系统本身具有的过载保护、易调压和无级变速等优点亦可得到较好的体现。
附图说明
图1为现有技术中泥浆泵结构示意图。
图2为现有技术中泥浆泵工作原理示意图。
图3本实用新型换向机构示意图。
图4为双作用液压缸结构示意图。
图5本实用新型整体结构示意图。
图中:1-原动机,2-恒功率变量泵,3-第一过滤器,4-第一单向阀,5-第二单向阀,6-第二过滤器,7-冷却器,8-油箱,9-先导式溢流阀,10-二位二通手动换向阀,11-截止阀,12-压力指示器,13-第一方向插装阀,14-第二方向插装阀,15-第三方向插装阀,16-第四方向插装阀,17-二位四通电磁先导阀,18-第一压力继电器,19-第二压力继电器,20-第一泵缸,21-第二泵缸,22-双作用液压缸,23-缓冲柱塞,24-缓冲密闭空间。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步说明。
如图3、图4和图5所示,一种双作用液压缸的泥浆泵,包括第一泵缸20、第二泵缸21、双作用液压缸22、以及液压油控制系统,所述双作用液压缸22的活塞两端分别通过活塞杆与第一泵缸20的活塞和第二泵缸21的活塞相连,第一泵缸20和第二泵缸21的出入口均分别设有出口单向阀和入口单向阀,第一泵缸20和第二泵缸21出口的单向阀通过管道汇合为出口管道,第一泵缸20和第二泵缸21入口的单向阀分别通过管道连接待输送钻井液,双作用液压缸22左右两端分别设有缓冲密闭空间24,左右两端的缓冲密闭空间24分别与用于检测压力的第一压力继电器18和第二压力继电器19相连,双作用液压缸22左右两端分别通过油路A和油路B与液压油控制系统相连。
如图5所示,所述液压油控制系统包括油箱8、二位四通电磁先导阀17、第一方向插装阀13、第二方向插装阀14、第三方向插装阀15、第四方向插装阀16、以及恒功率变量泵,所述恒功率变量泵入口通过管道与油箱8相连,恒功率变量泵出口管道分别通过第二方向插装阀14和第三方向插装阀15与油路A和油路B相连,所述油箱8上设有回油管道,所述回油管道分别通过第一方向插装阀13和第四方向插装阀16与油路A和油路B相连,当左边或右边缓冲密闭空间24达到第一压力继电器18或第二压力继电器19设定值时,相应的压力继电器发出电信号,二位四通电磁先导阀17换向,控制四个方向插装阀的开关,从而控制液压油控制系统给相应的油路A供油、油路B退油或者油路B供油、油路A退油,来实现通过液压油驱动双作用液压缸22的活塞左右运动,从而通过活塞杆带动第一泵缸20和第二泵缸21的活塞运动,实现钻井液输送。双作用液压缸22活塞的作用面积大于第一泵缸20活塞和第二泵缸21活塞的作用面积。
所述的恒功率变量泵2为柱塞泵,其特有的压力补偿变量机制可在外负载变动引起泵压变化时,输出流量自动作出相应调整,而泵的输出功率保持恒值。
所述的二位四通电磁先导阀17通过双作用液压缸22左右两端的压力继电器控制换向,与四个方向插装阀组成盖板式二通插装阀见图3,控制阀体上各主油口的通断关系。
所述二位四通电磁先导阀17通过压力管在恒功率变量泵出口管道引入压力源,二位四通电磁先导阀17下端的一个通口分别通过第一压力管和第三压力管与第一方向插装阀13和第三方向插装阀15的控制端相连,二位四通电磁先导阀17下端的另一个通口分别通过第二压力管和第四压力管与第二方向插装阀14和第四方向插装阀16的控制端相连。
所述恒功率变量泵出口管道上设有压力指示器12,压力指示器12与恒功率变量泵出口管道之间设有截止阀11。所述回油管道上依次设有冷却器7和第二过滤器6,第二过滤器6设有与之并联具有固定开启压力的的第二单向阀5。
恒功率变量泵入口管道设有第一过滤器3,第一过滤器3设有与之并联且具有固定开启压力的第一单向阀4,单向阀开启压力为0.4-1.0Mpa,最佳压力为0.4Mpa。
所述恒功率变量泵出口管道上设有系统压力保护装置,所述系统压力保护装置包括先导式溢流阀9和二位二通手动换向阀10,所述先导式溢流阀9入口与恒功率变量泵出口管道相连,先导式溢流阀9出口通过管道连接油箱8,先导式溢流阀9远程控制口通过二位二通手动换向阀10接油箱8,通过二位二通手动换向阀10控制先导式溢流阀9中的远程控制口,当先导式溢流阀9处于关闭状态,液压油控制系统开始工作时,先导式溢流阀9存在一个设定压力值,当恒功率变量泵2出口管道压力大于这个设定压力值时,先导式溢流阀9自动开启往油箱8泄压,防止系统憋压损坏。
如图4所示,所述的双作用液压缸22为带有缓冲密闭空间的液压缸,液压缸的活塞两侧分别设有一个缓冲柱塞23,液压缸两个端部分别设有尺寸与活塞两侧缓冲柱塞23相配合的缓冲密闭空间23,左右缓冲密闭空间24底部的a和b口分别接第一压力继电器18和第二压力继电器19,液压缸端部的A和B口分别接油路A和油路B,当活塞运动到液压缸的端部时,活塞的缓冲柱塞23与缓冲密闭空间24形成密封构成空间较小的密封空间,这样当活塞进一步往端部运动时,密封空间内压力急剧增大,第一压力继电器18和第二压力继电器19检测到的压力容易达到其设置阈值,并发出电信号,控制二位四通电磁先导阀17换向。另外由于急剧增大的压力只发生在密封空间内,因此大大减少了由于压力增大对液压缸端盖密封的损坏和对油路A、油路B上阀门的损害。
本实用新型还可根据流量需求可更换不同尺寸的双作用液压缸22和泵缸,或并联多组双作用液压缸22和泵缸一起工作,双作用液压缸22的进出油路均连至液压油控制系统的油路A和油路B上。
本实用新型实施例中恒功率变量泵2通过原动机1驱动,两者共同组成能量转化机构,由一个二位四通电磁先导阀17和四个方向插装阀共同组成液压油控制系统的换向机构,由一个两端带缓冲密闭空间24的双作用液压缸22和两个泵缸组成的做功机构。冷却器7,第一过滤器3、第二过滤器6和先导式溢流阀9等组成的辅助机构。
系统采用变量泵供油,恒功率变量泵2将原动机1提供的能量转化为系统所需的液力能。先导式溢流阀9的远程控制口接二位二通手动换向阀10(滚珠定位式),泥浆泵不工作时,二位二通手动换向阀10处于常通状态,先导式溢流阀9远程控制口通过二位二通手动换向阀10与油箱8连通,系统卸荷;当需要泥浆泵工作时,推动二位二通手动换向阀10至常闭状态,则先导式溢流阀9远程控制口关闭,系统建立压力开始工作。
辅助机构中过滤器必须和单向阀并联使用,单向阀的开启压力为0.4MPa,当过滤器发生堵塞时,单向阀进油口和出油口的压力差迅速升高,单向阀开启,从而保护过滤器。冷却器7采用强制水对流式冷却器7,保证系统能在适当的油温下长时间的工作。
双作用液压缸22的缓冲密闭空间24一是要保证在满负载的情况下,缓冲密闭空间24内能产生高于压力继电器的设定压力来满足二位四通电磁先导阀17的换向要求;二是要保证有足够的二次换向空间余量。
双作用液压缸22的泥浆泵的工作过程如下:
为了描述方便第一方向插装阀13、第二方向插装阀14、第三方向插装阀15、第四方向插装阀16以下分别称为CV1、CV2、CV3和CV4,方向插装阀的控制端均称为X腔,恒功率变量泵出口管道称为P口,油箱8上的回油管道称为T口。原动机1开启后,油箱8中的液压油经过第一过滤器3进入恒功率变量泵2,推动二位二通手动换向阀10至常闭状态,先导式溢流阀9的远程控制口关闭,系统建立压力开始工作。当双作用液压缸22的活塞运行至左端极限时,液压缸左端缓冲密闭空间24压力增大,当达到第一压力继电器18的设定压力时,发出电信号,二位四通电磁先导阀17的左端电磁阀DT1得电,切换至左位,方向插装阀CV1和CV3的X腔与P口压力油接通,而CV2和CV4的X腔接油箱8,使恒功率变量泵出口管道P口与油路A接通,油路B与回油管道T口接通,推动活塞向右运动,此时第一泵缸20和第二泵缸21左端吸入钻井液,右端输出高压钻井液;当双作用液压缸22的活塞运行至右端极限时,液压缸右端缓冲密闭空间24内压力增大,当达到第二压力继电器19的设定压力时,发出电信号,二位四通电磁先导阀17右端电磁阀DT2得电,切换至右位,方向插装阀CV1和CV3的X腔接油箱8,而CV2和CV4的X腔与P口压力油接通,使恒功率变量泵出口管道P口与油路B接通,油路A与回油管道T口接通,推动活塞向左运动,此时第一泵缸20和第二泵缸21右端吸入钻井液,左端输出高压钻井液,从而实现双作用液压缸22的泥浆泵的自动往复循环运动。

Claims (7)

1.一种双作用液压缸的泥浆泵,其特征在于:包括第一泵缸、第二泵缸、双作用液压缸、以及液压油控制系统,所述双作用液压缸的活塞两端分别通过活塞杆与第一泵缸的活塞和第二泵缸的活塞相连,第一泵缸和第二泵缸的出入口均分别设有出口单向阀和入口单向阀,第一泵缸和第二泵缸出口的单向阀通过管道汇合为出口管道,第一泵缸和第二泵缸入口的单向阀分别通过管道连接待输送钻井液,双作用液压缸左右两端分别设有缓冲密闭空间,两个缓冲密闭空间分别与两个压力继电器相连,双作用液压缸左右两端分别通过油路A和油路B与液压油控制系统相连,当缓冲密闭空间达到压力继电器设定值时,相应的压力继电器发出电信号,控制液压油控制系统给油路A供油、油路B退油或者油路B供油、油路A退油,来实现通过液压油驱动双作用液压缸的活塞左右运动,从而通过活塞杆带动第一泵缸和第二泵缸的活塞运动,实现钻井液输送。
2.根据权利要求1所述一种双作用液压缸的泥浆泵,其特征在于:所述液压油控制系统包括油箱、二位四通电磁先导阀、第一方向插装阀、第二方向插装阀、第三方向插装阀、第四方向插装阀、以及恒功率变量泵,所述恒功率变量泵入口通过管道与油箱相连,恒功率变量泵出口管道分别通过第二方向插装阀和第三方向插装阀与油路A和油路B相连,所述油箱上设有回油管道,所述回油管道分别通过第一方向插装阀和第四方向插装阀与油路A和油路B相连,当双作用液压缸的缓冲密闭空间的压力达到相应压力继电器的设定值时,相应的压力继电器发出电信号,二位四通电磁先导阀换向,从而控制四个方向插装阀的开关。
3.根据权利要求2所述一种双作用液压缸的泥浆泵,其特征在于:所述二位四通电磁先导阀通过压力管在恒功率变量泵出口管道引入压力源,二位四通电磁先导阀下端的一个通口分别通过第一压力管和第三压力管与第一方向插装阀和第三方向插装阀的控制端相连,二位四通电磁先导阀下端的另一个通口分别通过第二压力管和第四压力管与第二方向插装阀和第四方向插装阀的控制端相连。
4.根据权利要求3所述一种双作用液压缸的泥浆泵,其特征在于:所述回油管道上设有冷却器。
5.根据权利要求3所述一种双作用液压缸的泥浆泵,其特征在于:回油管道上和恒功率变量泵入口管道分别设有一个过滤器,每个过滤器均设有与之并联且具有固定开启压力的单向阀。
6.根据权利要求3所述一种双作用液压缸的泥浆泵,其特征在于:所述恒功率变量泵出口管道上设有压力指示器。
7.根据权利要求3所述一种双作用液压缸的泥浆泵,其特征在于:所述恒功率变量泵出口管道上设有系统压力保护装置,所述系统压力保护装置包括先导式溢流阀和二位二通手动换向阀,所述先导式溢流阀入口与恒功率变量泵出口管道出口管道相连,先导式溢流阀出口通过管道连接油箱,先导式溢流阀远程控制口通过二位二通手动换向阀接油箱,通过二位二通手动换向阀控制先导式溢流阀中的远程控制口,来控制液压油控制系统开始工作或泄荷。
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