CN211950832U - 一种往复泵阀箱内腔相交面及相贯面结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种往复泵阀箱内腔相交面及相贯面结构，属于往复泵技术领域，目的在于提供一种往复泵阀箱内腔相交面及相贯面结构，解决现有工艺手段对往复泵阀箱寿命提升效果较差且投入成本过高的问题。其包括包括若干相交的相交面和相交面之间的相贯面，所述相交的相交面之间的夹角均大于90°，所述相交面之间的相贯面的圆弧半径均大于20mm。本实用新型适用于往复泵阀箱内腔相交面及相贯面结构。

Description

一种往复泵阀箱内腔相交面及相贯面结构

技术领域

本实用新型属于往复泵技术领域，具体涉及一种往复泵阀箱内腔相交面及相贯面结构。

背景技术

阀箱是往复泵的关键零件之一，通过活塞或柱塞在阀箱内往复运动，吸入低压的液体，然后压缩成高压的液体排除到需要的地方工作。对于石油工程的泥浆(钻井)往复泵排出的压力最高为51MPa，石油工程的柱塞(压裂)往复泵排出的液体压力更高，最高可以达到140MPa。为了提高往复泵的效率，往复泵的使用压力越来越接近设计的上限压力。由于阀箱工作时，内腔不仅压力大，而且压力变化也大，阀箱便成了高压往复泵的关键易损件，压力越高，阀箱的疲劳寿命越短。根据专家理论计算，同一材料的高压泥浆泵的阀箱在不同的压力下工作的疲劳寿命相差很大，某同一材质的阀箱，在设计压力的下限工作时，高压阀箱具有无限的疲劳寿命，基本上没有疲劳破坏的危险；在设计上限压力工作时，疲劳寿命便只有100多小时。

为了满足阀箱在高压下的工作的疲劳寿命，阀箱材料都选得非常好，目前既要满足阀箱的高压下长期工作，又要使阀箱的疲劳寿命越长，降低往复泵的使用成本和维护成本，提高阀箱的疲劳寿命便成了当务之急，目前是科技人员研究的重点之一。这之前研究提高阀箱的疲劳寿命主攻方向是如下两个方面：

1、继续提高阀箱的材料性能，达到提高材料的屈服强度、抗拉强度、延伸率、断面收缩率、抗冲击韧性值等机械性能。由于原来阀箱的材料已经是很好，还要单靠进一步提高材料性能，其成本变得非常高。而且单纯的靠提高材料的性能，效果有限，有些企业做过试验将材料在原来的基础上再将其材料抗拉强度提高20％，材料成本提高一倍，结果疲劳寿命只能提高40％作用。

2、另一个方向是对阀箱内腔采用工艺强化处理，比如提高热处理工艺水平，对阀箱内腔进行喷丸、滚压处理等工艺措施，提高表面强度，延长阀箱的疲劳寿命，这种方法提高阀箱的疲劳寿命的作用也有限。

实用新型内容

本实用新型的目的在于：提供一种往复泵阀箱内腔相交面及相贯面结构，解决现有工艺手段对往复泵阀箱寿命提升效果较差且投入成本过高的问题。

本实用新型采用的技术方案如下：

一种往复泵阀箱内腔相交面及相贯面结构，包括若干相交的相交面和相交面之间的相贯面，

所述相交面包括相交的第一相交面和第二相交面，相交的第二相交面和第三相交面，相交的第三相交面和第四相交面，相交的第四相交面和第五相交面，相交的第五相交面和第六相交面，相交的第六相交面和第七相交面，相交的第七相交面和第八相交面，相交的第八相交面和第九相交面，相交的第五相交面和第十相交面，相交的第十相交面和第四相交面，相交的第一相交面和第十一相交面；

所述相贯面包括第一相交面和第二相交面之间的第一相贯面，第二相交面和第三相交面之间的第二相贯面，第三相交面和第四相交面之间的第三相贯面，第四相交面和第五相交面之间的第四相贯面，第五相交面和第六相交面之间的第五相贯面，第六相交面和第七相交面之间的第六相贯面，第七相交面和第八相交面之间的第七相贯面，第八相交面和第九相交面之间的第八相贯面，第五相交面和第十相交面之间的第九相贯面，第十相交面和第四相交面之间的第十相贯面，第一相交面和第十一相交面之间的第十一相贯面；

所述相交的相交面之间的夹角均大于90°，所述相交面之间的相贯面的圆弧半径均大于20mm。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型中，相交的相交面之间的夹角均大于90°，相交面之间的相贯面的圆弧半径均大于20mm，通过对往复泵阀箱内腔相交面和相贯面的结构进行改进，可以降低阀箱内腔的应力，根据疲劳强度计算，阀箱内腔降低工作应力20％左右，阀箱的疲劳强度可以提高10倍以上，其效果大大高于单靠提高材料的机械性能来提高阀箱的疲劳寿命。而且投入成本很低，既不靠提高阀箱的材料性能，也不增大阀箱的体积，因此是典型的投入成本低，提高阀箱疲劳寿命长，收益特别大的一种途径，解决了现有工艺手段对往复泵阀箱寿命提升效果较差且投入成本过高的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图，其中：

图1为本实用新型复泵阀箱内腔相交面及相贯面结构剖视示意图；

图2为现有技术往复泵阀箱内腔相交面及相贯面结构剖视示意图；

图3为相交面夹角等于90°法向受力交点位置示意图；

图4为相交面夹角小于90°法向受力交点位置示意图；

图5为相交面夹角大于90°法向受力交点位置示意图；

图6为相交面夹角等于90°相贯面为圆弧面法向受力交点位置示意图；

图7为相交面夹角小于90°相贯面为圆弧面法向受力交点位置示意图；

图8为相交面夹角大于90°相贯面为圆弧面法向受力交点位置示意图；

图中标记：1a-第一相交面、1b-第二相交面、1c-第三相交面、1d-第四相交面、1e-第五相交面、1f-第六相交面、1g-第七相交面、1h-第八相交面、1i-第九相交面、1j-第十相交面、1k-第十一相交面、2a-第一相贯面、2b-第二相贯面、2c-第三相贯面、2d-第四相贯面、2e-第五相贯面、2f-第六相贯面、2g-第七相贯面、2h-第八相贯面、2i-第九相贯面、2j-第十相贯面、2k-第十一相贯面、3a-现有技术的相交面3a、3b-现有技术的相交面3b、3m-现有技术的相交面3m、3h-现有技术的相交面3h、3i-现有技术的相交面3i、3e-现有技术的相交面3e、3j-现有技术的相交面3j、4a-现有技术的相贯面4a、4h-现有技术的相贯面4h、4i-现有技术的相贯面4i、5a-相交面5a、5b-相交面5b、5c-相交面上受到的法向分力5c；5d-相交面相交角度等于90°受法向分力交点位置连线5d、5e-相交面相交角等于90°的夹角5e、6a-相交面6a、6b-相交面6b、6d-相交面相交角小于90°受法向分力交点位置连线6d、6e-相交面相交角小于90°夹角6e、7a-相交面7a、7b-相交面7b、7d-相交面相交角大于90°受法向分力交点位置连线7d、7e-相交面相交角大于90°夹角7e、8a-相交面8a、8b-相交面8b、8d-相交面相交角等于90°相贯面为圆弧面的受法向分力交点位置连线8d、8g-相交面相交角等于90°相贯面8g、8f-相交面相交角等于90°相贯面受力交点8f、9a-相交面9a、9b-相交面9b、9d-相交面相交角小于90°相贯面为圆弧面的受法向分力交点位置连线9d、9g-相交面相交角小于90°相贯面9g、9f-相交面相交角小于90°相贯面受法向分力交点9f、10a-相交面10a、10b-相交面10b、10d-相交面相交角大于90°相贯面为圆弧面的受法向分力交点位置连线10d、10g-相交面相交角大于90°相贯面10g、10f-相交面相交角大于90°相贯面受法向分力交点10f。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型的简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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；可以使机械连接，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，可以是两个原件内部的连通。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实用新型中的具体含义。

一种往复泵阀箱内腔相交面及相贯面结构，往复泵阀箱内腔相交面及相贯面结构，包括若干相交的相交面和相交面之间的相贯面，

所述相交面包括相交的第一相交面和第二相交面，相交的第二相交面和第三相交面，相交的第三相交面和第四相交面，相交的第四相交面和第五相交面，相交的第五相交面和第六相交面，相交的第六相交面和第七相交面，相交的第七相交面和第八相交面，相交的第八相交面和第九相交面，相交的第五相交面和第十相交面，相交的第十相交面和第四相交面，相交的第一相交面和第十一相交面；

所述相贯面包括第一相交面和第二相交面之间的第一相贯面，第二相交面和第三相交面之间的第二相贯面，第三相交面和第四相交面之间的第三相贯面，第四相交面和第五相交面之间的第四相贯面，第五相交面和第六相交面之间的第五相贯面，第六相交面和第七相交面之间的第六相贯面，第七相交面和第八相交面之间的第七相贯面，第八相交面和第九相交面之间的第八相贯面，第五相交面和第十相交面之间的第九相贯面，第十相交面和第四相交面之间的第十相贯面，第一相交面和第十一相交面之间的第十一相贯面；

所述相交的相交面之间的夹角均大于90°，所述相交面之间的相贯面的圆弧半径均大于20mm。

本实用新型在实施过程中，首先分析往复泵的阀箱内腔疲劳破坏的共同规律是：

1、从内腔应力特别大的局部地方开始损坏，产生裂纹，然后裂纹迅速的扩散，直到阀箱破坏不能压缩高压液体。

2、内腔应力特别大的局部地方都是两个相交面的相贯面处。

因此，要提高阀箱的疲劳寿命就要抓住关键，降低两个相交面的相贯面处的工作应力。经研究，“相交两面受力的法向分力交点离表面位置越远，该表面应力越小法则”。具体应用中，在不提高阀箱的材料，不改变阀箱的外形形状，只是增大阀箱内腔相交面夹角，从原来的小于或等于90°的夹角改变成大于90°的夹角，其中，相交的相交面之间的夹角越大越好，并大大增加相交面的相贯面圆弧半径到20mm以上，设计至空间容许的最大值，便可以将相交两面相贯面受力交点位置远离相贯表面，降低相贯表面的应力，从而大大提高阀箱的疲劳寿命。

参阅图1，本实施例包括阀箱内腔的第一相交面1a和第二相交面1b，相交的第二相交面1b和第三相交面1c，相交的第三相交面1c和第四相交面1d，相交的第四相交面1d和第五相交面1e，相交的第五相交面1e和第六相交面1f，相交的第六相交面1f和第七相交面1g，相交的第七相交面1g和第八相交面1h，相交的第八相交面1h和第九相交面1i，相交的第五相交面1e和第十相交面1j，相交的第十相交面1j和第四相交面1d，相交的第一相交面1a和第十一相交面1k；

所述相贯面包括第一相交面1a和第二相交面1b之间的第一相贯面2a，第二相交面1b和第三相交面1c之间的第二相贯面2b，第三相交面1c和第四相交面1d之间的第三相贯面2c，第四相交面1d和第五相交面1e之间的第四相贯面2d，第五相交面1e和第六相交面1f之间的第五相贯面2e，第六相交面1f和第七相交面1g之间的第六相贯面2f，第七相交面1g和第八相交面1h之间的第七相贯面2g，第八相交面1h和第九相交面1i之间的第八相贯面2h，第五相交面1e和第十相交面1j之间的第九相贯面2i，第十相交面1j和第四相交面1d之间的第十相贯面2j，第一相交面1a和第十一相交面1k之间的第十一相贯面2k。

请参阅图1，所有相交面之间的夹角均大于90°，所有相交面之间的相贯面的圆弧半径均大于20mm，设计至空间容许的最大值。

请参阅图2，图2为现有技术中往复泵阀箱内腔相交面及相贯面结构剖视示意图，相交面3a和相交面3b的夹角为90°、相交面3h和相交面3i的夹角为90°、相交面3e和相交面3j之间的夹角小于90°，相交面3a和相交面3b之间的相贯面4a、相交面3h和相交面3i之间的相贯面4h、相交面3e和相交面3j之间的相贯面4i的圆弧半径均小于20mm。

请参照图2，图2为现有技术中往复泵阀箱内腔相交面及相贯面结构剖视示意图，其中相交面3b和相交面3m，在图1中被取消。因多一个相交面，便增加了应力增大的可能性。

请参照图3，相交面5a和相交面5b的夹角为90°且相交面相交处没有倒角，在相交面上受到的法向分力法向分力5c时，受法向分力交点位置连线为5d，相交面相交角等于90°夹角5e；不管从有限元分析和实践证明，交点位置离表面越近的表面应力越大，反之交点位置离表面越远的表面应力越小，将这个法则定义为“相交两面受力的法向分力交点位置判断应力法则”，根据这个法则，相交面相交的地方应力最大。

请参照图4，相交面6a和相交面6b的夹角小于90°且相交面相交处没有倒角，在相交面上受到的法向分法向分力5c时，受法向分力交点位置连线为6d，相交面相交角小于90°夹角6e；根据“相交两面受力的法向分力交点位置判断应力法则”，当相交面夹角小于90°时，相交面受到的应力高于相交两面夹角等于90°的情况。

请参照图5，相交面7a和相交面7b的夹角大于90°且相交面相交处没有倒角，在相交面上受到的法向分法向分力5c时，受力交点位置连线为7d，相交面相交角大于90°夹角7e；根据“相交两面受力的法向分力交点位置判断应力法则”，当相交面夹角大于90°时，相交面受到的应力低于于相交两面夹角等于90°的情况。

请参阅图6，相交面8a和相交面8b的夹角等于90°相贯面为圆弧面，在相交面上受到的法向分力5c时，受力交点位置连线为8d，相贯面的受力交点为8f，根据“相交两面受力的法向分力交点位置判断应力法则”，当相交面之间有相贯面时，相贯面受力交点离相贯面有一定距离，证明相贯面受到的应力小于没有相贯面的相交处的应力。

请参阅图7，相交面9a和相交面9b的夹角小于90°相贯面为圆弧面，在相交面上受到的法向分力5c时，受力交点位置连线为9d，相贯面的受力交点为9f，根据“相交两面受力的法向分力交点位置判断应力法则”，当相交面之间有相贯面时，相贯面受力交点离相贯面有一定距离，证明相贯面受到的应力小于没有相贯面的相交处的应力，但是该相贯面受力交点离相贯面的距离比相交面夹角等于90°的相贯面受力点离相贯面距离更近一些，说明相交面夹角小于90°相贯面的应力比相交面夹角等于90°的相贯面更大。

请参阅图8，相交面10a和相交面10b的夹角大于90°相贯面为圆弧面，在相交面上受到的法向分力5c时，受力交点位置连线为10d，相贯面的受力交点为10f，根据“相交两面受力的法向分力交点位置判断应力法则”，当相交面之间有相贯面时，相贯面受力交点离相贯面有一定距离，证明相贯面受到的应力小于没有相贯面的相交处的应力，但是该相贯面受力交点离相贯面的距离比相交面夹角等于90°的相贯面受力点离相贯面距离更远一些，说明相交面夹角大于90°相贯面的应力比相交面夹角等于90°的相贯面更小。

通过附图3-8，详细的说明了本申请在阀箱内腔选用相交面的夹角大于90°，且相贯面圆弧半径尽可能的大(20mm以上)，能降低阀腔内应力的理论依据，并作出了形象化解释。阀箱工作时的内应力减小了，能极大的提高阀箱的有限寿命，并且该方法投入成本很小，阀箱的材料不变，外部体积不变，仅仅改变内腔相交面的夹角大于90°，相贯面半径尽可能的增大而已，是典型的投入少产出大的设计改进。

如上所述即为本实用新型的实施例。前文所述为本实用新型的各个优选实施例，各个优选实施例中的优选实施方式如果不是明显自相矛盾或以某一优选实施方式为前提，各个优选实施方式都可以任意叠加组合使用，所述实施例以及实施例中的具体参数仅是为了清楚表述实用新型人的实用新型验证过程，并非用以限制本实用新型的专利保护范围，本实用新型的专利保护范围仍然以其权利要求书为准，凡是运用本实用新型的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本实用新型的保护范围内。

Claims (1)

1.一种往复泵阀箱内腔相交面及相贯面结构，其特征在于，包括若干相交的相交面和相交面之间的相贯面，其特征在于，

所述相交面包括相交的第一相交面(1a)和第二相交面(1b)，相交的第二相交面(1b)和第三相交面(1c)，相交的第三相交面(1c)和第四相交面(1d)，相交的第四相交面(1d)和第五相交面(1e)，相交的第五相交面(1e)和第六相交面(1f)，相交的第六相交面(1f)和第七相交面(1g)，相交的第七相交面(1g)和第八相交面(1h)，相交的第八相交面(1h)和第九相交面(1i)，相交的第五相交面(1e)和第十相交面(1j)，相交的第十相交面(1j)和第四相交面(1d)，相交的第一相交面(1a)和第十一相交面(1k)；

所述相贯面包括第一相交面(1a)和第二相交面(1b)之间的第一相贯面(2a)，第二相交面(1b)和第三相交面(1c)之间的第二相贯面(2b)，第三相交面(1c)和第四相交面(1d)之间的第三相贯面(2c)，第四相交面(1d)和第五相交面(1e)之间的第四相贯面(2d)，第五相交面(1e)和第六相交面(1f)之间的第五相贯面(2e)，第六相交面(1f)和第七相交面(1g)之间的第六相贯面(2f)，第七相交面(1g)和第八相交面(1h)之间的第七相贯面(2g)，第八相交面(1h)和第九相交面(1i)之间的第八相贯面(2h)，第五相交面(1e)和第十相交面(1j)之间的第九相贯面(2i)，第十相交面(1j)和第四相交面(1d)之间的第十相贯面(2j)，第一相交面(1a)和第十一相交面(1k)之间的第十一相贯面(2k)；

所述相交的相交面之间的夹角均大于90°，所述相交面之间的相贯面的圆弧半径均大于20mm。

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