CN218293777U - 压裂泵和压裂设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及压裂领域，提供一种压裂泵和压裂设备，包括传动组件、增压缸和配流阀。传动组件包括啮合传动的齿轮和齿条，齿轮用于与旋转驱动装置传动连接。增压缸包括柱塞和柱塞缸，齿条驱动柱塞在柱塞缸内密封滑动。配流阀连接在柱塞缸远离柱塞的一端。工作时，旋转驱动装置驱动齿轮循环正反转。当齿轮反转时，驱动齿条带动柱塞向柱塞缸外部移动，压裂液经配流阀进入柱塞缸内。当齿轮正转时，驱动齿条带动柱塞向柱塞缸内部移动，柱塞将压裂液经配流阀排出到管汇系统。本实用新型提供的压裂泵可以通过调整齿条的长度增加柱塞行程，有效降低柱塞的冲次，降低易损件的磨损。

Description

压裂泵和压裂设备

技术领域

本实用新型涉及压裂技术领域，尤其涉及一种压裂泵和压裂设备。

背景技术

传统的压裂设备由液压马达驱动，液压马达作为动力装置驱动动力端大齿轮转动，曲轴与动力端大齿轮传动连接，柱塞泵的柱塞一端与曲轴的连杆轴颈转动连接，当曲轴转动时，驱动柱塞往复运动，进而带动实现压裂泵的吸液和排液。

压裂泵的柱塞行程受到曲轴转动半径的限制，导致压裂泵的柱塞的行程比较短，在进行大排量压裂时，需要提高冲次满足流量需求，高冲次使得易损件寿命大大降低。

实用新型内容

本实用新型提供一种压裂泵和压裂设备，用以解决现有技术中的压裂泵的柱塞通过曲轴传动，使得柱塞行程较短，在进行大排量压裂时，较高的冲次使得易损件寿命大大降低的缺陷，实现延长柱塞行程，降低冲次以延长压裂泵使用寿命的效果。

本实用新型提供一种压裂泵，包括：传动组件，所述传动组件包括齿轮和齿条，所述齿轮与所述齿条啮合传动，所述齿轮用于与旋转驱动装置传动连接；增压缸，所述增压缸包括柱塞和柱塞缸，所述柱塞的一端与所述齿条连接；配流阀，所述配流阀连接在所述柱塞缸远离所述柱塞的一端，所述配流阀用于控制压裂液的吸入与排出。

根据本实用新型提供的压裂泵，所述配流阀包括与所述柱塞缸连通的单向进液通道和单向出液通道。

根据本实用新型提供的压裂泵，所述单向进液通道内设置有第一单向阀，所述第一单向阀的导通方向朝向所述柱塞缸内部，所述单向出液通道内设置有第二单向阀，所述第二单向阀的导通方向朝向远离所述柱塞缸的方向。

根据本实用新型提供的压裂泵，所述第一单向阀的开启压力小于所述第二单向阀的开启压力。

根据本实用新型提供的压裂泵，所述旋转驱动装置包括电机。

根据本实用新型提供的压裂泵，所述增压缸设置至少一个，且每个所述增压缸的所述柱塞缸远离所述柱塞的一端均设置一个所述配流阀，多个所述增压缸的柱塞均与所述齿条连接。

根据本实用新型提供的压裂泵，还包括控制器，所述控制器用于控制所述电机往复转动。

根据本实用新型提供的压裂泵，所述柱塞包括柱塞杆和柱塞头，所述柱塞头连接在所述柱塞杆位于所述柱塞缸内的一端，且所述柱塞头与所述柱塞缸的内壁密封滑动连接。

根据本实用新型提供的压裂泵，所述柱塞头通过卡式接头与所述柱塞杆连接。

本实用新型还提供一种压裂设备，包括如以上任一项所述的压裂泵。

本实用新型提供的压裂泵，包括传动组件、增压缸和配流阀。传动组件包括齿轮和齿条，齿轮和齿条啮合传动，齿轮用于与旋转驱动装置传动连接。增压缸包括柱塞和柱塞缸，柱塞的一端与齿条连接，齿条驱动柱塞的另一端在柱塞缸内密封滑动。配流阀连接在柱塞缸远离柱塞的一端，配流阀用于控制压裂液的吸入与排出。工作时，齿轮在旋转驱动装置的驱动下循环正反转。当齿轮反转时，驱动齿条带动柱塞向柱塞缸外部方向移动，此时，柱塞缸内形成负压，压裂液经配流阀进入柱塞缸内。当齿轮正转时，驱动齿条带动柱塞向柱塞缸内部方向移动，此时，柱塞将柱塞缸内的压裂液经配流阀排出到管汇系统。本实用新型提供的压裂泵使用齿轮和齿条带动柱塞往复运动，可以通过调整齿条的长度达到增加柱塞行程的效果，可有效降低柱塞的冲次，降低易损件的磨损，进而延长压裂泵的使用寿命。

进一步的，在本实用新型提供的压裂设备中，由于具有如上所述的压裂泵，因此，具有与如上所述相同的优势。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型或现有技术中的技术方案，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，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型提供的压裂泵的结构示意图；

图2是本实用新型提供的齿轮和齿条连接结构示意图；

图3是本实用新型提供的设置有两组压裂泵的压裂设备的结构示意图；

附图标记：

100：增压缸；110：柱塞；120：柱塞缸；200：配流阀；210：主通道；220：单向进液通道；221：第一单向阀；230：单向出液通道；231：第二单向阀；310：齿轮；320：齿条；330：电机；400：控制器。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型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。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

下面结合图1至图3描述本实用新型的压裂泵和压裂设备。

在对本实用新型的实施例进行陈述前，首先对方向进行如下限定，规定柱塞110向柱塞缸120外部运动时，位于柱塞110运动方向的前端为第一端，相反的方向为第二端。

本实用新型提供一种压裂泵，包括传动组件、增压缸100和配流阀200。传动组件用于将旋转驱动装置的动力传输到增压缸100的柱塞110上，以带动增压缸100的柱塞110在柱塞缸120内往复运动，通过配流阀200实现将压裂液吸入增压缸100，并将压裂液排出到管汇系统中的效果。

其中，增压缸100包括柱塞缸120和柱塞110。柱塞110包括柱塞杆和柱塞头，柱塞头连接在柱塞杆的第二端，连接有柱塞头的柱塞杆由柱塞缸120的第一端插入柱塞缸120内部。柱塞头的外侧面与柱塞缸120的内侧面密封滑动连接，例如可以在柱塞头的外侧设置密封圈，密封圈挤压在柱塞头与柱塞缸120之间，使柱塞头与柱塞缸120实现密封连接。

传动组件设置在靠近增压缸100的第一端的一侧，传动组件包括齿轮310和齿条320，齿条320用于与旋转驱动装置传动连接，旋转驱动装置通过齿轮310驱动齿条320直线往复运动。其中旋转驱动装置可以为电机330。齿条320的延伸方向与柱塞杆的延伸方向平行，且齿条320的第二端与柱塞杆的第一端连接。齿轮310的轴线与齿条320的延伸方向垂直，齿轮310与齿条320啮合传动，当齿轮310旋转时，驱动齿条320沿自身的延伸方向进行平动，实现将齿轮310的旋转运动转换为齿条320的平动的效果。电机330的输出轴可以与齿轮310直接连接，或者电机330可以通过传动带、传动链或减速齿轮组等传动机构与齿轮310建立连接。

配流阀200设置在柱塞缸120的第二端，即远离柱塞110的一端。配流阀200包括主通道210、单向进液通道220和单向出液通道230。单向进液通道220和单向出液通道230的第一端均与主通道210的第二端连通。其中，单向进液通道220由柱塞缸120的外部向柱塞缸120的内部方向单向导通，单向出液通道230由柱塞缸120的内部向柱塞缸120的外部方向单向导通。

在工作过程中，电机330可进行周期性的正向和反向转动，进而驱动齿轮310进行周期性的正向和反向转动，实现齿条320在延伸方向上往复直线运动的效果。

在吸液过程中，电机330可以反向转动，电机330带动齿轮310反向转动，齿轮310驱动齿条320沿齿条320的延伸方向由第二端向第一端的方向移动，进而带动柱塞110由柱塞缸120的第二端向第一端的方向运动，即柱塞110向柱塞缸120外部移动。由于柱塞110的柱塞头与柱塞缸120密封滑动连接，因此，柱塞头与柱塞缸120的第二端之间的空间内形成负压，单向进液通道220的两侧形成压差，压裂液供给侧的压力大于柱塞缸120的内部压力，使单向进液通道220导通，压裂液通过单向进液通道220进入柱塞缸120内，完成压裂液吸液的动作。

当吸液动作完成后，电机330正向转动，电机330带动齿轮310正向转动，齿轮310驱动齿条320沿齿条320的延伸方向由第一端向第二端的方向移动，进而带动柱塞110由柱塞缸120的第一端向第二端的方向运动，即柱塞110向柱塞缸120的内部移动。此时，由于柱塞110的柱塞头与柱塞缸120密封滑动连接，柱塞110向柱塞缸120内部移动时，柱塞头不断的挤压柱塞头与柱塞缸120的第二端之间的空间，使柱塞缸120内的压裂液的压力不断增加，当单向出液通道230两侧的压差达到单向出液通道230的开启压力时，单向出液通道230导通，柱塞缸120内的压裂液通过单向出液通道230进入管汇系统内(管汇系统未示出)，实现压裂液的排液动作。

以上的吸液和排液为一个运行周期，在压裂过程中，往复进行吸液和排液动作，以实现不断的将压裂液注入管汇系统的效果。

本实用新型提供的压裂泵，使用齿轮310和齿条320来驱动柱塞110的运动，可以通过调整齿条320的长度以及齿轮310的正反转运行周期实现调整柱塞110行程的效果，可以有效的增加柱塞110的行程，在进行大排量压裂工作时，可有效降低柱塞110的冲次，降低易损件的磨损，进而实现延长压裂泵使用寿命的效果。

在本实用新型的一个实施例中，上述的配流阀200可以为三通管状结构，该配流阀200可以呈Y形布置，包括第一管路、第二管路和第三管路。其中，第一管路的第一端用于与柱塞缸120连通，第二管路和第三管路的第一端均与第一管路的第二端连通。第一管路与主通道210连通，第二管路的内部形成单向出液通道230，第三管路的内部形成单向进液通道220。

在该实施例中，第三管路的第二端可以与压裂液供给装置(压裂供给装置未示出)连接，可以在单向进液通道220内设置第一单向阀221，第一单向阀221的导通方向朝向柱塞缸120的内部。在吸液过程中，当柱塞缸120内部形成负压时，压裂液供给侧的压力大于柱塞缸120一侧的压力，在第一单向阀221的两侧形成压差，压裂液顶开第一单向阀221，使单向进液通道220导通，压裂液经第一单向阀221进入柱塞缸120内。在出液过程中，第一单向阀221封闭单向进液通道220。

第二管路的第二端可以与管汇系统连接，可以在单向出液通道230内设置第二单向阀231，第二单向阀231的导通方向朝向柱塞缸120的外部。在出液过程中，当柱塞110不断挤压柱塞头与柱塞缸120的第二端之间的空间时，柱塞缸120内的压裂液的压力不断增加，当柱塞缸120内的压力与管汇系统内的压裂液的压力的差值大于第二单向阀231的导通压力时，柱塞缸120内的压裂液顶开第二单向阀231，使单向出液通道230导通，压裂液经第二单向阀231进入管汇系统内。在进液过程中，第二单向阀231封闭单向出液通道230，管汇系统内的压裂液不会经单向出液通道230逆流回柱塞缸120内。

在本实用新型提供的一个实施例中，上述的增压缸100可以设置至少一个，当增压缸100的数量大于或等于两个时，需要在每个增压缸100的柱塞缸120的第二端均设置一个配流阀200。对于齿条320，可以通过连接结构将齿条320与多个柱塞杆进行连接，由一根齿条320驱动多个柱塞杆同时进行往复移动，也可以每个增压缸100均配备一个传动组件，且每个传动组件配备一个电机330进行驱动。

由于管汇系统内压裂液的压力较大，而压裂液供给装置供给的压裂液为常压，因此，第二单向阀231的工作压力较大，而第一单向阀221的工作压力较小。

在本实用新型的一个实施例中，该压裂泵还包括控制器400，控制器400可以为PLC控制器，该控制器400可以用于控制电机330进行周期性的正反转。

在本实用新型的一个实施例中，上述的柱塞头为易损件，在长时间工作后，可能会出现密封不严的问题，因此，为了便于更换，上述的柱塞头与柱塞杆可以通过卡式接头实现柱塞头与柱塞杆的可拆卸连接。

本实用新型还提供一种压裂设备，例如压裂设备可以为压裂车。该压裂设备可以设置至少一个如上所述的压裂泵。由于设置有如上所述的压裂泵，因此，具有与如上所述相同的优势。

此外，上述的压裂设备设置m组上述的压裂泵，其中，m≥2。m组压裂泵的单向进液通道220均与压裂液供给装置连接，且单向出液通道230均与管汇系统连通。

当n组压裂泵在进行吸液时，其余的m-n组压裂泵进行排液工作，如此可保证可以不间断的向管汇系统内供给压裂液。

上述的m组压裂泵的电机均与控制器400通信连接，由控制器400控制一部分压裂泵对应的电机330正转，同时控制剩余部分的压裂泵对应的电机330反转。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种压裂泵，其特征在于，包括：

传动组件，所述传动组件包括齿轮(310)和齿条(320)，所述齿轮(310)与所述齿条(320)啮合传动，所述齿轮(310)用于与旋转驱动装置传动连接；

增压缸(100)，所述增压缸(100)包括柱塞(110)和柱塞缸(120)，所述柱塞(110)的一端与所述齿条(320)连接；

配流阀(200)，所述配流阀(200)连接在所述柱塞缸(120)远离所述柱塞(110)的一端，所述配流阀(200)用于控制压裂液的吸入与排出。

2.根据权利要求1所述的压裂泵，其特征在于，所述配流阀(200)包括与所述柱塞缸(120)连通的单向进液通道(220)和单向出液通道(230)。

3.根据权利要求2所述的压裂泵，其特征在于，所述单向进液通道(220)内设置有第一单向阀(221)，所述第一单向阀(221)的导通方向朝向所述柱塞缸(120)内部，所述单向出液通道(230)内设置有第二单向阀(231)，所述第二单向阀(231)的导通方向朝向远离所述柱塞缸(120)的方向。

4.根据权利要求3所述的压裂泵，其特征在于，所述第一单向阀(221)的开启压力小于所述第二单向阀(231)的开启压力。

5.根据权利要求1所述的压裂泵，其特征在于，所述旋转驱动装置包括电机(330)。

6.根据权利要求1所述的压裂泵，其特征在于，所述增压缸(100)设置至少一个，且每个所述增压缸(100)的所述柱塞缸(120)远离所述柱塞(110)的一端均设置一个所述配流阀(200)，多个所述增压缸(100)的柱塞(110)均与所述齿条(320)连接。

7.根据权利要求5所述的压裂泵，其特征在于，还包括控制器(400)，所述控制器(400)用于控制所述电机(330)往复转动。

8.根据权利要求1所述的压裂泵，其特征在于，所述柱塞(110)包括柱塞杆和柱塞头，所述柱塞头连接在所述柱塞杆位于所述柱塞缸(120)内的一端，且所述柱塞头与所述柱塞缸(120)的内壁密封滑动连接。

9.根据权利要求8所述的压裂泵，其特征在于，所述柱塞头通过卡式接头与所述柱塞杆连接。

10.一种压裂设备，其特征在于，包括如权利要求1～9任一项所述的压裂泵。

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