[實(shí)用新型]四缸單作用容積式柱塞泵

有效

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• 申請日: 2010-03-19
• 公開（公告）號: CN201650635U
• 公開（公告）日: 2010-11-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 白舒恩;周珮
• 申請（專利權(quán)）人: 白舒恩;周珮
• 主分類號: F04B1/16
• 分類號: F04B1/16
• 代理公司: 北京北新智誠知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11100
• 代理人: 朱麗華

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型為應(yīng)用于石油天然氣鉆井工業(yè)和礦山工業(yè)用的四缸單作用容積式柱塞泵。

背景技術(shù)

泥漿泵是由動(dòng)力傳動(dòng)部分和產(chǎn)生高壓液體的液力部分組成的機(jī)器，請參照圖1，機(jī)器包括有動(dòng)力端100和液力端200。

動(dòng)力端部分將驅(qū)動(dòng)扭矩的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通過曲軸連桿十字頭傳動(dòng)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)換為活塞6的直線運(yùn)動(dòng)，圖1中示出了動(dòng)力部分的曲軸1、大齒圈2、齒軸3、連桿4及十字頭5的位置。

活塞6的直線運(yùn)動(dòng)將能量傳遞給液力端壓縮泥漿生成高壓流體，該液力端一般由進(jìn)口岐管9、液力模塊10、出口岐管13和蓄能器12組合構(gòu)成，一般在出料口還設(shè)有出料十字過濾器11。

過去幾十年來，石油天然氣鉆井用泥漿泵技術(shù)沒有改進(jìn)。目前世界范圍內(nèi)泥漿泵主要采用三缸泵。但三缸泵存在以下缺點(diǎn)：

三缸泵設(shè)計(jì)用曲軸將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和扭矩轉(zhuǎn)換成線性運(yùn)動(dòng)，推動(dòng)活塞做功?；钊淖龉^而傳遞給液力端的液力模塊。液力模塊用螺栓連接安裝在泥漿泵箱體前板上。箱體前板因而承受來自箱體的拉伸力及液力端重量造成的彎矩，這個(gè)拉伸力及彎矩又延伸到箱體的側(cè)板傳遞給曲軸上的兩個(gè)支撐軸承上，致使箱體象呼吸一樣周期性扭曲，使箱體隨著泵的每一個(gè)沖程遭受周期性的疲勞損傷。

在圖2中：

r：曲軸凸輪的旋轉(zhuǎn)半徑；

L：連桿長度；

f：來自液力端作用在曲軸上的力；

f＝βSIN(α-θ)/COSθ

β是與襯套尺寸和泵出口壓力相關(guān)的一個(gè)常量。

以上公式表明作用在曲軸上每一個(gè)凸輪上的力是一個(gè)周期性變化的正玄波曲線。由于三個(gè)凸輪相對偏移120度，因此這個(gè)正玄波曲線在每個(gè)凸輪上延遲120度。這些力作用在泵箱體前板上，并通過泵箱體的兩邊側(cè)板周期性地傳遞到曲軸的支撐軸承座。

泵會(huì)發(fā)生下列損壞：

1.泵前板和箱體往往遭受斷裂；

2.由于來自液力端的周期性拉伸力，箱體側(cè)板在曲軸軸承座周圍和齒輪軸承座周圍發(fā)生斷裂，參照圖3(箭頭方向及位置)；

3.安裝液力模塊的螺栓13拉斷或屈服，參照圖4；

4.隨著螺栓的屈服，液力端模塊與出口岐管之間的壓縮密封失效；

5.目前市場上的所有泥漿泵均采用相同的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)，即，將曲軸的支撐軸承布置在曲軸的兩端，所有負(fù)載均在支撐軸承之間的三個(gè)連桿處。對于采用傳統(tǒng)設(shè)計(jì)泥漿泵，支撐軸承之間的距離必須能夠容納所有連桿及其間距，因此中間的連桿就必然遠(yuǎn)離任何一端的支撐軸承。作用在曲軸上的各個(gè)力的動(dòng)量與該力及其力臂成正比。中間的連桿施加在曲軸的力矩很大，致使曲軸彎曲，周期性的反復(fù)彎曲使曲軸遭受疲勞損害。

6.出口岐管由于每一沖程的沖擊造成液力模塊活動(dòng)而遭受沖蝕。參照圖4。高壓出口岐管與液力模塊之間靠壓縮O型圈來密封。當(dāng)模塊與出口岐管間的保持螺栓13松動(dòng)，密封O型圈的壓縮力失去，那么出口岐管的密封便失效。

7.泥漿泵箱體側(cè)板為應(yīng)力支撐點(diǎn)，使得泵箱體遭受嚴(yán)重的扭曲應(yīng)力。每一沖程泵體沉重呼吸，周而復(fù)始，因而要求泵的設(shè)計(jì)笨重。參照圖5。

8.曲軸軸承15和驅(qū)動(dòng)齒輪軸軸承16是由箱體側(cè)板支撐的。作用在齒輪軸和曲軸上的支撐點(diǎn)跨度很大，造成嚴(yán)重的彎曲變形，導(dǎo)致曲軸的疲勞損壞和斷裂。參照圖6。

9.沉重的液力端200掛在泵箱體的外面，使箱體遭受更大的應(yīng)力。每一沖程模塊均被往前推。使安裝螺栓不僅承受巨大的前推力，而且還需承受沉重的液力端重量；參照圖7。

10.出料十字過濾器11和蓄能器安裝在出料岐管一端，造成重量極端不平衡分布及高壓流體出口不平衡，這個(gè)不平衡造成出口流體中的脈沖波動(dòng)傳遞到主立柱，蓄能器的作用受其下方的十字過濾器限制，參照圖8。

發(fā)明內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的是提供一種使用效果好的四缸單作用容積式柱塞泵，該設(shè)計(jì)方案使泵運(yùn)行平穩(wěn)，消除出口流體脈沖，結(jié)構(gòu)更堅(jiān)固，同時(shí)能夠減輕泵的重量。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采取以下設(shè)計(jì)方案：

本實(shí)用新型所述的四缸單作用容積式柱塞泵，由動(dòng)力端和液力端兩部分組成，所述的動(dòng)力端由曲軸連桿十字頭傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和活塞組合構(gòu)成；所述的液力端由進(jìn)料岐管、液力模塊、出料岐管和儲(chǔ)能器組合構(gòu)成；該柱塞泵采用四缸傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，所述動(dòng)力端的曲軸連桿十字頭傳動(dòng)機(jī)構(gòu)對應(yīng)帶有四個(gè)凸輪，將四個(gè)凸輪設(shè)置成相對偏移為90度；將曲軸支撐軸承設(shè)計(jì)在兩兩凸輪之間；將液力端模塊安裝在泥漿泵的箱體內(nèi)，高壓液體出口設(shè)置在泵的中心線上；出口處設(shè)一對儲(chǔ)能器，兩蓄能器對稱于泵中心線。

將泵結(jié)構(gòu)支撐可以設(shè)計(jì)為短支撐結(jié)構(gòu)且近中心線設(shè)置。