[發明專利]一種通過絲桿換向實現壓裂泵往復運動的裝置和方法

在審

• 申請號: 202011280991.5
• 申請日: 2020-11-16
• 公開（公告）號: CN112483619A
• 公開（公告）日: 2021-03-12
• 發明（設計）人: 張弭;王江陽;馬雙富;譚浩天;陳宗強;王信軍
• 申請（專利權）人: 四川宏華電氣有限責任公司
• 主分類號: F16H37/12
• 分類號: F16H37/12;F16H3/14;E21B43/26;F04B53/00
• 代理公司: 成都金英專利代理事務所(普通合伙) 51218
• 代理人: 袁英

本發明公開了一種通過絲桿換向實現壓裂泵往復運動的裝置和方法，包括齒輪A、齒輪B、齒輪C、齒輪D、齒輪E、齒輪F、齒輪G、絲桿、軸A、軸B、絲桿螺母、離合器A和離合器B，齒輪A分別與齒輪B和齒輪C嚙合，齒輪B與軸B同軸，離合器B一半與齒輪B連接，它的另一半與軸B連接，齒輪E與軸B同軸連接，齒輪E與齒輪F嚙合，齒輪F與絲桿螺母連接，絲桿螺母與絲桿配套連接，齒輪C與齒輪D嚙合，齒輪D與軸A同軸，離合器A一半與齒輪D連接，它的另一半與軸A連接，齒輪G與軸A同軸連接。本發明的有益效果是：滿足大推力的滾珠絲杠驅動，通過減少換向中的轉動慣量，同時在驅動恒轉速的情況下，換向沖擊較小。

技術領域

本發明涉及機械設備領域，特別是一種通過絲桿換向實現壓裂泵往復運動的裝置和方法。

背景技術

壓裂泵是輸送流體或使流體增壓的機械，它將原動機的機械能或其他外部能量傳送給液體，使液體能量增加，在石油鉆采設備中，壓裂泵屬于比較重要的一類設備，目前油田上使用的壓裂泵絕大多數都是單作用往復式活塞泵，這種形式的壓裂泵的動力傳動方式為：電機通過鏈條傳動或皮帶傳動，將動力傳遞給傳動軸，然后傳動軸的齒輪再與曲軸上的大齒圈嚙合帶動曲軸旋轉，功率損耗偏大，結構也略顯復雜，其次是在各個曲柄之間存在著相等的相位角差，因此在壓裂泵運轉過程中存在較大的振動，雖然有些專利以滾珠絲杠方式實現的泵的工作，但也只是通過齒輪的組合實現，且其滾珠絲杠的往復工作方式仍然按常規的進行，目前還未有實際的滾珠絲杠方式工作的壓裂泵。

普通滾珠絲杠往復運動的常用方式有以下兩種：

1、在絲杠上做正反滾道，進而控制絲杠或絲杠螺母的正反轉，從而達到滾珠絲杠往復運動的目的，這種方式的缺點在于：由于正反滾道的存在，使推力達到降低，同時如果需要絲杠或螺母一直保持恒速轉動，滾道兩端會承受非常大的沖擊，使滾珠絲杠壽命大幅降低。

2、直接控制驅動馬達的正反轉，馬達通過轉動傳動裝置或直接驅動絲杠（或絲杠螺母），從而達到滾珠絲杠往復運動的目的，此種方式主要在于在非直接驅動的情況下，會產生非常大的轉動慣量，大的轉動慣量使快速換向引起的沖擊非常大。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的缺點，提供一種通過絲桿換向實現壓裂泵往復運動的裝置和方法。

本發明的目的通過以下技術方案來實現：一種通過絲桿換向實現壓裂泵往復運動的裝置，包括齒輪A1、齒輪B2、齒輪C3、齒輪D4、齒輪E5、齒輪F6、齒輪G7、絲桿8、軸A10、軸B11、至少一個絲桿螺母9、離合器A12和離合器B13，所述齒輪A1分別與齒輪B2和齒輪C3嚙合，所述齒輪B2與軸B11同軸，所述離合器B13一半與齒輪B2連接，它的另一半與軸B11連接，當離合器B13脫開時，軸B11不轉動，所述齒輪E5與軸B11同軸連接，所述齒輪E5與齒輪F6嚙合，所述齒輪F6套裝在絲桿螺母9上，所述絲桿螺母9套裝在絲桿8上，所述齒輪C3與齒輪D4嚙合，所述齒輪D4與軸A10同軸，所述離合器A12一半與齒輪D4連接，它的另一半與軸A10連接，當離合器A12脫開時，軸A10不轉動，所述齒輪G7與軸A10同軸連接。

優選地，所述的離合器A12和離合器B13在脫開和閉合過程中，一個離合器閉合前，另一個離合器須先脫開。

一種通過絲桿換向實現壓裂泵往復運動的方法，包括以下步驟：

S1：離合器B13閉合，軸B11跟隨齒輪B2轉動，同時帶動齒輪E5轉動，齒輪E5驅動齒輪F6轉動，絲桿螺母9跟隨轉動，從而驅動絲8正向直線運動；

S2：離合器A12閉合時，齒輪D4通過離合器A12帶動軸A10轉動，進而帶動齒輪G7轉動，齒輪G7驅動齒輪F6反向旋轉，進而驅動絲桿螺母9反向轉動，最終使得絲桿8反向直線運動，絲桿8的直線運動帶動壓裂泵的活塞直線往復運動。

優選地，所述的做往復運動的組件為活塞或柱塞。

本發明具有以下優點：滿足大推力的滾珠絲杠驅動，通過減少換向中的轉動慣量，同時在驅動恒轉速的情況下，換向沖擊較小。