專(zhuān)利名稱(chēng)：四缸單作用容積式柱塞泵的制作方法
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(qǐng)參照?qǐng)D1，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(guò)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(guò)濾器11。過(guò)去幾十年來(lái)，石油天然氣鉆井用泥漿泵技術(shù)沒(méi)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?功繼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(lái)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(zhǎng)度；f:來(lái)自液力端作用在曲軸上的力；f = β SIN(a - θ )/C0S θβ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(duì)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(guò)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(lái)自液力端的周期性拉伸力，箱體側(cè)板在曲軸軸承座周?chē)妄X輪軸承座周 圍發(fā)生斷裂，參照?qǐng)D3 (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?qǐng)D4 ；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(chǎng)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(duì)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?qǐng)D4。高壓 出口岐管與液力模塊之間靠壓縮0型圈來(lái)密封。當(dāng)模塊與出口岐管間的保持螺栓13松動(dòng)， 密封0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?chē)?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?qǐng)D5。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?qǐng)D6。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?qǐng)D 7。10.出料十字過(guò)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(guò)濾器限制，參照?qǐng)D8。
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(duì)應(yīng)帶有四個(gè)凸輪，將四個(gè)凸輪設(shè)置成相對(duì)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(duì)儲(chǔ)能器，兩蓄能器對(duì)稱(chēng)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。兩個(gè)儲(chǔ)能器對(duì)稱(chēng)布置。在柱塞泵的中心線上設(shè)置出料岐管及出口過(guò)濾器。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是泵運(yùn)行平穩(wěn)，出口流體無(wú)脈沖，泵的結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，同時(shí)大大減 輕了泵的重量。

圖1為現(xiàn)有三缸泥漿泵的結(jié)構(gòu)構(gòu)成示意圖。圖2為現(xiàn)有的三缸單作用容積式柱塞泵曲軸上每一個(gè)凸輪上的受力示意。圖3為現(xiàn)有的三缸泥漿泵受來(lái)自液力端的周期性拉伸力導(dǎo)致箱體側(cè)板在曲軸軸 承座周?chē)妄X輪軸承座周?chē)l(fā)生斷裂情況的參考示意。圖4為現(xiàn)有泥漿泵出口岐管端可能發(fā)生受損的示意。圖5為現(xiàn)有泥漿泵箱體以側(cè)板為支撐的示意圖。[0036]圖6為現(xiàn)有泥漿泵曲軸軸承和驅(qū)動(dòng)齒輪軸軸承位置示意圖。圖7為現(xiàn)有泥漿泵液力端掛在箱體外面示意圖。圖8為現(xiàn)有泥漿泵出料十字過(guò)濾器和蓄能器安裝位置示意圖。圖9為本實(shí)用新型四缸單作用容積式柱塞泵結(jié)構(gòu)示意圖(俯視)。圖IOa為四缸單作用容積式柱塞泵曲軸結(jié)構(gòu)示意圖(主視)。圖IOb為四缸單作用容積式柱塞泵曲軸結(jié)構(gòu)示意圖(側(cè)透視)。圖11為四缸單作用容積式柱塞泵的軸承支撐示意圖。圖12為四缸單作用容積式柱塞泵的支撐結(jié)構(gòu)示意圖。圖13a為四缸單作用容積式柱塞泵的儲(chǔ)能器布置示意圖(主視)圖13b為四缸單作用容積式柱塞泵的儲(chǔ)能器布置示意圖(側(cè)視)
以下結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明
具體實(shí)施方式
參見(jiàn)圖9，本實(shí)用新型四缸單作用容積式柱塞泵亦由動(dòng)力端和液力端兩部分組成， 該泥漿泵采用四缸泵結(jié)構(gòu)式，故所述動(dòng)力端對(duì)應(yīng)帶有四個(gè)凸輪。本實(shí)用新型四缸單作用容積式柱塞泵的一大改進(jìn)點(diǎn)是首先，將四曲軸對(duì)應(yīng)的四個(gè)凸輪設(shè)置為兩對(duì)，每對(duì)凸輪中兩凸輪相對(duì)偏移為180 度，參見(jiàn)圖10a、圖10b，本實(shí)施例中，四個(gè)凸輪21、22、23和24分成兩對(duì)組，設(shè)置每對(duì)的兩凸 輪相對(duì)偏移為180度(即凸輪21與凸輪22兩凸輪相對(duì)偏移為180度；凸輪23與凸輪24 兩凸輪相對(duì)偏移為180度)，而凸輪21 (凸輪22)與凸輪23 (凸輪24)偏移90度(即四個(gè) 凸輪設(shè)置成相對(duì)各偏移為90度)，使曲軸和箱體上的作用力以負(fù)疊加平衡。其次，參見(jiàn)圖10a，將曲軸支撐軸承101設(shè)計(jì)在兩對(duì)凸輪的中間，亦即將曲軸支撐 軸承一個(gè)設(shè)計(jì)在第一凸輪21和第二凸輪22之間，另一設(shè)計(jì)在第三凸輪23和第四凸輪24 之間，使高負(fù)載傳遞出的動(dòng)量降到可能的最小水平。因?yàn)槊總€(gè)凸輪都靠近軸承，而每個(gè)軸承 上任何瞬時(shí)只承受一個(gè)凸輪的負(fù)載。 參見(jiàn)圖11，縮短驅(qū)動(dòng)軸和曲軸的支撐軸承102與103之間的距離，從而減小驅(qū)動(dòng)軸 和曲軸的彎曲變形，改善作用在十字頭上的力的方向與運(yùn)動(dòng)方向的一致性。泵因而能夠運(yùn) 行的更平穩(wěn)，并且使所有零部件(例如各軸承、導(dǎo)向板和十字頭等)上的磨損減少。參見(jiàn)圖12，將泵結(jié)構(gòu)支撐300設(shè)計(jì)得較短且接近中心線，使得本實(shí)用新型四缸單 作用容積式柱塞泵的結(jié)構(gòu)更堅(jiān)固，因而在承受相當(dāng)?shù)呢?fù)荷條件下，箱體的重量可大大減輕。第三，將液力端模塊201安裝在四缸單作用容積式柱塞泵的箱體內(nèi)，使得液力端 不再是泵箱體的薄弱點(diǎn)，并且維修、安裝方便。尤其在鉆井現(xiàn)場(chǎng)替換液力模塊，傳統(tǒng)的三缸 泵必須拆掉液力端200的幾乎所有部件，才能替換一個(gè)模塊。而本實(shí)用新型僅需拆卸6個(gè) 螺栓即可替換模塊。第四，出口處設(shè)二個(gè)儲(chǔ)能器202，參見(jiàn)圖13a、圖13b所示，該兩個(gè)儲(chǔ)能器相互對(duì)稱(chēng) 布置；在泵的中心線上設(shè)置出口過(guò)濾器203，參見(jiàn)圖13a所示；設(shè)計(jì)兩個(gè)儲(chǔ)能器對(duì)稱(chēng)布置，可 以改善出口脈沖，使出口流體及泵運(yùn)行更加平穩(wěn)。將出口過(guò)濾器設(shè)置在泵中心線上可使出 口泥漿流動(dòng)平穩(wěn)。上述各實(shí)施例可在不脫離本實(shí)用新型的范圍下加以若干變化，故以上的說(shuō)明所包含及附圖中所示的結(jié)構(gòu)應(yīng)視為例示性，而非用以限制本實(shí)用新型的申請(qǐng)專(zhuān)利范圍。 通常，泥漿泵(三缸泵)在運(yùn)行時(shí)振動(dòng)很厲害，該振動(dòng)主要來(lái)自于隨泵的每一沖程 周期性流體脈沖。而本實(shí)用新型幾臺(tái)四缸單作用容積式柱塞泵的實(shí)驗(yàn)運(yùn)行表現(xiàn)得非常平 穩(wěn)，在高壓出口軟管到鉆井臺(tái)沿線觀察不到任何振動(dòng)。而且無(wú)論連桿上的負(fù)荷多大，十字頭 和滑板的運(yùn)行溫度(約30°C)不變，證明摩擦極小。四缸泵在輸入驅(qū)動(dòng)功率為零，50%和 100 %的不同工況時(shí)，未見(jiàn)應(yīng)力跡象，也未觀察到對(duì)工況改變產(chǎn)生明顯的反應(yīng)，表明泵箱體 結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定。
權(quán)利要求一種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，十字過(guò)濾器組合構(gòu)成；其特征在于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(duì)應(yīng)帶有四個(gè)凸輪，將四個(gè)凸輪設(shè)置成相對(duì)偏移為90度；將曲軸支撐軸承設(shè)計(jì)在每對(duì)凸輪中的兩個(gè)凸輪之間；將液力端模塊安裝在四缸單作用容積式柱塞泵的箱體內(nèi)，出口處設(shè)兩個(gè)儲(chǔ)能器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的四缸單作用容積式柱塞泵，其特征在于將泵結(jié)構(gòu)支撐設(shè)計(jì) 為短支撐結(jié)構(gòu)且近中心線設(shè)置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的四缸單作用容積式柱塞泵，其特征在于所述的兩個(gè)儲(chǔ)能器 對(duì)稱(chēng)于泵中心線布置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的四缸單作用容積式柱塞泵，其特征在于在柱塞泵的中心線 上設(shè)置出料岐管及出口過(guò)濾器。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種一種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，十字過(guò)濾器組合構(gòu)成；其特征在于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(duì)應(yīng)帶有四個(gè)凸輪，將四個(gè)凸輪設(shè)置成相對(duì)偏移為90度；將曲軸支撐軸承設(shè)計(jì)在每對(duì)凸輪中的兩個(gè)凸輪之間；將液力端模塊安裝在四缸單作用容積式柱塞泵的箱體內(nèi)，出口處設(shè)兩個(gè)儲(chǔ)能器，高壓出口設(shè)置在泵的中心線上。其使用效果好，該設(shè)計(jì)方案使泵的結(jié)構(gòu)更堅(jiān)固，同時(shí)能夠減輕泵的重量。
文檔編號(hào)F04B1/16GK201650635SQ20102013583
公開(kāi)日2010年11月24日 申請(qǐng)日期2010年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月19日
發(fā)明者周珮, 白舒恩 申請(qǐng)人:白舒恩;周珮