專利名稱：四缸單作用容積式柱塞泵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型為應(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)：
泥漿泵是由動力傳動部分和產(chǎn)生高壓液體的液力部分組成的機器，請參照圖1，機 器包括有動力端100和液力端200。動力端部分將驅(qū)動扭矩的旋轉(zhuǎn)運動通過曲軸連桿十字頭傳動機構(gòu)轉(zhuǎn)換為活塞6 的直線運動，圖1中示出了動力部分的曲軸1、大齒圈2、齒軸3、連桿4及十字頭5的位置?；钊?的直線運動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。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三缸泵設(shè)計用曲軸將旋轉(zhuǎn)運動和扭矩轉(zhuǎn)換成線性運動，推動活塞做功?；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 板因而承受來自箱體的拉伸力及液力端重量造成的彎矩，這個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 = β SIN(a - θ )/C0S θβ是與襯套尺寸和泵出口壓力相關(guān)的一個常量。以上公式表明作用在曲軸上每一個凸輪上的力是一個周期性變化的正玄波曲線。 由于三個凸輪相對偏移120度，因此這個正玄波曲線在每個凸輪上延遲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，即，將曲軸的支撐軸承布置 在曲軸的兩端，所有負載均在支撐軸承之間的三個連桿處。對于采用傳統(tǒng)設(shè)計泥漿泵，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離任何一端的 支撐軸承。作用在曲軸上的各個力的動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0型圈來密封。當(dāng)模塊與出口岐管間的保持螺栓13松動， 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，使得泵箱體遭受嚴重的扭曲應(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)計笨重。參照圖5。8.曲軸軸承15和驅(qū)動齒輪軸軸承16是由箱體側(cè)板支撐的。作用在齒輪軸和曲軸 上的支撐點跨度很大，造成嚴重的彎曲變形，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，這個不平衡造成出口流體中的脈沖波動傳遞到主立柱，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)計方 案使泵運行平穩(wěn)，消除出口流體脈沖，結(jié)構(gòu)更堅固，同時能夠減輕泵的重量。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采取以下設(shè)計方案本實用新型所述的四缸單作用容積式柱塞泵，由動力端和液力端兩部分組成，所 述的動力端由曲軸連桿十字頭傳動機構(gòu)和活塞組合構(gòu)成；所述的液力端由進料岐管、液力 模塊、出料岐管和儲能器組合構(gòu)成；該柱塞泵采用四缸傳動結(jié)構(gòu)，所述動力端的曲軸連桿十 字頭傳動機構(gòu)對應(yīng)帶有四個凸輪，將四個凸輪設(shè)置成相對偏移為90度；將曲軸支撐軸承設(shè) 計在兩兩凸輪之間；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)計為短支撐結(jié)構(gòu)且近中心線設(shè)置。兩個儲能器對稱布置。在柱塞泵的中心線上設(shè)置出料岐管及出口過濾器。本實用新型的優(yōu)點是泵運行平穩(wěn)，出口流體無脈沖，泵的結(jié)構(gòu)堅固，同時大大減 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凸輪上的受力示意。圖3為現(xiàn)有的三缸泥漿泵受來自液力端的周期性拉伸力導(dǎo)致箱體側(cè)板在曲軸軸 承座周圍和齒輪軸承座周圍發(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濾器和蓄能器安裝位置示意圖。圖9為本實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能器布置示意圖(側(cè)視)
以下結(jié)合附圖及具體實施例對本實用新型做進一步詳細說明
具體實施方式
參見圖9，本實用新型四缸單作用容積式柱塞泵亦由動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，故所述動力端對應(yīng)帶有四個凸輪。本實用新型四缸單作用容積式柱塞泵的一大改進點是首先，將四曲軸對應(yīng)的四個凸輪設(shè)置為兩對，每對凸輪中兩凸輪相對偏移為180 度，參見圖10a、圖10b，本實施例中，四個凸輪21、22、23和24分成兩對組，設(shè)置每對的兩凸 輪相對偏移為180度(即凸輪21與凸輪22兩凸輪相對偏移為180度；凸輪23與凸輪24 兩凸輪相對偏移為180度)，而凸輪21 (凸輪22)與凸輪23 (凸輪24)偏移90度(即四個 凸輪設(shè)置成相對各偏移為90度)，使曲軸和箱體上的作用力以負疊加平衡。其次，參見圖10a，將曲軸支撐軸承101設(shè)計在兩對凸輪的中間，亦即將曲軸支撐 軸承一個設(shè)計在第一凸輪21和第二凸輪22之間，另一設(shè)計在第三凸輪23和第四凸輪24 之間，使高負載傳遞出的動量降到可能的最小水平。因為每個凸輪都靠近軸承，而每個軸承 上任何瞬時只承受一個凸輪的負載。 參見圖11，縮短驅(qū)動軸和曲軸的支撐軸承102與103之間的距離，從而減小驅(qū)動軸 和曲軸的彎曲變形，改善作用在十字頭上的力的方向與運動方向的一致性。泵因而能夠運 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。參見圖12，將泵結(jié)構(gòu)支撐300設(shè)計得較短且接近中心線，使得本實用新型四缸單 作用容積式柱塞泵的結(jié)構(gòu)更堅固，因而在承受相當(dāng)?shù)呢摵蓷l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，并且維修、安裝方便。尤其在鉆井現(xiàn)場替換液力模塊，傳統(tǒng)的三缸 泵必須拆掉液力端200的幾乎所有部件，才能替換一個模塊。而本實用新型僅需拆卸6個 螺栓即可替換模塊。第四，出口處設(shè)二個儲能器202，參見圖13a、圖13b所示，該兩個儲能器相互對稱 布置；在泵的中心線上設(shè)置出口過濾器203，參見圖13a所示；設(shè)計兩個儲能器對稱布置，可 以改善出口脈沖，使出口流體及泵運行更加平穩(wěn)。將出口過濾器設(shè)置在泵中心線上可使出 口泥漿流動平穩(wěn)。上述各實施例可在不脫離本實用新型的范圍下加以若干變化，故以上的說明所包含及附圖中所示的結(jié)構(gòu)應(yīng)視為例示性，而非用以限制本實用新型的申請專利范圍。 通常，泥漿泵(三缸泵)在運行時振動很厲害，該振動主要來自于隨泵的每一沖程 周期性流體脈沖。而本實用新型幾臺四缸單作用容積式柱塞泵的實驗運行表現(xiàn)得非常平 穩(wěn)，在高壓出口軟管到鉆井臺沿線觀察不到任何振動。而且無論連桿上的負荷多大，十字頭 和滑板的運行溫度(約30°C)不變，證明摩擦極小。四缸泵在輸入驅(qū)動功率為零，50%和 100 %的不同工況時，未見應(yīng)力跡象，也未觀察到對工況改變產(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，由動力端和液力端兩部分組成，所述的動力端由曲軸連桿十字頭傳動機構(gòu)和活塞組合構(gòu)成；所述的液力端由進料岐管、液力模塊、出料岐管和儲能器，十字過濾器組合構(gòu)成；其特征在于該柱塞泵采用四缸傳動結(jié)構(gòu)，所述動力端的曲軸連桿十字頭傳動機構(gòu)對應(yīng)帶有四個凸輪，將四個凸輪設(shè)置成相對偏移為90度；將曲軸支撐軸承設(shè)計在每對凸輪中的兩個凸輪之間；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)兩個儲能器。
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 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儲能器 對稱于泵中心線布置。
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濾器。
專利摘要本實用新型公開了一種一種四缸單作用容積式柱塞泵，由動力端和液力端兩部分組成，所述的動力端由曲軸連桿十字頭傳動機構(gòu)和活塞組合構(gòu)成；所述的液力端由進料岐管、液力模塊、出料岐管和儲能器，十字過濾器組合構(gòu)成；其特征在于該柱塞泵采用四缸傳動結(jié)構(gòu)，所述動力端的曲軸連桿十字頭傳動機構(gòu)對應(yīng)帶有四個凸輪，將四個凸輪設(shè)置成相對偏移為90度；將曲軸支撐軸承設(shè)計在每對凸輪中的兩個凸輪之間；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)兩個儲能器，高壓出口設(shè)置在泵的中心線上。其使用效果好，該設(shè)計方案使泵的結(jié)構(gòu)更堅固，同時能夠減輕泵的重量。
文檔編號F04B1/16GK201650635SQ20102013583
公開日2010年11月24日 申請日期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 申請人:白舒恩;周珮