專利名稱：一種齒輪齒條耦合的液壓多缸往復(fù)泵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種齒輪齒條耦合的液壓多缸往復(fù)泵，屬于化工、礦山、石油等行 業(yè)用的泥漿泵、壓裂泵、注水泵、注聚泵等往復(fù)泵。
背景技術(shù)：
目前國內(nèi)外所廣泛使用往復(fù)泵，主要由齒輪傳動、曲軸、連桿和活塞等組成，其沖 次高、沖程短、排量調(diào)節(jié)困難、排量和排出壓力波動大，易損件壽命短，吸入性能較差，難以 滿足現(xiàn)代鉆井技術(shù)、酸化壓裂技術(shù)和注水開采技術(shù)的要求?，F(xiàn)有的往復(fù)泵要實現(xiàn)低沖次、大 排量、高泵壓，必須采用更大的傳動比、更長的沖程，傳動系統(tǒng)更復(fù)雜，系統(tǒng)效率更低，泵的 結(jié)構(gòu)尺寸更大，特別是往復(fù)泵的缸數(shù)越多，系統(tǒng)越復(fù)雜，制造難度越大，成本越高，使用和維 護(hù)越復(fù)雜。液壓往復(fù)泵采用液壓缸作為動力端直接驅(qū)動往復(fù)泵活塞往復(fù)運動，具有結(jié)構(gòu)緊 湊，重量輕，排量調(diào)節(jié)方便，排量、壓力波動小，沖程長、沖次低，易損件壽命長，機(jī)體、管線振 動小，傳動路線短，系統(tǒng)效率高等優(yōu)點。在二十世紀(jì)60年代末，美國率先開展了液壓往復(fù)泵的研制和應(yīng)用工作，70年代 初，哈里伯頓公司研制了 HT1000型液壓驅(qū)動壓裂泵；1985年美國研制成功了功率367. 75KW 的液壓泥漿泵，1991年挪威MH公司研制成功了以雙缸單作用液壓往復(fù)泵為基本組成單元， 輸入功率達(dá)到1588KW的液壓鉆井泵。國內(nèi)20世紀(jì)90年代出才開始進(jìn)行液壓往復(fù)泵的相關(guān) 研究，天津理工學(xué)院申請的中國專利92108815. 9和922^984. 0提出了一種“單缸雙作用式 液壓泥漿泵”；克拉瑪依雙環(huán)實業(yè)公司申請的中國專利91226084. X提出了一種“臥式雙活塞 單作用雙向液壓泥漿泵”。上述液壓往復(fù)泵工作中一個油缸只能驅(qū)動一個液缸進(jìn)液或排液， 或者一個油缸驅(qū)動兩個液缸進(jìn)液或排液；油缸回程中必須向有桿腔供油；單個油缸實現(xiàn)工 作液缸的增壓能力受油缸直徑影響大；多缸往復(fù)泵各個油缸之間的協(xié)調(diào)控制技術(shù)隨缸數(shù)的 增加變得非常復(fù)雜。發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種齒輪齒條耦合的液壓多缸往 復(fù)泵，能夠簡化液壓控制系統(tǒng)、提供較大推力、較高增壓能力，實現(xiàn)高泵壓、大排量、恒流量、 小壓力波動。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用如下技術(shù)方案本實用新型一種齒輪齒條耦合的液壓多缸往復(fù)泵，主要由液壓油缸、聯(lián)軸器、工作 液缸缸套、活塞、活塞桿、齒輪、吸入閥、排出閥、液壓換向閥、液壓油泵、電機(jī)裝配連接組成。 所述活塞桿上帶齒條；所述液壓油缸與活塞桿相互平行布置；采用一個齒輪與兩活塞桿上 帶的齒條同時嚙合；兩活塞桿按180°的運動相位差布置，即一個活塞在左死點位置時，而 另一個活塞在右死點位置。所述液壓油缸直接驅(qū)動活塞桿作直線往復(fù)運動，從而帶動活塞在工作液缸缸套中 作往復(fù)運動。兩個液壓油缸和兩個工作液缸組成一個基本單元，兩工作液缸的活塞桿平行布置，并采用一個齒輪與兩活塞桿上的齒條同時嚙合，兩活塞桿按180°的運動相位差布 置。一個基本單元中，既可無桿腔、有桿腔都供油，也可只給油缸無桿腔供油。當(dāng)向有桿腔和 無桿腔都供油時，是同時向一個油缸的無桿腔和另一個油缸的有桿腔供油，通過齒輪齒條 的耦合，兩油缸同時對排液工作液缸活塞產(chǎn)生工作推力，因而可實現(xiàn)較大增壓；當(dāng)?shù)竭_(dá)工作 行程死點時，液壓換向閥換向，停止向該油缸無桿腔和另一個油缸的有桿腔供油，轉(zhuǎn)而開始 向其有桿腔和另一個油缸的無桿腔供油，第一個油缸實現(xiàn)回程，第二個油缸實現(xiàn)工作行程， 兩個油缸通過齒輪齒條耦合共同為第二個液缸活塞產(chǎn)生推力。只給無桿腔供油時，僅需向 一個油缸供油，被供油油缸處于工作行程，其活塞桿上的齒條驅(qū)動齒輪帶動另一個液缸中 的活塞桿等速反向運動，實現(xiàn)了另一油缸不需供油就實現(xiàn)回程運動，到達(dá)工作行程死點時， 液壓換向閥換向，停止向該缸供油，轉(zhuǎn)而向另一油紅無桿腔供油，從而實現(xiàn)另一油缸的工作 行程和第一個油缸的回程運動。無論是只給油缸無桿腔供油，還是無桿腔、有桿腔都供油， 都只需要同一個液壓油源；無桿腔、有桿腔都供油時，流量在兩個油缸間的分配由于齒輪齒 條耦合可自動實現(xiàn)。以兩個液壓油缸和兩個工作液缸及齒輪齒條機(jī)構(gòu)為一個基本單元，可以組合成雙 缸、四缸、六缸及以上偶數(shù)缸的多缸往復(fù)泵。液力端的活塞也可以采用柱塞；液壓換向閥采用往復(fù)式換向閥，也可以采用旋轉(zhuǎn) 換向閥。本實用新型的優(yōu)點在于1、結(jié)構(gòu)簡單，系統(tǒng)工作效率高。2、可實現(xiàn)低沖次、長沖程，缸套、活塞和密封件等易 損件的工作壽命大大提高。3、可實現(xiàn)大排量、高泵壓，可以適應(yīng)深井、超深井等鉆井作業(yè)需 要。4、泵壓和排量波動小，在鉆井中有利于井壁的穩(wěn)定，在注聚合物過程中，有利于減輕對 聚合物降解和剪切作用，在壓裂過程中，可以大大減小地面高壓管線的振動，有利于安全作 業(yè)。5、吸入性能好，只需要單一壓力的液壓油源系統(tǒng)，液壓控制系統(tǒng)回路簡單，容易實現(xiàn)。6、 在相同液壓源壓力下，可比現(xiàn)有液壓往復(fù)泵提供更高的排出壓力。
圖1是本實用新型一種齒輪齒條耦合的液壓多缸往復(fù)泵的無桿腔和有桿腔均進(jìn) 油方案示意圖；圖2是本實用新型一種齒輪齒條耦合的液壓多缸往復(fù)泵的只有油缸的無桿腔進(jìn) 油方案示意圖。在圖中，1.液壓油缸，2.聯(lián)軸器，3.活塞桿，4.工作液缸缸套，5.活塞，6.排出閥， 7.吸入閥，8.吸入閥，9.排出閥，10.工作液缸缸套，11.活塞，12.齒輪，13.活塞桿，14.聯(lián) 軸器，15.液壓油缸，16.液壓換向閥，17.液壓油泵，18.電機(jī)，19.液壓油缸15的無桿腔， 20.液壓油缸15的有桿腔，21.液壓油缸1的無桿腔，22.液壓油缸1的有桿腔。
具體實施方式

以下結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本實用新型在圖1、圖2中，本實用新型一種齒輪齒條耦合的液壓多缸往復(fù)泵，主要由液壓油 缸(1、15)、聯(lián)軸器(2、14)、活塞桿(3、13)、工作液缸缸套(4、10)、活塞(5、11)、排出閥(6、9)、吸入閥(7、8)、齒輪12、液壓換向閥16、液壓油泵17、電機(jī)18等裝配連接組成。所述活 塞桿(3、1；3)上帶齒條；所述液壓油缸(1、巧)與活塞桿(3、1；3)相互平行布置，并用一個齒 輪12與兩活塞桿(3、1；3)上帶的齒條同時嚙合，兩活塞桿(3、13)按180°的運動相位差布 置，即一個活塞( 在左死點位置時，而另一個活塞(11)在右死點位置。油缸的無桿腔和有桿腔均進(jìn)油方案在圖1中，當(dāng)液壓油缸1的無桿腔21進(jìn)油時，其通過聯(lián)軸器2，推動活塞桿3和活 塞5向左運動，同時，液壓油缸15的有桿腔20進(jìn)油，拉動活塞桿13向右運動，通過齒輪12， 與液壓油缸1 一起共同對工作液缸缸套4里的液體加壓，由排出閥6排出到排出管線，此過 程中，液壓油缸1的有桿腔22和液壓油缸15的無桿腔19中的液壓油通過液壓換向閥16 排出。當(dāng)活塞5向左運動到左死點位置時，活塞11向右運動到右死點位置，此時，液壓換向 閥16換向，開始向液壓油缸15無桿腔19和液壓油缸1有桿腔22內(nèi)供油，通過齒輪12的 耦合，二者共同推動活塞桿13和活塞11向左運動，將工作液缸缸套10里的液體加壓，由排 出閥9排出到排出管線，同時共同帶動活塞桿3和活塞5向右運動，使液體由吸入閥7進(jìn)入 工作液缸缸套4內(nèi)，液壓油缸1的無桿腔21和液壓油缸15的有桿腔20內(nèi)的液壓油排出， 從而兩個工作液缸完成一個工作循環(huán)。只有油缸的無桿腔進(jìn)油方案在圖2中，當(dāng)液壓油缸1的無桿腔21進(jìn)油時，其通過聯(lián)軸器2，推動活塞桿3和活 塞5向左運動，將工作液缸缸套4里的液體加壓，由排出閥6排出到排出管線，活塞桿3在 向左運動過程中，其上的齒條帶動齒輪12旋轉(zhuǎn)，帶動活塞桿13向右運動，使活塞11向右運 動，液體由吸入閥8進(jìn)入工作液缸缸套10內(nèi)，同時活塞11推動油缸15，使其無桿腔19內(nèi)的 液壓油排出，當(dāng)活塞5向左運動到左死點位置時，活塞11向右運動到右死點位置，此時，液 壓換向閥16換向，開始向液壓油缸15無桿腔19內(nèi)供油，推動活塞桿13和活塞11向左運 動，將工作液缸缸套10里的液體加壓，由排出閥9排出到排出管線，活塞桿13在向左運動 過程中，其上的齒條帶動齒輪12旋轉(zhuǎn)，帶動活塞桿3向右運動，活塞5向右運動，使液體由 吸入閥7進(jìn)入工作液缸缸套4內(nèi)，同時活塞桿3推動油缸1，使其無桿腔21內(nèi)的液壓油排 出，兩個液缸完成一個工作循環(huán)。
權(quán)利要求1.一種齒輪齒條耦合的液壓多缸往復(fù)泵，主要由液壓油缸(1、15)、聯(lián)軸器(2、14)、活 塞桿(3、13)、工作液缸缸套(4、10)、活塞(5、11)、排出閥(6、9)、吸入閥(7、8)、齒輪(12)、 液壓換向閥(16)、液壓油泵(17)、電機(jī)(18)裝配連接組成，其特征在于所述活塞桿(3、 13)上帶齒條；所述液壓油缸(1、14)與活塞桿(3、13)相互平行布置；采用一個齒輪(12) 與兩活塞桿(3、1；3)上帶的齒條同時嚙合；兩活塞桿(3、1；3)按180°的運動相位差布置，即 一個活塞( 在左死點位置時，而另一個活塞(11)在右死點位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液壓多缸往復(fù)泵，其特征在于以兩缸為一個基本單元，能組 合成雙缸、四缸、六缸及以上偶數(shù)缸的多缸往復(fù)泵。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液壓多缸往復(fù)泵，其特征在于液缸中的活塞也可以采用柱。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液壓多缸往復(fù)泵，其特征在于液壓換向閥(16)采用往復(fù)式 換向閥，也可采用旋轉(zhuǎn)換向閥。
專利摘要本實用新型涉及一種齒輪齒條耦合的液壓多缸往復(fù)泵，主要由液壓油缸、聯(lián)軸器、工作液缸缸套、活塞、活塞桿、齒輪、吸入閥、排出閥、液壓換向閥、液壓油泵、電機(jī)裝配連接組成。所述活塞桿上帶齒條；所述液壓油缸與活塞桿相互平行布置；采用一個齒輪與兩活塞桿上帶的齒條同時嚙合；兩活塞桿按180°的運動相位差布置，即一個活塞在左死點位置時，而另一個活塞在右死點位置；兩個液壓油缸和兩個工作液缸組成一個基本單元。本實用新型可以組合成雙缸、四缸、六缸及以上偶數(shù)缸的多缸往復(fù)泵，系統(tǒng)效率高，沖程長，沖次低、排量大、泵壓高，易損件工作壽命長，泵壓和排量波動小，吸入性能好，維護(hù)保養(yǎng)簡便。
文檔編號F04B9/113GK201827039SQ20102054943
公開日2011年5月11日 申請日期2010年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月30日
發(fā)明者侯勇俊, 劉洪斌, 張智亮 申請人:西南石油大學(xué)