專利名稱：一種用于泵送超低溫液氮的柱塞泵的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于泵送超低溫液氮的柱塞泵，屬于油田施工的液氮泵設備領域。
背景技術：
近年來，隨著壓裂工藝在油田應用上的不斷成熟，高壓氮氣的運用越來越多，如何產(chǎn)生高壓的氮氣成為一個難題。普通的空分制氮設備直接產(chǎn)生的壓縮氮氣只能產(chǎn)生最高35MPa的排出壓力，難以滿足油田壓裂的要求。液氮柱塞泵將低壓液氮加壓成高壓液氮，再利用熱交換將高壓液氮轉換成高壓氮氣的方式排出，這種方法可以成功獲得IOOMPa以上氮氣排出壓力，完全滿足壓裂作業(yè)的壓力要求，因此，液氮柱塞泵在油田拌注壓裂、拌注酸化、氮氣氣舉、油田試壓等場合應用廣泛。但是，由于液氮是一種超低溫的液體，沸點在-196攝氏度，對溫度非常敏感，所以普通結構的液氮柱塞泵工作時容易將動力端摩擦產(chǎn)生的熱量傳遞到泵送的液氮中從而導致液氮汽化，從而導致柱塞泵無法正常工作。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術中液氮泵在泵送液氮過程中，液氮容易吸熱汽化的問題，本發(fā)明提供一種用于泵送超低溫液氮的柱塞泵。

本發(fā)明解決上述技術問題的技術方案如下一種用于泵送超低溫液氮的柱塞泵，其包括動力端和冷端，所述冷端包括冷端殼體，所述冷端殼體一端安裝有柱塞，另一端設置有吸入口和排出口，在所述冷端殼體的吸入口和排出口處設置有閥座，所述柱塞一端與所述動力端連接，另一端與冷端殼體、閥座相互配合形成內(nèi)腔，所述閥座上設置有用于連通所述內(nèi)腔和所述吸入口的第一通道、以及用于連通所述內(nèi)腔和所述排出口的第二通道，在所述第一通道與內(nèi)腔之間設置有用于控制液氮吸入內(nèi)腔的低壓閥，在所述第二通道內(nèi)設置用于控制液氮排出內(nèi)腔的高壓閥，所述柱塞在所述動力端帶動下在所述內(nèi)腔中作直線往復運動，進而帶動所述低壓閥或所述高壓閥開閉，當?shù)蛪洪y打開時，使液氮從吸入口進入內(nèi)腔，當高壓閥打開時，液氮從排出口排出內(nèi)腔，在所述冷端殼體上設置有與所述內(nèi)腔相通的溢流口。進一步的,所述動力端包括動力端殼體、安裝在所述動力端殼體內(nèi)部且與動力系統(tǒng)連接的曲軸、與所述曲軸傳動連接的連桿、以及通過所述連桿與所述曲軸傳動連接的十字頭拉桿，所述十字頭拉桿與所述冷端的柱塞連接。進一步的,所述十字頭拉桿和所述柱塞通過卡瓦連接在一起。進一步的，所述動力端殼體上設置有呼吸口。進一步的,所述動力端殼體與所述冷端殼體通過過渡殼體連接在一起。進一步的,所述冷端殼體與所述過渡殼體采用螺紋連接方式連接在一起。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明用于泵送超低溫液氮的柱塞泵解決現(xiàn)有技術中液氮泵在泵送液氮過程中，液氮容易吸熱汽化的問題，采用特殊的方式將動力端和冷端連接起來，大大減少了動力端的熱量傳遞到液氮之中，同時，液氮泵采用了一種經(jīng)過特殊設計的冷端用于低壓液氮的吸入和高壓液氮的排出工作，可運用于油壓壓裂配套設備液氮車中。


圖I為本發(fā)明用于泵送超低溫液氮的柱塞泵的結構示意 圖2為圖I的俯視圖。
具體實施例方式以下結合附圖對本發(fā)明的原理和特征進行描述，所舉實例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。如圖I和圖2所示，一種用于泵送超低溫液氮的柱塞泵，主要由冷端2和動力端兩部分組成。動力端主要用來將發(fā)動機傳遞過來的旋轉運動轉換為往復直線運動。冷端2為 液氮泵的核心部件，其內(nèi)部進行了專業(yè)的結構設計，主要作用是實現(xiàn)液氮的低壓吸入和高壓排出。動力端包括動力端殼體11、安裝在動力端殼體11內(nèi)部的曲軸12、與曲軸12傳動連接的連桿13、以及通過連桿13與曲軸12傳動連接的十字頭拉桿14，在動力端殼體11上設置有呼吸口 10，曲軸12上連接輸入法蘭15，并通過輸入法蘭15與動力系統(tǒng)連接，動力端殼體11內(nèi)腔壁上設置有與十字頭連桿14連接的滑軌16。冷端2包括冷端殼體21，冷端殼體21內(nèi)一端安裝有柱塞22，另一端設置有吸入口23和排出口 24，在冷端殼體21的吸入口 23和排出口 24處設置有閥座25，柱塞22 —端與動力端的十字頭拉桿14通過卡瓦28連接在一起,另一端與冷端殼體21、閥座25相互配合形成內(nèi)腔20，閥座25上設置有用于連通內(nèi)腔20和吸入口 23的第一通道251、以及用于連通內(nèi)腔20和排出口 24的第二通道252，在第一通道251與內(nèi)腔20之間設置有用于控制液氮吸入內(nèi)腔20的低壓閥26，且低壓閥26和閥座25之間設置第一復位彈簧261，在第二通道252內(nèi)設置用于控制液氮排出內(nèi)腔20的高壓閥27，且高壓閥27和閥座25之間設置第二復位彈簧271，動力端外殼11和冷端外殼21之間通過過渡外殼30連接在一起。在冷端殼體21上設置有與內(nèi)腔20相通的溢流口 28。動力系統(tǒng)驅動輸入法蘭15旋轉，進而帶動曲軸12做旋轉運動，由于曲軸12設計成偏心結構，在連桿13的帶動下，十字頭連桿14可沿該滑軌16作直線往復運動，十字頭連桿14帶動柱塞22在內(nèi)腔20中作直線往復運動，在低壓閥26與閥座25配合下實現(xiàn)內(nèi)腔20吸入低壓液氮，在高壓閥27和閥座25配合下實現(xiàn)內(nèi)腔20排出高壓液氮。本發(fā)明用于泵送超低溫液氮的柱塞泵可通過泵送的液氮對冷端2的柱塞22進行潤滑和冷卻而不需要采用潤滑油，用于潤滑的液氮從冷端2溢流口 28流回液氮罐從而將柱塞22運行過程中由于摩擦產(chǎn)生的熱量散發(fā)掉，延長了冷端2的使用壽命。本發(fā)明用于泵送超低溫液氮的柱塞泵主要工作過程為從動力系統(tǒng)傳遞過來的旋轉動力通過輸入法蘭15輸入到該柱塞泵，輸入法蘭15進而驅動曲軸12做旋轉運動。由于曲軸12設計成偏心結構，在連桿13、十字頭拉桿14和滑軌16的共同作用下曲軸12的旋轉運動被轉變成十字頭拉桿14的往復直線運動。利用連接卡瓦31將十字頭拉桿14和冷端2的柱塞22連接到一起，從而驅動柱塞22進行著往復直線運動來吸入和排出液氮。
當柱塞22向左運動時，低壓閥26在第一復位彈簧261的作用下也向左移動，從而與閥座25分離，即低壓閥26為打開狀態(tài)，此時液氮依次通過吸入口 23、第一通道251以及低壓閥26中心位置的通孔后進入到柱塞22和低壓閥26之間的內(nèi)腔20內(nèi)，此時完成了液氮的吸入過程。當柱塞22向右運動時，液氮被壓縮壓力不斷升高，使低壓閥26克服第一復位彈簧261的作用力與閥座25的密封面重合到一起，低壓閥26封閉第一通道251，即低壓閥26為關閉狀態(tài)，防止了液氮的倒流。當液氮壓力超過高壓閥27的第二復位彈簧271作用力作用時，高壓閥27和閥座25密封面產(chǎn)生分離，即高壓閥27打開，柱塞22壓縮成的高壓液氮會依次通過第二通道252、排出口 24后流出柱塞泵，此時完成了液氮的排出過程。整個工作過程中一部分液氮會流經(jīng)柱塞22和冷端殼體21之間的縫隙，通過溢流口 28返回到液氮罐中再利用或者直接排放到空氣中，從而將柱塞22往復運動過程中摩擦產(chǎn)生的熱量散發(fā)掉，起到潤滑和冷卻的作用。該柱塞泵可以安裝三個完全獨立的冷端2，采用螺紋連接的方式與過渡殼體30進行連接，安裝、更換及日常檢修都非常方便，并且易于觀察冷端2的結霜情況。在該柱塞泵的其中一個冷端2損壞的情況下，其他冷端2仍然可以正常工作?！?br> 普通結構的液氮泵動力端和液力端通常是安裝在一起的，這種泵工作時動力端產(chǎn)生的高溫會直接傳遞到泵送介質中去。本發(fā)明用于泵送超低溫液氮的柱塞泵的十字頭拉桿14和柱塞22沒有直接進行接觸，而是通過連接卡瓦31將其連接到一起，避免了動力端的高溫傳遞到冷端2中造成液氮的汽化。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權利要求
1.一種用于泵送超低溫液氮的柱塞泵，其特征在于其包括動力端和冷端，所述冷端包括冷端殼體，所述冷端殼體一端安裝有柱塞，另一端設置有吸入口和排出口，在所述冷端殼體的吸入口和排出口處設置有閥座，所述柱塞一端與所述動力端連接，另一端與冷端殼體、閥座相互配合形成內(nèi)腔，所述閥座上設置有用于連通所述內(nèi)腔和所述吸入口的第一通道、以及用于連通所述內(nèi)腔和所述排出口的第二通道，在所述第一通道與內(nèi)腔之間設置有用于控制液氮吸入內(nèi)腔的低壓閥，在所述第二通道內(nèi)設置用于控制液氮排出內(nèi)腔的高壓閥，所述柱塞在所述動力端帶動下在所述內(nèi)腔中作直線往復運動，進而帶動所述低壓閥或所述高壓閥開閉，當?shù)蛪洪y打開時，使液氮從吸入口進入內(nèi)腔，當高壓閥打開時，液氮從排出口排出內(nèi)腔，在所述冷端殼體上設置有與所述內(nèi)腔相通的溢流口。
2.根據(jù)權利要求I所述的用于泵送超低溫液氮的柱塞泵，其特征在于所述動力端包括動力端殼體、安裝在所述動力端殼體內(nèi)部且與動力系統(tǒng)連接的曲軸、與所述曲軸傳動連接的連桿、以及通過所述連桿與所述曲軸傳動連接的十字頭拉桿，所述十字頭拉桿與所述冷端的柱塞連接。
3.根據(jù)權利要求2所述的用于泵送超低溫液氮的柱塞泵，其特征在于所述十字頭拉桿和所述柱塞通過卡瓦連接在一起。
4.根據(jù)權利要求2所述的用于泵送超低溫液氮的柱塞泵，其特征在于所述動力端殼體上設置有呼吸口。
5.根據(jù)權利要求2至4任一項所述的用于泵送超低溫液氮的柱塞泵，其特征在于所述動力端殼體與所述冷端殼體通過過渡殼體連接在一起。
6.根據(jù)權利要求5所述的用于泵送超低溫液氮的柱塞泵，其特征在于所述冷端殼體與所述過渡殼體采用螺紋連接方式連接在一起。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于泵送超低溫液氮的柱塞泵，其包括動力端和冷端，冷端包括冷端殼體，冷端殼體一端安裝有柱塞，另一端設置有吸入口和排出口，在冷端殼體的吸入口和排出口處設置有閥座，柱塞一端與動力端連接，另一端與冷端殼體、閥座相互配合形成內(nèi)腔，閥座上設置有用于連通內(nèi)腔和吸入口的第一通道以及用于連通內(nèi)腔和排出口的第二通道，在第一通道與內(nèi)腔之間設置有用于控制液氮吸入內(nèi)腔的低壓閥，在第二通道內(nèi)設置用于控制液氮排出內(nèi)腔的高壓閥，柱塞在動力端帶動下在內(nèi)腔中作直線往復運動，進而帶動低壓閥或高壓閥開閉，當?shù)蛪洪y打開時，使液氮從吸入口進入內(nèi)腔，當高壓閥打開時，液氮從排出口排出內(nèi)腔，在冷端殼體上設置有與內(nèi)腔相通的溢流口。
文檔編號F04B15/08GK102889191SQ20111020400
公開日2013年1月23日 申請日期2011年7月21日 優(yōu)先權日2011年7月21日
發(fā)明者林輝, 潘加東, 張君峰 申請人:煙臺杰瑞石油裝備技術有限公司