内分节增压的往复泵液力端及应用该液力端的往复泵
阅读说明：本技术 内分节增压的往复泵液力端及应用该液力端的往复泵 (Reciprocating pump hydraulic end with internal section pressurization and reciprocating pump applying same ) 是由 陈明海 于 2021-01-22 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种内分节增压的往复泵液力端,包括：泵体；活塞组件,活动设置在活塞通道内,包括活塞杆以及设于活塞杆上的活塞体；两个组合阀,分别为第一组合阀和第二组合阀；活塞体将活塞通道分隔为第一工作腔和第二工作腔,第一工作腔与第一组合阀通道连通,第二工作腔与第二组合阀通道连通,泵体上还具有进液流道、辅助流道以及排液流道,进液流道与第二组合阀的进液腔连通,排液流道与第一组合阀的排液腔连通,辅助流道的第一端口与第一组合阀的进液腔连通,辅助流道的第二端口与第二组合阀的排液腔连通。该往复泵液力端能有效达到各工业领域油田的高压力、高压差、高压缩比介质的安全输送,且不易出现泵体的开裂问题。还涉及一种往复泵。(The invention relates to an internal-segment pressurized reciprocating pump hydraulic end, which comprises: a pump body; the piston assembly is movably arranged in the piston channel and comprises a piston rod and a piston body arranged on the piston rod; the two combination valves are respectively a first combination valve and a second combination valve; the piston body divides the piston channel into a first working cavity and a second working cavity, the first working cavity is communicated with the first combination valve channel, the second working cavity is communicated with the second combination valve channel, the pump body is further provided with a liquid inlet flow channel, an auxiliary flow channel and a liquid discharge flow channel, the liquid inlet flow channel is communicated with the liquid inlet cavity of the second combination valve, the liquid discharge flow channel is communicated with the liquid discharge cavity of the first combination valve, a first port of the auxiliary flow channel is communicated with the liquid inlet cavity of the first combination valve, and a second port of the auxiliary flow channel is communicated with the liquid discharge cavity of the second combination valve. The hydraulic end of the reciprocating pump can effectively achieve safe conveying of high-pressure, high-pressure-difference and high-compression-ratio media in oil fields in various industrial fields, and the problem of cracking of a pump body is not easy to occur. It also relates to a reciprocating pump.)
技术领域
本发明涉及往复泵技术领域，尤其涉及一种内分节增压的往复泵液力端及应用该液力端的往复泵。
背景技术
油田在输送高压缩比的油气介质中都属当今难题，在不同的工况应用中，各种设备的功能状况都会存在各种问题，如：压差大，排出压力高会导致液力端主要件泵体、函体、阀套等产生开裂问题，高压缩比对油田输送油气液介质时就会出现气阻、往复泵运行阀工作失效，泵振动、噪声增大，致使泵效低等问题。不管是单缸、双缸、三缸、五缸的各种往复泵都会存在上述一样的问题。
在目前的工业领域中，用于输出压力高、压差大、输气液压缩比高时气液混合流体时一般也没有特殊解决的设备，只采用多泵分节压力输送。如，在油田注水或工业领域输送进口压力0.1MPa，出口压力≥40MPa的高压力高压差介质时，为了避免主件的开裂，往往采用分压力等级或由二节泵站输送。在油田输油气工况中由于压缩比超过10，一般的旋转螺杆泵、转子泵、往复泵都达不到输送的要求，由于输油气中压缩比超过8以上就会出现阀组在启闭中产生气阻滞后、增加泵的振动噪声或无作用低效率运行。一般只好采用接力增压泵来实施，通过多泵增压措施来增加运行成本，增加管理费用。因此，如何提供一种能有效满足气液混输中高压差、高压缩比的工况要求的往复泵成为了本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题是针对现有技术的现状，提供一种能有效满足气液混输中高压差、高压缩比的工况要求的往复泵的液力端。
本发明所要解决的第二个技术问题是针对现有技术的现状，提供一种应用上述液力端的往复泵。
本发明解决第一个技术问题所采用的技术方案为：一种内分节增压的往复泵液力端，包括：
泵体，具有相连通的活塞通道和组合阀通道，所述组合阀通道有两个，分别为第一组合阀通道和第二组合阀通道；
活塞组件，活动设置在所述活塞通道内，包括活塞杆以及设于活塞杆上的活塞体；
两个组合阀，分别为第一组合阀和第二组合阀，对应设于第一组合阀通道中和第二组合阀通道中，所述第一组合阀包括共用同一阀座的第一进液阀和第一排液阀，所述第二组合阀包括共用同一阀座的第二进液阀和第二排液阀；
所述活塞杆沿其轴向分为第一活塞杆和第二活塞杆，所述活塞体设于第一活塞杆与第二活塞杆之间，所述活塞体将所述活塞通道分隔为第一工作腔和第二工作腔，所述第一工作腔与所述第一组合阀通道连通，所述第二工作腔与所述第二组合阀通道连通，所述泵体上还具有进液流道、辅助流道以及排液流道，所述进液流道与所述第二组合阀的进液腔连通，所述排液流道与所述第一组合阀的排液腔连通，所述辅助流道的第一端口与所述第一组合阀通道相对应，并与第一组合阀的进液腔连通，辅助流道的第二端口与所述第二组合阀通道相对应，并与第二组合阀的排液腔连通。
为了保证第一活塞杆与第二活塞杆能够同步稳定运行，还包括主函体、副函体以及缸套，所述活塞通道沿所述泵体的横向贯穿，所述主函体设于所述活塞通道的后端口上，所述副函体设于所述活塞通道的前端口上，所述缸套设于所述活塞通道内，且夹紧在所述主函体与副函体之间，所述活塞体位于所述缸套内，并与缸套密封配合，所述第一活塞杆穿设在所述主函体上，并与主函体密封配合，所述第二活塞杆穿设在所述的副函体上，并与副函体密封配合。
为了保证活塞通道的密封性，以及避免活塞杆干磨问题，所述主函体与所述第一活塞杆之间设有第一密封填料总成，所述主函体上具有用于向所述第一密封填料总成中供应润滑油的第一油孔，所述副函体与所述第二活塞杆之间设有第二密封填料总成，所述副函体上具有用于向所述第二密封填料总成中供应润滑油的第二油孔。
为了保证主函体、缸套以及副函体与泵体的牢靠装配，所述主函体的前端面与所述缸套的后端面相抵，所述主函体上对应于所述第一组合阀通道具有用于连通缸套的内腔与所述第一组合阀的进液腔的第一缺口槽；
所述副函体的后端面与所述缸套的前端面相抵，所述副函体上对应于所述第二组合阀通道具有用于连通缸套的内腔与所述第二组合阀的进液腔的第二缺口槽。
上述第一缺口槽以及第二缺口槽可以是孔道、开口槽或其他流道的结构形式，只要能够实现缸套的内腔(第一工作腔和第二工作腔)与上述两个组合阀的进液腔连通，以及保证流量要求即可。
为了方便在特殊工况下对第一工作腔和第二工作腔进行泄压，所述主函体的前端面上具有第一通液槽，该第一通液槽与所述缸套的内腔相连通，所述泵体上开设有自外部贯通至所述第一通液槽的第一泄压孔道，所述泵体上设有用于控制所述第一泄压孔道通断的第一放空阀，所述副函体的后端面上具有第二通液槽，该第二通液槽与所述缸套的内腔相连通，所述泵体上开设有自外部贯通至所述第二通液槽的第二泄压孔道，所述泵体上设有用于控制所述第二泄压孔道通断的第二放空阀。
为了增大第一组合阀通道以及第二组合阀通道的进液容积，所述第一组合阀通道的内壁上对应于所述第一组合阀的进液腔具有第一环形凹槽，该第一环形凹槽与所述辅助流道的第一端口连通，所述第二组合阀通道的内壁上对应于所述第二组合阀的进液腔具有第二环形凹槽，该第二环形凹槽与所述进液流道连通。
为了简化活塞组件的装配结构并保证第一活塞杆与第二活塞杆的同轴度，第一活塞杆和第二活塞杆为分体件，且同轴设置，所述第一活塞杆的端部设有第一活塞，所述第二活塞杆的端部设有第二活塞，第一活塞与第二活塞通过螺栓连接在一起，从而共同构成所述的活塞件，所述第一活塞与第二活塞中其中一个的端面上设有定位凸块，另一个上设有与所述定位凸块相适配的定位凹槽。进一步地，为了实现第一活塞杆与第二活塞杆前后运行时容积变化的一致性，进而保证第一组合阀与第二组合阀的流量输送的均匀性，第一活塞与第二活塞的结构相同。
为了对第一组合阀及第二组合阀进行装配，所述第一组合阀通道与第二组合阀通道均竖向设置，且均向上贯穿所述泵体的顶壁，所述第一组合阀自上而下设于所述的第一组合阀通道中，并由对应设于所述第一组合阀通道的上端口位置的第一限位法兰向下压紧在所述第一组合阀通道中，所述第二组合阀自上而下设于所述的第二组合阀通道中，并由对应设于所述第二组合阀通道的上端口位置的第二限位法兰向下压紧在所述第二组合阀通道中。
本发明解决第二个技术问题所采用的技术方案为：一种应用上述液力端的往复泵，还包括动力端，所述动力端包括机身、设于机身内的曲轴以及由曲轴带动作径向往复运动的传动组件，所述传动组件与所述液力端的活塞杆连接。
为了将往复泵的动力端的机身与液力端的泵体的同轴装配，保证活塞杆前后往复运行的稳定性，所述液力端包括主函体、副函体以及缸套，所述活塞通道沿所述泵体的横向贯穿，所述主函体设于所述活塞通道的后端口上，所述副函体设于所述活塞通道的前端口上，所述缸套设于所述活塞通道内，且夹紧在所述主函体与副函体之间，所述主函体基本呈柱状，其外圆上设有第一定位台阶和第二定位台阶，所述第一定位台阶与第二定位台阶同轴设置，所述活塞通道的后端口具有环形定位槽，所述主函体通过所述第一定位台阶限位在所述的环形定位槽中，所述机身的前部具有装配孔，所述主函体的后端装配在所述的装配孔中，并通过所述的第二定位台阶进行限位。
与现有技术相比，本发明的优点：本发明的往复泵的液力端是采用在泵体内分节的方式将泵体内第一组合阀的进液腔与第二组合阀的排液腔连通，当活塞体前后往复运动时，油气混合介质可由外部的进液管汇进入到第二组合阀的第二进液阀的进液腔中，通过第二组合阀的启闭实现第一节增压，在经第一节增压后进入到泵体的辅助流道中，而后进入第一组合阀的进液腔中，并通过第一组合阀的启闭达到第二节增压后排出，由此，可在泵体内实现两次增压，达到现场需要压力，其中，采用本发明的内分节增压的往复泵液力端进行流体输送过程，在全液介质的输入压力为0.05MPa，其输出压力可达到50MPa以上，在油气液介质的输入压力为0.15Mpa，其输出压力可达到6MPa，因而能有效达到各工业领域油田的高压力、高压差、高压缩比介质的安全输送，且不易出现泵体的开裂问题。
附图说明
图1为本发明实施例的往复泵的立体结构示意图；
图2为本发明实施例的泵体的后侧视图；
图3为本发明实施例的泵体的纵向剖视图；
图4为本发明实施例的主函体的侧视图；
图5为本发明实施例的主函体的纵向剖视图；
图6为本发明实施例的副函体的纵向剖视图；
图7为本发明实施例的副函体的侧视图。
图8为本发明实施例的往复泵的液力端的结构示意图。
图9为本发明实施例的活塞件的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，由于本发明所公开的实施例可以按照不同的方向设置，所以这些表示方向的术语只是作为说明而不应视作为限制，比如“上”、“下”并不一定被限定为与重力方向相反或一致的方向。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
参见图1-图9，一种可内外分节增压的往复泵包括动力端及液力端。动力端包括机身80、设于机身80内的曲轴82以及由曲轴82带动作径向往复运动的传动组件83。液力端包括泵体10、活塞组件、组合阀、主函体41、副函体51以及缸套61。其中，泵体10具有相连通的活塞通道100和组合阀通道。活塞组件活动设置在活塞通道100内，活塞组件具体包括活塞杆以及设于活塞杆上的活塞体。组合阀设于上述的组合阀通道中。动力端的传动组件83与液力端的活塞杆连接。在曲轴82动作时，通过传动组件83带动活塞组件在泵体10的活塞通道100中在前后方向上作往复运动。
参见图1及图3，本实施例的活塞通道100沿泵体10的横向(前后方向)贯穿，主函体41设于活塞通道100的后端口上，副函体51设于活塞通道100的前端口上，缸套61设于活塞通道100内，且夹紧在主函体41与副函体51之间，从而实现在活塞通道100的轴向上的定位。活塞体位于缸套61内，并通过对应设于活塞体的外圆上的密封圈与缸套61密封配合。其中，主函体41及副函体51可采用非圆的柱状结构，以使两者对应装配在泵体10的活塞通道100的前后两个端口中后，不能随意转动，进而保证主函体41、副函体51以及泵体10装配的牢靠性，避免出现密封不良问题。
参见图8，为了保证主函体41、缸套61以及副函体51与泵体10的牢靠装配，主函体41的前端面与缸套61的后端面相抵，主函体41上对应于第一组合阀通道11具有用于连通缸套61的内腔与第一组合阀21的进液腔的第一缺口槽43。副函体51的后端面与缸套61的前端面相抵，副函体51上对应于第二组合阀通道12具有用于连通缸套61的内腔与第二组合阀22的进液腔的第二缺口槽53。上述第一缺口槽43以及第二缺口槽53可以是孔道、开口槽或其他流道的结构形式，只要能够实现缸套61的内腔(第一工作腔101和第二工作腔102)与上述两个组合阀的进液腔连通，以及保证流量要求即可。
参见图8，为了方便在特殊工况下对第一工作腔101和第二工作腔102进行泄压，主函体41的前端面上具有第一通液槽44，该第一通液槽44与缸套61的内腔相连通，泵体10上开设有自外部贯通至第一通液槽44的第一泄压孔道15，泵体10上设有用于控制第一泄压孔道15通断的第一放空阀71。副函体51的后端面上具有第二通液槽54，该第二通液槽54与缸套61的内腔相连通，泵体10上开设有自外部贯通至第二通液槽54的第二泄压孔道16，泵体10上设有用于控制第二泄压孔道16通断的第二放空阀72。
参见图1及图8，本实施例的一个活塞通道100(一缸)对应与两个组合阀通道相连通，也即，在活塞通道100的轴向上，两个组合阀通道依次间隔设置。本实施例的两个组合阀通道，分别为第一组合阀通道11和第二组合阀通道12。本实施例的活塞体将活塞通道100分隔为第一工作腔101和第二工作腔102，第一工作腔101与第一组合阀通道11连通，第二工作腔102与第二组合阀通道12连通。
参见图1，本实施例的往复泵的组合阀(针对往复泵的一缸结构)有两个，对应设于第一组合阀通道11中和第二组合阀通道12中。本实施例的第一组合阀通道11与第二组合阀通道12均竖向设置，且均向上贯穿泵体10的顶壁，第一组合阀21自上而下设于第一组合阀通道11中，并由对应设于第一组合阀通道11的上端口位置的第一限位法兰73向下压紧在第一组合阀通道11中。第二组合阀22自上而下设于第二组合阀通道12中，并由对应设于第二组合阀通道12的上端口位置的第二限位法兰74向下压紧在第二组合阀通道12中。在装配时，可以将第一组合阀21及第二组合阀22从第一组合阀通道11及第二组合阀通道12的上端口装入其中，并通过对应的限位法兰压紧接口。
参见图1，本实施例的第一组合阀21包括共用同一阀座的第一进液阀211和第一排液阀212，其中第一进液阀211位于下位，第一排液阀212位于上位。第二组合阀22包括共用同一阀座的第二进液阀221和第二排液阀222，其中，第二进液阀221位于下位，第二排液阀222位于上位。
参见图1及图3，为了增大第一组合阀通道11以及第二组合阀通道12的进液容积，第一组合阀通道11的内壁上对应于第一组合阀21的进液腔具有第一环形凹槽17，该第一环形凹槽17与辅助流道19的第一端口连通。第二组合阀通道12的内壁上对应于第二组合阀22的进液腔具有第二环形凹槽18，该第二环形凹槽18与进液流道13连通。
参见图3，本实施例的泵体10上还具有进液流道13、辅助流道19以及排液流道14。进液流道13用于与外部的进液管汇75连接，并且，本实施例的进液流道13与第二组合阀22的进液腔也对应连通。排液流道14用于外部的排液管汇连接，并且，本实施例中的排液流道14与第一组合阀21的排液腔也对应连通。本实施例的辅助流道19用于将第一组合阀通道11与第二组合阀通道12连通，具体地，辅助流道19的第一端口与第一组合阀通道11相对应，并与第一组合阀21的进液腔连通，辅助流道19的第二端口与第二组合阀通道12相对应，并与第二组合阀22的排液腔连通。
采用上述在泵体10内分节的方式，也即采用主副液力端的结构，可将泵体10内第一组合阀21的进液腔与第二组合阀22的排液腔连通，当活塞体前后往复运动时，油气混合介质可由外部的进液管汇75进入到第二组合阀22的第二进液阀221的进液腔中，通过第二组合阀22的启闭实现第一节增压，在经第一节增压后进入到泵体10的辅助流道19中，而后进入第一组合阀21的进液腔中，并通过第一组合阀21的启闭达到第二节增压后排出，由此，可在泵体10内实现两次增压，达到现场需要压力，其中，采用本发明的内分节增压的往复泵液力端进行流体输送过程，在全液介质的输入压力为0.05MPa，其输出压力可达到50MPa以上，在油气液介质的输入压力为0.15Mpa，其输出压力可达到6MPa，因而能有效达到各工业领域油田的高压力、高压差、高压缩比介质的安全输送，且不易出现泵体10的开裂问题。
结合图9，本实施例的活塞杆沿其轴向分为第一活塞杆31和第二活塞杆32，其中，第一活塞杆31位于活塞通道100的后侧，第二活塞杆32位于活塞通道100的前侧。具体地，本实施例的第一活塞杆31和第二活塞杆32为分体件，且两者同轴设置。本实施例的活塞体设于第一活塞杆31与第二活塞杆32之间，活塞体也分别由连接在第一活塞杆31的端部的第一活塞311以及连接在第二活塞杆32的端部的第二活塞321通过螺栓装配在一起构成，两者的配合处设置密封，活塞体的外径按置导向密封带作为往复密封。
继续参见图9，为了保证第一活塞杆31与第二活塞杆32的同轴度，本实施例第一活塞311的端面上设有定位凸块312，第二活塞321的端面上设有与定位凸块312相适配的定位凹槽322。优选地，第一活塞311与第二活塞321的结构相同，由此，第一活塞杆31与第二活塞杆32前后运行时，活塞通道100的第一工作腔101以及第二工作腔102的容积变化的一致，从而能保证第一组合阀21与第二组合阀22的流量输送的均匀性。
参见图4及图5，主函体41上具有第一穿孔47，第一活塞杆31穿设在主函体41的第一穿孔47中，并与主函体41密封配合。副函体51上具有第二穿孔55，第二活塞杆32穿设在副函体51的第二穿孔55中，并与副函体51密封配合，详见图6及图7。本实施例的主函体41基本呈柱状，其外圆上设有第一定位台阶45和第二定位台阶46，其中，第一定位台阶45与第二定位台阶46同轴设置。活塞通道100的后端口具有环形定位槽103，主函体41通过第一定位台阶45限位在环形定位槽103中。动力端的机身80的前部与泵体10的后立面贴合，主函体41设于两者的贴合面上，具体地，动力端的机身80的前部具有装配孔81，主函体41的后端装配在上述装配孔81中，并通过第二定位台阶46进行限位，由此，动力端的机身80与液力端的泵体10能够牢靠地装配在一起，且能活塞杆与动力端的十字头滑道位于同一直线上，进而保证活塞杆前后往复动作的稳定性，详见图1。
参见图1，为了保证活塞通道100的密封性，以及避免活塞杆干磨问题，主函体41与第一活塞杆31之间设有第一密封填料总成62，主函体41上具有用于向第一密封填料总成62中供应润滑油的第一油孔42。副函体51与第二活塞杆32之间设有第二密封填料总成63，副函体51上具有用于向第二密封填料总成63中供应润滑油的第二油孔52。其中，上述第一密封填料总成62以及第二密封填料总成63均包括依次安置的导向套、密封填料以及油环等结构。其中，密封填料有两组，且相对油环对称设置，油环沿其周向间隔多个过油孔，且油环的内周面及外周面上均开设有与过油孔对应连通的环形油槽，由此实现对两侧密封填料良好润滑。第一密封填料总成62以及第二密封填料总成63均可采用具有能自调或手调调节密封功能的填料密封结构。
参见图1，泵体10的活塞通道100的前端口位置还罩设有观漏套76，以便用户及时观察第二活塞杆32与副函体51接合位置处是否有漏液问题。
参见图1及图2，本实施例的往复泵具有润滑油罐84，泵体10上具有与润滑油罐84连通的油道104，该油道104又与主函体41的第一油孔42及副函体51的第二油孔52连通，确保活塞杆密封不干磨。本实施例的往复泵动力端采用双作用结构，以满足内增压液力端的二节增压过程中产生的不同的受力，在输送气液混合流体的往复过程各旋转运动件的油膜不被破坏，具体可采用滑动与滚动相结合，适用于不同缸数的往复泵中。
本实施例的往复泵的工作过程：
油气混合介质进入往复泵的进口管汇，往复泵的液力端的活塞组件在动力端限动下往复运行，其中，活塞体往后运行时，缸套61的第二工作腔102的吸入容积变大，第二组合阀22的第二进液阀221启开，油气混合介质从进液管汇75中吸入，此时，第一组合阀21的第一进液阀211关闭，第一工作腔101容积变小，腔内压力升高，第一组合阀21的第一排液阀212开启，活塞体将第一工作腔101容积的油气混合介质通过第二组合阀22的内流道升压后排出；当活塞体往前运行时，缸套61的第二工作腔102容积变小，第二组合阀22的第二进液阀221关闭，第二工作腔102的腔内压力升高，油气混合介质通过第二组合阀22的内流道启开第二排液阀222，介质从第二组合阀22的排液腔进入到位于两组合阀中间的辅助流道19中，此时，第一工作腔101的容积变大，第一组合阀21的第一进液阀211启开，油气混合介质进入第一工作腔101内，由此，活塞体在前后往复运行时，可在泵体10内实现两次增压，达到现场需要压力，其中，采用本发明的内分节增压的往复泵液力端进行流体输送过程，在全液介质的输入压力为0.05MPa，其输出压力可达到50MPa以上，在油气液介质的输入压力为0.15Mpa，其输出压力可达到6MPa，因而能有效达到各工业领域油田的高压力、高压差、高压缩比介质的安全输送，且不易出现泵体10的开裂问题。
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