柱塞泵动力端壳体

技术领域

本公开的至少一个实施例涉及一种柱塞泵动力端壳体。

背景技术

柱塞泵在油田开采中常用于固井、酸化、压裂作业，通常以车或者撬的形式装配在整机设备上。

柱塞泵一般包括动力端和液力端两大部分。已知技术中，柱塞泵动力端总成的驱动法兰与诸如柴油机或电机动力源的外部动力源连接。在油田作业过程中，在外部动力源的驱动下，动力端总成的齿轮副进行旋转运动，带动连杆十字头结构做往复运动。柱塞的往复运动实现阀箱工作容积的变化以及凡尔总成的开关，由此实现高压液体的泵送。

动力端壳体作为柱塞泵的关键部件，用于搭载动力端所有零部件，并承载着动力端所有零部件在工作中所带来的所有荷载。随着国内外油田开采工况朝着高压力和大排量的趋势发展，对柱塞泵的动力端壳体的结构的可靠性、维护保养的便利性、设计的轻量化等方面提出了越来越高的要求。

发明内容

本公开的至少一个实施例提供了一种柱塞泵动力端壳体，其可提升动力端壳体结构的可靠性、维护/保养的便利性和设计的轻量化，从而更好地满足当下及未来的油田开采、尤其是压裂作业的需求。

为实现上述目的，本公开的实施例采取以下技术方案。

本公开的实施例提供了一种柱塞泵动力端壳体，包括壳体本体，所述壳体本体包括：

多个周边盖板，所述多个周边盖板首尾依次连接以限定在轴向上具有开口的筒结构；以及

中间立板，所述中间立板沿径向设置在所述筒结构内，并且通过全边界全焊接与所述多个周边盖板接合。

在一些示例中，所述多个周边盖板包括首尾依次连接的上圆弧盖板、后支撑板、斜挡板、后挡板、油底壳、前支撑板、前端板和前盖板，其中，

所述前盖板上设置有上观察窗组件，所述前盖板与所述上观察窗组件通过密封圈密封接合，并且

所述后支撑板上设置有后观察窗组件，所述后支撑板与所述后观察窗组件通过密封圈密封接合。

在一些示例中，所述柱塞泵动力端壳体还包括在所述开口处通过密封圈与所述壳体本体密封接合的第一齿轮箱盖和第二齿轮箱盖，所述第一齿轮箱盖和第二齿轮箱盖在所述筒结构的径向上相对于所述上圆弧盖板和所述后支撑板突出。

在一些示例中，所述密封圈通过螺纹固定孔而固定在所述前盖板和所述后支撑板上，并且所述螺纹固定孔为盲孔结构，

和/或，

所述密封圈通过螺纹固定孔而固定在所述第一齿轮箱盖和所述第二齿轮箱盖上，并且所述螺纹固定孔为盲孔结构。

在一些示例中，所述上观察窗组件包括上观察窗支撑板和设置在所述上观察窗支撑板上的多个彼此独立的上观察窗盖，

所述上观察窗支撑板相对于所述前盖板凸起。

在一些示例中，所述后观察窗组件包括多个彼此独立的后观察窗盖。

在一些示例中，所述油底壳上设有回油口，并且所述回油口具有卡箍沟槽结构。

在一些示例中，所述壳体本体上设置有润滑油管孔，所述润滑油管孔被配置为允许润滑油管在所述柱塞泵动力端壳体的内部延伸。

在一些示例中，所述前端板和所述中间立板采用屈服强度大于600MPa的钢材料制成，并且

所述第一齿轮箱盖、所述第二齿轮箱盖、所述上观察窗组件、所述后观察窗组件和所述密封圈采用铝合金材料制成。

在一些示例中，所述第一齿轮箱盖和第二齿轮箱盖上分别设置有旋转油封座，并且所述第一齿轮箱盖和第二齿轮箱盖中的一个上还设置有输入轴油封座，

所述旋转油封座和所述输入轴油封座分别通过设置在凸台结构上的固定螺纹孔而固定在相应的齿轮箱盖上，并且所述固定螺纹孔为盲孔结构。

本公开的实施例提供的柱塞泵动力端壳体具有以下有益效果：

在本公开的实施例提供的柱塞泵动力端壳体中，通过将中间立板设计为与壳体本体的周边盖板实现全边界全焊接，消除了中间立板与周边盖板之间存在的不焊接的交界位置，进而避免了作业过程中在该交界位置处出现的立板开裂异常；通过采用密封圈的形式来实现观察窗的密封以及实现壳体本体与齿轮箱盖之间的密封，并且通过将用于固定密封圈的螺纹固定孔设计为盲孔结构，解决了因固定螺栓易松动和/或易发生断裂异常而引起的密封不良，防止外界液体进入动力端壳体内部而导致润滑油乳化异常；通过在左、右齿轮箱盖上设计把手结构，解决了齿轮箱盖拆装困难的问题，方便了柱塞泵产品的维护/保养；通过将润滑系统的管路设置在动力端壳体内部，方便了润滑管路的装配与拆卸，同时也提升了润滑管路的防护；通过将旋转油封座的螺纹固定孔设计在齿轮箱盖上的凸起结构上，实现了旋转油封座的装配的便利性，提升了装配效率；通过下沉壳体本体的上圆弧盖板并且前移壳体本体的后支撑板，以及通过对观察窗、旋转油封座、齿轮箱盖等非承载件采用铝等轻型材质并且仅对壳体本体中比如中间立板、两侧立板、曲轴轴承座、前端板和小齿轮轴轴承座等关键承载件采用高强度钢材质的方式，在确保动力端壳体可靠性的同时、实现了其整体重量的减轻；通过将回油口设计为卡箍沟槽连接形式，方便拆装，杜绝渗油、漏油问题；通过将单个整体的观察窗组件设计为由多个独立的观察窗盖组成的结构，实现了观察窗拆装的便利性。

附图说明

通过结合附图对本公开实施例进行更详细的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显。附图用来提供对本公开实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本公开实施例一起用于解释本公开，并不构成对本公开的限制。在附图中，相同的参考标号通常代表相同部件或步骤。

图1为根据本公开实施例的柱塞泵动力端壳体的主视结构图；

图2为根据本公开实施例的柱塞泵动力端壳体的后视结构图；

图3为根据本公开实施例的柱塞泵动力端壳体的剖视结构图，示出了壳体本体中的中间立板和周边盖板；

图4为根据本公开实施例的柱塞泵动力端壳体的装配结构示意图，示出了安装在壳体内的齿轮副、旋转接头、小齿轮轴和连杆十字头总成；

图5为根据本公开实施例的柱塞泵动力端壳体中上观察窗组件的结构示意图，示出了上观察窗支撑板和上观察窗盖；以及

图6为根据本公开实施例的柱塞泵动力端壳体中设置在左、右侧齿轮箱盖上的旋转油封座的结构示意图。

附图标记：

1：右侧齿轮箱盖；2：动力端壳体本体；3：左侧齿轮箱盖；4：上观察盖；5：液力端连接螺栓；6：拉杆油封座；7：润滑油管；8：齿轮箱观察窗盖；9：旋转油封座；10：后观察窗盖；11：输入轴油封座；12：把手；13：中间立板；14：后支撑板；15：上圆弧盖板；16：前盖板；17：上观察窗支撑板；18：前端板；19：前支撑板；20：油底壳；21：回油口；22：后挡板；23：斜挡板；24：齿轮副；25：旋转接头；26：小齿轮轴；27：连杆十字头总成；28：上观察盖密封圈。

具体实施方式

为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例的附图，对本公开实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

本申请的发明人在生产实践中发现，随着国内外油田作业工况向高压力和大排量的趋势发展，柱塞泵的动力端壳体在现场作业中也出现了一系列的问题：动力端壳体的中间立板在与周边盖板的焊接交界位置容易出现立板开裂异常；观察窗的密封不良会导致动力端内部的润滑油外露，同时外界的液体也会进入动力端壳体内，导致动力端壳体内的润滑油出现乳化现象，影响整泵的作业；观察窗盖的重量容易导致观察窗的固定螺栓出现断裂异常；左、右齿轮箱盖的重量使得拆装过程非常不便，不利于维护/保养；润滑系统管路通常设计在动力端壳体的外侧，使得润滑管路的装配和拆解不方便，并且润滑管路的防护性能差；旋转油封座安装方式不便，装配效率低；例如拉杆油封座、旋转油封座、观察窗和齿轮箱盖等的非承载件通常也采用钢铁材质，导致壳体的整体重量较大。

本公开的实施例提供了一种柱塞泵动力端壳体，其可提升动力端壳体结构的可靠性、维护/保养的便利性以及设计的轻量性，从而更好地满足当下及未来的油田开采作业、尤其是压裂作业的需求。

如图1-图4所示，本公开的实施例提供的柱塞泵动力端壳体主要包括壳体本体2以及与壳体本体2密封接合的第一齿轮箱盖和第二齿轮箱盖，并且通过液力端连接螺栓5与液力端(未示出)连接。壳体本体2用于承载齿轮副24、旋转接头25、小齿轮轴26和连杆十字头总成27(图1-图3中不可见，图4中示出)，实现连杆十字头总成27的往复运动。第一齿轮箱盖和第二齿轮箱盖分别用于封盖齿轮副24，实现其密封。下文中，将以第一齿轮箱盖为右侧齿轮箱盖1(参见图1)并且第二齿轮箱盖为左侧齿轮箱盖3为例进行说明，但本公开的实施例不限于此。

如图3所示，壳体本体2可包括多个周边盖板，该多个周边盖板依次首尾相连以形成在轴向上具有开口的筒结构。壳体本体2还包括沿径向设置在筒结构内的中间立板13，中间立板13与多个周边盖板之间通过全边界全焊接的形式接合。在此需要说明的是，中间立板13的数量可根据柱塞泵的规格进行设置，例如，五缸柱塞泵可设置四个中间立板13，以将壳体本体2的筒结构划分为五个缸室。

仍参见图3，壳体本体2的该多个周边盖板可包括：构成上述筒结构的顶部的上圆弧盖板15；构成上述筒结构的底部的油底壳20；以及构成上述筒结构侧部的后支撑板14、斜挡板23、后挡板22、前支撑板19、前端板18和前盖板16。所述上圆弧盖板15、后支撑板14、斜挡板23、后挡板22、油底壳20、前支撑板19、前端板18和前盖板16依次首尾相接以限定该壳体本体2的该筒结构，而中间立板13与上述周边盖板之间通过全边界全焊接的形式接合。

如上所述，本公开的实施例提供的柱塞泵动力端壳体中，中间立板13与包括后支撑板14、上圆弧盖板15、前盖板16、前端板18、前支撑板19、油底壳20、后挡板22和斜挡板23的周边盖板实现全边界全焊接。本公开实施例中的全边界焊接是指，中间立板13的整个外边界(外边缘/外边沿)与其接触的各周边盖板之间全部通过焊接连接。由于中间立板13实现了全边界全焊接，焊接受力效果更好，同时避免了中间立板与周边盖板之间存在无焊接的交界位置，进而避免了柱塞泵现场作业期间、由上述无焊接的交界位置出现的应力集中导致的、该交界位置处的立板裂纹异常。

仍参见图1-图2，壳体本体2在筒结构的开口处与左侧齿轮箱盖3(参见图2)和右侧齿轮箱盖1(参见图1)之间通过密封圈实现密封接合。相比于已知技术中使用密封垫的密封形式，本公开实施例提供的密封圈形式的密封能够实现更好的密封效果，而且密封圈的使用寿命更长。这是因为密封垫的固定螺栓在装配过程中不易拧紧，在作业过程中容易产生振动松动和断裂异常；而与之相比，密封圈的固定螺栓在装配过程中可以容易地拧紧，因此在作业过程中不易产生振动松动或断裂异常。在一些示例中，上述密封圈通过螺纹固定孔而固定在相应的齿轮箱盖上，并且螺纹固定孔为盲孔，由此防止外界液体进入动力端壳体内部而导致润滑油乳化异常。

本公开的实施例提供的柱塞泵动力端壳体中，如图1-图4所示，在不与动力端壳体的其他部件相干涉的前提下，上圆弧盖板15的位置可下沉，而后支撑板14的位置可前移。换言之，在壳体本体2的径向方向上，左侧齿轮箱盖3和右侧齿轮箱盖1均相对于该上圆弧盖板15和该后支撑板14突出。由此，在减小动力端壳体本体2的重量的同时，缩短了壳体内部零部件的装配距离，从而方便了装配操作与维护/保养。

本公开的实施例提供的柱塞泵动力端壳体中，如图1、图3和图4所示，前盖板16上设置有上观察窗组件，并且前盖板16与上观察窗组件例如通过密封圈实现密封接合。在一些示例中，上观察窗组件包括上观察窗支撑板17和多个彼此独立的上观察窗盖4。例如，图1、图3和图4中均示出了五个彼此独立的上观察窗盖4，但本公开的实施例不限于此，也可以设置其他数量的、彼此独立的上观察窗盖。上观察窗盖的数量可根据柱塞泵的规格进行设置，例如，五缸柱塞泵可设置五个上观察窗盖。

在一些示例中，如图5所示，上观察窗支撑板17被设计为相对于前盖板16为凸起结构。由此，当外界液体在流经该凸起位置时，会因凸起结构而向周边泄流，从而更好地对上观察窗盖4起到密封作用。

本公开的实施例提供的柱塞泵动力端壳体中，如图2所示，后支撑板14上设置有后观察窗组件，并且后支撑板14与后观察窗组件例如通过密封圈实现密封接合。在一些示例中，后观察窗组件包括多个彼此独立的后观察窗盖10。例如，图2示出了五个彼此独立的后观察窗盖10，但本公开的实施例不限于此，也可以设置其他数量的、彼此独立的后观察窗盖。后观察窗盖的数量可根据柱塞泵的规格进行设置，例如，五缸柱塞泵可设置五个后观察窗盖。

本公开的实施例提供的柱塞泵动力端壳体中，如图1和图2所示，右侧齿轮箱盖1和左侧齿轮箱盖3上分别设置有独立的齿轮箱观察窗盖8，并且右侧齿轮箱盖1和左侧齿轮箱盖3分别例如通过密封圈实现与齿轮箱观察窗盖8的密封接合。在一些示例中，右侧齿轮箱盖1和左侧齿轮箱盖3上分别设置单个齿轮箱观察窗盖8，但本公开的实施例不限于此，也可以设置其他数量的、彼此独立的齿轮箱观察窗盖8。

在一些示例中，与图1和图2中示出的、用于实现壳体本体2与左侧齿轮箱盖3(参见图1)和右侧齿轮箱盖1(参见图2)之间的密封接合的密封圈类似，用于上观察盖4、后观察盖10和齿轮箱观察窗盖8的密封的上述密封圈也是通过螺纹固定孔而固定在相应的盖板和齿轮箱上的，并且螺纹固定孔为盲孔，由此防止外界液体进入动力端壳体内部而导致润滑油乳化异常。

如上所述，本公开的实施例提供的柱塞泵动力端壳体中设置有彼此独立的多个上观察盖4、彼此独立的多个后观察盖10和至少一个独立的齿轮箱观察窗盖8，用于在维护/保养柱塞泵动力端时，对壳体内的关键位置进行观察，同时也为拆解动力端内部零部件提供装配空间。

在一些示例中，考虑到上观察盖4和后观察窗盖10均为非承载件，可采用铝合金材质或者其他轻型材质制成，以减轻重量。已知技术通常采用一个整体的观察窗盖结构并且使用密封垫进行密封。一个整体的观察窗盖结构通常重量很大，而如前所述，密封垫的固定螺栓又不易拧紧，这导致固定螺栓更容易在作业过程中因该整体的观察窗盖结构的重量出现断裂异常；而且，现场维护/保养的时候，需要将整个观察窗盖全部拆下，拆装均不便利。本公开的实施例中，通过将整体的观察窗盖结构优化为多个独立的观察窗盖结构，同时通过采用铝合金材质或者其他轻型材质，实现了后观察窗盖重量的减轻；进一步地，通过采用密封圈形式密封取代已知技术的密封垫，在装配过程中可以方便地拧紧密封圈上的固定螺栓，防止固定螺栓在作业过程中的振动松动异常；此外，可以根据需要单独拆解指定的观察窗盖，方便拆装与维护/保养。

本公开的实施例提供的柱塞泵动力端壳体中，仍如图1-图2所示，右侧齿轮箱盖1和左侧齿轮箱盖3上可设置把手12。由于齿轮箱盖的重量通常较大，且没有很好的着力点，在装配及售后拆解过程中，其拆装非常困难。本公开的实施例提供的柱塞泵动力端壳体在左、右齿轮箱盖上均设计了把手结构，方便了左、右齿轮箱盖的拆装和维护/保养。

本公开的实施例提供的柱塞泵动力端壳体中，如图1-图2所示并且结合图6，右侧齿轮箱盖1和左侧齿轮箱盖3上分别设置有旋转油封座9；左侧齿轮箱盖3上还设置有输入轴油封座11；并且前端板18上设置有拉杆油封座6。上述拉杆油封座6、旋转油封座9和输入轴油封座11用于对油封物料的搭载，同时对连杆十字头总成27、旋转接头25、小齿轮轴26起密封作用。在此需要说明的是，尽管图2和图6中示出了将输入轴油封座11设置在左侧齿轮箱盖3上，但本公开的实施例不限于此，根据柱塞泵动力端的具体配置，输入轴油封座11也可设置在右侧齿轮箱盖1上。

在一些示例中，仍如图1和图2所示并且结合图6，上述旋转油封座9和输入轴油封座11被设计为通过设置在凸台结构上的固定螺纹孔而固定在相应的齿轮箱盖上，并且固定螺纹孔被设计为盲孔。由此，通过将油封座的固定螺纹孔设计在齿轮箱盖上的凸台结构上并且通过将螺纹固定孔设计为盲孔结构，在方便该旋转油封座9和输入轴油封座11的装配的同时，也保证了螺纹固定孔位置的防护性。

本公开的实施例提供的柱塞泵动力端壳体中，如图1、3和4所示，左侧齿轮箱盖3、壳体本体2和右侧齿轮箱盖1的对应位置分别设置有润滑油管孔，这些润滑油管孔被配置为允许润滑油管7在动力端壳体的内部延伸。例如，左侧齿轮箱盖3、中间立板13和右侧齿轮箱盖1的对应位置分别设置有润滑油管孔。换言之，本公开的实施例中，润滑管路设置在动力端壳体的内部。由此，相比于已知技术中将润滑管路设计在动力端壳体外部，通过将润滑管路内置的设计，润滑管路装配所需的物料更少，方便了润滑管路的装配与拆卸，同时也提升了润滑管路的防护。

本公开的实施例提供的柱塞泵动力端壳体中，如图3所示，在壳体本体2底部的油底壳20上设有回油口21，并且回油口21被设计为具有卡箍沟槽结构。由此，可以与整机的回油管路直接卡箍连接，以彻底杜绝渗油、漏油问题。这是因为，已知技术的回油口通常设计为NPT内螺纹结构形式，在整机装配中需要单独再装配一个一端NPT外螺纹、另一端卡箍沟槽结构的回油接头，拆装过程中需要用管钳拆卸、拧紧，这使得现场拆装非常困难，很容易使管接头夹变形，导致回油口出现渗油问题。

本公开的实施例提供的柱塞泵动力端壳体中，一方面，构成壳体本体2的前述中间立板13和前端板18，以及附图中未示出的两侧立板、曲轴轴承座和小齿轮轴轴承座等均属于关键承载件，可采用屈服强度大于600MPa的钢材料制成，以确保动力端壳体的稳定性和可靠性；另一方面，与前述上观察盖4和后观察窗盖10类似，上述右侧齿轮箱盖1和左侧齿轮箱盖3、齿轮箱观察窗盖8、以及拉杆油封座6、旋转油封座9和输入轴油封座11等也均为非承载件，均可由铝合金材质或者其他轻型材质制成，以进一步减小动力端壳体的整体重量。由此，通过对动力端壳体的关键承载件和非承载件采用不同的材质，可在确保稳定性和可靠性的同时、减小整体重量。

综上所述，在本公开的实施例提供的柱塞泵动力端壳体中，通过将中间立板设计为与壳体本体的周边盖板实现全边界全焊接，消除了中间立板与周边盖板之间存在的不焊接的交界位置，进而避免了作业过程中在该交界位置处出现的立板开裂异常；通过采用密封圈的形式来实现观察窗的密封以及实现壳体本体与齿轮箱盖之间的密封，并且通过将固定密封圈的螺纹固定孔设计为盲孔结构，解决了因固定螺栓易松动和/或易发生断裂异常而引起的密封不良，防止外界液体进入动力端壳体内部而导致润滑油乳化异常；通过在左、右齿轮箱盖上设计把手结构，解决了齿轮箱盖拆装困难的问题，方便了柱塞泵产品的维护/保养；通过将润滑系统的管路设置在动力端壳体内部，方便了润滑管路的装配与拆卸，同时也提升了润滑管路的防护；通过将旋转油封座的螺纹固定孔设计在齿轮箱盖上的凸起结构上，实现了旋转油封座的装配的便利性，提升了装配效率；通过下沉壳体本体的上盖板并且前移壳体本体的后支撑板，以及通过对观察窗、旋转油封座、齿轮箱盖等非承载件采用铝等轻型材质并且仅对壳体本体中的关键承载件采用高强度钢材质的方式，在确保动力端壳体可靠性的同时、实现了其整体重量的减轻；通过将回油口设计为卡箍沟槽连接形式，方便拆装，杜绝渗油、漏油问题；通过将单个整体的观察窗组件设计为由多个独立的观察窗盖组成的结构，实现了观察窗拆装的便利性。由此，本公开的实施例提供的动力端壳体可提升结构的可靠性、维护/保养的便利性和设计的轻量化，从而更好地满足当下及未来的油田开采、尤其是压裂作业的需求。

以上是对本发明的说明，而不应被认为是对其的限制。尽管描述了本发明的若干示例性实施例，但本领域技术人员将容易地理解，在不背离本发明的新颖教学和优点的前提下可以对示例性实施例进行许多修改。因此，所有这些修改都意图包含在权利要求书所限定的本发明范围内。应当理解，上面是对本发明的说明，而不应被认为是限于所公开的特定实施例，并且对所公开的实施例以及其他实施例的修改意图包含在所附权利要求书的范围内。本发明由权利要求书及其等效物限定。