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CN107002642A - 具有应力分布接合部的流体气缸体 - Google Patents

具有应力分布接合部的流体气缸体 Download PDF

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CN107002642A CN201580067473.6A CN201580067473A CN107002642A CN 107002642 A CN107002642 A CN 107002642A CN 201580067473 A CN201580067473 A CN 201580067473A CN 107002642 A CN107002642 A CN 107002642A
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Abstract

一种流体气缸体，其包括：本体，所述本体具有形成在其中的多个孔，所述多个孔在联结部处相交；和应力分布接合部，所述应力分布接合部包括凹槽，所述凹槽在所述联结部的每一侧上邻近的所述多个孔中的相对的孔形成在所述本体中，其中所述凹槽包括主尺寸，所述主尺寸大于相对的孔的直径。

Description

具有应力分布接合部的流体气缸体
技术领域
本公开的实施例大体涉及流体气缸体，所述流体气缸体用在加压流体输送系统中以在极高压力下传输大量流体，并且具体地涉及具有一个或多个应力分布接合部的流体气缸体。
背景技术
加压流体输送系统用在多种行业中，所述加压流体输送系统包括流体气缸体，所述流体气缸体用于在高的压力下传输流体。使用这种系统的行业的一个示例包括油气行业，在油气行业中，通常使用例如为多路复用(multiplex)柱塞泵的高压流体往复泵。这些类型的泵具有流体端部，所述流体端部包括由动力端部驱动的阀、活塞、衬垫及其他部件，所述动力端部将驱动轴的旋转转化为流体端部中的活塞的往复运动。所述流体端部通常包括流体气缸体，所述流体气缸体具有至少三个孔，所述至少三个孔在联结部处相交，并且所述孔中的至少两个共用公共轴线。所述泵以高达100桶/分钟的速率促进泵送，并且能够产生可变的压力，例如，在抽吸期间的负压到大约1000磅/平方英寸(psi)或更大的排出压力之间变化。这种可变的压力可以以频繁的间隔(例如，对于以每分钟300冲程操作的泵，间隔为约每五分之一秒)发生。由于振荡的压力使得流体气缸体由于循环疲劳应力而破裂和失效，因而所述流体气缸体的流体端部经常具有短的使用寿命。
为了减轻流体气缸体中的应力已经做出许多尝试。一种这种尝试包括使一个孔的轴线相对于其它孔的轴线完全偏置。然而，完全偏置所述孔在流体端部中产生不太理想的流动动态特性。由于内部阀和其它内部部件经由所述孔的内部而接近，因此完全偏置还使得流体端部的维修复杂化。因此，在孔之间引入额外的弯曲或转弯使得维修复杂化。此外，偏置所述孔会使得标准内部部件的使用率降低到最低限度，导致需要制造和/或购买定制部件。这显著地增加流体端部的成本。
因此，需要一种抵抗应力的流体气缸体。
发明内容
因此，本公开的目标是提供一种流体气缸体，所述流体气缸体具有一个或多个应力分布接合部。
在一个实施例中，提供一种流体气缸体。所述流体气缸体包括：本体，所述本体具有形成在其中的多个孔，所述多个孔在联结部处相交；和应力分布接合部，所述应力分布接合部包括凹槽，所述凹槽在所述联结部的每一侧上邻近所述多个孔的相对的孔形成在所述本体中，其中，所述凹槽包括主尺寸，所述主尺寸大于相对的孔的直径。
在另一实施例中，提供一种流体端部。所述流体端部包括：本体，所述本体具有形成在其中的多个孔，所述多个孔在联结部处相交；应力分布接合部，所述应力分布接合部包括凹槽，所述凹槽在多个孔中的第一孔中形成在所述本体中，其中，所述凹槽包括主尺寸，所述主尺寸大于所述多个孔中的每一个的直径；以及柱塞，所述柱塞布置在所述多个孔中的一个中。
在另一实施例中，提供一种流体端部。所述流体端部包括：本体，所述本体具有形成在其中的多个孔，所述多个孔在联结部处相交；应力分布接合部，所述应力分布接合部包括凹槽，所述凹槽在所述联结部的每一侧上邻近所述多个孔中的相对的孔形成在所述本体中，其中，所述凹槽包括主尺寸，所述主尺寸大于所述相对的孔的直径；以及柱塞，所述柱塞布置在所述多个孔中的一个中。
附图说明
已经大体描述了本公开的多个实施例，现在将参考附图进行描述。
图1A是流体气缸体的示意性侧视剖视图，所述流体气缸体可以用于在高的压力下传输流体。
图1B是流体气缸体的一个实施例的侧视剖视图，所述流体气缸体用于在高的压力下传输流体。
图2是如本文所述的用于流体端部的流体气缸体的一个示例的等距视图，所述流体气缸体具有应力分布接合部。
图3是流体气缸体沿图2的线3-3的剖视图。
图4是流体气缸体沿图2的线4-4的剖视图。
图5是流体端部的等距视图，所述流体端部具有如本文所述的具有应力分布接合部120的流体气缸体200。
图6是流体端部沿图5的线6-6的剖视图。
图7是图4中示出的凹槽的放大的部分剖视图。
图8A和8B是凹槽的替代实施例的放大的部分剖视图，所述凹槽的替代实施例可以用作图4中示出的凹槽。
为了方便理解，在可能的情况下，已经使用相同的附图标记来表示附图所共有的相同的元件。可以想到，一个实施例中公开的元件可以有利地用于其它实施例而无需特别说明。
具体实施方式
本发明的实施例提供一种流体气缸体，所述流体气缸体用于使用在加压流体输送系统中，并且具有一个或多个应力分布接合部。相对于没有这种接合部的流体气缸体，流体气缸体的一个或多个应力分布接合部用于减小流体气缸体的某些部分中的应力。因为使用更少的材料，并且可以使用现有的标准内部部件(例如阀、阀座、柱塞等)，因此与现有技术的流体气缸体相比，本文描述的流体气缸体可以更便宜地构造。此外，流体气缸体包括共用公共轴线的相对的孔，这优化了流体动力学并且提高了人员对流体气缸体的可维修性。此外，许多现有的流体气缸体可以被翻新以包括本文所述的应力分布接合部。
图1A是流体气缸体1的示意性侧视剖视图，所述流体气缸体1可以用于在高的压力下(例如，在大约1000磅每平方英寸(psi)的压力或更大的压力)传输流体。流体气缸体1包括本体105，所述本体105可以是由金属材料制成的坚固整体(solid monolithic body)。本体105包括形成在其中以便传输流体的孔110A-110D。相对的孔110A和110C沿公共轴线115A形成，并且相对的孔110B和110D共用公共轴线115B。当形成孔110A-110D时，公共轴线115A和115B可以包括达到约+/-2英寸的偏差，但孔110A-110D的轴线大体位于约+/-0.1英寸或更小的偏差内。孔110A-110D中的一个或多个可以是入口或出口，并且可以包括用于内部部件的座部，所述内部部件例如为阀、阀座、柱塞等。
当流体在高的压力下设置在孔110A-110D中时，由虚线125示出的载荷路径形成在流体气缸体1的本体105中。载荷路径125大体与孔110A-110D的相交线130共面并且从所述相交线130向外延伸。每个孔110A-110D的相交线130因此形成联结部135，在所述联结部135处，由加压流体引起的内部应力可以在本体105中引起裂纹(未示出)。所述裂纹大体形成在沿相交线130的所述联结部的至少柔性部位(所述相交线130大体终止于四个位置，在所述四个位置处，相交线130与本体105的剖面相交叉)，从而引起流体气缸体100失效。
图1B是根据本文描述的实施例的用于在高的压力下传输流体的流体气缸体100的一个实施例的侧视剖视图。流体气缸体100包括应力分布接合部120，所述应力分布接合部120形成在孔110A-110D的至少一部分中。在这个实施例中，应力分布接合部120被示出为位于相对的孔110B和110D上，但可以替代地被包括在相对的孔110A和110C中，或者位于孔110A、110B、110C或110D的仅一个上。例如，应力分布接合部120可以仅被包括在流体气缸体100的上部部分上(邻近孔110A、110B和110C)并且不被包括在相对的孔110D中。在这种情况中，流体气缸体100可能沿孔110A、110D和110C之间的载荷路径125失效。在一些情况中，与流体气缸体100的高压力侧(例如孔110B)相反，孔110D可以表示流体气缸体100的低压力侧，在该侧裂纹可以优选地由于疲劳应力而形成。然而，为了延长流体气缸体100的寿命，应力分布接合部120可以用于孔110A-110D中的至少两个中，这可以消除或延长流体气缸体100中由于疲劳应力而形成的裂纹的发展。
每一个应力分布接合部120均用于使沿载荷路径125的载荷平滑或重新分布。每一个应力分布接合部120均可以包括凹槽140A和140B，所述凹槽140A和140B邻近孔110B和110D的每一个的端部形成在本体105中。凹槽140A和140B的至少一部分可以至少部分地形成在孔110A和110C的每一个中。凹槽140A和140B包括主尺寸145(可以是内直径)，所述主尺寸145大于孔110B和110D的每一个的内直径150。凹槽140A和140B的每一个均通过在联结部135处从本体105移除更多材料而形成，这减小了本体105中的应力。在一些实施例中，凹槽140A的主尺寸145可以大于凹槽140B的主尺寸。
在常规流体气缸体中，应力分布接合部120不存在，使得孔110A-110D相交并且在联结部135处在本体105中形成大体尖锐的角部(例如，沿相交线130)。在常规流体气缸体中，如图所示，载荷路径125沿相交线130，以及在孔110A-110D所终止的角部处或附近大体线性(linear)地延伸(参见图1A)。然而，在使用凹槽140A和140B的流体气缸体中，载荷路径125至少在本体105的邻近凹槽140A和140B的部分处不是线性的。
图2是用于流体端部的流体气缸体200的一个示例的等距视图，所述流体气缸体200具有本文所述的应力分布接合部120。图2中示出的流体气缸体200不包括联接到所述流体气缸体的内部部件和/或外部部件以便示出应力分布接合部120的细节。
流体气缸体200包括本体205，所述本体205可以与图1中描述的本体105大体类似。本体205包括多个孔210A-210D(孔210A在这个视图中不可见)，所述多个孔210A-210D与图1中描述的孔110A-110D相类似。然而，孔210A-210D的每一个均包括配合接口(matinginterface)215，所述配合接口215用来与内部部件和/或外部部件(如阀、阀座、柱塞、压力计、盖螺母等)相联接。本体205还可以包括形成在其中的排出歧管220，所述排出歧管220与孔210B的至少一部分选择性地联通。
图3是流体气缸体200沿图2的线3-3的剖视图。与图1中示出且描述的流体气缸体100相类似，流体气缸体200包括相对的孔210A和210C、以及相对的孔210B和210D。与图1B的流体气缸体100相类似，相对的孔210A和210C沿公共轴线115A形成，并且相对的孔210B和210D共用公共轴线115B。流体气缸体200还包括联结部135和位于联结部135处的应力分布接合部120。
每一个应力分布接合部120均包括凹槽140A和140B，所述凹槽140A和140B分别邻近孔210B和210D的每一个的端部形成在本体205中。凹槽140A和140B的至少一部分可以至少部分地形成在孔210A和210C的每一个中。凹槽140A和140B包括主尺寸145(仅一个主尺寸示出在凹槽140A中)，所述主尺寸145大于孔210B和210D的每一个的内直径150。除了凹槽140A和140B外，在一些实施例中，流体气缸体200还可以包括阀止动凹槽300，所述阀止动凹槽300邻近凹槽140B形成在孔210D中或附近。阀止动凹槽300可以包括主尺寸305(可以是直径)，所述主尺寸305大于孔210D的内直径150并且大于凹槽140B的主尺寸145。
图4是流体气缸体200沿图2的线4-4的剖视图。应力分布接合部120的凹槽140A和140B以及阀止动凹槽300被示出为在联结部135处形成在本体205中。如上面通过流体气缸体100所描述的，联结部135包括载荷路径125。然而，应力分布接合部120用于使沿载荷路径125的载荷平滑或重新分布，这减小了本体205上的应力并且可以延长流体气缸体200的寿命。
图5是流体端部500的等距视图，所述流体端部500具有本文所述的具有应力分布接合部120的流体气缸体200。与图2中示出的流体气缸体200相类似，流体端部500包括形成在本体205中的孔210A-210D(210A和210D在这个视图中未示出)。然而，在这个实施例中，内部部件和外部部件被示出为联接到本体205。
流体端部500包括盖螺母505，所述盖螺母505布置在孔210B和210C的至少一部分中。仪表连接器(gauge connection)510可以通过仪表连接器螺母515联接到孔210B中的一个。排出凸缘520可以联接到本体205的相对的端部以用于将软管与排出歧管220(在图2中示出)连接。短抽油杆(pony rod)夹具525可以联接到孔210A(在这个视图中未示出)。
图6是流体端部500沿图5的线6-6的剖视图。应力分布接合部120的凹槽140A和140B示出为在联结部135处形成在本体205中。由于内部部件的位置，阀止动凹槽300(在图3中示出)在这个视图中未示出。此外，柱塞600示出为布置在孔210A中，并且具有弹簧610的阀组件605示出为布置在孔210B中。抽吸盖密封压盖615示出为布置在孔210C中，并且阀止动件620示出为位于孔210D中。阀本体625以及阀座630也可以布置在孔210B和210D中。
图7是图4中示出的凹槽140A的放大的局部剖视图。凹槽140A可以包括围绕中间半径710的第一半径700和第二半径705。中间半径710可以大于第一半径700和第二半径705两者。因此，中间半径710可以包括较大的半径，而第一半径700和第二半径705可以包括较小的半径。此外，第一半径700和第二半径705可以包括相对于公共轴线115B(在图4中示出)的凹入表面715，而中间半径710包括相对于公共轴线115B(在图4中示出)的凸出表面720。在一些实施例中，中间半径710包括弯曲的表面725，所述弯曲的表面725相对于凹槽140A的中心线730对称。在流体气缸体200中使用两个凹槽140A和140B的实施例中，凹槽140A和140B可以构造成与图7中示出的凹槽140A相同。然而，在一些实施例中，凹槽140A的第一半径700、第二半径705和中间半径710的一个或全部的尺寸均可以大于或小于凹槽140B的尺寸。尺寸差可以基于凹槽140A和140B的主尺寸145(在图3中被示出)的差。
图8A和8B分别是凹槽800A和800B的替代实施例的放大的部分剖视图，所述凹槽800A和800B可以用作图4中示出的凹槽140A(和/或凹槽140B)。与图7中示出的实施例相类似，根据图8A的凹槽800包括围绕中间半径710的第一半径700和第二半径705。然而，在这个实施例中，平坦部分805分隔中间半径710。平坦部分805可以沿凹槽800A的中心线730形成。
除了位于中间半径710的弯曲表面725之间的界面810之外，根据图8B的凹槽800B与图8A中示出的凹槽800A相类似。界面810可以远离公共轴线115B(在图4中被示出)径向地延伸。
本文所述的应力分布接合部120的实施例在联结部135(在图1A、1B、3、4和6中被示出)处减小应力大约20％。如本文所公开的，凹槽140A和/或140B的使用使沿流体气缸体的本体的载荷路径的压力引起的载荷平滑或重新分布。凹槽140A和140B的每一个均通过在接合处(形成在主体中的孔相交于此)从本体移除更多材料而形成，这减小了流体气缸体的本体中的应力。这可以延长流体气缸体的可用寿命，从而降低成本。
虽然前述内容涉及本公开的实施例，但在不偏离本公开的基本范围的前提下，因此可以设计本公开的其它和额外实施例，并且其范围由后附权利要求确定。

Claims (39)

1.一种流体气缸体，所述流体气缸体包括：
本体，所述本体具有形成在其中的多个孔，所述多个孔延伸到联结部中并且在所述联结部处相交；和
第一应力分布接合部和第二应力分布接合部，所述第一应力分布接合部和第二应力分布接合部定位在所述多个孔中的相对的孔中，所述应力分布接合部中的每一个均包括形成在所述本体中的周向凹槽，其中所述凹槽包括主尺寸，所述主尺寸大于所述相对的孔延伸到所述联结部中的部分的直径。
2.根据权利要求1所述的流体气缸体，其中，所述流体气缸体包括流体端部。
3.根据权利要求2所述的流体气缸体，其中，所述多个孔中的一个或多个包括配合接口。
4.根据权利要求2所述的流体气缸体，所述流体气缸体还包括布置在所述多个孔中的一个中的柱塞。
5.根据权利要求2所述的流体气缸体，所述流体气缸体还包括布置在所述多个孔中的一个中的阀和阀座。
6.根据权利要求1所述的流体气缸体，其中，所述凹槽中的至少一个包括围绕中间半径的第一半径和第二半径。
7.根据权利要求6所述的流体气缸体，其中，所述中间半径相对于所述凹槽的中心线对称。
8.根据权利要求6所述的流体气缸体，其中，平坦部分沿所述凹槽的中心线分隔所述中间半径。
9.根据权利要求6所述的流体气缸体，其中，所述凹槽中的至少一个包括远离所述相对的孔的公共轴线延伸的界面。
10.一种流体端部，所述流体端部包括：
本体，所述本体具有形成在其中的多个孔，所述多个孔延伸到联结部中并且在所述联结部处相交；
第一应力分布接合部和第二应力分布接合部，所述第一应力分布接合部和第二应力分布接合部定位在所述多个孔中的相对的孔中，所述应力分布接合部中的每一个均包括形成在所述本体中的周向凹槽，其中所述凹槽包括主尺寸，所述主尺寸大于所述相对的孔延伸到所述联结部中的部分的直径；和
柱塞，所述柱塞布置在所述多个孔中的一个中。
11.根据权利要求10所述的流体端部，其中，所述凹槽中的至少一个包括围绕中间半径的第一半径和第二半径。
12.根据权利要求11所述的流体端部，其中，所述中间半径相对于所述凹槽的中心线对称。
13.根据权利要求11所述的流体端部，其中，平坦部分沿所述凹槽的中心线分隔所述中间半径。
14.根据权利要求11所述的流体端部，其中，所述凹槽中的至少一个包括远离所述相对的孔的公共轴线延伸的界面。
15.一种流体端部，所述流体端部包括：
本体，所述本体具有形成在其中的多个孔，所述多个孔延伸到联结部中并且在所述联结部处相交；
应力分布接合部，所述应力分布接合部形成在所述多个孔中的第一孔和与所述第一孔相对的所述多个孔中的第二孔的每一个中，每一个应力分布接合部均包括周向凹槽，所述周向凹槽在所述联结部的每一侧上均形成在所述本体中，其中每个凹槽均包括主尺寸，所述主尺寸大于延伸到所述联结部中的所述第一孔或所述第二孔的部分的直径；和
柱塞，所述柱塞布置在所述多个孔中的一个中。
16.根据权利要求15所述的流体端部，其中，所述多个孔中的一个或多个包括配合接口。
17.根据权利要求15所述的流体端部，所述流体端部还包括布置在所述多个孔中的一个中的阀和阀座。
18.根据权利要求15所述的流体端部，其中，所述凹槽中的至少一个包括围绕中间半径的第一半径和第二半径。
19.根据权利要求18所述的流体端部，其中，所述中间半径相对于所述凹槽的中心线对称。
20.一种流体气缸体，所述流体气缸体包括：
本体，所述本体具有形成在其中的多个孔，所述多个孔在联结部处相交，所述孔中的每一个具有位于所述本体中的第一直径，并且所述孔中的每一个的延伸到所述联结部中的部分具有第二直径；和
应力分布接合部，所述应力分布接合部包括第一凹槽和第二凹槽，所述第一凹槽邻近所述多个孔中的第一孔形成在所述本体中，所述第二凹槽邻近所述多个孔的第二孔形成在所述本体中，其中所述凹槽包括主尺寸，所述主尺寸大于所述第一孔和第二孔的第一直径和第二直径。
21.根据权利要求20所述的流体气缸体，其中，所述流体气缸体包括流体端部。
22.根据权利要求21所述的流体气缸体，其中，所述多个孔中的一个或多个包括配合接口。
23.根据权利要求21所述的流体气缸体，所述流体气缸体还包括布置在所述多个孔中的一个中的柱塞。
24.根据权利要求21所述的流体气缸体，所述流体气缸体还包括布置在所述多个孔中的一个中的阀和阀座。
25.根据权利要求20所述的流体气缸体，其中，所述凹槽中的至少一个包括围绕中间半径的第一半径和第二半径。
26.根据权利要求25所述的流体气缸体，其中，所述中间半径相对于所述凹槽的中心线对称。
27.根据权利要求25所述的流体气缸体，其中，平坦部分沿所述凹槽的中心线分隔所述中间半径。
28.根据权利要求25所述的流体气缸体，其中，所述凹槽包括远离所述孔的公共轴线延伸的界面。
29.一种流体端部，所述流体端部包括：
本体，所述本体具有形成在其中的多个孔，所述多个孔在联结部处相交，，所述孔中的每一个具有位于所述本体中的第一直径，并且所述孔中的每一个的延伸到所述联结部中的部分具有第二直径；
应力分布接合部，所述应力分布接合部包括凹槽，所述凹槽在所述多个孔中的第一孔中形成在所述本体中，其中所述凹槽包括主尺寸，所述主尺寸大于所述第一孔的第一直径和第二直径；和
柱塞，所述柱塞布置在所述多个孔中的一个中。
30.根据权利要求29所述的流体端部，其中，所述凹槽包括围绕中间半径的第一半径和第二半径。
31.根据权利要求30所述的流体端部，其中，所述中间半径相对于所述凹槽的中心线对称。
32.根据权利要求30所述的流体端部，其中，平坦部分沿所述凹槽的中心线分隔所述中间半径。
33.根据权利要求30所述的流体端部，其中，所述凹槽包括远离所述孔的公共轴线延伸的界面。
34.根据权利要求29所述的流体端部，其中，所述应力分布接合部还包括凹槽，所述凹槽邻近与所述第一孔相对的第二孔形成在所述本体中。
35.一种流体端部，所述流体端部包括：
本体，所述本体具有形成在其中的多个孔，所述多个孔在联结部处相交，所述孔中的每一个均具有第一直径；
应力分布接合部，所述应力分布接合部包括凹槽，所述凹槽在所述联结部的每一侧上邻近所述多个孔中的相对的孔形成在所述本体中，其中，所述凹槽包括主尺寸，所述主尺寸大于所述相对的孔的第一直径和所述相对的孔的延伸到所述联结部中的部分的第二直径；和
柱塞，所述柱塞布置在所述多个孔的一个中。
36.根据权利要求35所述的流体端部，其中，所述多个孔中的一个或多个包括配合接口。
37.根据权利要求35所述的流体端部，所述流体端部还包括布置在所述多个孔中的一个中的阀和阀座。
38.根据权利要求35所述的流体端部，其中，所述凹槽中的至少一个包括围绕中间半径的第一半径和第二半径。
39.根据权利要求38所述的流体端部，其中，所述中间半径相对于所述凹槽的中心线对称。
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