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CN108019327B - 一种凹槽凸轮恒流量钻井往复泵 - Google Patents

一种凹槽凸轮恒流量钻井往复泵 Download PDF

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CN108019327B CN201711348692.9A CN201711348692A CN108019327B CN 108019327 B CN108019327 B CN 108019327B CN 201711348692 A CN201711348692 A CN 201711348692A CN 108019327 B CN108019327 B CN 108019327B
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Abstract

本发明公开了钻井往复泵技术领域的一种凹槽凸轮恒流量钻井往复泵，包括机体壳体、泵头组件、活塞组件、输入轴、凸轮机构，本发明通过输入轴连接外部动力装置，将外部的能量传递给凸轮机构，实现能量的传递功能；凸轮机构采用凹槽式凸轮结构，取消了复位框架结构，通过设计的凹槽凸轮轮廓线使得三个活塞组件运动产生的流量叠加为一恒定流量，同时降低了凸轮面与滚子间的加速度突变，减小了冲击力；泵头组件通过活塞组件在其缸内运动，来改变的缸内的容积，达到吸入和排出的目的；本发明的钻井往复泵具有结构简单、冲击力小、寿命长，流量恒定的特点。

Description

一种凹槽凸轮恒流量钻井往复泵
技术领域
本发明涉及钻井往复泵技术领域，具体为一种凹槽凸轮恒流量钻井往复泵。
背景技术
钻井泵主要应用于石油开采等一些需要向地下钻孔并将地下泥浆吸出的场合，目前国内外石油钻机中使用的钻井泵都是往复泵，所述人们也习惯把钻井泵称为往复泵。往复泵是一种容积泵，依靠活塞在泵缸中往复运动，使泵缸中的工作容积发生周期性变化，以吸排液体。
我国现有的钻井泵主要有曲轴连杆式往复泵，曲轴连杆式往复泵工作时，电机驱动减速机，减速机带动泵曲轴转动，曲轴转动时带动曲柄、十字头和柱塞做往复运动，从而吸排液体，其缺点是在吸入、排出液体时不能实现恒流量，导致泵的流量和压力是脉动的，有较大的波动。
除曲轴连杆式往复泵外，还有少量采用复位框架结构的凸轮式往复泵。采用复位框架结构的凸轮式往复泵在吸入、排出液体时能保持恒流量，但凸轮面与滚子间存在加速度突变，会产生很大的冲击力，从而使凸轮与滚子接触时滚子架易发生损坏，导致往复泵的可靠性降低。专利公开号为CN102632373A提出的一种凸轮的制备方法及凸轮式四缸单作用往复泵，具体内容为，其结构包括四个单作用缸、活塞、活塞杆、传动轴和凸轮，凸轮外装有复位框架，复位框架外设有导向框架，虽然实现了流量的无波动恒定输出，消除了往复泵流量的脉动，提高往复泵的自吸性能，但由于复位框架结构的特殊性，使得其传动结构较为复杂，进而导致往复泵的整体结构更加复杂。
基于此，本发明设计了一种凹槽凸轮恒流量钻井往复泵，以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种凹槽凸轮恒流量钻井往复泵，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种凹槽凸轮恒流量钻井往复泵，包括机体壳体、泵头组件、活塞组件、输入轴、凸轮机构；
所述机体壳体包括底壳、左端壳体、右端壳体、注油塞和放油螺栓，所述凸轮机构位于左端壳体和右端壳体内，并连接有活塞组件，所述活塞组件连接有泵头组件；
所述凸轮机构包括凸轮轴、齿圈、螺栓和第二螺母，所述凸轮轴上设有三个盘形构件，两侧的盘形构件呈凸轮形，中间的盘形构件呈圆形，且中间的盘形构件沿圆周方向均匀设有安装螺栓和第二螺母的孔，所述齿圈通过螺栓和螺母与中间的盘形构件固定连接，所述盘形构件上均加工有凸轮形的凹槽，三个凸轮形的凹槽间均相差120°相位角；
所述活塞组件包括卡环和活塞杆，所述活塞杆的一端依次安装有活塞座、活塞、活塞涨块和调整螺套，调整螺套上设有紧固螺母，所述活塞杆的另一端连接有滚针轴承，并设有卡环槽，所述滚针轴承的轴线与活塞杆的轴线垂直，所述卡环位于活塞杆的卡环槽内，所述滚针轴承位于凸轮机构盘形构件上的凹槽内，并与凹槽的内表面对应连接；
所述输入轴上设有齿轮，齿轮与凸轮机构上的齿圈相啮合，所述输入轴的两端与机体壳体转动连接；
所述泵头组件包括箱体盖，所述箱体盖上均匀设置有三个缸套和缸盖，缸盖上设有缸盖压板，所述缸盖压板与箱体盖固定连接，所述箱体盖上与缸套轴心垂直的方向上还设有阀座和阀盖，阀盖上设有阀压板，阀压板与箱体盖固定连接，所述箱体盖的两侧分别设有放油塞和放水塞。
优选的，所述机体壳体内部设有滑道，所述活塞组件中的活塞杆位于滑道中并与其滑动连接，使活塞杆只能在滑道内滑动，提高活塞杆运动时的稳定性。
优选的，所述左端壳体的上部安装有第一轴承，右端壳体的上部对应安装有第二轴承，所述输入轴的两端分别与第一轴承和第二轴承的内圈固定，且左端壳体和右端壳体对应输入轴的两端分别设有输入轴左端盖和输入轴右端盖。
优选的，所述左端壳体下部安装有第四轴承，右端壳体下部对应安装有第三轴承，所述凸轮轴的两端分别与第三轴承和第四轴承对应连接，且左端壳体和右端壳体上对应凸轮轴的两端分别设有左端盖和右端盖。
优选的，所述箱体盖和缸盖之间设有缸盖垫圈，箱体盖和阀盖垫圈之间设有阀盖垫圈。
优选的，所述箱体盖设有第二双头螺栓和第一螺母，所述缸盖压板与箱体盖通过第二双头螺栓和第一螺母固定连接。
优选的，所述阀压板上设有第一双头螺栓和阀螺母，并通过第一双头螺栓和阀螺母与箱体盖固定连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过输入轴连接外部动力装置，将外部的能量传递给凸轮机构，实现能量的传递功能；凸轮机构采用凹槽式凸轮结构，取消了复位框架结构，通过设计的凹槽凸轮轮廓线使得三个活塞组件运动产生的流量叠加为一恒定流量，同时降低了凸轮面与滚子间的加速度突变，减小了冲击力；泵头组件通过活塞组件在其缸内运动，来改变的缸内的容积，达到吸入和排出的目的；本发明的钻井往复泵具有结构简单、冲击力小、寿命长，流量恒定的特点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明机体壳体的结构示意图；
图3为本发明凸轮机构的结构示意图；
图4为本发明活塞组件的爆炸示意图；
图5为本发明输入轴的结构示意图；
图6为本发明机体壳体内滑道的结构示意图；
图7为本发明泵头组件的爆炸示意图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1-机体壳体，101-底壳，102-左端盖，103-右端盖，104-左端壳体，105-右端壳体，106-输入轴左端盖，107-输入轴右端盖，108-注油塞，109-放油螺栓，110-滑道，2-泵头组件，201-阀螺母，202-阀压板，203-阀盖，204-阀盖垫圈，205-第一双头螺栓，206-阀座，207-箱体盖，208-第二双头螺栓，209-缸盖垫圈，210-第一螺母，211-缸盖压板，212-缸盖，213-放油塞，214-放水塞，215-缸套，301-卡环，302-滚针轴承，303-活塞杆，304-活塞座，305-活塞，306-活塞涨块，307-调整螺套，308-紧固螺母，4-输入轴，401-第一轴承，402-齿轮，403-第二轴承，501-第三轴承，502-齿圈，503-第四轴承，504-第二螺母，505-凸轮轴，506-螺栓。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅附图1-7，本发明提供一种技术方案：一种凹槽凸轮恒流量钻井往复泵，包括机体壳体1、泵头组件2、活塞组件、输入轴4、凸轮机构。
如附图1、2所述，所述机体壳体1包括底壳101、左端壳体104、右端壳体105、注油塞108、放油螺栓109和滑道110；所述左端壳体104上设有左端盖102和输入轴左端盖106，右端壳体105上对应设有右端盖103和输入轴右端盖107，所述左端壳体104上部安装有第一轴承401，右端壳体105上部对应安装有第二轴承403，所述左端壳体104下部安装有第四轴承503，右端壳体105下部对应安装有第三轴承501；所述左端壳体104和右端壳体105内连接有凸轮机构，所述凸轮机构连接有活塞组件，所述活塞组件连接有泵头组件2。
如附图1、3所示，所述凸轮机构包括凸轮轴505、齿圈502、螺栓506和第二螺母504，所述凸轮轴505上设有三个盘形构件，两侧的盘形构件呈凸轮形，中间的盘形构件呈圆形，且中间的盘形构件沿圆周方向均匀设有螺栓506和第二螺母504，通过螺栓506和第二螺母504将齿圈502安装于凸轮轴505上，齿圈502将来自于输入轴4的动力传递给凸轮机构，使凸轮机构旋转；三个盘形构件呈凸轮形，且盘形构件上均加工有凸轮形的凹槽，三个凸轮形的凹槽间均相差120°相位角，设计的凹槽轮廓线使得活塞组件进行变加速、匀速、变减速、反向变加速、反向匀速、反向变减速、变加速、匀速、变减速运动，并且设计的凹槽轮廓线使得三个活塞组件运动产生的流量叠加为一恒定流量，所述凸轮机构通过安装于机体壳体1上的第三轴承501和第四轴承503固定，所述凸轮机构将来自于输入轴4的能量传递给活塞组件，并使得活塞组件按照一定的轨迹运动，并达到输出流量恒定的目的。
如附图1、4所示，所述活塞组件包括卡环301和活塞杆303，所述活塞杆303的一端依次安装有活塞座304、活塞305、活塞涨块306和调整螺套307，所述调整螺套307上装配有紧固螺母308，所述活塞杆303的另一端安装有滚针轴承302，并设有卡环槽，所述卡环301安装于活塞杆303的卡环槽内，其作用是为了防止滚针轴承302沿轴向的窜动；所述活塞杆303上的滚针轴承302安装于凸轮机构的盘形构件上的凹槽内，并沿凹槽的内表面运动，使得活塞组件做变速运动，所述机体壳体1内部对应有滑道110，所述活塞组件中的活塞杆303位于滑道110中并与其滑动连接。
如附图1、5所示，所述输入轴4上设有齿轮402，齿轮402与安装在凸轮机构上的齿圈502相啮合，所述输入轴4的两端通过安装于机体壳体1上的第一轴承401和第二轴承403的内圈固定。
如附图1、7所示，所述泵头组件2包括箱体盖207，所述箱体盖207上装配有缸套215和缸盖212，箱体盖207和缸盖212之间设有缸盖垫圈209，所述缸盖212上装配有缸盖压板211，所述箱体盖207设有第二双头螺栓208和第一螺母210，所述缸盖压板211通过第二双头螺栓208和第一螺母210与箱体盖207配合连接；所述箱体盖207装配有阀座206和阀盖203，箱体盖207和阀盖203之间设有阀盖垫圈204，所述阀盖203上装配有阀压板202，所述阀压板202上设有第一双头螺栓205和阀螺母201，所述箱体盖207两侧分别设有放油塞213和放水塞214，所述泵头组件2通过活塞组件在其缸套215内运动，来改变其缸内的容积，达到吸入和排出泥浆的目的。
具体使用时，通过外部动力源带动输入轴4转动，并使得凸轮机构上的齿圈502转动，从而带动凸轮机构转动，活塞组件中的滚针轴承302沿凸轮机构的盘形构件上的凹槽运动让活塞组件作往复运动，使得泵头组件2内产生压力差，从而达到吸入和排出的目的；本发明采用凹槽式凸轮结构，取消了复位框架结构，通过设计的凹槽凸轮轮廓线使得三个活塞组件运动产生的流量叠加为一恒定流量，同时降低了凸轮面与滚子间的加速度突变，减小了冲击力，具有结构简单、冲击力小、寿命长，流量恒定的特点。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本发明优选实施例只是用帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (7)

1.一种凹槽凸轮恒流量钻井往复泵，其特征在于：包括机体壳体(1)、泵头组件(2)、活塞组件、输入轴(4)、凸轮机构；
所述机体壳体(1)包括底壳(101)、左端壳体(104)、右端壳体(105)、注油塞(108)和放油螺栓(109)，所述凸轮机构位于左端壳体(104)和右端壳体(105)内，并连接有活塞组件，所述活塞组件连接有泵头组件(2)；
所述凸轮机构包括凸轮轴(505)、齿圈(502)、螺栓(506)和第二螺母(504)，所述凸轮轴(505)上设有三个盘形构件，两侧的盘形构件呈凸轮形，中间的盘形构件呈圆形，且中间的盘形构件沿圆周方向均匀设有螺栓(506)和第二螺母(504)，所述齿圈(502)通过螺栓(506)和第二螺母(504)与中间的盘形构件固定连接，所述盘形构件上均加工有凸轮形的凹槽，三个凸轮形的凹槽间均相差120°相位角；
所述活塞组件包括卡环(301)和活塞杆(303)，所述活塞杆(303)的一端依次安装有活塞座(304)、活塞(305)、活塞涨块(306)和调整螺套(307)，调整螺套(307)上设有紧固螺母(308)，所述活塞杆(303)的另一端连接有滚针轴承(302)，并设有卡环槽，所述卡环(301)位于活塞杆(303)的卡环槽内，所述滚针轴承(302)位于凸轮机构盘形构件上的凹槽内，并与凹槽的内表面对应连接；
所述输入轴(4)上设有齿轮(402)，齿轮(402)与凸轮机构上的齿圈(502)相啮合，所述输入轴(4)的两端与机体壳体(1)转动连接；
所述泵头组件(2)包括箱体盖(207)，所述箱体盖(207)上均匀设置有三个缸套(215)和缸盖(212)，缸盖(212)上设有缸盖压板(211)，所述缸盖压板(211)与箱体盖(207)固定连接，所述箱体盖(207)上与缸套(215)轴心垂直的方向上还设有阀座(206)和阀盖(203)，阀盖(203)上设有阀压板(202)，阀压板(202)与箱体盖(207)固定连接，所述箱体盖(207)的两侧分别设有放油塞(213)和放水塞(214)。
2.根据权利要求1所述的凹槽凸轮恒流量钻井往复泵，其特征在于：所述机体壳体(1)内部设有滑道(110)，所述活塞组件中的活塞杆(303)位于滑道(110)中并与其滑动连接。
3.根据权利要求2所述的凹槽凸轮恒流量钻井往复泵，其特征在于：所述左端壳体(104)的上部安装有第一轴承(401)，右端壳体(105)的上部对应安装有第二轴承(403)，所述输入轴(4)的两端分别与第一轴承(401)和第二轴承(403)的内圈固定，且左端壳体和右端壳体对应输入轴(4)的两端分别设有输入轴左端盖(106)和输入轴右端盖(107)。
4.根据权利要求3所述的凹槽凸轮恒流量钻井往复泵，其特征在于：所述左端壳体(104)下部安装有第四轴承(503)，右端壳体(105)下部对应安装有第三轴承(501)，所述凸轮轴(505)的两端分别与第三轴承(501)和第四轴承(503)对应连接，且左端壳体(104)和右端壳体(105)上对应凸轮轴(505)的两端分别设有左端盖(102)和右端盖(103)。
5.根据权利要求2所述的凹槽凸轮恒流量钻井往复泵，其特征在于：所述箱体盖(207)和缸盖(212)之间设有缸盖垫圈(209)，箱体盖(207)和阀盖(203)之间设有阀盖垫圈(204)。
6.根据权利要求2所述的凹槽凸轮恒流量钻井往复泵，其特征在于：所述箱体盖(207)设有第二双头螺栓(208)和第一螺母(210)，所述缸盖压板(211)与箱体盖(207)通过第二双头螺栓(208)和第一螺母(210)固定连接。
7.根据权利要求6所述的凹槽凸轮恒流量钻井往复泵，其特征在于：所述阀压板(202)上设有第一双头螺栓(205)和阀螺母(201)，并通过第一双头螺栓(205)和阀螺母(201)与箱体盖(207)固定连接。
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