CN111648933B - 一种直线电机驱动的压裂泵 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种直线电机驱动的压裂泵，包括至少一个液力端，每个所述液力端上并排设有若干个柱塞，每个所述柱塞对应与一个直线电机相连，所述直线电机带动柱塞做往复直线运动，所述液力端还设有若干个控制阀，所述控制阀用于控制柱塞运动时液体的吸入或排出。通过将直线电机和柱塞直接相连，通过直线电机带动柱塞做往复直线运动，省去了常规压裂泵中的曲轴连杆机构等部件，简化了压裂泵的结构，有效提高了压裂泵的可靠性和传递效率，且直线电机运行平稳，速度恒定，从理论上基本消除了输出流量和压力的脉动性，同时由于直线电机的冲程可以做长，从而满足低冲数、大排量需求的同时，降低了整个泵的振动和液力端易损件的消耗。

Description

一种直线电机驱动的压裂泵
技术领域
本发明涉及压裂泵技术领域，具体涉及一种直线电机驱动的压裂泵。
背景技术
压裂泵的作用是将低压液体转变为高压液体。常规压裂泵主要由动力端和液力端两部分构成，原动机通过减速齿轮带动曲轴旋转，再通过曲柄连杆机构的传导带动柱塞做往复直线运动，从而实现液体的吸入和排出。常规压裂泵由于减速齿轮箱和曲轴连杆机构等机械结构的存在，导致运行时噪声大、可靠性低，同时曲轴连杆机构存在输出流量不均匀和压力波动大的固有缺点。另外，常规压裂泵的曲柄连杆机构限制了冲程，要达到大排量需要提高冲数，冲数过大将加剧整个泵的振动和易损件的消耗。
发明内容
本发明目的在于：针对常规压裂泵因存在曲轴连杆机构而导致压裂泵结构复杂、可靠性低，输出流量不均匀和压力波动大，以及冲程受限难以满足低冲数、大排量需求的问题，提供一种直线电机驱动的压裂泵，将直线电机和柱塞直接相连，通过直线电机带动柱塞做往复直线运动，直线电机的冲程可以做长，以满足低冲数、大排量的需求，解决上述常规压裂泵的一系列问题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种直线电机驱动的压裂泵，包括至少一个液力端，每个所述液力端的一端并排设有若干个柱塞，每个所述柱塞对应与一个直线电机相连，所述直线电机带动柱塞做往复直线运动，所述液力端的另一端还设有若干个控制阀，所述控制阀用于控制柱塞运动时液体的吸入或排出。
本发明通过将直线电机和柱塞直接相连，通过直线电机带动柱塞做往复直线运动，省去了常规压裂泵中的曲轴连杆机构等部件，简化了压裂泵的结构，有效提高了压裂泵的可靠性和传递效率，且直线电机运行平稳，速度恒定，从理论上基本消除了输出流量和压力的脉动性，同时由于直线电机的冲程可以做长，从而满足低冲数、大排量需求的同时，降低了整个泵的振动和液力端易损件的消耗。
作为本发明的优选方案，所述直线电机为双端驱动结构，所述液力端有两个且对应位于直线电机两端，每个直线电机的两端与两个液力端上的柱塞对应相连。通过采用双端驱动结构的直线电机，每个直线电机的两端与两个液力端上的柱塞对应相连，从而使得直线电机来回冲程都可以做功驱动两个液力端上的柱塞工作，有利于提高压裂泵的流量和效率。
作为本发明的优选方案，所述压裂泵还包括用于减小直线电机换向冲击的缓冲装置，所述缓冲装置设置在所述液力端和直线电机之间，位于所述直线电机两端换向的位置处。
作为本发明的优选方案，所述液力端对应一个所述缓冲装置。
作为本发明的优选方案，每个所述柱塞对应一个所述缓冲装置。
作为本发明的优选方案，所述液力端上的所述柱塞数量为奇数个，且至少为三个，所述直线电机的数量与所述柱塞的数量相同。通过在每个液力端上设置奇数个柱塞，有利于使压裂泵运转平稳。
作为本发明的优选方案，所述液力端上的所述柱塞数量为五个，所述直线电机的数量对应为五个。
作为本发明的优选方案，所有的直线电机的运动方向设置为与曲轴相同的相位角差值。如此设置，所有的直线电机不是同步向左或向右运动，可以使得两个液力端的受力平衡，整个压裂泵运动更加平稳。
作为本发明的优选方案，所述液力端的另一端设置两个控制阀，所述控制阀为单向阀。液力端上每个柱塞对应设置两个单向阀，在直线电机带动柱塞做往复直线运动时，通过单向阀的开闭实现液体的低压吸入和高压排出功能。
作为本发明的优选方案，所述直线电机的冲程大于或等于12″。如此，可以满足低冲数、大排量的需求，同时降低整个泵的振动和液力端易损件的消耗。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、本发明通过将直线电机和柱塞直接相连，通过直线电机带动柱塞做往复直线运动，省去了常规压裂泵中的曲轴连杆机构等部件，简化了压裂泵的结构，有效提高了压裂泵的可靠性和传递效率，且直线电机运行平稳，速度恒定，从理论上基本消除了输出流量和压力的脉动性，同时由于直线电机的冲程可以做长，从而满足低冲数、大排量需求的同时，降低了整个泵的振动和液力端易损件的消耗；
2、本发明通过采用双端驱动结构的直线电机，每个直线电机的两端与两个液力端上的柱塞对应相连，从而使得直线电机来回冲程都可以做功驱动两个液力端上的柱塞工作，有利于提高压裂泵的流量和效率。
附图说明
图1为本发明中的直线电机驱动的压裂泵示意图。
图2为图1中A-A剖视图。
图中标记：1-液力端，2-缓冲装置，3-直线电机，4-柱塞，5-控制阀。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作详细的说明。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
本实施例提供一种直线电机驱动的压裂泵；
如图1和图2所示，本实施例中的直线电机驱动的压裂泵，包括至少一个液力端1，每个所述液力端1的一端并排设有若干个柱塞4，每个所述柱塞4对应与一个直线电机3相连，所有的直线电机3对应柱塞4并排布置，所述直线电机3带动柱塞4做往复直线运动，所述液力端1的另一端还设有若干个控制阀5，所述控制阀5用于控制柱塞4运动时液体的吸入或排出。
本发明通过将直线电机和柱塞直接相连，通过直线电机带动柱塞做往复直线运动，省去了常规压裂泵中的曲轴连杆机构等部件，简化了压裂泵的结构，有效提高了压裂泵的可靠性和传递效率，且直线电机运行平稳，速度恒定，从理论上基本消除了输出流量和压力的脉动性，同时由于直线电机的冲程可以做长，从而满足低冲数、大排量需求的同时，降低了整个泵的振动和液力端易损件的消耗；由于采用电力通过直线电机带动柱塞做往复直线运动，相较于柴油驱动的常规压裂泵，噪音小，无废气排放污染，相对于柴油使用成本更低。
需要加以说明的是，液力端1上设有与柱塞4适配的腔体，直线电机3带动柱塞4在该腔体内做往复直线运动。当直线电机3将柱塞4拉出时，将低压液体吸入腔体，当直线电机3带动柱塞4缩回时，柱塞4会对腔体内的液体进行压缩，从而形成高压液体排出腔体。
本实施例中，所述直线电机3为双端驱动结构，所述液力端1有两个且对应位于直线电机3两端，每个直线电机3的两端与两个液力端1上的柱塞4对应相连。通过采用双端驱动结构的直线电机，每个直线电机的两端与两个液力端上的柱塞对应相连，从而使得直线电机来回冲程都可以做功驱动两个液力端上的柱塞工作，有利于提高压裂泵的流量和效率。
本实施例中，所述压裂泵还包括用于减小直线电机3换向冲击的缓冲装置2，所述缓冲装置2设置在所述液力端1和直线电机3之间，位于所述直线电机两端换向的位置处。具体的，缓冲装置固定安装在柱塞外的套筒上，而柱塞是滑动的穿过缓冲装置的。优选地，所述液力端对应一个所述缓冲装置，所有的直线电机3每端共用一个缓冲装置2，即该缓冲装置是一个整体，本例中缓冲装置2有两个。如此设置，可以减少缓冲装置的安装工作。而缓冲装置具体结构为现有技术，此处不再赘述。
本实施例中，所述液力端1上的所述柱塞4数量为奇数个，且至少为三个，所述直线电机3的数量与所述柱塞4的数量相同。通过在每个液力端上设置奇数个柱塞，有利于压裂泵平稳运转。优选地，所述液力端1上的所述柱塞4数量为五个，所述直线电机3的数量对应为五个。进一步地，五个直线电机3的运动方向设置为与曲轴相同的相位角差值，即五个直线电机不是同步向左或向右运动，如此，可以使得两个液力端的受力平衡，整个压裂泵运动更加平稳。具体地，五个直线电机3的运动方向可以通过程序控制，达到与曲轴相同的相位角差值，使泵的排出压力平稳。
本实施例中，所述液力端1的另一端设置两个控制阀5，所述控制阀5为单向阀，每个柱塞4对应设置两个单向阀，当柱塞运动到两个极限位置时，两个控制阀对应开启或关闭，从而实现吸液或排液功能。液力端上每个柱塞对应设置两个单向阀，在直线电机带动柱塞做往复直线运动时，通过单向阀的开闭实现液体的低压吸入和高压排出功能。
本实施例中，所述直线电机3的冲程大于或等于12″。如此，可以满足低冲数、大排量的需求，同时降低整个泵的振动和液力端易损件的消耗。
实施例2
本实施例与实施例1的不同之处在于，每个所述柱塞对应一个所述缓冲装置，即缓冲装置被加工成一个独立的小个体。
实施例3
本实施例与实施例1或实施例2的不同之处在于，所述液力端1上的所述柱塞4数量为三个或七个，所述直线电机3的数量对应为三个或七个。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的原理之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种直线电机驱动的压裂泵，其特征在于，包括至少一个液力端，每个所述液力端的一端并排设有若干个柱塞，每个所述柱塞对应与一个直线电机相连，所述直线电机带动柱塞做往复直线运动，所述液力端的另一端还设有若干个控制阀，所述控制阀用于控制柱塞运动时液体的吸入或排出，还包括用于减小直线电机换向冲击的缓冲装置，所述缓冲装置设置在所述液力端和直线电机之间，位于所述直线电机两端换向的位置处，缓冲装置固定安装在柱塞外的套筒上，柱塞滑动的穿过缓冲装置，所述液力端对应一个所述缓冲装置，所有的直线电机的运动方向不是同步向左或向右运动，所述直线电机的冲程大于或等于12″。
2.根据权利要求 1 所述的直线电机驱动的压裂泵，其特征在于，所述直线电机为双端驱动结构，所述液力端有两个且对应位于直线电机两端，每个直线电机的两端与两个液力端上的柱塞对应相连。
3.根据权利要求 1-2 之一所述的直线电机驱动的压裂泵，其特征在于，所述液力端上的所述柱塞数量为奇数个，且至少为三个，所述直线电机的数量与所述柱塞的数量相同。
4.根据权利要求3所述的直线电机驱动的压裂泵，其特征在于，所述液力端上的所述柱塞数量为五个，所述直线电机的数量对应为五个。
5.根据权利要求4所述的直线电机驱动的压裂泵，其特征在于，所述液力端的另一端设置两个控制阀，所述控制阀为单向阀。
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