CN203201772U

CN203201772U - 一种泵头体的自增强密封结构及用于泵头体的自增强装置

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Publication number: CN203201772U
Application number: CN 201320196922
Authority: CN
Inventors: 周思柱; 严奉林; 李宁; 李美求
Original assignee: Yangtze University
Current assignee: Yangtze University
Priority date: 2013-04-18
Filing date: 2013-04-18
Publication date: 2013-09-18
Anticipated expiration: 2023-04-18

Abstract

本实用新型涉及一种泵头体的自增强密封结构及用于泵头体的自增强装置，属泵头体自增强技术领域。高压泵头体的自增强密封结构包括端盖、高压泵头体、高压泵头体内呈十字状设置的排出孔、吸入孔、通孔和柱塞孔。高压泵头体的柱塞孔内螺纹安装有端盖。自增强装置由低压单元和高压单元构成，低压单元通过超高压增压器与高压单元的供水管连通。泵头体在自增强时，自增强装置通过调节低压单元可实现泵头体自增强加压过程中的加载和保压。解决了现有泵头体自增强装置不能满足泵头体在自增强过程中精确调节压力、实现逐级加载、保压和逐步卸载功能要求的问题。使高压泵头体达到预定弹塑性变形的效果。达到提高高压泵头体疲劳强度的目的。

Description

一种泵头体的自增强密封结构及用于泵头体的自增强装置

技术领域

本实用新型涉及一种泵头体的自增强密封结构及用于泵头体的自增强装置，属泵头体自增强技术领域。

背景技术

压裂泵泵头体的自增强技术是随着压裂工艺的发展逐步发展起来的新技术，在泵头体自增强的过程中，通常在泵头体内部通入500MPa左右的高压液体，使泵头体内层材料在超高压液体的作用下发生塑性变形，而外层材料仍处于弹性变形阶段，在内部高压卸除后，外层材料压缩内层材料产生残余应力。由于这个残余应力的存在，使泵头体在工作时的最大应力得到降低，整体应力分布更加均匀，特别是能改善泵头体中相贯线处的应力集中状况，从而有效地提高泵头体的疲劳寿命。但在实际操作过程中，泵头体的自增强处理常采用液压自增强的方法，即把泵头体内部呈十字状设置的四个通孔——螺纹孔、锥孔、锥孔和锥孔堵塞密封后，在内部通入高压液体。由于现有泵头体通孔的结构原因，泵头体自增强的过程中时常发生高压液体泄漏的情况，致使泵头体自增强达不到最佳效果。在另一方面，目前的泵头体自增强装置虽能达到500MPa的压力，但是不能满足泵头体在自增强过程中精确调节压力、实现逐级多步加载、保压和逐步卸载的功能要求。

发明内容

本实用新型的目的在于：提供一种能安全、有效解决泵头体自增强过程中高压密封问题，并能直接满足泵头体在自增强过程中精确调节压力，并实现逐级多步加载、保压和逐步卸载功能要求的高压泵头体的自增强密封结构及用于该泵头体的自增强装置。

本实用新型是通过如下的技术方案来解决上述问题的：

一种高压泵头体的自增强密封结构，包括端盖、高压泵头体、高压泵头体内呈十字状设置的排出孔、吸入孔、通孔和柱塞孔，其特征在于：高压泵头体的柱塞孔内螺纹安装有端盖，端盖的锥形内孔中安装有锥形压盖；所述的高压泵头体的排出孔、吸入孔和通孔分别为锥形孔，排出孔、吸入孔和通孔内通过固定板和螺钉分别安装有锥形块，所述的锥形压盖和锥形块上分别设置有密封槽，密封槽内安装有密封圈，所述的锥形压盖上设置有高压液体进入孔。

一种用于上述高压泵头体的自增强装置，它由低压单元和高压单元构成，其特征在于：低压单元由油箱、油箱开关、油泵、过滤器A、单向阀、三位四通电磁阀、调速阀A、调速阀B、压力表A、压力表B、超高压增压器、溢流阀A、冷却器和油温表构成，油箱上安装有供油管和回油管，油箱由供油管和回油管通过三位四通电磁阀与超高压增压器连接，三位四通电磁阀与超高压增压器之间的供油管和回油管上分别安装有调速阀A、压力表A和调速阀B、压力表B；油箱与三位四通电磁阀之间的供油管和回油管上分别依次安装有油箱开关、油泵、过滤器A、单向阀和冷却器、油温表；油箱与三位四通电磁阀之间的供油管和回油管之间通过溢流阀A连通。

高压单元由水箱、水箱开关、水泵、过滤器B、高压压力表、安全阀、泵头体安装座、可控泄压阀、二位五通电磁阀、溢流阀B、减压阀构成，水箱上装有供水管，水箱通过供水管与泵头体安装座连通；供水管上依次安装有水箱开关、水泵、过滤器B、高压压力表和安全阀；高压压力表一侧的供水管上装有回水管，回水管与水箱连通，所述的回水管上依次安装有可控泄压阀和减压阀，可控泄压阀上装有二位五通电磁阀，减压阀与水箱之间的回水管上装有与供水管连接的连通管，连通管上装有溢流阀B。

低压单元通过超高压增压器与高压单元的供水管连通。

本实用新型的有益效果在于：

该高压泵头体的自增强密封结构设计新颖，结构简单，通过锥形压盖和锥形块分别与端盖和排出孔、吸入孔、通孔的配合，使其在通入高压液体后形成自紧密封，有效解决了现有泵头体由于通孔的结构原因，泵头体自增强的过程中时常发生高压液体泄漏的情况，致使泵头体自增强达不到最佳效果的问题，同时通过锥形压盖和锥形块上的密封圈，能防止锥面间微小间隙的泄漏，以保证泵头体在高压下密封的稳定性。该高压泵头体在自增强时，通过超高压增压器的低压端供应压力油，供水管路提供的低压水经增压器增压后，产生的超高压水通过高压供水管道进入泵头体。然后通过自增强装置的调速阀和三位四通电磁阀实现泵头体自增强加压过程中的加载和保压的过程；在自增强卸载的过程中，通过调节调速阀、可控泄压阀和二位五通电磁阀，实现泵头体的逐步泄压过程。该自增强装置的工作过程，是以高压泵头体的弹性极限内压P₀为初始自增强压力，然后按照此压力P₀·5%的增幅逐步增加，直到加载到最大自增强压力P_MAX，在卸载的过程中，按照最大自增强压力P_MAX的10%，既P_MAX·5%的载荷幅逐步卸载，直至卸载到0。有效解决了现有泵头体自增强装置不能满足泵头体在自增强过程中精确调节压力、实现逐级多步加载、保压和逐步卸载功能要求的问题。

附图说明

图1为本实用新型的高压泵头体的结构示意图；

图2为图1A处的放大结构示意图；

图3为本实用新型的自增强装置的结构示意图。

图中：1、高压泵头体，2、端盖，3、排出孔，4、吸入孔，5、通孔，6、柱塞孔，7、锥形压盖，8、高压液体进入孔，9、固定板，10、螺钉，11、锥形块，12、密封圈，13、低压单元，14、高压单元，15、油箱，16、油箱开关，17、油泵，18、过滤器A，19、单向阀，20、三位四通电磁阀，21、调速阀A，22、调速阀B，23、压力表A，24、压力表B，25、超高压增压器，26、溢流阀A，27、冷却器，28、油温表，29、供油管，30、回油管，31、水箱，32、水箱开关，33、水泵，34、过滤器B，35、高压压力表，36、安全阀，37、泵头体安装座，38、可控泄压阀，39、二位五通电磁阀，40、溢流阀B，41、减压阀，42、供水管，43、回水管，44、连通管。

具体实施方式

该高压泵头体的自增强密封结构包括端盖2、高压泵头体1、高压泵头体1内呈十字状设置的排出孔3、吸入孔4、通孔5和柱塞孔6。高压泵头体1的柱塞孔6内螺纹安装有端盖2，端盖2的锥形内孔中安装有锥形压盖7。锥形压盖7上设置有高压液体进入孔8。

高压泵头体1的排出孔3、吸入孔4和通孔5分别为锥形孔。排出孔3、吸入孔4和通孔5内通过固定板9和螺钉10分别安装有锥形块11。锥形压盖7和锥形块11的圆周上分别设置有密封槽，密封槽内安装有密封圈12。

高压泵头体1进行粗加工的同时，首先把高压泵头体1的内部交叉孔（相贯线）处加工好，在自增强完成后，不再对相贯线处进行二次加工，使相贯线处的有用残余应力不因加工而消减。同时在排出孔3、吸入孔4和通孔5加工出大口朝着内部的锥形，在柱塞孔6上加工出螺纹，再将端盖2螺纹安装在柱塞孔6上，同时将锥形块11通过固定板9和螺钉10分别安装在排出孔3、吸入孔4和通孔5上即可。

高压泵头体1在自增强时，高压泵头体1通过泵头体安装座37安装在自增强装置上。自增强装置由低压单元13和高压单元14构成。低压单元13由油箱15、油箱开关16、油泵17、过滤器A18、单向阀19、三位四通电磁阀20、调速阀A21、调速阀B22、压力表A23、压力表B24、超高压增压器25、溢流阀A26、冷却器27和油温表28构成，油箱15上安装有供油管29和回油管30，油箱15由供油管29和回油管30通过三位四通电磁阀20与超高压增压器25连接。

三位四通电磁阀20与超高压增压器25之间的供油管29和回油管30上分别安装有调速阀A21、压力表A23和调速阀B22、压力表B24。油箱15与三位四通电磁阀20之间的供油管29和回油管30上分别依次安装有油箱开关16、油泵17、过滤器A18、单向阀19和冷却器27、油温表28；油箱15与三位四通电磁阀20之间的供油管29和回油管30之间通过溢流阀A26连通。溢流阀A26的作用是使多余的油液流回油箱15。

高压单元14由水箱31、水箱开关32、水泵33、过滤器B34、高压压力表35、安全阀36、泵头体安装座37、可控泄压阀38、二位五通电磁阀39、溢流阀B40、减压阀41构成。水箱31上装有供水管42，水箱31通过供水管42与泵头体安装座37连通。供水管42上依次安装有水箱开关32、水泵33、过滤器B34、高压压力表35和安全阀36；高压压力表35一侧的供水管42上装有回水管43，回水管43与水箱31连通。

回水管43上依次安装有可控泄压阀38和减压阀41，可控泄压阀38上装有二位五通电磁阀39，减压阀41与水箱31之间的回水管43上装有与供水管42连接的连通管44，连通管44上装有溢流阀B40。其目的是让供水管42中多余的低压水流回水箱31。

低压单元13通过超高压增压器25与高压单元14的供水管42连通。

高压泵头体1在自增强的过程中，该自增强装置由低压单元13以油泵17为动力源向超高压增压器25的低压端供应压力油，而高压单元14以水泵33为动力源提供的低压水，经超高压增压器25增压后产生的超高压水通过供水管42进入高压泵头体1。工作过程中，当油温表28的指示温度高于油液的工作温度时，启动冷却器27，使油液的温度保持在正常工作范围内。

高压泵头体1通过锥形压盖7和锥形块11分别与端盖2和排出孔3、吸入孔4、通孔5的配合，使其在通入高压液体后能形成自紧密封，有效解决了现有泵头体由于通孔的结构原因，泵头体自增强的过程中时常发生高压液体泄漏的情况，致使泵头体自增强达不到最佳效果的问题。

高压泵头体1在自增强的过程中，自增强装置通过调节低压单元13的调速阀A21和三位四通电磁阀20，可实现高压泵头体1自增强加压过程中的加载和保压的过程。在这一过程中，高压泵头体1通过锥形压盖7和锥形块11上的密封圈12，能防止锥面间微小间隙的泄漏，以保证高压泵头体1在高压下密封的稳定性。高压泵头体1通孔5处的端盖2因为螺纹压溃不能卸下，可通过高压泵头体1在自增强后的再次加工时采用破坏端盖2的方法卸下。自增强装置通过调节调速阀B22、可控泄压阀38和二位五通电磁阀39，可实现高压泵头体1的逐步泄压过程。该自增强装置的工作过程，是以高压泵头体1的弹性极限内压P₀为初始自增强压力，然后按照此压力P₀·5%的增幅逐步增加，直到加载到最大自增强压力P_MAX，在卸载的过程中，按照最大自增强压力P_MAX的10%，既P_MAX·5%的载荷幅逐步卸载，直至卸载到0。有效解决了现有泵头体自增强装置不能满足泵头体在自增强过程中精确调节压力、实现逐级多步加载、保压和逐步卸载功能要求的问题。从而使自增强装置在实现加压、保压、加压及卸载、保压和卸载的载荷历程前提下，使高压泵头体1达到预定弹塑性变形的效果。进而改善了高压泵头体1内部的应力分布状况，达到提高高压泵头体1疲劳强度的目的。

Claims

1.一种高压泵头体的自增强密封结构，包括端盖（2）、高压泵头体（1）、高压泵头体（1）内呈十字状设置的排出孔（3）、吸入孔（4）、通孔（5）和柱塞孔（6），其特征在于：高压泵头体（1）的柱塞孔（6）内螺纹安装有端盖（2），端盖（2）的锥形内孔中安装有锥形压盖（7）；所述的高压泵头体（1）的排出孔（3）、吸入孔（4）和通孔（5）分别为锥形孔，排出孔（3）、吸入孔（4）和通孔（5）内通过固定板（9）和螺钉（10）分别安装有锥形块（11），所述的锥形压盖（7）和锥形块（11）上分别设置有密封槽，密封槽内安装有密封圈（12）；所述的锥形压盖（7）上设置有高压液体进入孔（8）。

2.一种用于上述高压泵头体（1）的自增强装置，它由低压单元（13）和高压单元（14）构成，其特征在于：低压单元（13）由油箱（15）、油箱开关（16）、油泵（17）、过滤器A（18）、单向阀（19）、三位四通电磁阀（20）、调速阀A（21）、调速阀B（22）、压力表A（23）、压力表B（24）、超高压增压器（25）、溢流阀A（26）、冷却器（27）和油温表（28）构成，油箱（15）上安装有供油管（29）和回油管（30），油箱（15）由供油管（29）和回油管（30）通过三位四通电磁阀（20）与超高压增压器（25）连接，三位四通电磁阀（20）与超高压增压器（25）之间的供油管（29）和回油管（30）上分别安装有调速阀A（21）、压力表A（23）和调速阀B（22）、压力表B（24）；油箱（15）与三位四通电磁阀（20）之间的供油管（29）和回油管（30）上分别依次安装有油箱开关（16）、油泵（17）、过滤器A（18）、单向阀（19）和冷却器（27）和油温表（28）；油箱（15）与三位四通电磁阀（20）之间的供油管（29）和回油管（30）之间通过溢流阀A（26）连通；高压单元（14）由水箱（31）、水箱开关（32）、水泵（33）、过滤器B（34）、高压压力表（35）、安全阀（36）、泵头体安装座（37）、可控泄压阀（38）、二位五通电磁阀（39）、溢流阀B（40）和减压阀（41）构成，水箱（31）上装有供水管（42），水箱（31）通过供水管（42）与泵头体安装座（37）连通；供水管（42）上依次安装有水箱开关（32）、水泵（33）、过滤器B（34）、高压压力表（35）和安全阀（36）；高压压力表（35）一侧的供水管（42）上装有回水管（43），回水管（43）与水箱（31）连通，所述的回水管（43）上依次安装有可控泄压阀（38）和减压阀（41），可控泄压阀（38）上装有二位五通电磁阀（39），减压阀（41）与水箱（31）之间的回水管（43）上装有与供水管（42）连接的连通管（44），连通管（44）上装有溢流阀B（40）；所述的低压单元（13）通过超高压增压器（25）与高压单元（14）的供水管（42）连通。