一种液压作用的阀座拉拔器及其使用方法与流程

1.本发明涉及压裂泵领域，尤其涉及一种液压作用的阀座拉拔器结构,用于新型阀座拉拔器能够实现拉拔丝杆和拉拔头良好配合、并防止工作中螺纹受力后异常配合致使螺纹损坏或粘扣。


背景技术：

2.阀座主体是压裂泵阀箱总成的关键零件，它装配在阀箱本体的阀座主体孔内、座实后达到紧密吃合状态以保证密封，当工作一段时间后，阀座的工作表面会发生一定程度的损坏，需要维保更换阀座主体，就需要专用的阀座拉拔器来拔取出阀座主体。
3.一般阀座拉拔器由以下主要零部件构成：
4.1、拉拔液缸——通过液压泵注入液体形成高压、让液缸活塞带动拉拔丝杆上行，提供拔取阀座的拉力f1；
5.2、拉拔丝杆——在下端联结拉拔头，在上端联结拉拔螺母，其作用是张开拉拔挂头，并能带动拉拔挂钩块上行拔出阀座主体；
6.3、拉拔头——联结拉拔丝杆，并在拉拔丝杆旋合后拉拔头张开钩住阀座主体的下端面，在拉拔丝杆带动下钩住阀座主体上行、实现拔取出阀座主体的功能；
7.4、拉拔螺母——位于拉拔液缸活塞上螺纹联结拉拔丝杆，能带动拉拔丝杆上行。
8.为此，需要设计一种新型阀座拉拔器能够实现拉拔丝杆和拉拔挂钩块良好配合、并防止工作中螺纹受力后异常配合致使螺纹损坏或粘扣，确保拉拔器即使在拔取配合过盈很紧的阀座时也能有效工作，且新型阀座拉拔还具有良好的耐用性，确保施工作业的安全性和可靠性。
9.对常规抱箍结构阀座拉拔进行创新改进，新型锁紧环结构阀座拉拔用强度、刚度优异的锁紧环替代抱箍来锁紧拉拔挂钩块，能够让拉拔头的螺纹(母扣)与拉杆丝杆的螺纹(公扣)始终处于正常的配合状态，从而有效避免螺纹齿根断裂或者是螺纹齿面粘结，使得阀座拉拔拔取作业更可靠、安全，有效提高设备维保作业效率，保障现场设备良好运行。


技术实现要素：

10.本发明的目的在于：为了解决现有阀座拉拔器拉拔丝杆和拉拔头工作中螺纹受力后异常配合致使螺纹损坏或粘扣，以及拉拔丝杆和拉拔头螺纹齿根断裂或者是螺纹齿面粘结的问题，本发明提供一种液压作用的阀座拉拔器。
11.本发明为了实现上述目的具体采用以下技术方案：
12.一种液压作用的阀座拉拔器，包括阀座主体、拉拔头以及拉拔丝杆，所述阀座主体上的外侧壁设置有o圈槽，阀座主体呈锥体型，所述o圈槽位于阀座主体外侧壁的中心位置，o圈槽内安装有o型圈，所述拉拔丝杆的一端与所述拉拔头的内侧螺纹连接，拉拔头的下端形成有倒钩，所述倒钩的上表面与阀座主体的下表面配合，所述通过液压力作用的阀座拉拔器还包括限位块和锁紧环，所述限位块位于拉拔头上端，限位块与所述拉拔头上端通过
螺钉连接，所述锁紧环位于拉拔头的外侧壁，锁紧环的内壁与拉拔头的外侧壁接触配合,所述限位块的下端面开设有内台阶，所述内台阶由限位块的几何中心朝径向向的外方向形成，所述内台阶压盖拉拔头的上端。
13.其中，所述锁紧环的内径范围为φ50
‑
100mm，外径范围是φ65
‑
120mm，高度范围是20
‑
50mm，锁紧环的材料为40crnimo、45crnimov或30crmnsini2a材料中的任意一种。
14.其中，所述锁紧环的内外壁贯穿开设有通孔，所述通孔个数为4个，通孔关于锁紧环的纵向轴线圆周阵列并均匀分布。
15.其中，所述限位块呈月牙形，限位块上开有贯穿孔，所述螺钉从限位块上端穿过贯穿孔与所述拉拔头上端的螺纹孔，使限位块与拉拔头螺纹连接，所述贯穿孔的数量具有3个并沿限位块的月牙形弧线方向均匀分布。
16.其中，所述拉拔头的个数为2个，拉拔头具有内周壁,所述内周壁具有螺纹，两个所述内周壁对接，内周壁对接后从拉拔头的上端到下端形成开口状，呈开口状的两个内周壁的下端与上端的夹角为20
°
，所述拉拔丝杆的外螺纹范围是m36
×
4—m56
×
5.5，所述拉拔头的内周壁上的内螺纹范围是tr36
×
6—tr60
×
9。
17.其中，所述通过液压力作用的阀座拉拔器的上端具有拉拔螺母与所述拉拔丝杆的另一端进行螺纹连接，所述拉拔螺母的外圆周壁开有缺口，所述外圆周壁还钻有螺纹孔，所述缺口与所述螺纹孔的个数是4个，缺口与螺纹孔在拉拔螺母上环形阵列，缺口与螺纹孔交叉设置且夹角为45
°
。
18.其中，所述锁紧环与所述拉拔头的配合为基孔制间隙配合，二者的配合关系为
19.本发明的有益效果如下：
20.1、本发明所述限位块和锁紧环中，限位块位于拉拔头上端，限位块与所述拉拔头上端通过螺钉连接，所述锁紧环位于拉拔头的外侧壁，锁紧环的内壁与拉拔头的外侧壁接触配合,所述限位块的下端面开设有内台阶，所述内台阶由限位块的几何中心朝径向向的外方向形成，所述内台阶压盖拉拔头的上端，限位块和锁紧环一起保证拉拔头能正常工作即让拉拔丝杆在拉拔头上端的能准确的进行螺纹旋进，拉拔头能够张开，能够让挂拉拔头螺纹(母扣)与拉杆丝杆的螺纹(公扣)始终处于正常的配合状态，从而有效避免螺纹齿根断裂或者是螺纹齿面粘结，使得阀座主体拉拔拔取作业更可靠、安全，有效提高设备维保作业效率，保障现场设备良好运行。
21.2、本发明所述锁紧环的内径范围为φ50
‑
100mm，外径范围是φ65
‑
120mm，高度范围是20
‑
50mm，锁紧环的材料为40crnimo、45crnimov或30crmnsini2a材料中的任意一种，锁紧环具有优异的结构强度和刚度，能保证拉拔丝杆与拉拔头的螺纹配合始终处于正常状态，防止滑扣和粘扣的异常情况，提高作业的安全性及可靠性。
22.3、本发明所述锁紧环的内外壁贯穿开设有通孔，所述通孔个数为4个，通孔关于锁紧环的纵向轴线圆周阵列并均匀分布，可以降低锁紧环的质量，避免繁重锁紧环装配。
23.4、本发明所述限位块呈月牙形，限位块上开有贯穿孔，所述螺钉从限位块上端穿过贯穿孔与所述拉拔头上端的螺纹孔，使限位块与拉拔头螺纹连接，所述贯穿孔的数量具有3个并沿限位块的月牙形弧线方向均匀分布，拔丝杆在拉拔头上端的能准确的进行螺纹
旋进，有效限定拉拔丝杠靠近拉拔头上端时不偏心，使拉拔丝杆准确插入拉拔头上端，限位块能够紧固在拉拔头的上端，保证阀座拉拔器运行可靠。
24.5、本发明所述拉拔头的个数为2个，拉拔头具有内周壁，两个所述内周壁对接，内周壁对接后从拉拔头的上端到下端形成开口状，呈开口状的两个内周壁的下端与上端的夹角为20
°
，拉拔头上端径向张开，同时拉拔头下端径向张开，使拉拔头上的倒钩上表面与阀座主体的下表面配合面积增大。
25.6、本发明所述通过液压力作用的阀座拉拔器的上端具有拉拔螺母与所述拉拔丝杆的另一端进行螺纹连接，所述拉拔螺母的外圆周壁开有缺口，所述外圆周壁还钻有螺纹孔，所述缺口与所述螺纹孔的个数是4个，缺口与螺纹孔在拉拔螺母上环形阵列，缺口与螺纹孔交叉设置且夹角为45
°
，方便拉拔螺母从拉拔丝杆拆卸，通过专用工具配合缺口或通过螺杆配合螺纹孔旋转拆卸。
26.7、本发明所述锁紧环与所述拉拔头的配合为基孔制间隙配合，二者的配合关系为保证锁紧环与拉拔头外壁可靠吃合，拉拔头径向张开时锁紧环锁紧并限定拉拔头径向张开，同时锁紧环与所述拉拔头之间留有间隙方便二者间的松紧调节，拉拔头的螺纹(母扣)与拉杆丝杆的螺纹(公扣)始终处于正常的配合状态，从而有效避免螺纹齿根断裂或者是螺纹齿面粘结或螺纹损坏或粘扣，使得阀座拉拔拔取作业更可靠、安全，有效提高设备维保作业效率，保障现场设备良好运行。
附图说明
27.图1是本发明的现有技术结构示意图；
28.图2是本发明螺纹齿面粘结结构示意图；
29.图3是本发明改进结构示意图；
30.图4是本发明拉拔螺母俯视方向结构示意图；
31.图5是本发明拉拔螺母剖面方向结构示意图；
32.图6是本发明拉拔头结构示意图；
33.图7是本发明限位块剖面结构示意图；
34.图8是本发明限位块俯视方向结构示意图；
35.图9是本发明锁紧环剖面结构示意图。
36.附图标记：1
‑
拉拔螺母、11
‑
缺口、12
‑
螺纹孔、2
‑
拉拔液缸、3
‑
进液管、4
‑
阀箱本体、5
‑
阀座主体、6
‑
拉拔头、61
‑
内周壁、62
‑
倒钩、7
‑
拉拔丝杆、8
‑
限位块、81
‑
内台阶、9
‑
锁紧环、91
‑
通孔。
具体实施方式
37.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
38.实施例1
39.如图1所示，传统的一种液压作用的阀座拉拔器，一般阀座拉拔器由以下主要零部
件构成：拉拔螺母1、拉拔液缸2、进液管3、阀箱本体4、阀座主体5、拉拔头6以及拉拔丝杆7，所述拉拔丝杆7与拉拔头6螺纹连接，所述拉拔螺母1与拉拔丝杆7螺纹连接，所述通过液压泵通过进液管3注入液体形成高压、让拉拔液缸2活塞带动拉拔丝杆7上行，提供拔取阀座主体5的拉力f1；
40.其中，拉拔丝杆7在下端联结拉拔头6，在上端联结拉拔螺母1，其作用是张开拉拔头6，并能带动拉拔头6上行拔出阀座主体5；
41.其中，拉拔头6联结拉拔丝杆7，并在拉拔丝杆7旋合后拉拔头6张开钩住阀座主体5的下端面，在拉拔丝杆7带动下钩住阀座主体5上行、实现拔取出阀座主体5的功能；
42.其中，拉拔螺母1位于拉拔液缸2活塞上并联结拉拔丝杆7，能带动拉拔丝杆7上行。
43.实施例2
44.如图2所示，传统的一种液压作用的阀座拉拔器中，核心的零件是拉拔头6，目前拉拔头6结构主流设计是采用的抱箍加螺纹张开式拉拔头6的方式，这种抱箍结构的拉拔头6是用一付抱箍来箍住两个拉拔头6上端方式，在实际使用中发现，这种拉拔头6存在一个缺陷，在拉拔头6的配合螺纹受力时，因为会在螺纹齿面径向分力f2的作用下会形成张开抱箍的趋势，当分力f2足够大时就会导致抱箍的联结螺钉弹性变形，使得抱箍的实际内径增大不能充分保证拉拔头6的螺纹与拉拔丝杆7的螺纹正常配合。其中f1＝液压拉拔的活塞上行力，用以克服阀座的过盈吃合力拔取出阀座，可通过液压泵注液来控制大小；
45.f2＝tan(θ)
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公式(1)
46.f＝sec(θ)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
公式(2)
47.而螺纹不能正常配合很容易导致螺纹的齿根断裂(即俗称滑扣)，或者是螺纹表面接触应力过大引发表面塑性变形以致粘扣，这些都会严重影响到阀座主体5的拔取维保作业的安全及顺畅性，给维保作业和设备运行管理带来不可忽视的压力。
48.经过分析，导致以上问题的根本原因是因为抱箍式结构自身存在的螺钉联结的强度及刚度缺陷，当阀座主体5工作时间较长或者是在高压力工况下工作时，阀座主体5过盈吃合力就会增大，导致f2分力增大，因为抱箍螺钉承受应力σ为：
49.σ＝0.5
×
f2/a，其中a为螺钉的有效截面面积
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
公式(3)
50.由公式(3)可见，f2越大，应力σ就会越大，容易引发螺钉较严重弹性变形、塑性变形甚至是断裂，导致拉拔丝杆7与拉拔头6螺纹配合状态出现异常，产生相应的螺纹损坏，也容易降低螺纹的工作寿命。理论上、采用增大抱箍联结螺钉也是可以解决这一问题的，但是这必须对应增大增厚抱箍，会导致拉拔头的体积增大，而由于阀箱本体4的内腔大小有限，导致这种改进措施无法实现。
51.实施例3
52.针对实施例1和2出现的问题，如图3所示，本实施例一种液压作用的阀座拉拔器，包括阀座主体5、拉拔头6以及拉拔丝杆7，所述阀座主体5上的外侧壁设置有o圈槽，阀座主体1呈锥体型，所述o圈槽位于阀座主体5外侧壁的中心位置，o圈槽内安装有o型圈，所述拉拔丝杆7的一端与所述拉拔头6的内侧螺纹连接，拉拔头6的下端形成有倒钩62，所述倒钩62的上表面与阀座主体5的下表面配合，所述通过液压力作用的阀座拉拔器还包括限位块8和锁紧环9，所述限位块8位于拉拔头3上端，限位块8与所述拉拔头6上端通过螺钉连接，所述锁紧环9位于拉拔头6的外侧壁，锁紧环9的内壁与拉拔头6的外侧壁接触配合,所述限位块8
的下端面开设有内台阶81，所述内台阶81由限位块8的几何中心朝径向向的外方向形成，所述内台阶81压盖拉拔头6的上端，所述锁紧环9与所述拉拔头6的配合为基孔制间隙配合，二者的配合关系为
53.所述锁紧环9的内径范围为φ50
‑
100mm，外径范围是φ65
‑
120mm，高度范围是20
‑
50mm，锁紧环9的材料为40crnimo、45crnimov或30crmnsini2a材料中的任意一种，锁紧环9和拉拔头6配合针对抱箍结构拉拔头6的不足，采用高强度、刚度的锁紧环9来锁紧拉拔头。如图9所示，所述锁紧环9的内外壁贯穿开设有通孔91，所述通孔91个数为4个，通孔91关于锁紧环9的纵向轴线圆周阵列并均匀分布。
54.如图6所示，所述拉拔头6的个数为2个，拉拔头6具有内周壁61,所述内周壁61具有螺纹，两个所述内周壁61对接，内周壁61对接后从拉拔头6的上端到下端形成开口状，呈开口状的两个内周壁61的下端与上端的夹角为20
°
，所述拉拔头上端径向张开，同时拉拔头下端径向张开，使拉拔头上的倒钩上表面与阀座主体的下表面配合面积增大。
55.如图7、8所示，所述限位块8呈月牙形，限位块8上开有贯穿孔82，所述螺钉从限位块8上端穿过贯穿孔82与所述拉拔头6上端的螺纹孔，使限位块8与拉拔头6螺纹连接，所述贯穿孔82的数量具有3个并沿限位块8的月牙形弧线方向均匀分布。
56.如图4、5所示，所述通过液压力作用的阀座拉拔器的上端具有拉拔螺母1与所述拉拔丝杆7的另一端进行螺纹连接，所述拉拔螺母1的外圆周壁开有缺口11，所述外圆周壁还钻有螺纹孔12，所述缺口11与所述螺纹孔12的个数是4个，缺口11与螺纹孔12在拉拔螺母1上环形阵列，缺口11与螺纹孔12交叉设置且夹角为45
°
，方便拉拔螺母从拉拔丝杆拆卸，通过专用工具配合缺口或通过螺杆配合螺纹孔旋转拆卸。
57.实施例4
58.本发明的一种液压作用的阀座拉拔器提供一些及试验测试数据，最大承受拉力f1的测试：
59.在工厂试验中、对比测试了3组具有新型锁紧环9结构的阀座拉拔器与3组抱箍结构阀座拉拔器的最大f1力，数据见下表：
[0060][0061]
可见，具有新型锁紧环9结构阀座拉拔器具有远超过抱箍结构阀座拉拔器的结构强度、刚度，工作更安全可靠。
[0062]
具有新型锁紧环结构的阀座拉拔器主要技术参数：
[0063]
锁紧环与拉拔挂钩块配合关系
[0064]
锁紧环的内径范围φ50
‑
100mm；外径范围φ65
‑
120mm；高度范围20
‑
50mm。
[0065]
拉拔丝杆7外螺纹范围及拉拔头6内螺纹适用范围：
[0066]
m36
×
4——m56
×
5.5；tr36
×
6——tr60
×
9，保证拉拔丝杆与拉拔头的螺纹配合始终处于正常状态，防止滑扣和粘扣的异常情况，提高作业的安全性及可靠性。
[0067]
锁紧环、拉拔丝杆、拉拔头的机械性能要求：
[0068]
抗拉强度δb≥900mpa，屈服强度δs≥800mpa。
[0069]
实施例5
[0070]
实施例5与实施例1区别在于，实施例5的工作原理，如图3所示：拉拔丝杆7可以在拉拔头6的上端通过限位块8保证拉拔丝杆7下端不偏心而插入拉拔头6的上端，拉拔头6的上端径向张开；旋动拉拔丝杆7向下推动拉拔头6下端的倒钩62挤压阀座主体5上端，所述拉拔头6的中间部分发生形变，继续推进直到倒钩62的上表面与阀座主体5的下表面配合；拉拔丝杆7的下端插入到拉拔头6的中端时即内周壁61形成的开口状位置中端位置，向拉拔丝杆7上端通入液体，拉拔丝杆7下端膨胀与插入拉拔头6的中端开口状位置螺纹配合，两个拉拔头6中端径向移动张开，张开到拉拔头6的外侧壁接触锁紧环9的内壁时,所述锁紧环9限制拉拔头6中端径向移动张开，所述拉拔头6的下端具有的倒钩62上表面与阀座主体5的下表面配合面积增加，拉拔液缸2推动拉拔螺母1使拉拔丝杆7向上移动带动阀座主体5向上移动。