包括载荷传递肩部的泵流体气缸和用于其的阀座的制作方法

包括载荷传递肩部的泵流体气缸和用于其的阀座的制作方法
【专利摘要】根据一方面，泵组件包括流体气缸，且该流体气缸包括限定该流体气缸的渐缩内肩部的流体通道。该渐缩内肩部限定第一截头圆锥表面。阀控制流体通过流体通道的流动。该阀包括阀座，其包括设置在流体通道中的座本体，和穿过所述座本体形成的孔，且流体流经该孔。座本体包括入口和出口端部，其中流体在入口端部流入所述孔，并且在出口端部流出所述孔。座本体的入口端部限定第二截头圆锥表面。在一个实施方式中，第二截头圆锥表面与第一截头圆锥表面接合以分布和传递载荷。
【专利说明】包括载荷传递肩部的泵流体气缸和用于其的阀座

【技术领域】
[0001]本发明大体涉及泵组件，且更具体地涉及包括流体气缸和阀座的往复泵组件。

【背景技术】
[0002]往复泵组件通常包括流体端部单元(fluid end block)或流体气缸以及设置在其中的入口和出口阀。在操作过程中，该入口和出口阀通常经受高载荷和频率。在一些情况下，入口和出口阀的阀座，以及流体气缸的与其接合的部分，可经历高度集中的循环载荷且因此可疲劳失效。因此，需要一种可解决上述一个或多个问题的装置或方法。


【发明内容】

[0003]在第一方面，提供了一种泵组件，包括流体气缸，其具有第一轴线和与其垂直的第二轴线。该流体气缸包括第一流体通道，流体沿着第一轴线流经该第一流体通道，所述第一流体通道限定所述流体气缸的第一渐缩内肩部，该第一渐缩内肩部限定第一截头圆锥表面，该第一截头圆锥表面限定自所述第二轴线的第一角度；所述泵组件还包括第一阀，以控制流体流动通过所述第一流体通道。该第一阀包括设置在所述第一流体通道中的第一阀座。该第一阀座包括座本体，其包括入口端部和沿着所述第一轴线与其相反的出口端部，该座本体的入口端部限定第二截头圆锥表面，该第二截头圆锥表面限定自所述第二轴线的第二角度；和孔，其穿过所述座本体形成，且流体在沿着所述第一轴线且垂直于所述第二轴线的方向流动通过该孔；其中该流体在所述座本体的入口端部流入所述孔且在所述座本体的出口端部流出所述孔；其中各所述第一和第二角度的范围自所述第二轴线测量为从约10度至约45度；且其中所述入口端部的所述第二截头圆锥表面与所述流体气缸的所述第一截头圆锥表面接合以在所述第二和第一截头圆锥表面之间分布和传递载荷。
[0004]在一个示例性实施方式中，所述第二轴线在一交叉处与所述座本体交叉，该交叉限定了所述座本体的第一直径；其中所述座本体限定从所述入口端部沿着所述第一轴线延伸至所述出口端部的轴向延伸外表面，该轴向延伸外表面限定所述座本体的第二直径；其中所述座本体的第二直径比所述座本体的第一直径大；且其中所述第二截头圆锥表面在所述交叉处与所述轴向延伸外表面之间延伸。
[0005]在一些示例性实施方式中，所述第二截头圆锥表面从所述交叉处以角度方向延伸至所述外表面，其轴向分量朝向所述出口端部轴向延伸。
[0006]在另一个示例性实施方式中，所述座本体的入口端部限定从所述出口端部轴向面向外的端表面；其中所述第二轴线与所述端表面共面；且其中所述第二截头圆锥表面从所述端表面延伸至所述外表面。
[0007]在一些示例性实施方式中，所述入口端部包括环形部分，该环形部分从所述交叉处沿轴向方向远离所述出口端部而延伸。
[0008]在一个示例性实施方式中，所述第二截头圆锥表面从所述交叉处以角度方向延伸至所述外表面，其轴向分量从所述出口端部轴向延伸离开。
[0009]在另一个示例性实施方式中，所述入口端部包括环形部分，其从所述交叉处沿轴向方向远离所述出口端部而延伸。
[0010]在另一个示例性实施方式中，所述流体通道包括:第一通道部分，其限定所述流体气缸的第一内直径；和第二通道部分，其限定所述流体气缸的第二内直径；其中所述第二内直径比所述第一内直径小；其中所述阀座本体被设置在所述第二通道部分中；且其中所述第二通道部分的至少一部分被沿着所述第一轴线设置在所述第一通道部分和所述第一渐缩内肩部之间。
[0011]在第二方面，提供了一种被配置成设置在泵组件的流体气缸中的阀座。该阀座具有第一轴线和与其垂直的第二轴线。该阀座包括:座本体，其包括入口端部和沿着所述第一轴线与其相反的出口端部，该座本体的入口端部限定截头圆锥表面，所述截头圆锥表面限定自所述第二轴线的角度；和孔，其穿过所述座本体形成，且流体在沿着所述第一轴线且垂直于所述第二轴线的方向流动通过该孔；其中该流体在所述座本体的入口端部流入所述孔且在所述座本体的出口端部流出所述孔；且其中所述角度的范围自所述第二轴线测量为从约10度至约45度。
[0012]在一些示例性实施方式中，所述第二轴线与所述座本体在一交叉处交叉，该交叉处限定所述座本体的第一直径；其中所述座本体限定沿着所述第一轴线从所述入口端部延伸至所述出口端部的轴向延伸外表面，所述轴向延伸外表面限定所述座本体的第二直径；其中所述座本体的第二直径比所述座本体的第一直径大；且其中所述截头圆锥表面在所述交叉处与所述轴向延伸外表面之间延伸。
[0013]在一个示例性实施方式中，所述截头圆锥表面从所述交叉处以角度方向延伸至所述外表面，其轴向分量朝向所述出口端部轴向地延伸。
[0014]在另一个示例性实施方式中，所述座本体的入口端部限定从所述出口端部轴向地面向外的端表面；其中所述第二轴线与所述端表面共面；且其中所述截头圆锥表面从所述端表面延伸至所述外表面。
[0015]在另一个示例性实施方式中，所述入口端部包括环形部分，其从所述交叉处沿着轴线方向延伸远离所述出口端部。
[0016]在一些示例性实施方式中，所述截头圆锥表面从所述交叉处以角度方向延伸至所述外表面，其轴向分量从所述出口端部轴向地延伸离开。
[0017]在另外的示例性实施方式中，所述入口端部包括环形部分，其从所述交叉处沿着轴向方向远离所述出口端部而延伸。
[0018]在第三方面，提供了一种用于泵组件的流体气缸，该流体气缸具有第一轴线和与其垂直的第二轴线。该流体气缸包括:第一流体通道，其中第一阀被配置成设置在该第一流体通道中，且流体沿着所述第一轴线流经该第一流体通道。所述流体通道包括:第一通道部分，其限定所述流体通道的第一内直径；和从所述第一通道部分延伸的第二通道部分，该第二通道部分限定所述流体通道的第二内直径；其中所述第二内直径比所述第一内直径小。渐缩内肩部由所述流体通道限定，该渐缩内肩部限定截头圆锥表面，所述截头圆锥表面限定自所述第二轴线的角度；其中所述角度范围为从所述第二轴线测量为自约10度至约45度；且其中所述第二通道部分的至少一部分被沿着所述第一轴线设置在所述第一通道部分与所述第一渐缩内肩部之间。压力腔室与所述第一流体通道流体连通。
[0019]在一个示例性实施方式中，所述第二轴线在交叉处与所述流体通道交叉，所述交叉处限定所述流体通道的第三直径；其中所述第二通道部分限定沿着所述第一轴线延伸的轴向延伸圆柱内表面，所述轴向延伸圆柱内表面具有所述第二直径；其中所述流体通道的第二直径比所述流体通道的所述第三直径大；且其中所述截头圆锥表面在所述交叉处与所述轴向延伸圆柱内表面之间延伸。
[0020]在另一个示例性实施方式中，所述截头圆锥表面从所述交叉处以角度方向延伸至所述圆柱内表面，其轴向分量朝向所述第一通道部分轴向地延伸。
[0021]在一些示例性实施方式中，所述截头圆锥表面从所述交叉处以角度方向延伸至所述外表面，其轴向分量从所述出口端部轴向地延伸离开。
[0022]在其它示例性实施方式中，所述流体气缸包括第二流体通道，其中第二阀被配置成设置在该第二流体通道中，且流体沿着所述第一轴线流经该第二流体通道；和流体出口通道，其经由所述第二流体通道与所述压力腔室流体连通。
[0023]当参考附图根据下文的具体说明，其它方面、特征和优点将是明显的，该附图是本公开的一部分且以示例的方式示出了所公开的发明的原理。

【专利附图】

【附图说明】
[0024]附图有助于理解多个实施方式。
[0025]图1是根据示例性实施方式的往复泵组件的侧视图，且该泵组件包括流体气缸组件。
[0026]图2是根据示例性实施方式的图1的流体气缸组件的剖视图，该流体气缸组件包括流体气缸以及入口和出口阀，且各入口和出口阀包括阀座。
[0027]图3是根据示例性实施方式的图2的剖视图的一部分的放大视图。
[0028]图4是根据另一个示例性实施方式的阀座和流体气缸的相应部分的局部剖视图。
[0029]图5是根据另一个示例性实施方式的阀座和流体气缸的相应部分的局部剖视图。
[0030]图6是根据另一个示例性实施方式的阀座和流体气缸的相应部分的局部剖视图。

【具体实施方式】
[0031]在一个示例性实施方式中，如图1中所示，往复泵组件大体以参考标记10指示,且包括可操作地连接至其上的电力端部12和流体端部14。电力端部12包括容纳曲轴(未示出)的壳体16，该曲轴可操作地连接至发动机或电机(未示出)，该发动机或电机被配置成驱动曲轴。该流体端部14包括流体端部单元或流体气缸18，其经由多个撑杆20连接至壳体16。该流体气缸18包括流体入口通道22和流体出口通道24，其以平行关系而间隔开。多个盖组件26(在图1中示出了其中的一个)与撑杆20相反地连接至流体气缸18。多个盖组件28 (在图1中示出了其中的一个)与流体入口通道22相反地连接至流体气缸
18。活塞杆组件30从壳体16延伸出并进入流体气缸18。在多个示例性实施方式中，泵组件10是独立式立在地面上的，且被安装至可在工作场地之间牵引的拖车，或者被安装至滑板(skid) ο
[0032]在示例性的实施方式中，继续参考图1且如图2中所示,活塞杆组件30包括活塞32，其延伸通过在流体气缸18中形成的孔34，且进入流体气缸18中形成的压力腔室36。在多个示例性实施方式中，可在流体气缸18中形成多个平行地间隔开的孔，其中一个孔是孔34，可在流体气缸18中形成多个压力腔室，其中一个压力腔室为压力腔室36，且多个平行间隔开的活塞可延伸通过各相应的孔且进入各相应的压力腔室，其中一个活塞为活塞32。至少该孔34、该压力腔室36和该活塞32可共同实现活塞冲程(plunger throw)。在几个示例性实施例中，往复泵组件10包括三个活塞冲程(即三冲程泵组件)，或者包括四个或更多活塞冲程。
[0033]如图2中所示，流体气缸18包括在其中形成的入口和出口流体通道38和40，其是大体沿着轴线42共轴的。流体入口通道22是经由入口流体通道38与压力腔室36流体连通的。压力腔室36经由出口流体通道40与流体出口通道24流体连通。流体入口通道38包括增大直径部分38a和从其向下延伸的缩小直径部分38b (增大直径部分38a的直径比缩小直径部分38b的直径大)。流体入口通道38限定渐缩的内肩部43，从而缩小直径部分38b被沿着轴线42设置在增大直径部分38a和渐缩内肩部43之间。该渐缩内肩部43限定流体气缸18的截头圆锥表面44。该缩小直径部分38b限定流体气缸18的内表面46，该内表面46具有缩小直径部分38b的直径。类似地，流体出口通道40包括增大直径部分40a和从其向下延伸的缩小直径部分40b。流体出口通道40限定渐缩内肩部48，从而缩小直径40b被轴向地设置在增大直径部分40a和渐缩内肩部48之间。渐缩内肩部48限定流体气缸18的截头圆锥表面50。该缩小直径部分40b限定流体气缸18的内表面52。
[0034]A 口阀组件或者入口阀54被设置在流体通道38中，且至少与截头圆锥表面44和内表面46接合。类似地，出口阀组件或出口阀56被设置在流体通道40中，且至少与截头圆锥表面50和内表面52接合。在示例性实施方式中，各阀54和56是弹簧加载阀，其通过其上的预定的压差而致动。
[0035]沉孔58形成在流体气缸18中，且大体与轴线42共轴。沉孔58限定内肩部58a且包括与内肩部58a相邻的内螺纹连接58b。沉孔60形成在流体气缸18中，且大体沿着轴线62与孔34共轴。沉孔60限定内肩部60a且包括与内肩部60a相邻的内螺纹连接60b。在多个示例性实施方式中，流体气缸18可包括多个平行间隔开的沉孔，其中的一个可以是沉孔58，其中沉孔的数量等于泵组件10所包括的活塞冲程的数量。类似地，在多个示例性实施方式中，流体气缸18可包括另外的多个平行间隔开的沉孔，其中的一个可以是沉孔60，其中沉孔的数量与泵组件10所包括的活塞冲程的数量相同。
[0036]设置在沉孔58中的插塞64与内肩部58a接合，且与沉孔58的缩小直径部分所限定的内圆柱表面密封地接合。紧固件66的外螺纹连接66a与沉孔58的内螺纹连接58b螺纹地接合，从而紧固件66的端部与插塞64接合。因此，紧固件66将插塞64设置或保持定位为抵靠沉孔58所限定的内肩部58a，从而保持插塞64与沉孔58的缩小直径部分所限定的内圆柱表面的密封接合。图1和2中所示的盖组件28至少包括插塞64和紧固件66。在一个示例性实施方式中，盖组件28可从流体气缸18脱离连接，以提供例如至沉孔58、压力腔室36、活塞32、流体通道40或出口阀56的通道。接着可根据前述说明将盖组件28再连接至流体气缸18。在几个示例性实施方式中，泵组件10可包括多个插塞，其中一个是插塞64，并包括多个紧固件，其中一个是紧固件66，其中插塞和紧固件的数量分别等于泵组件10所包括的活塞冲程的数量。
[0037]设置在沉孔60中的插塞68与内肩部60a接合，且与沉孔60的缩小直径部分所限定的内圆柱表面密封地接合。在一个示例性实施方式中，插塞68的特征在于用作吸管套(suct1n cover)。紧固件70的外螺纹连接70a与沉孔60的内螺纹连接60b螺纹接合,从而紧固件70的端部与插塞68接合。因此，紧固件70将插塞68设置或保持成定位抵靠在沉孔60所限定的内肩部60a上，从而将插塞68保持抵靠在由沉孔60的缩小直径部分所限定的内圆柱表面上而密封接合。图1和2中所示的盖组件26至少包括插塞68和紧固件70。在示例性实施方式中，盖组件26可从流体气缸18脱离连接，以提供例如至沉孔60、压力腔室36、活塞32、流体通道38或者入口阀54的通道。接着根据前述说明可将该组件26再连接至流体气缸18。在几个示例性实施方式中，泵组件10可包括多个插塞，其中一个是插塞68，和多个紧固件，其中一个是紧固件70，其中插塞和紧固件的数量分别与泵组件10所包括的活塞冲程的数量相同。
[0038]阀弹簧保持件72被设置在流体通道38的增大直径部分38a中。阀弹簧保持件72连接至插塞68的与紧固件70相反的端部。在示例性实施方式中，如图2中所示，阀弹簧保持件72经由毂74连接至插塞68，该毂74与轴线62大体共轴。
[0039]在示例性实施方式中，如继续参考图1和2和如图3中所示，入口阀54包括阀座76和与其接合的阀元件78。该阀座76包括座本体80，其具有入口端部81和出口端部82。座本体80被设置在流体通道38的缩小直径部分38b中。孔83穿过座本体80形成且与轴线84共轴，当入口阀54被设置在流体通道38中时轴线84与轴线42对齐，如图3所示。出口端部82沿着轴线84且因此沿着轴线42与入口端部81轴向相反。孔83限定座本体80的内表面85。座本体80的外表面86与流体通道38所限定的内表面46接触。在示例性实施方式中，外表面86可以是圆柱的。在示例性实施方式中，外表面86可以是稍稍圆锥的。可将如O形环的密封元件设置在外表面86中所形成的环形槽中，且O形环可与内表面46密封地接合。该流体气缸18和阀座76分别具有轴线88和90。当入口阀54被设置在流体通道38中时，该轴线88和90是共轴的，如图3中所示。轴线88和90分别与轴线42和84垂直。
[0040]截头圆锥表面91由座本体80的入口端部81所限定。截头圆锥表面91限定自轴线90，且因此自轴线88的角度92。类似地，截头圆锥表面44限定自轴线88，且因此自轴线90的角度93。在一个示例性实施方式中，各角度92和93的范围为从对齐轴线88和90测量的约10度至约45度。在一个示例性实施方式中，各角度92和93的范围为从对齐轴线88和90测量的约15度至约45度。在一个示例性实施方式中，角度92和93从对齐轴线88和90测量是相等的。在一个示例性实施方式中，各角度92和93从对齐轴线88和90测量为约30度。在一个示例性实施方式中，角度92和93从对齐的轴线88和90测量是不相等的。端表面94由座本体80的入口端部81限定。端表面94从出口端部82轴向地面向夕卜。端表面94是与对齐的轴线88和90共面的。截头圆锥表面91从座本体80与对齐的轴线88和90之间的交叉处以角度方向延伸至外表面86，该交叉处与端表面94相对应，其轴向分量(axial component)轴向地朝向出口端部82延伸。类似地,截头圆锥表面44从流体通道38与对齐的轴线88和90之间的交叉处延伸，且以角度方向至内表面46，其轴向分量轴向地朝向增大的直径部分38a延伸。
[0041]直径95a由座本体80与对齐的轴线88和90之间的交叉处限定；类似地,流体通道38的直径大体对应或大体等于流体通道38与对齐的轴线88和90之间的交叉处所限定的直径95a。直径95b由外表面86限定；且流体通道38的缩小直径部分38b的直径大体对应或大体等于直径95b。直径95b比直径95a大。
[0042]出口端部82限定渐缩表面96，其从内表面85成角度地向上延伸。在一个示例性实施方式中，渐缩表面96以相对于对齐的轴线42和84的角度延伸，该角度范围从约15度至约45度。
[0043]阀座76的座本体80被设置在流体通道38的缩小直径部分38b中，从而座本体80的外表面86与流体气缸18的内表面46接合。在一个例性实施方式中，座本体80在流体通道38的部分38b中形成干涉配合或压配合，从而防止阀座76从流体通道38移位。如上所述，可将诸如O形环等的密封元件设置在外表面86中形成的环形槽中，且该O形环可与内表面46密封地接合。
[0044]阀元件78包括中间杆98，阀本体100从该中间杆98径向向外延伸。在阀本体100中形成有外环形腔102。密封件104在该腔102中延伸，且被配置成在下文所述的情况下与阀座76的渐缩表面96密封地接合。多个周向地间隔开的腿106从中间杆98成角度地向下延伸，且可与座本体80的内表面85滑动地接合。在多个示例性实施方式中，多个腿106可包括两个、三个、四个、五个或者多于五个腿106。弹簧108的下端部与阀本体100的与中间杆98相反的顶部接合。如图2中所示，弹簧108的上端部与阀弹簧保持件72接合。在下文中所述的情况下，阀元件78可相对于阀座76，且因此相对于流体气缸18，在关闭位置(如图3中所示)和打开位置(未示出)之间移动。
[0045]在一个示例性实施方式中，密封件104被模制在阀本体100中。在一个示例性实施方式中，密封件104被预先制成且接着被连接至阀本体100。在多个示例性实施方式中，密封件104由一种或多种材料构成，该材料例如可变形热塑材料、聚氨脂材料、纤维增强材料、碳、玻璃、棉、金属丝纤维、织物和/或其任何组合。在一个示例性实施方式中，密封件104由设置在热塑材料中的织物构成，且该织物可包括碳、玻璃、金属丝、棉纤维和/或其任何组合。在多个示例性实施方式中，密封件104包括至少一种纤维增强材料，其可防止或者至少减少分层。在一个示例性实施方式中，密封件104具有95A硬度或更大的硬度，或者69D硬度计或更大的硬度。在另一个示例性实施方式中，密封件具有95A硬度或更小的硬度。在一些示例性实施方式中，阀本体100比密封件104更硬且更刚性。
[0046]出口阀56与入口阀54相同，且因此不再详细说明。出口阀56的与入口阀54的相应特征相同的特征将以与入口阀54相同的参考标记指示。出口阀56被以与将入口阀54设置在流体通道38中且与流体气缸18接合的方式相同的方式而设置在流体通道40中，且与流体气缸18接合，但不同之处涉及出口阀56的弹簧108 ;更具体地，出口阀56的弹簧108的上部分被压缩靠在插塞64的底部，而不是被压缩靠在与阀弹簧保持件72对应的构件上，入口阀54的弹簧108的上部分被压缩靠在该阀弹簧保持件72上。
[0047]在操作中，在一个示例性实施方式中，继续参考图1-3，活塞32在孔34中往复移动，往复地进和出压力腔室36。S卩，如图2所示，活塞32水平地前后移动，离开和朝向轴线
42。在一个例性实施方式中，发动机或电机(未出)驱动容纳在壳体16中的曲轴(未示出)，从而使得活塞32在孔34中往复，且因此进和出压力腔室36。
[0048]随着活塞32从压力腔室36往复移出，入口阀54被打开。更具体地，如图2和3所示，随着活塞32从轴线42移动离开，压力腔室36中的压力降低，在入口阀54上形成压差，且使得阀元件78相对于阀座76和流体气缸18向上移动。作为阀元件78向上移动的结果，弹簧108在阀本体100和阀弹簧保持件72之间压缩，密封件104从渐缩表面96脱离接合，且因此入口阀54被设置在其打开位置。流体入口通道22中的流体沿着轴线42流动，并经由流体通道38和入口阀54被吸入压力腔室36。为了流经入口阀54，在入口端部81处流入孔83的流体经由孔83且沿着对齐的轴线42和84，且在出口端部82流出孔83。这时，出口阀56处与其关闭位置，其中出口阀56的阀元件78的密封件104与出口阀56的阀座76的渐缩表面96接合。流体继续被吸入压力腔室36，直到活塞32处于其冲程的远离轴线42的端部处。这时，如图2和3所示，在入口阀54上的压差使得入口阀54的弹簧108没有继续被压缩，或者开始解压缩和伸展，推动入口阀54的阀元件78相对于阀座76和流体气缸18向下移动。因此，入口阀54被设置在或者开始被设置在其关闭位置，其中密封件104密封地接合渐缩表面96，或者至少朝向渐缩表面96移动。
[0049]随着活塞32移动进入压力腔室36且因此朝向轴线42，压力腔室36中的压力开始增大。压力腔室36中的压力继续增大直到在出口阀56上的压差超过预设值，在该值处出口阀56打开且允许流体流出压力腔室36，沿着轴线42且经由流体通道40和出口阀56，并进入流体出口通道24。随着活塞32到达其冲程的朝向轴线42的端部(S卩，其排出冲程)，入口阀54位于或被设置在其关闭位置，其中密封件104与渐缩表面96密封地接合。
[0050]重复前述过程，其中随着流体从流体入口通道22流动且经由压力腔室36至流体出口通道24时，往复泵组件10加压该流体。在一个示例性实施方式中，泵组件10是单作用往复泵，其中流体被泵送经过该活塞32的仅一侧。
[0051]在一个示例性实施方式中，在往复泵组件10的上述操作过程中，各表面44和91的渐缩平衡施加在其上的载荷力。在一个不例性的实施方式中，该载荷分配在表面44和91上,减小了应力集中。
[0052]在一个示例性实施方式中，如继续参考图1-3且如图4中所示,从入口端部81处省略了端表面94。相反，入口端部81包括环形部分108，该环形部分108从座本体80与对齐的轴线88和90之间的交叉处沿着轴线方向远离出口端部82而延伸。端表面110由入口端部81的环形部分108所限定。该端表面110从出口端部82轴向地面向外。在一个示例性实施方式中,泵组件10与图4中示出的阀座76的示例性实施方式的操作，与泵组件10与图3中所示的阀座76的示例性实施方式的操作相同。环形部分108有助于将阀座76从流体气缸18移除。
[0053]如继续参考图1-4且如图5所示，在一个示例性实施方式中，省略了渐缩内肩部43和截头圆锥表面44。相反，流体入口通道38限定了渐缩内肩部43’，从而缩小直径部分38b的大部分轴向地设置在增大直径部分38a和渐缩内肩部43’之间。该渐缩内肩部43’限定了流体气缸18的截头圆锥表面44’。截头圆锥表面91被省略，而使用截头圆锥表面91’，其由座本体80的入口端部81限定。该截头圆锥表面91’从座本体80与对齐的轴线88和90之间的交叉处延伸，且以角度方向至外侧表面86，其轴向分量轴向地延伸远离出口端部
82。类似地，截头圆锥表面44’从流体通道38与对齐的轴线88和90之间的交叉处延伸，且以角度方向至内表面46，其轴向分量从增大直径部分38a延伸离开。该截头圆锥表面91’限定自轴线90，且因此自轴线88的角度92’。类似地，截头圆锥表面44’限定自轴线88，且因此自轴线90的角度93’。在一个示例性实施方式中，各角度92’和93’的范围为从自对齐的轴线88和90测量的约10度至约45度。在一个示例性实施方式中，各角度92’和93’的范围从自对齐的轴线88和90测量的约15度至约45度。在一个示例性实施方式中，从对齐的轴线88和90测量的该角度92’和93’是相等的。在一个示例性实施方式中，自对齐的轴线88和90测量的各角度92’和93’是约30度。在一个示例性实施方式中，自对齐的轴线88和90测量的角度92’和93’不相等。在一个示例性实施方式中，泵组件10的相对于如图5所示的阀座76和流体气缸18的各示例性实施方式的操作与泵组件10的相对于如图3所示的阀座76和流体气缸18的各示例性实施方式的操作相同。环形部分108有助于将阀座76从流体气缸18移除。
[0054]在一个示例性实施方式中，在泵组件10使用入口阀54的任何前述实施方式的操作过程中，沿着轴线42的向下轴向载荷被施加在阀本体100的顶部。通常在活塞32朝向42移动，且出口阀56打开且允许流体从压力腔室36流出，经由流体通道40和出口阀56，且进入流体出口通道24时，该载荷最大。随着活塞32到达其朝向轴线42的冲程(排出冲程)的末端，入口阀54处于，或被设置在其关闭位置，且施加在阀本体100的顶部的载荷经由阀本体100被传递至密封件104。接着该负载经由密封件104被传递至阀座76，且随后该载荷通过表面91或91’与表面44或44’的接合抵靠而被分配和传递至流体气缸18的渐缩内肩部43或43’。表面91或91’和表面44或44’的锥度有助于以均衡的方式将向下轴向载荷分布和传递至流体气缸18，从而减小在流体气缸18和阀座76中的应力集中。
[0055]在几个示例性实施方式中，对阀座76和流体气缸18的组合的两个示例性实施方式进行实验分析。实验示例性实施方式#1，如图6中所示是阀座76和流体气缸18的组合，对其进行有限元分析(FEA)。如图6中所示，省略了流体气缸18的渐缩内肩部43。阀座76的座本体80包括增大直径部分112和从其向下延伸的缩小直径部分114。外肩部116限定轴向地朝向入口端部81的朝向轴向表面118。该朝向轴向表面118与流体气缸18的朝向轴向表面120接合，流体气缸18的朝向轴向表面120由增大直径部分38a限定且从入口端部81轴向地面向外。实验示例性实施方式#2，如图3中所示是阀座76和流体气缸18的组合，对其进行有限元分析(FEA)。使用约17ksi的载荷，在各实验示例性实施方式#1和#2中确定最大实验应力。对于实验示例性实施方式#1，响应于阀座76与流体气缸18的接合的最大von-Mises应力为在图6中所示大约点A处为约142ksi。对于实验示例性实施方式#2，响应于阀座76与流体气缸18的接合的最大von-Mises应力为在大约点B处为约78ksi，且在大约点C处为约78ksi (在图3中示出了点B和C)。
[0056]在几个示例性实施方式中,可对阀元件100进行改变,或者可省略阀元件100而使用不包括多个腿106的其它阀元件。在几个示例性实施方式中，阀54和56可被配置成在高磨擦性流体中工作，如钻探泥浆，和在较高压力下工作，如在最高至约15000psi或更大的压力。在几个示例性实施方式中，除了被用于往复泵之外，阀54和56或其构件，如阀座76，可用于其它类型的泵和流体系统。相应地，除了用于往复泵之外或者作为附加方案，流体气缸18或其部件可用于其它类型的泵和流体系统。
[0057]在一些实施方式的前述说明中，为了清楚的目的采用具体的术语。然而，本公开不旨在限制所选择的具体术语，且应理解个具体术语包括其它的技术等同，其以相似的方式完成相似的技术目的。诸如“左”和“右”，“前”和“后”，“上”和“下”等的术语作为方便的词语提供参考位置而不应构成限制性术语。
[0058]在本说明中，词“包括”应理解为其“开放”意义，即“具有”的意思，因此不应被限制为“封闭”意义，即“仅包括”的意思。相应的意思也适用于相应的词“包括”，“包括有”
坐寸ο
[0059]此外，前述仅说明了一些实施方式，可进行改变、修改、增加和/或变化而不偏离所公开的实施方式的范围和实质，该实施方式是示意性的而不是限制性的。
[0060]此外，所说明的实施方式涉及当前考虑为最实用和最优选的实施方式，其应理解为实施方式不应限于所公开的实施方式，相反地，旨在覆盖包括在该实施方式的实质和范围内的不同的修改和等同设置。此外，上述说明的多种实施方式可与其它实施方式共同应用，如，一个实施方式的方面可与另一个实施方式的方面结合而实现再另一个实施方式。另夕卜，任何给定组件的各独立特征或构件可构成另外的实施方式。
【权利要求】
1.一种泵组件，包括: 流体气缸，其具有第一轴线和与其垂直的第二轴线，该流体气缸包括第一流体通道，流体沿着第一轴线流经该第一流体通道，所述第一流体通道限定所述流体气缸的第一渐缩内肩部，该第一渐缩内肩部限定第一截头圆锥表面，该第一截头圆锥表面限定自所述第二轴线的第一角度；和 第一阀，以控制流体流动通过所述第一流体通道，该第一阀包括设置在所述第一流体通道中的第一阀座，该第一阀座包括: 座本体，其包括入口端部和沿着所述第一轴线与其相反的出口端部，该座本体的入口端部限定第二截头圆锥表面，该第二截头圆锥表面限定自所述第二轴线的第二角度；和孔，其穿过所述座本体形成，且流体在沿着所述第一轴线且垂直于所述第二轴线的方向流动通过该孔； 其中该流体在所述座本体的入口端部流入所述孔且在所述座本体的出口端部流出所述孔； 其中所述第一和第二角度的范围分别是自所述第二轴线测量为从约10度至约45度；且 其中所述入口端部的所述第二截头圆锥表面与所述流体气缸的所述第一截头圆锥表面接合以在所述第二和第一截头圆锥表面之间分布和传递载荷。
2.根据权利要求1所述的泵组件，其中所述第二轴线在一交叉处与所述座本体相交，该交叉处限定所述座本体的第一直径； 其中所述座本体限定从所述入口端部沿着所述第一轴线延伸至所述出口端部的轴向延伸外表面，该轴向延伸外表面限定所述座本体的第二直径； 其中所述座本体的第二直径比所述座本体的第一直径大；且 其中所述第二截头圆锥表面在所述交叉处与所述轴向延伸外表面之间延伸。
3.根据权利要求2所述的泵组件，其中所述第二截头圆锥表面从所述交叉处以角度方向延伸至所述外表面，其轴向分量朝向所述出口端部轴向延伸。
4.根据权利要求3所述的泵组件，其中所述座本体的入口端部限定从所述出口端部轴向面向外的端表面； 其中所述第二轴线与所述端表面共面；且 其中所述第二截头圆锥表面从所述端表面延伸至所述外表面。
5.根据权利要求3所述的泵组件，其中所述入口端部包括环形部分，该环形部分从所述交叉处沿轴向方向远离所述出口端部而延伸。
6.根据权利要求2所述的泵组件，其中所述第二截头圆锥表面从所述交叉处以角度方向延伸至所述外表面，其轴向分量从所述出口端部轴向延伸离开。
7.根据权利要求6所述的泵组件，其中所述入口端部包括环形部分，其从所述交叉处沿轴向方向远离所述出口端部而延伸。
8.根据权利要求1所述的泵组件，其中所述流体通道包括: 第一通道部分，其限定所述流体气缸的第一内直径；和 第二通道部分，其限定所述流体气缸的第二内直径； 其中所述第二内直径比所述第一内直径小； 其中所述阀座本体被设置在所述第二通道部分中；且 其中所述第二通道部分的至少一部分被沿着所述第一轴线设置在所述第一通道部分和所述第一渐缩内肩部之间。
9.一种被配置成设置在泵组件的流体气缸中的阀座，该阀座具有第一轴线和与其垂直的第二轴线，该阀座包括: 座本体，其包括入口端部和沿着所述第一轴线与其相反的出口端部，该座本体的入口端部限定截头圆锥表面，所述截头圆锥表面限定自所述第二轴线的角度；和 孔，其穿过所述座本体形成，且流体在沿着所述第一轴线且垂直于所述第二轴线的方向流动通过该孔； 其中该流体在所述座本体的入口端部流入所述孔且在所述座本体的出口端部流出所述孔；且 其中所述角度的范围自所述第二轴线测量为从约10度至约45度。
10.根据权利要求9所述的阀座，其中所述第二轴线与所述座本体在一交叉处相交，该交叉处限定所述座本体的第一直径； 其中所述座本体限定沿着所述第一轴线从所述入口端部延伸至所述出口端部的轴向延伸外表面，所述轴向延伸外表面限定所述座本体的第二直径； 其中所述座本体的第二直径比所述座本体的第一直径大；且 其中所述截头圆锥表面在所述交叉处与所述轴向延伸外表面之间延伸。
11.根据权利要求10所述的阀座，其中所述截头圆锥表面从所述交叉处以角度方向延伸至所述外表面，其轴向分量朝向所述出口端部轴向延伸。
12.根据权利要求11所述的阀座，其中所述座本体的入口端部限定从所述出口端部轴向地面向外的端表面； 其中所述第二轴线与所述端表面共面；且 其中所述截头圆锥表面从所述端表面延伸至所述外表面。
13.根据权利要求11所述的阀座，其中所述入口端部包括环形部分，其从所述交叉处沿着轴线方向延伸远离所述出口端部。
14.根据权利要求10所述的阀座，其中所述截头圆锥表面从所述交叉处以角度方向延伸至所述外表面，其轴向分量从所述出口端部轴向地延伸离开。
15.根据权利要求14所述的阀座，其中所述入口端部包括环形部分，其从所述交叉处沿着轴向方向远离所述出口端部而延伸。
16.一种用于泵组件的流体气缸，该流体气缸具有第一轴线和与其垂直的第二轴线，该流体气缸包括: 第一流体通道，其中第一阀被配置成设置在该第一流体通道中，且流体沿着所述第一轴线流经该第一流体通道，所述流体通道包括: 第一通道部分，其限定所述流体通道的第一内直径；和 从所述第一通道部分延伸的第二通道部分，该第二通道部分限定所述流体通道的第二内直径； 其中所述第二内直径比所述第一内直径小； 由所述流体通道限定的渐缩内肩部，该渐缩内肩部限定截头圆锥表面，所述截头圆锥表面限定自所述第二轴线的角度； 其中所述角度的范围为从所述第二轴线测量为自约10度至约45度；且 其中所述第二通道部分的至少一部分被沿着所述第一轴线设置在所述第一通道部分与所述第一渐缩内肩部之间；和压力腔室，其与所述第一流体通道流体连通。
17.根据权利要求16所述的流体气缸，其中所述第二轴线在一交叉处与所述流体通道相交，所述交叉处限定所述流体通道的第三直径； 其中所述第二通道部分限定沿着所述第一轴线延伸的轴向延伸圆柱内表面，所述轴向延伸圆柱内表面具有所述第二直径； 其中所述流体通道的第二直径比所述流体通道的第三直径大；且 其中所述截头圆锥表面在所述交叉处与所述轴向延伸圆柱内表面之间延伸。
18.根据权利要求17所述的流体气缸，其中所述截头圆锥表面从所述交叉处以角度方向延伸至所述圆柱内表面，其轴向分量朝向所述第一通道部分轴向地延伸。
19.根据权利要求10所述的阀座，其中所述截头圆锥表面从所述交叉处以角度方向延伸至所述外表面，其轴向分量从所述出口端部轴向地延伸离开。
20.根据权利要求16所述的阀座，还包括: 第二流体通道，其中第二阀被配置成设置在该第二流体通道中，且流体沿着所述第一轴线流经该第二流体通道；和 流体出口通道，其经由所述第二流体通道与所述压力腔室流体连通。
【文档编号】F04B37/00GK104169579SQ201380014060
【公开日】2014年11月26日 申请日期:2013年2月1日 优先权日:2012年2月3日
【发明者】J.H.伯恩, M.C.迪尔, J.A.巴约克 申请人:S.P.M.流量控制股份有限公司