本发明涉及石油开采领域，具体涉及一种压裂泵泵头辅助机构。
背景技术：
人类文明的发展过程中，石油扮演着非常重要的角色。但石油属于不可再生资源，同时目前对石油的需求量逐年增加，导致了油田的石油储备量不断降低，对于大多数处于中后期的油田，常规的开采方法所得的石油量很少，因此在这些油田引入压裂工艺以提高石油产量。
压裂工艺中使用的压裂设备，例如压裂泵是提高石油产量的主要设备之一。压裂泵能够将压裂液运输到井底，致使井底的岩石裂开从而提高石油渗透率，增加石油在地层下方的快速流动以提高产油率。随着人们对产油率要求的提高，压裂泵也向着大功率、高压、大排量、输出介质多样化、多功能发展。
压裂泵的结构主要分为动力端和液力端两部分。其中，动力端通常采用曲柄连杆机构将转动能量转化成直线往复运动能量传递给活塞，动力端的常用零部件包括输入轴、曲轴、连杆、十字头、介杆；液力端又称作泵头，主要包括缸体、缸套、活塞杆、活塞、吸入阀、排出阀等零部件。相较于动力端，液力端不仅价格昂贵且容易损坏，因为液力端承受着高压和压裂液的腐蚀。
传统的压裂泵所采用的吸入阀和排出阀均为设置有弹簧的单向阀。当压裂泵吸入压裂液时，压裂液受缸体内外的压力差而冲开吸入阀进入到缸体中；随后压裂液随着缸体内容积变小压力增大而推开排出阀进入排出管道。但是，由于吸入阀和排出阀均采用弹簧机构，在长时间频繁地吸入和排出压裂液的过程中弹簧容易疲劳，弹性减弱，不仅提高了泵头的检修频率、缩短了压裂泵的使用寿命，还降低压裂工艺的效率。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种压裂泵泵头辅助机构，以解决现有技术中压裂泵在长时间频繁地吸入和排出压裂液的过程中弹簧容易疲劳，弹性减弱，提高了泵头的检修频率、缩短了压裂泵的使用寿命、降低了压裂工艺效率的问题。
本发明通过下述技术方案实现：一种压裂泵泵头辅助机构，包括缸体和活塞杆，活塞杆的一端活动贯穿缸体的一个端面且连接有位于缸体内部的活塞，活塞杆的另一端与压裂泵的动力端连接；缸体上设置有排料口和进料口，且缸体通过排料口和进料口分别连通有排料管和进料管；还包括与排料口相匹配的排料板、与进料口相匹配的进料板，排料板顶部位于缸体上方，排料板的底面位于缸体内且铰链连接有第二连杆，进料板靠近活塞的一端铰链连接在缸体的内表面上，进料板的上表面上铰链连接有第一连杆；第一连杆、第二连杆铰链连接有固定杆，固定杆固定在活塞上。
现有技术中，压裂泵所采用的吸入阀和排出阀均为设置有弹簧的单向阀。当压裂泵吸入压裂液时，压裂液受缸体内外的压力差而冲开吸入阀进入到缸体中；随后压裂液随着缸体内容积变小压力增大而推开排出阀进入排出管道。但是，由于吸入阀和排出阀均采用弹簧机构，在长时间频繁地吸入和排出压裂液的过程中弹簧容易疲劳，弹性减弱，导致压裂液的吸入和排出量降低，因此不得不定期对压裂泵泵头进行检修，不仅增加工艺成本，还降低压裂工艺的效率。因此，为了解决上述问题，本发明提供一种压裂泵泵头辅助机构，该辅助机构将传统的通过弹簧机构实现吸入、排出压裂液的方式转变为通过活塞的往复运动驱动连杆机构，从而实现进料口和排料口的开关，不会产生弹簧疲劳的问题。
具体地，与传统的压裂泵液力端相同的是，本发明也包括缸体、活塞、活塞杆、进料口、进料管、排料口和排料管，上述部件的连接方式与现有的压裂泵液力端的缸体结构类似。不同的是，在活塞面向进料管、排料管的端面上固定连接有固定杆，所述固定杆与活塞的固定方式包括且不限于螺纹固定、焊接等方式。固定杆上铰链连接有第一连杆和第二连杆，同时第一连杆和第二连杆分别铰链连接有进料板和排料板，排料板靠近活塞的一端铰链连接在缸体的内壁上。上述铰链连接又称铰接，是指能够允许两个相互连接的零部件之间做出相对转动的连接方式，例如通过活页连接。上述进料板和排料板的尺寸分别于进料口、排料口的尺寸相匹配，具体地，进料板能够覆盖进料口，排料板能够覆盖排料口，但同时排料板位于排料口中的部分的直径小于排料口，从而使压裂液能够从排料口中排出，且预留足够的工作间隙使排料板与第二连杆之间的铰接不至于在排料口中卡住。优选地，排料口与排料板接触的部分可以设置于排料板直径相匹配的凹槽，使得在活塞向后运动，第二连杆拖动排料板向下时，排料板能够落在排料板上设置的凹槽中。
工作时，受到动力端曲柄连杆机构的作用，活塞杆带动活塞在缸体中做往复运动。当活塞向动力端移动时，固定杆随活塞向动力端移动，从而使第一连杆和第二连杆之间的夹角减小，第二连杆向下拖拽排料板，封住排料口，第一连杆拉动进料板，打开进料口，缸体内外的压力使得压裂液被压入缸体中；当活塞向进料口、排料口方向移动时，固定杆也同样向该方向移动，使得第一连杆和第二连杆之间的夹角增大，第二连杆向上顶开排料板，第一连杆推动进料板，使其封闭进料口，从而压裂液能够被缸体内的压力压出缸体，进入排料管。相较于传统压裂泵液力端的吸入阀、排出阀采用弹簧机构的方式，通过连杆的方式避免了弹簧疲劳所造成的弹簧力下降、压裂液吸入输出量降低，导致压裂工艺的工艺成本增加、效率降低，具有普遍的应用价值。同时，连杆机构随着活塞的往复运动开合进料板或排料板，并不是完全靠压力差使得压裂液冲开吸入阀或排出阀，在需要吸入压裂液的时候，活塞向后，即向动力端移动，打开进料板，进料板所受到的压裂液的冲击大大减小；而需要排除压裂液时，活塞向前移动，顶开排料板，无需完全由压裂液冲开排料板，排料板受到的压裂液的冲击也大大减小，综上，通过连杆机构，排料板和进料板受到的来自压裂液的冲击均会大幅降低，延长了设备的使用寿命，降低了压裂工艺的成本。
进一步地，固定杆与活塞杆的中轴线相互重叠。上述设计使得固定杆的中轴线穿过活塞端面的圆心。通过上述设计，一方面固定杆能够更好地驱动第一连杆和第二连杆，另一方面第一连杆、第二连杆对进料板、排料板的作用力也会相对均匀。
进一步地，排料板包括上部和下部，排料板的截面为t形，排料板与缸体接触的部分设置有缓冲垫。排料板的截面为t形是指排料板为上部、下部两部分构成，两部分均为圆柱体，排料板上部的作用是实现对排料口的连通或封闭，排料板下部的作用在于铰接第二连杆，同时也能够引导排料板在排料口中的移动。排料板上部位于缸体排料口的上方，排料板下部位于缸体内便于与第二连杆铰接。排料板上部的下表面与缸体接触的部分设置有缓冲垫，缓冲垫不仅可以起到缓冲的作用，避免排料板封闭排料口时过大的冲力导致零部件损坏，同时还能够进一步提高密封作用，优选地，缓冲垫设置在排料口上设置的与排料板尺寸相匹配的凹槽中。
进一步地，排料板上部直径为下部直径的1.5-2.5倍。通过实践发现，排料板上部直径为下部直径的1.5-2.5倍时排料板的开启和封闭效果最好。
进一步地，所述进料板的活动端上设置有缓冲垫。进料板一端铰接在缸体的内壁上，另一端即为活动端，活动端上设置有缓冲垫可避免进料板封闭进料口时与缸体内壁发生剧烈碰撞，导致进料板或连杆机构损坏，同时，缓冲垫还能够起到一定的密封作用。优选地，当进料板处于封闭进料口的位置时，在缸体上开设容纳槽，容纳槽的高度等于活动端上缓冲垫的厚度。
进一步地，进料板的直径为进料口直径的1.3-1.5倍。进料板的直径如果过大，则无论是开启或是管壁进料板时，进料板受到压裂液的阻力都会增加，不利于连杆对进料板的控制，易造成连杆机构损坏；若进料板的直径过小，则封闭效果不好。综上，通过实践发现，进料板的直径为进料口直径的1.3-1.5倍时效果最好。
进一步地，进料板的活动端为圆角。将进料板的活动端设置为圆角同样可以减小进料板在开启或关闭时所受到的来自压裂液的阻力。
进一步地，缓冲垫由橡胶制成。
进一步地，进料管的直径沿远离缸体的一端至靠近缸体的一端逐渐增大。由于直径逐渐增大，压裂液进入缸体时的速度有所降低，冲力也相应下降，避免过快的速度对进料板造成冲击。
进一步地，进料管远离缸体一端的直径是靠近缸体一端的直径的1.2倍。通过实践发现，当进料管远离缸体一端的直径是靠近缸体一端的直径的1.2倍时，压裂液对进料板底面的冲击能有效降低。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、相较于传统压裂泵液力端的吸入阀、排出阀采用弹簧机构的方式，本发明通过连杆的方式避免了弹簧疲劳所造成的弹簧力下降、压裂液吸入输出量降低，导致压裂工艺的工艺成本增加、效率降低，具有普遍的应用价值；
2、本发明的连杆机构随着活塞的往复运动开合进料板或排料板，排料板和进料板受到的来自压裂液的冲击均会大幅降低，延长了设备的使用寿命，降低了压裂工艺的成本；
3、本发明的进料板的直径为进料口直径的1.3-1.5倍，进料板的直径如果过大，则无论是开启或是管壁进料板时，进料板受到压裂液的阻力都会增加，不利于连杆对进料板的控制，易造成连杆机构损坏，若进料板的直径过小，则封闭效果不好。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明的结构示意图。
附图中标记及对应的零部件名称：
1-缸体，2-活塞，3-活塞杆，4-固定杆，5-第一连杆，6-第二连杆，7-进料板，8-排料板，9-排料管，10-进料管。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1：
如图1所示的一种压裂泵泵头辅助机构，包括缸体1和活塞杆3，活塞杆3的一端活动贯穿缸体1的一个端面且连接有位于缸体1内部的活塞2，活塞杆3的另一端与压裂泵的动力端连接；缸体1上设置有排料口和进料口，且缸体1通过所述排料口和进料口分别连通有排料管9和进料管10；还包括与排料口相匹配的排料板8、与进料口相匹配的进料板7，排料板8顶部位于缸体1上方，排料板8的底面位于缸体1内且铰链连接有第二连杆6，进料板7靠近活塞2的一端铰链连接在缸体1的内表面上，进料板7的上表面上铰链连接有第一连杆5；第一连杆5、第二连杆6铰链连接有固定杆4，固定杆4固定在活塞2上；固定杆4与活塞杆3的中轴线相互重叠；排料板8包括上部和下部，排料板8的截面为t形，排料板8与缸体1接触的部分设置有缓冲垫；排料板8上部直径为下部直径的1.5-2.5倍；进料板7的活动端上设置有缓冲垫；进料板7的直径为进料口直径的1.3-1.5倍；进料板7的活动端为圆角。缓冲垫由橡胶制成；进料管10的直径沿远离缸体1的一端至靠近缸体1的一端逐渐增大；进料管10远离缸体1一端的直径是靠近缸体1一端的直径的1.2倍。
使用时，当需要吸入压裂液时，受到动力端曲柄连杆机构的作用，活塞杆3带动活塞2在缸体1中做往复运动。当活塞2向压裂泵动力端移动时，固定杆4随活塞2向动力端移动，从而使第一连杆5和第二连杆6之间的夹角减小，第二连杆6向下拖拽排料板8，封住排料口，第一连杆5拉动进料板7，打开进料口，缸体1内外的压力差使得压裂液被压入缸体1中；当活塞2向进料口、排料口方向移动时，固定杆4也同样向该方向移动，使得第一连杆5和第二连杆6之间的夹角增大，第二连杆6向上顶开排料板8，第一连杆5推动进料板7，使其封闭进料口，从而压裂液能够被缸体1内的压力压出缸体，进入排料管9。本装置通过连杆的方式避免了弹簧疲劳所造成的弹簧力下降、压裂液吸入输出量降低，导致压裂工艺的工艺成本增加、效率降低，具有普遍的应用价值。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。