密封组件、液力端和柱塞泵的制作方法

1.本公开的实施例涉及一种密封组件、液力端和柱塞泵。


背景技术：

2.在石油和天然气开采领域，压裂作业是指在采油或采气过程中，利用高压的压裂液使油气层形成裂缝的一种技术。通过压裂作业可使得油气层形成裂缝，从而可改善石油或天然气在地下的流动环境，使油井产量增加。因此，压裂作业是油气田开采中主要的增产方式。
3.通常，压裂设备包括原动机和柱塞泵；原动机向柱塞泵提供机械动力，柱塞泵利用原动机输出的机械动力对压裂介质进行增压，从而在压裂作业中实现高压泵送压裂介质。
4.柱塞泵可包括液力端，液力端包括腔体、柱塞、阀门组件和密封组件等部件；腔体可用于容置压裂介质，密封组件用于将腔体进行密封，柱塞至少部分位于腔体之中，柱塞的往复运动可改变腔体的容积，从而可配合阀门组件实现对压裂介质的吸入、加压和排出过程。


技术实现要素：

5.本公开实施例提供一种密封组件、液力端和柱塞泵。该密封组件包括压帽；压帽包括压帽本体和高压流体孔；压帽本体具有相对的第一端部和第二端部；高压流体孔位于压帽本体之中，第一端部远离第二端部的一侧包括第一表面，第二端部远离第一端部的一侧包括第二表面，高压流体孔位且从第一表面延伸至第二表面。在该密封组件中，可通过压帽中的高压流体孔向压帽的第二表面注入高压流体，以可在第二表面形成对压帽的压力，从而可降低压帽在腔体内产生交变压力时受到的压力，甚至使得压帽只受到一个方向的压力，避免因承受交变压力而导致的螺纹疲劳问题。由此，该密封组件可提高产品的安全性和工作效率和降低设备的维护成本。
6.本公开至少一个实施例提供一种密封组件，其包括压帽，所述压帽包括：压帽本体，具有相对的第一端部和第二端部；以及高压流体孔，位于所述压帽本体之中，所述第一端部远离所述第二端部的一侧包括第一表面，所述第二端部远离所述第一端部的一侧包括第二表面，所述高压流体孔从所述第一表面延伸至所述第二表面。
7.例如，在本公开一实施例提供的密封组件中，所述高压流体孔包括：第一流体孔部，从所述第一表面朝靠近所述第二表面的方向延伸；以及第二流体孔部，从所述第二表面朝靠近所述第一表面的方向延伸，所述第一流体孔部与所述第二流体孔部相连，所述第一流体孔部的孔径大于所述第二流体孔部的孔径。
8.例如，在本公开一实施例提供的密封组件中，所述第二端部还包括凹陷结构，所述第二表面位于所述凹陷结构的底部。
9.例如，本公开一实施例提供的密封组件还包括压盖，所述压盖包括：压盖本体，具有相对的第三端部和第四端部，所述第三端部包括凸起结构，所述凸起结构被配置为嵌入
所述凹陷结构中。
10.例如，在本公开一实施例提供的密封组件中，所述压盖还包括：拆卸孔，位于所述压盖本体之中，所述凸起结构远离所述第四端部的一侧包括第三表面，所述拆卸孔为盲孔，且从所述第三表面朝靠近所述第四端部的方向延伸。
11.例如，在本公开一实施例提供的密封组件中，所述拆卸孔的内侧壁包括螺纹。
12.例如，在本公开一实施例提供的密封组件中，所述拆卸孔的内径大于所述高压流体孔的最大内径。
13.例如，在本公开一实施例提供的密封组件中，所述压盖还包括：第一密封槽，所述凸起结构还包括与所述第三表面相交的第一外侧面，所述第一密封槽从所述第一外侧面向所述凸起结构的内部凹入。
14.例如，在本公开一实施例提供的密封组件中，所述第四端部远离所述第三端部的一侧包括第四表面和与所述第四表面相交的第二外侧面，所述第二外侧面上不设置凹槽。
15.例如，在本公开一实施例提供的密封组件中，所述压盖的所述第三端部包括限位部，与所述凸起结构相连且位于所述凸起结构靠近所述第四端部的一侧，所述限位部的径向尺寸大于所述凸起结构的径向尺寸，所述限位部远离所述凸起结构的一侧具有斜面，所述斜面与所述第四端部的外侧面相连。
16.例如，在本公开一实施例提供的密封组件中，所述压帽还包括：至少一个突出部，连接到所述压帽本体的所述第一端部且沿所述压帽本体的径向凸出于所述第一端部。
17.例如，在本公开一实施例提供的密封组件中，所述压帽包括多个所述突出部，多个所述突出部在围绕所述第一端部的周向上间隔开排布。
18.本公开至少一个实施例还提供一种液力端，其包括上述任一项所述的密封组件。
19.例如，本公开一实施例提供的液力端还包括：阀箱，具有与所述压盖相对设置的内侧壁；所述阀箱包括第二密封槽，位于所述内侧壁上。
20.本公开至少一个实施例还提供一种柱塞泵，其包括上述任一项的液力端。
附图说明
21.为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本公开的一些实施例，而非对本公开的限制。
22.图1为一种柱塞泵的液力端的示意图；
23.图2为图1所示的液力端中压帽螺纹的受力情况的放大示意图；
24.图3为本公开一实施例提供的一种液力端的结构示意图；
25.图4a为本公开一实施例提供的一种密封组件中压帽的结构示意图；
26.图4b为本公开一实施例提供的一种密封组件中压帽的剖面示意图；
27.图5a为本公开一实施例提供的一种密封组件中压盖的结构示意图；
28.图5b为本公开一实施例提供的一种密封组件中压盖的剖面示意图；
29.图6为本公开一实施例提供的一种阀箱的结构示意图；以及
30.图7为本公开一实施例提供的一种柱塞泵的示意图。
具体实施方式
31.为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例的附图，对本公开实施例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公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
32.除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。
33.图1为一种柱塞泵的液力端的示意图；图2为图1所示的液力端中压帽螺纹的受力情况的放大示意图。如图1所示，柱塞泵30的液力端20包括阀箱21、腔体22、柱塞23、密封组件24、第一阀门组件25和第二阀门组件26；腔体22位于阀箱21的内部，柱塞23至少部分位于腔体22的内部，并可在腔体22内进行往复运动；密封组件24位于腔体22的端部以将该端部密封；柱塞23在腔体22的往复运动可改变腔体22的容积，从而可配合第一阀门组件25和第二阀门组件26实现对压裂介质的吸入、加压和排出过程。
34.如图1和图2所示，密封组件24可包括压盖24a和压帽24b，压盖24a与腔体22的端部紧密接触，而压帽24b通过螺纹与腔体22的内侧壁相连，并将压盖24a压紧以实现将腔体22的端部密封的作用。在柱塞泵的工作过程中，柱塞23在腔体22内进行往复运动，使得液力端20中的腔体22会不断承受交变压力；此时，用于密封腔体22的密封组件24也受到交变压力的作用，从而会导致压帽24b的螺纹的受力也在快速交替变化(如图2所示)。因此，柱塞泵长时间的作业会使压帽的螺纹产生裂纹甚至损坏，从而导致液体泄露、设备损坏以及人员安全隐患。并且，由于柱塞泵需在连续作业的过程中不允许停机检修，上述的压帽的螺纹产生裂纹的问题也不易发现。因此，如何防止压帽的螺纹疲劳损伤对设备和人员的安全起到重要作用。
35.如图1和图2所示，压盖24a上设置有密封槽27，密封槽27内设置有密封圈28；密封圈28位于压盖24a和腔体22的内侧壁之间，从而可更好地进行密封。在柱塞泵的工作过程中，压盖24a上的密封圈28会在交变压力的作用下快速地在压盖24a的密封槽27中左右移动。由此，密封圈会被快速磨损而无法使用，需要经常进行更换，影响作业效率；另外，密封圈的快速移动也会对腔体的内侧壁产生磨损，从而导致即使更换新的密封圈也无法实现密封，只能更换液力端的阀箱，因此提高了成本。
36.对此，本公开实施例提供一种密封组件、液力端和柱塞泵。该密封组件包括压帽；压帽包括压帽本体和高压流体孔；压帽本体具有相对的第一端部和第二端部；高压流体孔位于压帽本体之中，第一端部远离第二端部的一侧包括第一表面，第二端部远离第一端部的一侧包括第二表面，高压流体孔位且从第一表面延伸至第二表面。在该密封组件中，可通过压帽中的高压流体孔向压帽的第二表面注入高压流体，以可在第二表面形成对压帽的压力，从而可降低压帽在腔体内产生交变压力时受到的压力，甚至使得压帽只受到一个方向的压力，避免因承受交变压力而导致的螺纹疲劳问题。由此，该密封组件可提高产品的安全
性和工作效率和降低设备的维护成本。
37.图3为本公开一实施例提供的一种液力端的结构示意图；图4a为本公开一实施例提供的一种密封组件中压帽的结构示意图；图4b为本公开一实施例提供的一种密封组件中压帽的剖面示意图；图5a为本公开一实施例提供的一种密封组件中压盖的结构示意图；图5b为本公开一实施例提供的一种密封组件中压盖的剖面示意图。
38.如图3所示，密封组件100安装在液力端200中的腔体220的端部；该密封组件100包括如图4a所示的压帽140和如图5a所示的压盖120，压盖120可设置腔体220的端部之中，而压帽140通过将压盖120压紧以实现将腔体220的端部密封的作用。
39.如图3、图4a和图4b所示，压帽140包括压帽本体140a，压帽本体140包括相对的第一端部1401和第二端部1402。压帽140还包括高压流体孔142，位于压帽本体140a之中；第一端部1401远离第二端部1402的一侧包括第一表面191，第二端部1402远离第一端部1401的一侧包括第二表面192；高压流体孔142从第一表面191延伸至第二表面192。
40.在本公开实施例提供的密封组件中，由于压帽具有从第一表面延伸至第二表面的高压流体孔，当压帽安装在液力端之中时，可从位于外侧的第一表面通过高压流体孔向第二表面(也即压帽和压盖之间)注入高压流体。此时，压盖会受到高压流体施加的沿着从第一表面到第二表面的方向的第一压力；压帽会受到高压流体施加的沿着从第二表面朝向第一表面的第二压力。当液力端的腔体产生交变压力并作用在密封组件上时，压盖会在高压流体施加的第一压力作用下压紧在腔体之中，而压帽会在高压流体施加的第二压力的作用下降低受到压力的幅值，甚至避免承受交变压力，从而可避免在长时间作业过程中产生螺纹疲劳和裂纹。由此，该密封组件可提高压帽的使用寿命，降低压帽的更换频率，从而可提高使用该压帽的柱塞泵的效率，并降低维护成本。另一方面，该密封组件还可降低因压帽出现损伤而导致的对设备和人员的安全风险。
41.例如，如图3、图4a和图4b所示，压帽本体140a可为回转体，而第一端部1401和第二端部1402可在压帽本体140a的轴向上依次设置；即第一端部1401和第二端部1402为压帽本体140a的轴向上相对的两端。需要说明的是，压帽本体具有一虚拟的第一中心对称轴。由此，上述的轴向可为压帽本体的第一中心对称轴的延伸方向；而压帽或压帽本体的径向为在垂直于第一中心对称轴的平面上，并穿过第一中心对称轴的方向；周向为在垂直于第一中心对称轴平面上，并以第一中心对称轴为圆心的圆周方向。
42.在一些示例中，如图3、图4a和图4b所示，高压流体孔142包括第一流体孔部142a和第二流体孔部142b；第一流体孔部142a从第一表面191朝靠近第二表面192的方向延伸，第二流体孔部142b从第二表面192朝靠近第一表面191的方向延伸；第一流体孔部142a和第二流体孔部142b相连，第一流体孔142a的孔径大于第二流体孔部142b的孔径。由此，可在第一流体孔142内放入高压流体的喷嘴，从而可提高稳定性。
43.在一些示例中，如图3、图4a和图4b所示，压帽140还包括至少一个突出部147，连接到压帽本体140a的第一端部1401且沿压帽本体140a的径向凸出于第一端部1401。由此，突出部147可用于安装和拆卸压帽140，从而降低压帽的安装和拆卸难度。
44.例如，在安装和拆卸压帽时，可以通过直接敲击突出部的侧面而提供驱动压帽主体绕其轴向旋转的驱动力，因此无需特定的安装工具，使得压帽的安装和拆卸更加简便。
45.例如，突出部147可以通过焊接的方式固定连接到压帽本体140a；本公开实施例包
括但不限于此，突出部147也可与压帽本体140a一体形成。
46.在一些示例中，如图3、图4a和图4b所示，压帽140包括多个突出部147，多个突出部147在围绕第一端部1401的周向上间隔开排布。可以理解的是，相对于突出部在周向上连续分布的情况，多个突出部间隔开排布，有利于突出部在周向上的侧表面直接承受周向上的外力而驱动压帽绕其轴向旋转。例如，安装工具可以插入突出部之间的间隔内并对突出部面对间隔的侧部直接施加周向上的外力。
47.例如，如图4a所示，突出部147的个数为三个。然而，本公开的实施例并不限制突出部的个数。在其他示例中，突出部的个数可以为一个、两个或者四个或者更多个。
48.在一些示例中，如图3、图4b和图5b所示，第二端部1402还包括凹陷结构143，第二表面192位于凹陷结构143的底部。压盖120包括压盖本体120a，具有相对的第三端部1201和第四端部1202；第三端部1201包括凸起结构123。凸起结构123与凹陷结构143可对应设置；凸起结构123被配置为嵌入凹陷结构1433中，因此可部分位于凹陷结构143形成的凹槽之内。由于压帽与压盖之间需要形成一个容纳高压流体的微腔体，通过上述的凹陷结构与对应设置的凸起结构，可将该微腔体的密封结构设置在凸起结构和凹陷结构之间，而不用设置在压盖与腔体之间或者压帽与腔体之间，从而可避免容纳高压流体的微腔体的密封结构对腔体的密封造成不利影响。
49.例如，如图3、图5a和图5b所示，压盖本体120a可为回转体，而第三端部1201和第四端部1202可在压盖本体120a的轴向上依次设置；即第三端部1201和第四端部1202为压盖本体120a的轴向上相对的两端。需要说明的是，压盖本体具有一虚拟的第二中心对称轴。由此，上述的轴向可为压盖本体的第二中心对称轴的延伸方向；而压盖或压盖本体的径向为在垂直于第二中心对称轴的平面上，并穿过第二中心对称轴的方向；周向为在垂直于第二中心对称轴平面上，并以第二中心对称轴为圆心的圆周方向。
50.例如，如图3所示，压盖120和压帽140可同轴设置。
51.在一些示例中，如图3、图5a和图5b所示，凸起结构123远离第四端部1202的一侧包括第三表面193，凸起结构123还包括与第三表面193相交的第一外侧面181；压盖120还包括第一密封槽124，被配置为容纳密封圈；第一密封槽124从第一外侧面181向凸起结构123的内部凹入。由此，第一密封槽124可在凸起结构123伸入凹陷结构143之后，将凸起结构123和凹陷结构143之间的微腔体密封。
52.在一些示例中，如图3、图5a和图5b所示，压盖120还包括位于压盖本体120a中的拆卸孔125，凸起结构123远离第四端部1202的一侧包括第三表面193，拆卸孔125为盲孔，且从第三表面193朝靠近第四端部1202的方向延伸。由此，拆卸孔125可用于将压盖120从腔体220内拆卸出来。
53.例如，拆卸孔125的横截面形状可为多边形，例如，正六边形或正八边形。由此，可将具有相同横截面形状的杆状结构伸入拆卸孔之中，以将压盖拧出。
54.又例如，拆卸孔123的内壁侧可包括螺纹。由此，可将具有外螺纹的杆状结构伸入拆卸孔之中，并通过螺纹与拆卸孔固定，以将压盖拔出。
55.在一些示例中，如图3、图5a和图5b所示，拆卸孔125的内径大于高压流体孔142的最大内径。由此，拆卸孔125也可作为上述微腔体的一部分，并用于容纳高压流体。
56.在一些示例中，如图3、图5a和图5b所示，压盖120的第四端部1202远离第三端部
1201的一侧包括第四表面194和与第四表面194相交的第二外侧面182，第二外侧面182被配置为与腔体220的内侧壁相对设置。第二外侧面182上不设置密封凹槽，而将密封凹槽设置在腔体的内侧壁上，从而可避免密封凹槽内的密封圈磨损腔体的内侧壁，从而可延长腔体的使用寿命。
57.在一些示例中，如图3、图5a和图5b所示，压盖120的第三端部1201包括限位部127，限位部127与凸起结构123相连且位于凸起结构123靠近第四端部1202的一侧，限位部127的径向尺寸大于凸起结构123的径向尺寸，限位部远127离凸起结构123的一侧具有斜面1270，斜面1270与第四端部1202的第二外侧面182相连。由此，压盖120可通过斜面1270和液力端200的腔体220上对应的斜面接触来改善压盖120与液力端200的受力情况，防止压盖120的根部产生应力集中而出现变形或者裂纹。
58.本公开一实施例还提供一种液力端。图3为本公开一实施例提供的一种液力端的结构示意图。如图3所示，该液力端200包括上述的密封组件100。由于该密封组件具有较长的使用寿命，降低的更换频率，因此该液力端具有较高的使用效率和较低的维护成本。另一方面，该液力端也可降低因压帽出现损伤而导致的对设备和人员的安全风险。
59.在一些示例中，如图3所示，该液力端200包括阀箱210和位于阀箱210内的腔体220。
60.图6为本公开一实施例提供的一种阀箱的结构示意图。如图3和图6所示，该阀箱210具有与压盖120相对设置的内侧壁212，即腔体220的一端部的内侧壁。此时，该阀箱210还包括第二密封槽214，位于内侧壁212上。密封圈设置在第二密封槽之中，并用于阀箱和压盖之间的密封。由此，该液力端可避免第二密封槽内的密封圈磨损侧壁，从而可延长腔体的使用寿命。另一方面，在该液力端的长期使用过程中，如果压盖因密封圈的磨损而无法使用，只需要更换压盖即可，不影响阀箱的继续使用。
61.在一些示例中，如图3和图6所示，阀箱210包括阀箱本体210a，而腔体220包括位于阀箱本体210a之内的第一腔体220a和第二腔体220b，第一腔体220a沿第一方向延伸，第二腔体220b沿第二方向延伸，第一腔体220a和第二腔体220b相交设置，并形成交贯区域220c。当然，本公开实施例包括但不限于此，腔体可也为直线型的腔体。
62.例如，如图3和图6所示，第一方向与第二方向可相互垂直。当然，本公开实施例包括但不限于此，第一方向和第二方向也可不垂直。
63.在一些示例中，如图3和图6所示，上述的密封组件100可设置在第二腔体220b的一端部。当然，本公开实施例包括但不限于此。
64.在一些示例中，如图3所示，该液力端200还包括第一阀门组件250和第二阀门组件260；第一阀门组件250和第二阀门组件260均为单向阀，第一阀门组件250和第二阀门组件260分别设置在第一腔体220a的两个端部。第一阀门组件250只允许流体从外部进入第一腔体220a，而不允许流体从第一腔体220a流出；第二阀门组件260只允许流体从第一腔体220a流出，而不允许流体从外部流入第一腔体220a。需要说明的是，本公开实施例对第一阀门组件和第二阀门组件的具体结构不作具体限定，第一阀门组件和第二阀门组件可根据实际情况进行设计和选择，只要可以实现单向阀的功能即可。
65.在一些示例中，如图3所示，该液力端200还包括盘根密封组件(未示出)和柱塞280；密封组件100和盘根密封组件分别设置在第二腔体220b的两个端部，柱塞280至少部分
位于盘根密封组件之中，并可在第二腔体220b内进行往复运动。由此，当柱塞进行回程运动(沿着远离密封组件的方向的运动)时，腔体(包括第一腔体和第二腔体)的容积增大并形成负压，低压流体可从外部通过第一阀门组件进入腔体内，从而可实现低压流体的吸入过程；当柱塞进行进程运动(沿着靠近密封组件的方向的运动)时，腔体的容积减小，柱塞对第一腔体和第二腔体内的低压流体加压，从而实现将低压流体转换为高压流体，并可通过排出孔排出高压流体。由此，该液力端可通过柱塞的往复运动实现对低压流体的吸入、加压和排出过程。
66.本公开至少一个实施例还提供一种柱塞泵。图7为本公开一实施例提供的一种柱塞泵的示意图。如图7所示，该柱塞泵300包括上述的液力端200。由此，该柱塞泵也具有较高的使用效率和较低的维护成本。另一方面，该柱塞泵也可降低因压帽出现损伤而导致的对设备和人员的安全风险。
67.在一些示例中，该柱塞泵可应用于压裂设备之中，并用于油气田的压裂作业之中。另外，该柱塞泵的动力端可包括曲轴连杆机构，从而可将原动机的输入的旋转运动转换为柱塞的往复运动，而原动机可选择柴油机、电动机、涡轮发动机等，本公开实施例在此不再赘述。
68.有以下几点需要说明：
69.(1)本公开实施例附图中，只涉及到与本公开实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计。
70.(2)在不冲突的情况下，本公开同一实施例及不同实施例中的特征可以相互组合。
71.以上，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。