柱塞泵和压裂设备的制作方法

1.本实用新型涉及压裂设备技术领域，尤其涉及一种柱塞泵和压裂设备。


背景技术：

2.柱塞泵是一种依靠柱塞的往复运动使密封工作容腔的容积发生变化，以将机械能转化为液压能的动力装置。压裂泵是柱塞泵的一种，压裂技术是提高油气产量和可采储量的一项重要措施。压裂泵则是压裂活动的主要执行机构。目前国内外压裂泵在结构上通常采用往复卧式多拉形式，此种结构一般由动力端和液力端两部分组成，动力端的作用是将动力系统的能量传递到液力端，液力端用于输送压裂液体，将机械能转换为液压能。
3.其中，压裂泵的柱塞与泵头体之间设计有盘根密封装置。当柱塞表面润滑不良时，或者盘根密封装置压缩过紧时，柱塞表面与密封圈表面会产生较大的摩擦热。当柱塞表面质量较差时，密封圈也会在柱塞的往复运动过程中发生磨损、拉伤、烧蚀或腐蚀等。这些原因都容易导致密封圈功能失效，若密封圈功能失效极易发生高压流体对泵头体的刺漏，导致重大损失。


技术实现要素：

4.本实用新型提供一种柱塞泵和压裂设备，用以解决现有技术中压裂泵的柱塞与泵头体之间的密封圈容易发生失效从而影响压裂作业的安全的问题。
5.本实用新型提供一种柱塞泵，包括：泵壳壳体、泵头体、柱塞、拉杆和温度检测装置，所述泵壳壳体内设有动力装置，所述泵壳壳体与所述泵头体通过所述拉杆连接，所述柱塞的两端分别与所述动力装置和所述泵头体连接，所述温度检测装置安装于所述拉杆，用于检测所述柱塞的温度。
6.根据本实用新型提供的一种柱塞泵，所述柱塞泵还包括角度检测装置，所述动力装置包括曲轴，所述曲轴与所述柱塞传动连接，所述角度检测装置用于检测所述曲轴的偏转角度，所述角度检测装置与所述温度检测装置通信连接。
7.根据本实用新型提供的一种柱塞泵，所述动力装置还包括传动齿轮，所述传动齿轮与所述曲轴传动连接；
8.所述角度检测装置包括接近开关，所述传动齿轮设有轮齿缺口，所述接近开关安装于所述泵壳壳体，用于检测经过所述接近开关的轮齿数；
9.或者，所述角度检测装置包括相位传感器和转速传感器，所述相位传感器和所述转速传感器分别与所述温度检测装置通信连接；所述相位传感器和所述转速传感器均安装于所述泵壳壳体，所述相位传感器用于检测所述传动齿轮的相位，所述转速传感器用于检测所述传动齿轮的转速。
10.根据本实用新型提供的一种柱塞泵，所述温度检测装置包括红外温度传感器。
11.根据本实用新型提供的一种柱塞泵，所述柱塞的外表面设有黑色区域，所述黑色区域对应于所述温度检测装置的温度采集区域。
12.根据本实用新型提供的一种柱塞泵，所述温度检测装置包括安装座、温度传感器和顶丝，所述温度传感器和所述顶丝设置于所述安装座，所述安装座套设于所述拉杆并通过所述顶丝紧固于所述拉杆。
13.根据本实用新型提供的一种柱塞泵，所述柱塞的数量为多个，所述温度检测装置的数量与所述柱塞的数量相同，且多个所述温度检测装置与多个所述柱塞一一对应设置。
14.本实用新型还提供一种压裂设备，包括上述任一种柱塞泵。
15.根据本实用新型提供的一种压裂设备，所述压裂设备为压裂车，所述压裂车包括车体，所述柱塞泵安装于所述车体上；
16.或者，所述压裂设备为压裂橇，所述压裂橇包括橇座，所述柱塞泵安装于所述橇座上。
17.根据本实用新型提供的一种压裂设备，所述压裂设备还包括控制器，所述温度检测装置和角度检测装置分别与所述控制器通信连接。
18.本实用新型提供的柱塞泵和压裂设备，通过在柱塞泵的拉杆上设置温度检测装置，用以检测柱塞的表面温度参数，以便于对柱塞泵的柱塞温度进行监控。操作人员可根据柱塞的温度判断是否存在柱塞摩擦热过高的问题，以便在柱塞摩擦热过高时，能够及时进行检修和维护，避免密封失效。另外，每次作业完成后，通常要对泵头体进行检修，则需要对泵头体和柱塞进行拆装操作。相比于现有技术中在泵头体的压盖上设置温度传感装置而言，本实用新型将温度检测装置安装于拉杆上，无需对柱塞或盘根进行特殊改造设计，在检修时也无需对温度检测装置进行拆装，简化了柱塞泵的检修拆装工作。
附图说明
19.为了更清楚地说明本实用新型或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1是本实用新型提供的柱塞泵的结构示意图之一；
21.图2是本实用新型提供的柱塞泵的结构示意图之二；
22.图3是图1中柱塞泵的部分结构示意图；
23.附图标记：
24.1、泵壳壳体；
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11、曲轴；
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12、传动齿轮；
25.2、泵头体；
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3、柱塞；
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4、拉杆；
26.5、温度检测装置；
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51、安装座；
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52、温度传感器；
27.53、顶丝；
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61、相位传感器；
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62、转速传感器。
具体实施方式
28.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范
围。
29.在本实用新型实施例的描述中，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型实施例中的具体含义。此外，“多个”的含义是两个或两个以上。
30.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”“相连”“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
31.下面结合图1至图3描述本实用新型的柱塞泵。
32.本实用新型实施例提供一种柱塞泵，该柱塞泵可以为单柱塞泵，也可以为多柱塞泵。可选地，该柱塞泵为多柱塞压裂泵。
33.如图1所示为本实用新型提供的柱塞泵的结构示意图之一，本实用新型实施例提供的柱塞泵包括泵壳壳体1、泵头体2、柱塞3、拉杆4和温度检测装置5。泵壳壳体1内设有动力装置，泵壳壳体1与泵头体2通过拉杆4连接，柱塞3的两端分别与动力装置和泵头体2连接，温度检测装置5安装于拉杆4，用于检测柱塞3的温度。
34.其中，泵壳壳体1内的动力装置作为柱塞泵的动力端，泵头体2作为柱塞泵的液力端。泵头体2通过多个拉杆4连接于泵壳壳体1，使泵头体2与泵壳壳体1的相对位置固定。
35.可选地，如图2所示为本实用新型提供的柱塞泵的结构示意图之二，该柱塞泵包括曲轴11，曲轴11通过连杆等中间部件与柱塞3的一端连接，柱塞3的另一端与泵头体2通过盘根密封装置连接。进一步地，曲轴11同轴连接有传动齿轮12，传动齿轮12在发动机的驱动下转动并带动曲轴11转动，曲轴11带动柱塞3往复运动。
36.拉杆4通常与柱塞3平行设置，柱塞3两侧均设有拉杆4。例如，如图1和图2所示，压裂泵的柱塞3的上方和下方均设有拉杆4。温度检测装置5可安装于上方或下方的拉杆4。安装于拉杆4上的温度检测装置5的检测端朝向柱塞3的表面，通过非接触的方式检测柱塞3的表面温度。
37.温度检测装置5还用于与监测装置通信连接，或者，本实用新型提供的柱塞泵还包括该监测装置。温度检测装置5将采集到的温度参数发送给监测装置，监测装置对温度参数进行存储和显示，从而实现对柱塞3温度的实时监控。在柱塞泵工作过程中，可将温度检测装置5配置为按设定时间间隔采集柱塞3的温度，监测装置记录和输出柱塞3待检测区域对应的温度参数。
38.本实用新型实施例提供的柱塞泵，通过在柱塞泵的拉杆4上设置温度检测装置5，用以检测柱塞3的表面温度参数，以便于对柱塞泵的柱塞3温度进行监控。操作人员可根据柱塞3的温度判断是否存在柱塞摩擦热过高的问题，以便在柱塞摩擦热过高时，能够及时进行检修和维护，避免密封失效。
39.另外，每次作业完成后，通常要对泵头体2进行检修，则需要对泵头体2和柱塞3进行拆装操作。相比于现有技术中在泵头体2的压盖上设置温度传感装置而言，本实用新型将温度检测装置5安装于拉杆4上，无需对柱塞3或盘根进行特殊改造设计，在检修时也无需对温度检测装置5进行拆装，简化了柱塞泵的检修拆装工作。
40.本实用新型一些实施例中，柱塞3的数量为多个，温度检测装置5的数量与柱塞3的数量相同，且多个温度检测装置5与多个柱塞3一一对应设置。多个温度检测装置5分别用于检测多个柱塞3的表面温度，以便对每一柱塞3的表面温度进行监测。
41.例如，该柱塞泵为压裂泵，柱塞的数量为5个，5个柱塞3并列安装于曲轴上。每一温度检测装置5安装于对应的柱塞3侧方的拉杆4上。5个温度检测装置5分别检测5个柱塞3的表面温度。
42.为了准确采集柱塞3待检测区域对应的温度参数，本实用新型实施例提供的柱塞泵还包括角度检测装置。动力装置包括曲轴11，曲轴11与柱塞3传动连接。角度检测装置用于检测曲轴11的偏转角度，角度检测装置与温度检测装置5通信连接。其中，角度检测装置与温度检测装置5可有线通信连接或无线通信连接。
43.需要说明的是，曲轴11的偏转角度指的是曲轴11相对于设定的零位所偏转的角度。在同一旋转方向上，偏转角度为0
°
～360
°
。设定柱塞3运动至待检测区域与温度检测装置5的探测端相对时，曲轴11的偏转角度为设定偏转角度。
44.其中，该柱塞泵还包括控制器，角度检测装置和温度检测装置5分别与控制器通信连接。在柱塞泵工作过程中，角度检测装置将检测到的角度参数发送给控制器。当控制器根据角度参数确定曲轴11偏转至设定偏转角度时，控制温度检测装置5采集温度参数。
45.或者，温度检测装置5将实时采集的柱塞3温度参数发送给控制器并存储。控制器根据温度参数和角度参数与时间的对应关系，确定曲轴11达到设定偏转角度时所对应的温度参数，从而确定柱塞3的待检测区域的温度参数。
46.对于具有多个柱塞3的柱塞泵，设定偏转角度设置有多个，多个设定偏转角度与多个温度检测装置5一一对应设置。设定每当曲轴11旋转至一个设定偏转角度时，对应有一个柱塞3的待检测区域与温度检测装置5的探测端相对，以保证各个柱塞的待检测区域位于对应的同一位置，保证对各个柱塞3温度检测的一致性。
47.例如，柱塞3和温度检测装置5的数量均为5个，角度检测装置每检测到曲轴转动72
°
时，就有一个柱塞3上的待检测区域与对应的温度检测装置5相对。
48.每当角度检测装置检测到曲轴11转动至一个设定偏转角度时，控制器控制对应的温度检测装置5采集温度参数。或者，控制器根据多个温度检测装置5检测到的多组温度参数和角度检测装置检测到的角度参数与时间的对应关系，确定每一柱塞3的待检测区域的温度参数。
49.可选地，角度检测装置包括角度传感器，角度传感器安装于曲轴11，用于检测曲轴11的偏转角度。
50.可选地，动力装置还包括传动齿轮12，传动齿轮12与曲轴传动连接。传动齿轮12的偏转角度与曲轴的偏转角度相同。根据传动齿轮12和曲轴11中的任一者的偏转角度都可以确定柱塞3的工作行程。角度传感器安装于泵壳壳体1，通过检测传动齿轮12的偏转角度来检测曲轴11的偏转角度。
51.可选地，所述角度检测装置包括接近开关，传动齿轮12设有轮齿缺口，接近开关安装于泵壳壳体1，用于检测经过接近开关的轮齿数。具体地，传动齿轮12上的一个轮齿缺失，形成所述轮齿缺口。接近开关靠近传动齿轮12的传动齿设置。当轮齿缺口运动到接近开关时，根据接近开关产生的电信号确定传动齿轮12的零位，然后根据从零位开始经过接近开
关的轮齿数确定传动齿轮12的转动角度。
52.可选地，如图3所示，角度检测装置包括相位传感器61和转速传感器62，相位传感器61和转速传感器62分别与温度检测装置5通信连接。相位传感器61和转速传感器62均安装于泵壳壳体1。其中，相位传感器61和转速传感器62二者与温度检测装置5可有线通信连接或无线通信连接。
53.其中，相位传感器61用于检测传动齿轮12的相位，以确定传动齿轮12的零位。转速传感器62用于检测传动齿轮12的转速。可根据相位传感器61检测到的零位及转速传感器62检测到的传动齿轮12的转速参数确定传动齿轮12的偏转角度。具体地，泵壳壳体1设有齿轮端盖，齿轮端盖位于曲轴11的一端并罩设于传动齿轮12，相位传感器61设置于齿轮端盖上。
54.本实用新型一些实施例中，相位传感器61为霍尔传感器，霍尔传感器安装于泵壳壳体1。传动齿轮12上设有磁铁，传动齿轮12带动磁铁转动。当磁铁靠近霍尔传感器时，霍尔传感器产生感应信号，并将感应信号发送给控制器。控制器根据该感应信号确定传动齿轮12转动到零位。
55.本实用新型另一些实施例中，相位传感器61为光电传感器。传动齿轮12上设有检测部，比如凹槽、凸起或者轮齿缺位。当光电传感器检测到该检测部时产生感应信号，并将感应信号发送给控制器。控制器根据该感应信号确定传动齿轮12转动到零位。
56.本实用新型一些实施例中，温度检测装置5包括红外温度传感器或其他非接触式温度传感器。其中，红外温度传感器具有较高的灵敏度，可较准确的检测到柱塞3的表面温度。
57.进一步地，柱塞3的外表面设有黑色区域，黑色区域对应于温度检测装置5的温度采集区域。例如，柱塞3外表面的这一黑色区域设有黑色涂层，比如涂上黑漆或蒸镀或电镀一层黑色膜。或者，对这一黑色区域进行发黑处理，比如采用表面氧化工艺等化学处理方法进行发黑处理。黑色区域的设置能够减少柱塞3表面亮面反光对红外温度传感器温度检测精度的影响，提高柱塞3温度检测的准确性。
58.本实用新型一些实施例中，如图3所示为图1中柱塞泵的部分结构示意图，温度检测装置5包括安装座51、温度传感器52和顶丝53。温度传感器52和顶丝53设置于安装座51，安装座51套设于拉杆4并通过顶丝53紧固于拉杆4。该温度传感器52可以为红外温度传感器。
59.具体地，安装座51可活动套设于拉杆4。可在连接柱塞3和泵头体2之前，先将温度检测装置5通过安装座51安装于拉杆4。然后将安装座51沿拉杆4的轴向移动到指定位置，通过旋转安装座51使其上的温度传感器52的探头朝向对应的柱塞3。最后通过顶丝53将安装座51紧固于拉杆4。本实施例通过设置安装座51和顶丝53，方便了温度检测装置5拆装以便更换。
60.本实用新型实施例还提供一种压裂设备，包括上述任一实施例所述的柱塞泵。进一步地，该压裂设备为压裂车，所述压裂车包括车体，所述柱塞泵安装于所述车体上。或者，该压裂设备为压裂橇，所述压裂橇包括橇座，所述柱塞泵安装于所述橇座上。
61.进一步地，该压裂设备还包括控制器，温度检测装置5和角度检测装置分别与所述控制器通信连接。进一步地，该压裂设备还包括显示器，显示器于控制器通信连接。控制器接收到温度参数并输出给显示器进行显示。
62.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。