专利名称：油田大流量往复式注水泵的制作方法
技术领域：
本发明属于流体输送设备技术领域，特别是往复柱塞泵的改进。
背景技术：
目前，油田注水已成为我国油田主要采油工艺之一，也是保障油田稳产高产保产的重要措施。然而随着油田进入高含水开发期，注水量大幅度增加，注水耗电亦大幅上升，注水耗电量达到整个油田耗电量的35 40%，能源问题也日趋严重。往复柱塞泵是一种非常重要的流体增压机械，具有高效节能、操作简便等优点，而且往复柱塞泵与变频器、流量计、压力传感器等配套实现恒压精确注水，为油田采油作业工艺中关键设备。根据大面积整装区块及断块油田注水工艺要求，国内现主要采用两大类注水用泵产品，即整装区块大流量注水压力等级不高于16MPa工况，采用离心式泵产品，其排量为140、160、250、300、350和400m3/h ;针对注水压力等级高于16MPa工况，则采用往复式柱塞泵产品，压力等级为16、 20、25、32、40MPa，排量为9. 6 100m3/h。其中离心泵注水泵机组具有结构相对简单、流量大等优点，但存在运行效率较低，耗能多，运行时转速与出口扬程相对固定，不能与实际注水工况相匹配，造成实际运行效率更低等问题。目前，国内离心式注水泵效率普遍小于75%，实际运行效率则往往在60%以下，浪费了大量宝贵能源。
发明内容
本发明目的是设计一种油田大流量往复式注水泵，以提高运行效率。具体地说，油田大流量往复式注水泵，具有动力端和液力端,动力端通过曲柄连杆机构带动液力端的柱塞做直线往复运动，液力端上置有排出管组件和吸入管组件，其液力端液缸数为5缸或7缸结构；并且液力端吸入阀和排出阀垂直布置；吸入阀和排出阀均采用组合式球面阀；同时动力端采用偏心轮结构；在偏心轮中间部位增加支撑，偏心轮与连杆大头之间安装圆柱滚子轴承；十字头与十字头销之间安装圆柱滚子轴承。本发明大流量往复式注水泵符合国家“十二五”期间油田降低能耗的目标及建设资源节约型、环境友好型企业的实现。大流量注水泵具有流量大、排出压力高、性能广、效率高、寿命长、高可靠性的特点，是高效大流量注水设备必备的往复泵，取代运行效率较低的离心泵注水设备，提高了泵效，解决能源利用率低的问题，同时降低采油成本，具有重要的现实意义和重大的工程价值，必将成为新一代油田钻采装备不可或缺的配套产品。
图I为本发明整体结构简图(液力端)。图2为本发明整体结构简图(动力端)。图3为本发明动力端结构简图。图4为本发明动力端结构简图(图3右侧面)。图5为本发明动力端结构简图(图3左侧面)。
图6为本发明液力端结构简图。图7为本发明中波形弹簧结构图(立体)。图8为本发明中波形弹簧结构图(正面)。图9为本发明中阀座结构示意图(剖视)。图10为本发明中阀座结构示意图(图9俯视)。图11为本发明中组合式球面阀结构示意图。图12为本发明中阀罩结构示意图(剖视)。图13为本发明中阀罩结构示意图(图12俯视)。
具体实施例方式下面结合附图1-13描述本发明的一种实施例。油田大流量往复式注水泵，具有动力端4和液力端2，动力端4通过曲柄连杆机构带动液力端的柱塞7做直线往复运动，液力端2上置有排出管组件I和吸入管组件3，其特征是液力端液缸数为5缸或7缸结构；并且液力端吸入阀和排出阀垂直布置；吸入阀和排出阀均采用组合式球面阀；同时动力端采用偏心轮结构；在偏心轮8中间部位增加支撑14，偏心轮8与连杆大头9之间安装圆柱滚子轴承13 ;十字头11与十字头销10之间安装圆柱滚子轴承15。所述曲柄连杆机构包括偏心轮8，与偏心轮连接的连杆9运动，连杆9通过十字头销10连接十字头11，十字头11通过连接杆5连接到柱塞7做直线往复运动。连接杆5与柱塞7之间用卡套6固定相连接。液力端中的填料箱采用快换结构，填料采用芳纶组合式填料。柱塞7表面喷涂适合油田污水介质的镍基合金层。本发明采用特殊设计的组合式球面阀，具有阀座11-1，阀座11-1中间通孔贯通，通孔顶部为球形面与阀板11-3球形面形成动态球形密封面；阀板11-3上部设置有阀弹簧11-4，阀弹簧11-4上部固定在阀罩11-5上，阀罩11-5与阀座11-1之间设置有波型弹簧11-2。阀座11-1与阀罩11-5之间采用卡口连接形式，并且波型弹簧11-2位于两者接触面之间。阀板11-3上端面具有凸起，阀弹簧11-4套在凸起上。图7-图8分别给出本发明中波形弹簧、阀座、阀罩的结构图。组合式球面阀工作原理阀座11-1中间通孔贯通，通孔顶部为球形面与阀板11-3球形面形成动态球形密封面；液体由阀座11-1中间通孔进入阀座，液体的压力大于阀板11-3上部压力时，作用在阀板11-3底部并压缩阀弹簧11-4，使阀板11-3抬起，液体通过球形密封面进入阀罩11-5进而进入泵腔完成一个工作过程，当液体的压力小于阀板11-3上部压力时，阀弹簧11-4迫使阀板11-3快速落下，即球形密封面关闭，防止阀板11-3上部的液体倒流至阀座孔，如此完成另一个工作过程。阀罩11-5与阀座11-1之间设置有波型弹簧2(波型弹簧为单片开口型，见附图
7、附图8)。波型弹簧11-2利用弹力使阀罩11-5与阀座11-1之间保证一个正确的相对位置，阀座与阀罩采用卡口连接形式，装配和拆卸时只需将阀罩压下压缩波型弹簧，然后阀座与阀罩相对转动一定角度，就可使阀座与阀罩连为一体或者分离。阀座结构图见附图9、附图10。阀罩结构图见附图12、附图13。整个组合式球面阀可以整体安装在泵体内，或者整体从泵体内取出，更换非常快捷方便。
本发明中动力端动力端的结构决定注水泵是否具有较长寿命长和高可靠性。5ZB250.7ZB250型注水泵动力端分别采用偏心轮结构，如图4所示，在偏心轮8中间适当部位增加支撑14，支撑方式变为五拐三支撑、七拐四支撑。由于支撑增加，使每两个支撑之间力臂长度减小，提高偏心轮的承载能力，不仅增强了整个偏心轮的强度而且有效的降低了重量，保证偏心轮组件具有很高的可靠性。偏心轮，机架采用优质钢板组焊结构，连杆采用合金钢铸造，十字头采用QT600-2铸造表面进行高频处理。如图4所示，偏心轮8与连杆大头9之间安装圆柱滚子轴承13 ;如图5所示，十字头11与十字头销10之间安装圆柱滚子轴承15。所有摩擦副均采用圆柱滚子轴承(滚动轴承)，改变以往采用的轴瓦、衬套等滑动轴承结构。由于滚动轴承的承载能力、使用寿命、可靠性均比滑动轴承高，所以有效提高了摩擦副的使用寿命，也保证了动力端的可靠性。本发明中液力端液力端结构采用直通式组合阀结构(图6，吸、排阀垂直布置)，减小了余隙，有效提高泵的容积效率。吸排阀采用组合式球面阀(专利申请中)，组合式球面阀能整体安装和拆卸，具有启闭可靠、通用性强、拆装方便快捷等优点。过流部分采用优质不锈钢材料，具有良好的防腐性能。填料箱采用快换结构(快换结构在已有注水泵中均已经 采用)，填料采用芳纶组合式填料(组合填料在已有注水泵中也已经采用)；柱塞表面喷涂适合油田污水介质的镍基合金并对镍基合金进行次高频二次重熔，硬度HV>780，具有良好的耐磨性和耐腐蚀性，自动柱塞滴油润滑系统。动力端为机械部分，液力端为液体能量转换部分。工作原理原动机输入的机械能，通过曲柄连杆机构(驱动偏心轮8旋转，偏心轮8带动连杆9运动,连杆9通过十字头销10带动十字头11及连接杆5做直线往复运动)带动柱塞7做直线往复运动，柱塞7与填料箱17中所装的填料密封16紧密配合。柱塞7往后做吸程运动时，吸入阀19打开，排出阀18关闭，吸入管3内的低压液体进入液缸体20内，此时完成了泵的吸入过程；柱塞7往前做运动时，吸入阀19关闭，排出阀18打开，液缸体20内的液体通过排出阀18进入排出管I内，此时完成了泵的排出过程。泵的吸入过程和排出过程使原动机的机械能转换为液体的势能，使低压力液体变成高压力液体。使用上述结构制造的产品5ZB250型注水泵参数排出流量Q=150 260m3/h排出压力P=16 25MPa配套功率N=1000 1250kw7ZB250型注水泵参数排出流量Q=210 350m3/h排出压力P=16 25MPa配套功率N=1400 1800kw5ZB250、7ZB250型往复式注水泵配备的最大功率分别为1250KW、1800KW，能输送的最大流量分别为260m3/h、350m3/h，最高压力均为25MPa。5ZB250.7ZB250型往复式注水泵具有动力端4和液力端2，液力端2上置有排出管组件I、吸入管组件3。以上所述仅是本发明的较佳实施方式，故凡依本发明专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本发明专利申请范围内 。
权利要求
1.油田大流量往复式注水泵,具有动力端(4 )和液力端(2 )，动力端(4 )通过曲柄连杆机构带动液力端的柱塞(7)做直线往复运动，液力端(2)上置有排出管组件(I)和吸入管组件(3)，其特征是液力端液缸数为5缸或7缸结构；并且液力端吸入阀和排出阀垂直布置；吸入阀和排出阀均采用组合式球面阀；同时动力端采用偏心轮结构；在偏心轮(8)中间部位增加支撑(14)，偏心轮(8)与连杆大头(9)之间安装圆柱滚子轴承(13);十字头(11)与十字头销(10)之间安装圆柱滚子轴承(15)。
2.根据权利要求I所述的油田大流量往复式注水泵,其特征是所述曲柄连杆机构包括偏心轮(8)，与偏心轮连接的连杆(9)运动，连杆(9)通过十字头销(10)连接十字头(11)，十字头(11)通过连接杆(5 )连接到柱塞(7 )做直线往复运动。
3.根据权利要求2所述的油田大流量往复式注水泵，其特征是连接杆(5)与柱塞(7)之间用卡套(6)固定相连接。
4.根据权利要求I所述的油田大流量往复式注水泵，其特征是液力端中的填料箱采用快换结构，填料采用芳纶组合式填料。
5.根据权利要求I所述的油田大流量往复式注水泵，其特征是柱塞(7)表面喷涂适合油田污水介质的镍基合金层。
6.根据权利要求I所述的油田大流量往复式注水泵，其特征是所述组合式球面阀，具有阀座(11-1)和阀板(11-3)，阀座(11-1)中间通孔贯通，阀板(11-3)位于阀座(11-1)中间通孔顶端开口，其特征是阀座(11-1)中间通孔顶部为球形面，阀板(11-3)底部具有球形面，且阀座(11-1)中间通孔顶部球形面与阀板(11-3)球形面形成动态球形密封面；阀板(11-3)上部设置有阀弹簧(11-4)，阀弹簧(11-4)上部固定在阀罩(11-5)上，阀罩(11-5)与阀座(11-1)之间设置有波型弹簧(11-2)。
7.根据权利要求6所述的油田大流量往复式注水泵，其特征是阀座(11-1)与阀罩(11-5)之间采用卡口连接形式，并且波型弹簧(11-2)位于两者接触面之间。
8.根据权利要求I所述的根据权利要求6所述的油田大流量往复式注水泵，其特征是阀板(11-3)上端面具有凸起，阀弹簧(11-4)套在凸起上。
全文摘要
本发明涉及一种油田大流量往复式注水泵，它具有动力端和液力端，动力端通过曲柄连杆机构带动液力端的柱塞做直线往复运动，液力端上置有排出管组件和吸入管组件，其液力端液缸数为5缸或7缸结构；并且液力端吸入阀和排出阀垂直布置；吸入阀和排出阀均采用组合式球面阀；同时动力端采用偏心轮结构；在偏心轮中间部位增加支撑，偏心轮与连杆大头之间安装圆柱滚子轴承；十字头与十字头销之间安装圆柱滚子轴承。大流量注水泵具有流量大、排出压力高、性能广、效率高、寿命长、高可靠性的特点，是高效大流量注水设备必备的往复泵，取代运行效率较低的离心泵注水设备，提高了泵效，解决能源利用率低的问题，同时降低采油成本，具有重要的现实意义和重大的工程价值，必将成为新一代油田钻采装备不可或缺的配套产品。
文档编号F04B9/109GK102808751SQ20121019430
公开日2012年12月5日 申请日期2012年6月13日 优先权日2012年6月13日
发明者郭高建, 罗万军, 王雨团, 王别好, 赵秦静, 唐春玲 申请人:宝鸡航天动力泵业有限公司