十字头部件、十字泵头系统和柱塞泵的制作方法

1.本技术涉及柱塞泵技术领域，尤其涉及一种十字头部件、十字泵头系统和柱塞泵。


背景技术：

2.往复式柱塞泵是石油开采行业的核心设备，往复式柱塞泵运动主由曲柄连杆机构来实现，主要包括柱塞、拉杆、十字头、连杆、曲轴等部件。曲轴旋转通过连杆转化为十字头、柱塞的往复运动。由于空间布置的限制，方便拆装维修，现在往复式柱塞泵多数为卧式的，即柱塞中心线水平布置。但是卧式柱塞泵中十字头在自重和侧向力的作用下，与滑轨紧密贴合，在十字头运动过程中两个金属面直接接触，发生干磨，长时间干摩造成两部件严重磨损，甚至烧熔，影响寿命，增加维修成本。因此，如何改善十字头第二导板与下滑轨之间的摩擦状态成为该领域工程师研究的重点。
3.目前应用的柱塞泵通常通过压力润滑油路直接对下滑轨与第二导板的接触面进行润滑，滑轨和导板一般都是规则的圆桶形，滑轨与导板接触面之间的间隙形成平行的区域。在十字头承受向上侧向力时，下滑轨与第二导板之间有较大间隙，润滑油可以直接进入间隙内，对两接触面进行润滑。但是在十字头承受向下侧向力和重力时，下滑轨与第二导板直接紧密贴合，压力润滑油进入两接触面之间的量很小，在十字头往复运动中，只能在滑轨与导板表面刮上一层薄油膜，平行区域内的油膜不具备承载能力，因此改善接触面润滑状态的效果非常有限。


技术实现要素：

4.本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种十字泵头部件，所述十字头部件在十字头组件和导轨组件之间可以形成动压润滑油膜，可以改善二者之间的接触面之间的润滑状态，减少磨损。
5.根据本发明的十字头部件，用于柱塞泵，包括：十字头组件和导轨组件，导轨组件限定出滑动空间，十字头组件沿第一方向可滑动地设于滑动空间内，十字头组件包括可与导轨组件接触的上导板和下导板，上导板和下导板中至少一个的靠近导轨组件的表面上设有第一导向面，沿第一方向，上导板和下导板均包括相对的第一端和第二端，第一导向面自第一端起向第二端的方向延伸，第一导向面的位于第一端的一端为第一子端，第一导向面的位于第一端和第二端之间的为第二子端，第一子端与导轨组件的间距大于第二子端与导轨组件之间的间距。
6.根据本发明的十字头部件，第一导向面的位于第一端和第二端之间的为第二子端，第一子端与导轨组件的间距大于第二子端与导轨组件之间的间距，以实现在导板和导轨组件之间形成楔形间隙，在十字头组件的往复运动过程中，在十字头组件和导轨组件之间可以形成动压润滑油膜，楔形间隙内形成承载油膜，油膜压力可以高达上百兆帕，从而使十字头组件与导轨组件之间的间距增大，进而有利于增大此处润滑油量，改善润滑状态，减小摩擦副的磨损，延长导轨组件与十字头组件的使用寿命，减少维修成本。
7.根据本发明的十字头部件，在由第二子端朝向第一子端的方向上，第一导向面朝向逐渐远离导轨组件的方向倾斜。
8.根据本发明的十字头部件，上导板和下导板中的至少一个的靠近导轨组件的表面上还设有第二导向面，第二导向面自第二端起向第一端的方向延伸，第二导向面的位于第二端的一端为第三子端，第二导向面的位于第一端和第二端之间的一端为第四子端，第三子端与导轨组件的间距大于第四子端与导轨组件之间的间距。
9.可选地，在由第四子端朝向第三子端的方向上，第二导向斜面朝向逐渐远离导轨组件的方向倾斜。
10.可选地，第四子端和第二子端间隔。
11.可选地，第一导向斜面和第二导向斜面分别与导轨组件之间的倾斜角度均为
ɑ
，
ɑ
满足：0
°
《
ɑ
≤10
°
。
12.可选地，上导板和下导板的长度均为l1，第一导向斜面在导轨组件上的投影长度为l2，l2和l1满足：0.02≤l2/l1≤0.2。
13.根据本发明的十字头部件，导轨组件包括相对设置的上导轨和下导轨，下导轨上设有第一进油孔，下导板和下导轨中的至少一个上设有第一油槽，第一进油孔与第一油槽连通，和/或
14.上导轨上设有第二进油孔，上导板和上导轨中的至少一个上设有第二油槽，第二进油孔与第二油槽连通。
15.根据本发明的十字泵头系统，包括润滑系统管路和上述的十字头部件，润滑系统管路与十字头部件的第一进油孔和第二进油孔连通。
16.根据本发明的十字泵头系统，在十字头组件和导轨组件之间可以形成动压润滑油膜，楔形间隙内形成承载油膜，油膜压力可以高达上百兆帕，从而使十字头组件与导轨组件之间的间距增大，进而有利于增大此处润滑油量，改善润滑状态，减小摩擦副的磨损，延长导轨组件与十字头组件的使用寿命，减少维修成本。
17.根据本发明的柱塞泵，包括上述的十字头部件，或者包括上述的十字泵头系统。
18.根据本发明的柱塞泵，在十字头组件和导轨组件之间可以形成动压润滑油膜，楔形间隙内形成承载油膜，油膜压力可以高达上百兆帕，从而使十字头组件与导轨组件之间的间距增大，进而有利于增大此处润滑油量，改善润滑状态，减小摩擦副的磨损，延长导轨组件与十字头组件的使用寿命，减少维修成本。
附图说明
19.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
20.为了更清楚地说明本发明实施例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，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
21.图1示出了动压油膜成型的原理图；
22.图2示出了根据本发明实施例的柱塞泵的局部剖视图；
23.图3示出了根据本发明实施例的柱塞泵的爆炸图；
24.图4示出了根据本发明实施例的下导板和下导轨贴合时的侧视图；
25.图5示出了图4中a处的放大图；
26.图6示出了根据本发明实施例的下导板的侧视图；
27.图7示出了根据本发明实施例的下导板的仰视图。
28.附图标记：
29.柱塞泵100，十字头部件1，十字头组件10，上导板11，下导板12，第一导向面13，第二导向面14，曲轴15，十字头16，导轨组件20，上导轨21，下导轨22，第一进油孔222，第一油槽224。
具体实施方式
30.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例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技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。、
31.首先，对动压润滑油膜形成的原理进行介绍。
32.流体动压润滑就是利用一对固体摩擦面之间的相对运动，使介于固体间的润滑流体膜内产生压力，以承受外载荷而避免固体相互接触，从而起到减少摩擦阻力和保护固体表面的作用。其形成条件包括：(1)两固体表面间有楔形间隙；(2)间隙内充有粘性液体；(3)粘性流体能够吸附于固体表面：(4)两固体表面的相对运动带动润滑流体由间隙大端向间隙小端流动。
33.如图1中，h1高于h2，如果润滑膜内没有压力，则无论间隙大端截面1还是间隙小端截面2处，流体速度沿膜厚的分布都将为虚线所示的分布。于是单位时间内，流体经过截面1，流入截面1、2包围空间的质量为ρh1u/2，而由该空间经过截面2而流出的质量为ρh2u/2(其中ρ为流体密度，h为间隙高度，u为固体相对速度)，此时显然流入量大于流出量，流量是不平衡的。因此截面1、2包围空间内的压力必然高于入口和出口环境压力，从而使流经截面1的速度减小为内凹的曲线，并使流经截面2的速度增加为外凸的曲线，达到流量平衡，这就是动压形成的原理。
34.如图2、图4以及图5所示，根据本发明实施例的十字头部件1，用于柱塞泵100，包括十字头组件10和导轨组件20。
35.具体地，导轨组件20限定出滑动空间，十字头组件10沿第一方向可滑动地设于滑动空间内，十字头组件10包括可与导轨组件20接触的上导板11和下导板12，上导板11和下导板12中至少一个的靠近导轨组件20的表面上设有第一导向面13，沿第一方向，上导板11和下导板12均包括相对的第一端和第二端，第一导向面13自第一端起向第二端的方向延伸，第一导向面13的位于第一端的一端为第一子端，第一导向面13的位于第一端和第二端之间的为第二子端，第一子端与导轨组件20的间距大于第二子端与导轨组件20之间的间距。
36.其中，需要说明的是，上导板11的第一端和下导板12的第一端相对，上导板11的第二端与下导板12的第二端相对，可以是上导板11上设有第一导向面13，还可以是下导轨22上设有第一导向面13，还可以是上导板11和下导板12上均设有第一导向面13，本技术不作
限制。
37.如图4-图7所示，示出了下导板12，其中，上导板11可以与下导板12的结构完全相同，本技术不作限制。
38.根据本发明实施例的十字头部件1，第一导向面13的位于第一端和第二端之间的为第二子端，第一子端与导轨组件20的间距大于第二子端与导轨组件20之间的间距，以实现在导板和导轨组件20之间形成楔形间隙，在十字头组件10的往复运动过程中，在十字头组件10和导轨组件20之间可以形成动压润滑油膜，楔形间隙内形成承载油膜，油膜压力可以高达上百兆帕，从而使十字头组件10与导轨组件20之间的间距增大，进而有利于增大此处润滑油量，改善润滑状态，减小摩擦副的磨损，延长导轨组件20与十字头组件10的使用寿命，减少维修成本。
39.如图2和图3所示，在一些实施例中，十字头组件10还包括固设于上导板11和下导板12之间的十字头16以及与十字头16连接的曲轴15。导轨组件20包括相对设置的上导轨21和下导轨22，上导板11和下导板12均位于上导轨21和下导轨22之间，上导板11与上导轨21可接触，下导板12与下导轨22可接触。
40.如图4和图7所示，根据本发明实施例的十字头部件1，下导轨22上设有第一进油孔222，下导板12和下导轨22中的至少一个上设有第一油槽224，第一进油孔222与第一油槽224连通，
41.也就是说，可以是下导板12和下导轨22上均设有第一油槽224，还可以是下导板12上设有第一油槽224，还可以是下导轨22上设有第一油槽224，第一油槽224位于下导板12和下导轨22之间，第一进油孔222与第一油槽224连通，以为第一油槽224内提供润滑油，从而使得下导轨22和下导板12接触时可以得到润滑，减少磨损。
42.在一些实施例中，上导轨21上设有第二进油孔，上导板11和上导轨21中的至少一个上设有第二油槽，第二进油孔与第二油槽连通。
43.也就是说，可以是上导轨21和上导板11上均设有第二油槽，还可以是上导轨21上设有第二油槽，还可以是上导板11上设有第二油槽，第二油槽位于上导轨21和上导板11之间，第二进油孔与第二油槽连通，以为第二油槽内提供润滑油，从而使得上导轨21和上导板11接触时可以得到润滑，减少磨损。
44.如图2、图4和图5所示，根据本发明实施例的十字头部件1，上导板11和下导板12中的至少一个的靠近导轨组件20的表面上还设有第二导向面14，第二导向面14自第二端起向第一端的方向延伸，第二导向面14的位于第二端的一端为第三子端，第二导向面14的位于第一端和第二端之间的一端为第四子端，第三子端与导轨组件20的间距大于第四子端与导轨组件20之间的间距。
45.根据本发明实施例的十字头部件1，在十字头组件10的往复运动过程中，无论是由第一端向第二端的方向移动，还是由第二端向第一端的方向移动，由于第一导向面13和第二导向面14的存在，在十字头组件10和导轨组件20之间都可以形成动压润滑油膜，楔形间隙内形成承载油膜，油膜压力可以高达上百兆帕，从而使十字头组件10与导轨组件20之间的间距增大，进而有利于增大此处润滑油量，改善润滑状态，减小摩擦副的磨损，延长导轨组件20与十字头组件10的使用寿命，减少维修成本。
46.也就是说，可以是下导板12上设有第一导向面13，上导板11上设有第二导向面14，
可以是下导板12上设有第一导向面13和第二导向面14，还可以是下导板12上设有第一导向面13和第二导向面14，上导板11上设有第一导向面13和第二导向面14中的至少一个。
47.下面以十字头部件1应用于柱塞泵100中为例来举例说明动作过程，其中，下导板12上设有第一导向面13和第二导向面14：
48.柱塞泵100运行一个周期包括吸液和排液两个过程，在吸液过程中，十字头组件10向如图2中左侧方向运动，在吸液的初始阶段，由于排出阀关闭滞后，该时间段内压力持续高压，此时十字头组件10承受向上的侧向力，上导板11与上导轨21贴合，下导板12与下导轨22之间有径向间隙，因此润滑系统管路通过下导轨22的第一进油孔222进入第一油槽224以及周围间隙内，起到润滑的作用，此时下导板12和下导轨22之间的润滑状态良好，随着十字头组件10继续前行，排出阀关闭，缸内压力降为0，此时十字头组件10的侧向力为0，在十字头组件10自重的影响下，下导板12与下导轨22紧密贴合，润滑油经第一油孔进入第一油槽224中，但由于下导板12和下导轨22之间的接触面紧密贴合，第一油槽224内的润滑油直接流入周围摩擦面的油量很少，由于十字头组件10与导轨组件20之间的相对运动，分布在第一油槽224内的润滑油可以在接触面上刮上一层油膜，这层油膜可以改善接触面之间的干摩擦状态，但由于油膜非常薄，其不具有承载能力，而在下导板12上设有第一导向面13和第二导向面14之后，第二导向面14与下导轨22之间均可以形成动压润滑油膜。动压润滑油膜压力可达上百兆帕，从而使得十字头组件10上浮，增大下导板12和下导轨22之间的间隙，进而增加润滑油量，改善下导轨22和下导板12之间的摩擦润滑状态。
49.吸液过程到达左止点，十字头组件10换向，朝向远离曲轴15侧的方向移动，如图2所示向右方移动，柱塞泵100开始排液过程(160
°‑
170
°
曲轴15转角时间)，缸内压力持续高压，此时，十字头组件10承受向下侧向力，在侧向力与重力的作用下，下导板12与下导轨22紧密贴合，在第一导向面13和下导轨22之间形成的楔形区域内，可以形成动压润滑油膜，可以改善两接触面之间的润滑状态，减少磨损。
50.根据本发明实施例的十字头部件1，在由第二子端朝向第一子端的方向上，第一导向面13朝向逐渐远离导轨组件20的方向倾斜。也就是说，第一导向面13可以被构造为曲面、弧面以及平面等，这样能够简化第一导向面13的结构设置，简化上导板11和/或下导板12的加工过程。
51.在一些实施例中，在由第四子端朝向第三子端的方向上，第二导向斜面朝向逐渐远离导轨组件20的方向倾斜。也就是说，第二导向面14可以被构造为曲面、弧面以及平面等，这样能够简化第二导向面14的结构设置，简化上导板11和/或下导板12的加工过程。
52.在一些实施例中，第四子端和第二子端间隔，这样能够保障下导板12和下导轨22之间至少有平面接触，以及上导板11和上导轨21之间至少有平面接触，使得十字头组件10在导轨组件20之间移动更加平稳，防止晃动。
53.在一些实施例中，第一导向斜面和第二导向斜面分别与导轨组件20之间的倾斜角度均为
ɑ
，
ɑ
满足：0
°
《
ɑ
≤10
°
。也就是说，
ɑ
可以是2
°
、4
°
、6
°
、8
°
以及10
°
等。
54.在一些实施例中，上导板11和下导板12的长度均为l1，第一导向斜面在导轨组件20上的投影长度为l2，l2和l1满足：0.02≤l2/l
1≤
0.2。其中，l2可以是0.02l1、0.06l1、0.1l1、0.14l1、0.18l1以及0.2l1等。
55.根据本发明实施例的十字泵头系统，包括润滑系统管路和上述的十字头部件1，润
滑系统管路与十字头部件1的第一进油孔222和第二进油孔连通。
56.根据本发明实施例的十字泵头系统，在十字头组件10和导轨组件20之间可以形成动压润滑油膜，楔形间隙内形成承载油膜，油膜压力可以高达上百兆帕，从而使十字头组件10与导轨组件20之间的间距增大，进而有利于增大此处润滑油量，改善润滑状态，减小摩擦副的磨损，延长导轨组件20与十字头组件10的使用寿命，减少维修成本。
57.根据本发明实施例的柱塞泵100，包括上述的十字头部件1，或者包括上述的十字泵头系统。
58.根据本发明实施例的柱塞泵100，在十字头组件10和导轨组件20之间可以形成动压润滑油膜，楔形间隙内形成承载油膜，油膜压力可以高达上百兆帕，从而使十字头组件10与导轨组件20之间的间距增大，进而有利于增大此处润滑油量，改善润滑状态，减小摩擦副的磨损，延长导轨组件20与十字头组件10的使用寿命，减少维修成本。
59.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
60.在本发明的描述中，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发明中的具体含义。
61.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。