技术领域
背景技术
[0002] 往复泵在石油矿场中广泛应用于钻井、
酸化压裂、注
水等生产中。随着石油工业对往复泵的要求越来越高,往复泵向着输出压
力高、流量大、制造和维修方便、流量
压力脉动小、体积小和
质量轻等方向发展。
[0003] 目前拥有的液压驱动往复泵结构简单、效率高、质量轻,而且运行平稳,能基本满足石油工业对往复泵的要求,但其对控制系统要求高,在恶劣环境下的可靠性需进一步提高,其应用受到一定限制。三缸单作用
凸轮机构恒流量往复泵进、排液总管内流量恒定、压力无
波动,但在相同工作参数下,该往复泵要比
曲柄连杆机构往复泵体积大，重量重。直线
电机往复泵在理论上基本消除了往复泵输出流量和压力的不
稳定性,但其性能受制造和安装误差的影响及工况条件的限制。
[0004] 目前广泛使用的柱塞泵，结构形式多为单作用往复泵，相对
排量较小，单机难以满足油田钻井、压裂、注水的要求，需要多机并行使用以提高排量，这样就造成占用场地面积大，总能耗高的问题，因此迫切需要一种结构紧凑、体积小、泵效高、排量大、节能的多缸柱塞泵。
发明内容
[0005] 本发明所要解决的技术问题在于针对上述
现有技术中存在的技术问题提供一种对置式轴向柱塞泵，该柱塞泵结构紧凑、体积小、重量轻、排量大且输出流量恒定。
[0006] 本发明所采用的技术方案为：一种对置式轴向柱塞泵，它包括
泵壳体、
机架轴、圆柱凸轮和驱动装置，所述机架轴设置泵壳体内，所述圆柱凸轮为中空状，圆柱凸轮通过
轴承及轴承座设置在机架轴的中心使圆柱凸轮可以绕机架轴转动，其特征在于所述圆柱凸轮为端面圆柱凸轮，圆柱凸轮两端面之间的轴向距离始终为一定值。在圆柱凸轮的两侧对称布置滚轮、滚轮架、传动机构、柱塞、以及
液力端总成，所述滚轮沿圆柱凸轮的边缘线均匀布置，滚轮与滚轮架相配合，滚轮架通过传动机构与柱塞相连接，柱塞的另一端与液力端相配置，所述驱动装置用于驱动圆柱凸轮。
[0007] 按上述技术方案，在机架轴上对应圆柱凸轮沿周向间隔设置有凹槽，在每个凹槽内设置有复位导向架，复位导向架在凹槽内滑移配置，所述复位导向架的两端分别与圆柱凸轮两侧的滚轮架连接，每个复位导向架的的长度均相同且为一个定值。
[0008] 按上述技术方案，所述复位导向架的两端均设置有凸缘端，两凸缘端均伸出凹槽为与滚轮架相连接。
[0009] 按上述技术方案，所述复位导向架为6-12个，均匀布置在机架轴周向方向。
[0010] 按上述技术方案，所述传动机构为连杆传动，滚轮通过滚轮架与连杆连接，连杆的另一端通过卡箍与柱塞固定连接。
[0011] 按上述技术方案，连杆的一端设置球铰，连杆通过球铰与滚轮架相连接。
[0012] 按上述技术方案，所述驱动装置包括大
齿轮、
小齿轮、电机，大齿轮套装在圆柱凸轮上并与圆柱凸轮同轴固定连接，小齿轮与大齿轮相
啮合，电机的
输出轴与小齿轮相配置。
[0013] 按上述技术方案，所述小齿轮和电机分别为两组，对称设置在机架轴的两侧，两小齿轮均与大齿轮相啮合。
[0014] 按上述技术方案，在圆柱凸轮内壁设置有环形凸台，所述轴承座卡装在该环形凸台两侧，轴承座与环形凸台轴向两侧之间设置有两推力球轴承，环形凸台与复位导向架径向之间设置有
圆柱滚子轴承。
[0015] 本发明所取得的有益效果为：
[0016] 1、本发明采用对置式圆柱凸轮机构，有利于圆柱凸轮驱动两侧对置的柱塞泵同时工作，比传统的单作用往复泵，更容易实现大排量输出；
[0017] 2、本发明可以实现理论上的恒流量，消除了曲柄连杆机构往复泵的输出流量和压力的不稳定性，从而提高了泵
阀和机械元件的寿命；
[0018] 3、相比已有的凸轮传动机构，采用端面圆柱凸轮的轮廓曲线，保证对置的两滚子中心距为定值，并使圆柱凸轮两端设置的滚轮固定在复位
导轨架上，避免了利用液压
弹簧提升时的冲击对圆柱凸轮工作面的磨损，延长了核心零部件的使用寿命；
[0019] 4、本发明通过连杆传动，避免了已有凸轮传动机构利用液压弹簧提升时的冲击对圆柱凸轮工作面的磨损；
[0020] 5、相比常规单置式往复泵，结构更为紧凑，重量减小35%，体积减小50%，实现了柱塞泵尺寸的小型化。
附图说明
[0021] 图1为本发明的结构示意图。
[0022] 图2为图1中圆柱凸轮的纵截面示意图。
[0023] 图3为复位导向架的结构示意图。
[0024] 附图1中：1、柱塞，2、卡箍，3、挡油盘，4、油封，5、连杆，6、大齿轮，7、小齿轮，8、
螺栓，9、圆柱凸轮，901、周向边缘线，902、圆柱凸轮工作面，903、环形凸台，904、
中轴线，10、泵头体，11、
排液管，12、组合阀，13、泵头体
压板，14、压紧螺栓， 15、吸入管，16、螺栓，17、盘根盒总成，18、螺栓，19、连接螺栓，20、压板，21、球绞，22、滚轮，23、轴承座，24、圆柱滚子轴承，25、推力球轴承，26、复位导向架，2601、复位导向架侧面，2602、复位导向架凸缘端，27、交流电机，28、机架轴，29、滚轮架。
具体实施方式
[0025] 下面结合附图对本发明作进一步说明。
[0026] 如图1所示，本
实施例提供了一种对置式轴向柱塞泵，它包括泵壳体、圆柱形机架轴28、圆柱凸轮9和驱动装置，所述机架轴28设置在泵壳体内，所述圆柱凸轮9为中空状，圆柱凸轮9为端面圆柱凸轮，圆柱凸轮9两端面之间的轴向距离始终为一定值。圆柱凸轮9套装在机架轴28的中心上，在圆柱凸轮的内壁沿其中轴线904的
位置设置有环形凸台903，在环形凸台903处设置圆柱滚子轴承24，在凸台两侧设置有推力球轴承25和轴承座23，轴承座23与机架轴28通过
螺纹连接，其中圆柱滚子轴承24为防止圆柱凸轮9径向窜动，推力球轴承25固定圆柱凸轮9的轴向运动。在圆柱凸轮9的两侧对称布置滚轮22、传动机构、柱塞1、以及液力端总成。所述滚轮22沿圆柱凸轮9的周向边缘线901均匀布置，每侧设置有6组滚轮22，在各滚轮22上设置有滚轮架29，滚轮架29通过传动机构与柱塞1相连接，柱塞1的另一端与液力端相配置，所述驱动装置用于驱动圆柱凸轮。
[0027] 所述传动机构为连杆传动，在连杆5的一端设置球铰21，滚轮架29上设置有球形的凹槽，球铰21设置在滚轮架29的球形凹槽内，通过压板20压紧固定在滚轮架29上。连杆5的另一端通过卡箍2与柱塞1固定连接，卡箍2靠近泵体中心的一侧设有挡油盘3和油封4。
[0028] 在机架轴28内对应圆柱凸轮9沿周向间隔设置有6个凹槽，在每个凹槽内均设置有一个复位导向架26，复位导向架26设置在机架轴上，所述复位导向架侧面2601与机架轴28的凹槽
接触配合，其中，凹槽的长度大于复位导向架26的长度，使得复位导向架26可以在凹槽内滑移，所述复位导向架26的两端均设置有凸缘，复位导向架26两端的凸缘均伸出凹槽外，复位导向架凸缘端2602对应与各滚轮架29通过连接螺栓19固定连接。其中，由于机架轴28与圆柱凸轮9同轴设置，故沿圆柱凸轮9周向设置的6个复位导向架26与圆柱凸轮9同轴设置，复位导向架26的长度为一定值，定长的复位导向架26保证了滚轮22始终顶在圆柱凸轮工作面902上。
[0029] 所述驱动装置包括大齿轮6、小齿轮7、电机，大齿轮6套装在圆柱凸轮9上并与通过螺栓8与圆柱凸轮同轴固定连接，大齿轮6、小齿轮7处在柱塞泵的中央，由中间向两端传输动力，
传动轴装于小齿轮中，小齿轮7与大齿轮6相啮合，电机的输出轴与传动轴相配置。在实际中设置有两组小齿轮和两组电机，两组小齿轮对称设置在泵壳体的两侧，使受力对称均匀。
[0030] 液力端总成包括盘根盒总成17、泵头体10、机架轴28，盘根盒总成17与柱塞相配置，盘根盒总成17与泵壳体机架轴28间隙配合，通过螺栓18固定连接。泵头体10由螺栓16固定压紧在机架轴28外侧。泵头体11内置有插装式组合阀12，通过泵头体压板13固定压紧，泵头体压板13与泵头体10端面之间留有3mm的余隙，以便压紧螺栓14紧固泵头体压板13。每个缸的液力端吸液管接出汇总到位于泵体中
心轴的一根总管吸入管15处 ，每个缸的液力端排液管11通过
法兰盘连在泵头体排液口。
[0031] 本发明的工作过程为：交流电机27通过传动轴带动小齿轮7转动，小齿轮7带动与其啮合的大齿轮6转动，从而大齿轮6带动与其固定连接的圆柱凸轮9绕机架轴28转动，由于与两侧滚轮22固定连接的定长复位导向架26，保证了两滚轮22的中心距为定值。滚轮22始终在圆柱凸轮9上滑动，圆柱凸轮9转动时，滚轮22与圆柱凸轮9的接触点随着圆柱凸轮单侧高度的变化而上下变化，从而带动与滚轮22相连的连杆5和柱塞1，实现对置式往复运动。
[0032] 柱塞1的往复运动对泵头体内
工作腔实行拉伸和压缩。拉伸时，工作腔容积的增大使得其与外界的压差为负值，液体从吸液管进入，顶开吸入阀片，实现吸液过程；压缩时，工作腔容积的增大使得其与外界的压差为正值，液体从工作腔顶开排出阀片，实现排液过程，即完成一个工作循环。
[0033] 本发明采用圆柱凸轮对置式传动机构，利于圆柱凸轮驱动两侧对置的多缸同时工作，比传统的单作用往复泵，更容易实现大排量输出；可以实现理论上的恒流量，消除曲柄连杆机构往复泵的输出流量和压力的不稳定性；结构更为紧凑，重量轻，体积小，有利于大型多缸泵尺寸的小型化，减小了安装占地面积；其特殊的凸轮盘轮廓曲线，保证对置的两滚子中心距为定值，并对置的两滚轮固定在复位导轨架上，避免了已有凸轮传动机构利用液压弹簧提升时的冲击对凸轮工作面的磨损。
