技术领域
[0001] 本
发明涉及一种能匹配于各种
液力端，应用于油田和各种输送高压液体领域低压进液或高压进液的
增压注水工艺的多球面连接的立式往复泵动力端，以及应用有该动力端的注水泵，实现满足油田低进高出和高进高出的单井注水要求。
背景技术
[0002] 传统往复泵的动力端为
曲轴连杆机构，进行往复运动。往复泵可分为卧式和立式，但均采用曲轴、连杆、十字头，中间接杆与液力端的
柱塞进行连接，通过
电动机传动曲轴旋转。连杆在曲轴的
曲柄中旋转往复，带动十字头、中间杆、柱塞进行往复运动对液力端的进液、排液
阀、吸液排液过程来完成往复泵的功能。
[0003] 目前油田在二次采油注水工艺中经常出现部分井的注入压力升高而注不进水，此时一般会进行增压注水工艺来解决，增压注水的设备大致采用以下：柱塞式液力平衡卧式往复泵、多节
离心泵、压差式水力
活塞泵以及液压式平衡泵等，均按进口压力与出口压力之间的压力差来进行液力平衡手段，满足动力端运动件的润滑条件不使动力端受到
不平衡而发热影响运行。
[0004] 增压注水的工艺一般采用多井增注，对相似压力井排列后由一台设备进行增注。常规的增注设备中可算往复式柱塞增压注水泵应用最普遍，效率也比相对设备高。但缺点是压差的不平衡率使用范围窄，所述压差不平衡会直接影响该设备的正常运行。压差就是出口压力减去进口压力之间的差，该差往往是
增压泵的设计依据，因为该压差根据油田用户提供的地质情况，很难做到提供的压差值与最终在泵运行中的实际压差值达到一定的正确性，甚至只能达到50％以下。
[0005] 由于目前的集中注水、一泵多井注水工艺已成事实，要实现绿色、环保油田安全措施就是实现地面无高压件，实行单井单注，提高效率，是广大油田提质增效的举措。同时油田一泵多井的低进高出注水与集中注水方式大多都需建注水站，辅设高压管线，高压闸
门等系统流程，都是油田地面建设的高投资项。因此油田要实现单井单注和单井增注工艺，来完成油田欠注井和注不进水的井的驱油任务。在井口设立单井注水可从注水站到井口都辅设低压管线和阀门等管汇件，这样可以为油田节约非常大的资金，也减低各路高压安全
风险。因此开发一种适用现场单井布置安装、可通用于井口低进高出或高进高出的注水工艺的动力端和注水泵来替代现有的集中注水或一泵多井注水势在必行。
发明内容
[0006] 针对
现有技术现状，本发明所要解决的第一个技术问题一种多球面连接的立式往复泵动力端，能匹配于各种液力端，应用于油田和各种输送高压液体领域低压进液或高压进液的增压注水工艺中。
[0007] 本发明所要解决的另一技术问题是提供一种应用有该动力端的注水泵，满足油田低进高出或高进高出的单井注水要求，且能现场快速布置安装，节约投资，提高安全系数。
[0008] 本发明解决上述第一技术问题所采用的技术方案为：该多球面连接的立式往复泵动力端，包括：
机身，呈立式筒形；
斜盘，与动力源的
电机输出轴连接，具有轴部和呈斜面的平面
凸轮部；扶正套，位于斜盘的平面凸轮部下方，与斜盘的相对面之间设有推力球
轴承；调整球座，可滑移地装在斜盘的轴部上，且底部作用有一能使其自动复位的复回
弹簧；回复盘，呈圆盘式，具有多个沿周向均匀分布的凹形球面，该回复盘通过所述的调整球座设在所述的扶正套的下方，且所述的调整球座与回复盘之间球面滑动配合；拉接杆，下端与往复泵的液力端的柱塞连接，上端与所述的回复盘的凹形球面配合，且拉接杆与所述的扶正套的相对面之间以活动球联接；所述斜盘、扶正套、调整球座、回复盘以及拉接杆均设在所述机身内，且所述机身的上部与动力源连接，下部与往复泵的液力端连接。
[0009] 前述的动力端，其所述斜盘的平面凸轮部为等厚结构，以控
制动平衡力矩，其内斜面上设有凹形槽，用来安置推力球轴承，以承受泵在旋转中的轴向推力；所述轴部两头
定位在所述机身和液力端泵体的内孔中，且顶部设有电机输出轴直联用的内孔和内键，可确保装配简单
精度高；轴部的外径上设有上、下轴承，用来平衡径向和轴向力，防止轴窜动。
[0010] 前述的动力端，其所述扶正套呈环形圈状，上平面设有用来设置推力球轴承下座圈的环形凹形槽，下平面设有用来设置活动球的半球面，半球面的个数根据液力端的缸数来定，与拉接杆上平面的半球面同配一个活动球，根据环形距离所需切割成
块，与推力球轴承、拉接杆联接一起，形成一个能消除斜盘在运行中的椭圆误差，确保斜盘旋转运动转化拉接杆往复运行时造成的误差。
[0011] 前述的动力端，其所述的调整球座为不旋转的滑动式往复运动件，设置成内孔为
滑动轴承与斜盘中间段轴颈配合，在外径设为与所述回复盘球面滑动配合的凸球面，使装在调整球座上的回复盘随着拉接杆往复运动时可在调整球座的球面上进行滑动，调整球座的下端面设有自转的若干滚子形成一
平面轴承。通过回复弹簧来对调整球座的自动复位，起到运动件在多球面件、滑动联接情况下，根据滑动调心运行中的作用来消除受椭圆轨迹运动中的误差。
[0012] 前述的动力端，其所述的回复盘上设有多个球面通孔形成所述的沿周向均匀分布的凹形球面，回复盘的中心内孔设为一个内球面体与所述的调整球座的凸球面配合。回复盘是不旋转的上下运动件，在环形平面上设置了与缸数相等的半球面凹形球面，与拉接杆的凸形球面配合，由于内孔设置了与调整球座的外圆凸球面定位配合的凹形球面，当拉接杆回复时可由回复盘上的凹形球面托起拉接杆的凸形球面在往复运动中进行上下摆动，由于设置有多个滑动运动球面使拉接杆、柱塞联能在无干涉状况下进行往复运动，能与各种立式往复泵液力端配合，进行输送各种低进高出和高进高出的液体。
[0013] 前述的动力端，其所述的拉接杆的头部呈半球体，外部形成凸形球面与回复盘的凹形球面配合，作用斜盘在旋转时起到拉回拉接杆的回位；上平面设有用来设置活动球的半球面。
[0014] 本发明解决上述另一技术问题所采用的技术方案为，该注水泵，包括：
[0015] 所述的动力端；
[0016] 液力端，与上方的动力端联接成一体，包括：
[0017] 泵体，泵体内设有按缸数要求设置的柱塞和进液阀与排液阀一体的组合阀，在泵体下位的中心部设有环形进液腔和环形排液腔，环形进液腔与各组合阀的吸入口连通，环形排液腔位于环形进液腔的下方与各组合阀的排液口连通；在泵体的外圆上设有进液
法兰和排液法兰，分别与外部的进、排管汇连接；
[0018] 集成
基础，通过集成基础将本注水泵集成安装于预定
位置上。
[0019] 前述的注水泵，其所述的进、排管汇与油井采油树边上的注水管汇连接，其中所述的进液法兰通过闸阀、弯头及进口管线与低压管线或注水管汇中的高压管线闸阀联接，分别作为低进高出或高进高出的进口水源，进行联接水泵的进口；所述排液法兰通过止回阀、高压管线、弯头、高压闸阀与注水管汇中的高压管线闸阀连接，使通过低进高出或高进高出的增压的高压液体注入到注水管汇中。
[0020] 前述的注水泵，其所述的集成基础是单井注水泵在现场安装需要的快速集成部分，它包括预制混泥土块、预埋
螺栓及混泥土干粉浆，所述的泵体其底部通过预埋螺栓与预制混泥土块固定于一起；所述的预制混泥土块呈圆柱形，且其外圆上设有
螺旋槽。
[0021] 前述的注水泵，其所述的拉接杆与柱塞之间可采用卡箍定位联接，拉接杆的外圆呈圆柱形，与滑动套(轴承)进行配合，能起到往复运行时的导向作用。
[0022] 与现有技术相比，本发明的优点在于：
[0023] 本发明多球面连接的立式往复泵动力端当斜盘旋转运动时，斜面往下运动时通过推力球轴承传递给扶正套，扶正套下平面的球面传递给拉接杆上平面的球面，通过球体旋转把拉接杆推往到前死点；当斜盘旋转180°，斜面往上运动时，通过回复盘上的球面托起拉接杆上的球面再拉回到后死点，完成一个往复行程。在斜盘斜平面上
滑行的推力球轴承，它的运动轨迹是椭圆运行。当拉接杆往复一个行程时，回复盘是在多球面滑动中进行消除斜盘椭圆运行轨迹的误差。斜盘的旋转运动转化为往复运动把拉接杆、柱塞体拉回，回位达到往复的阀组启开目的。因此，由于采用了多活动球面的结构，从而可消除回复盘在回拉时斜盘的正圆旋转180°转为椭圆运行轨迹时，能通过多球面滑行消除之间的误差，不受干涉。本动力端可与各种结构阀组的液力端联接，可根据不同的输送介质设定，可应用于油田和各输送高压液体领域低压进液或高压进液的增压注水工艺中。
[0024] 本发明的注水泵通过集成基础可快速现场组合安装，布置进、排管汇与油田采油树的注水管汇直接连接，实现单井注水工艺，实现井口低进高出或高进高出的注水工艺的一体化设计，进口压力≤1MPa，出口压力40MPa或进口压力5-20MPa，出口压力15-40MPa二种不同的进口压力均能实施应用，这样可以为油田节约非常大的资金，也可减低各路高压安全风险。
附图说明
[0026] 图2为本发明实施例中动力端的结构示意图。
[0027] 图3为本发明实施例中斜盘的结构示意图。
[0028] 图4为本发明实施例中扶正套的结构示意图。
[0029] 图5为图4的俯视示意图。
[0030] 图6为本发明实施例中拉接杆的结构示意图。
[0031] 图7为本发明实施例中调整球座的结构示意图。
[0032] 图8为本发明实施例中回复盘的结构示意图。
[0033] 图9为图8的俯视示意图。
[0034] 图10为本发明与油井采油树边上的注水管汇连接后的示意图。
具体实施方式
[0035] 以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
[0036] 图1、图10示出了装设有依据本发明的动力端的的油田单井立式注水泵，它包括有动力端10、液力端20、集成基础30以及进、排管汇40，其中：
[0037] 如图2所示，动力端10主要由动力源17、机身1、斜盘2、扶正套4、调整球座7、回复盘6以及拉接杆5等组装构成，斜盘2、扶正套4、调整球座7、回复盘6以及拉接杆5均设在机身1内，机身1的上部与动力源17连接，下部与注水泵的液力端20连接。可应用于油田和各输送高压液体领域常压供水和增压供水工艺中，进口压力≤1MPa，出口压力40MPa或进口压力5-
20MPa，出口压力15-40MPa二种不同的进口压力均能实施应用，进行一体化设计应用于低进高出或高进高出的供水流程中。多球面连接的立式往复泵动力端，可匹配于各种液力端解决和实现油田及各工业领域对常压或增压供水的工艺要求。具体如下：
[0038] 动力端的机身1为立式圆筒形结构，设有上下可联接的法兰，上法兰与动力源电机法兰直联，下法兰与液力端的泵体法兰联接，用螺栓固定。机身1的上部中心设置有内孔，用于定位斜盘2。
[0039] 如图3所示，斜盘2为一个连轴的斜盘，具有轴部202和呈斜面的平面凸轮部201。平面凸轮部201厚度一致，以控制动平衡力矩。平面凸轮部201的斜面夹
角大小根据泵的行程来确定，行程长斜面夹角就大，反之行程短斜面夹角就小。而斜盘的内斜面上车有一条环形凹形槽203，用来安装推力球轴承3套圈，用来承受泵在旋转中的轴向推力，特别对往复泵来控制轴向柱塞推力和进口介质的轴向受力，推力球轴承3的下座圈定位在扶正套4中。斜盘轴的上下部位中装置了角
接触轴承，用来平衡径向和轴向力，防止轴窜动。在斜盘轴的中部设置有一个滑动轴承轴拐，斜盘上部由上
滚动轴承14定位在机身的内孔中，下部安置下滚动轴承9定位在液力端的泵体21内孔中由防松拼帽16把滚动轴承固定在斜盘的轴上。斜盘轴的顶部设置了内孔和内键，与动力源17电机轴直联，装配简单且精度高。
[0040] 扶正套4位于斜盘的平面凸轮部201下方，与斜盘2之间以推力球轴承3连接。如图4、5所示，扶正套4呈环形圈状，其上平面车有一个环形凹形槽401用来设置推力球轴承3的下座圈，下平面凹设有用来设置活动球13的半球面402，半球面的个数根据液力端的缸数来定，与拉接杆5上平面的半球面51同配一个活动球13，根据环形距离所需切割成块，与推力球轴承3、拉接杆5联接一起，形成一个能消除斜盘在运行中的椭圆误差，确保斜盘旋转运动转化拉接杆往复运行时造成的误差。
[0041] 如图7所示，调整球座7设置成内孔为滑动轴承，与斜盘轴配合，在外径上设有凸球面71与回复盘6配合，下端面设置有能自转的若干滚子形成一个平面轴承，下设一个回复弹簧8用来对调整球座7的自动复位，起到运动件在多球面体联接情况下，滑动调心运行中来消除斜盘2受椭圆轨迹运动中的误差。
[0042] 如图8、9所示，回复盘6为不旋转的上下运动件，是一个圆盘式环形托盘，其环形平面上设置与缸数相等的由多个球面通孔形成的凹形球面62，凹形球面62按圆周面均匀分布，与拉接杆5的凸形球面52配合。回复盘6的中心内孔设为一个内球面体61与调整球座7的凸球面71配合。由于内孔设置了与调整球座的外圆凸球面71定位配合的内球面，当拉接杆5回复时可由回复盘6上的凹形球面62托起拉接杆的凸形球面52在往复运动中进行上下摆动，由于设置有多个滑动运动球面使拉接杆、柱塞联能在无干涉状况下进行往复运动，能与各种立式往复泵液力端配合，进行输送各种低进高出和高进高出的液体。
[0043] 如图6所示，拉接杆5的下位设置T形扣与柱塞的上端T形扣相对，与卡箍15配合后用螺栓固定。拉接杆5上端设有二个球面，即头部呈半球体，外部形成凸形球面52与回复盘的凹形球面62配合，作用斜盘2在旋转时起到拉回拉接杆的回位；上平面凹设半球面51与扶正套4下平面的半球面402通过球13联接。拉接杆5的外圆为圆柱形体与滑动套11(轴承)、油封座12进行配合，能起到往复运行时的导向作用。
[0044] 液力端20为圆柱形泵体21上部设置柱塞25与动力端的拉接杆5用卡箍联接，柱塞25运行为垂直平行运行，下部设置进液阀、排液阀一体的组合阀22。泵体32为圆柱形结构，上部设有台阶法兰与动力端机身1相接，根据流量需要可设置多个柱塞25(3、5、7、9或更多)，本实施例以3缸为例，即柱塞、拉接杆、拉接杆的凸形球面及回盘复的凹形球面均相应地设置为三个。泵体21下部安置三组组合阀22、
填料函体23及压紧帽24，压紧帽24上设有丝扣可把函体、阀组定位在泵体21中。泵体21下位的中心部设有环形进液腔26与各组合阀22的吸入口连通，环形排液腔27位于环形进液腔26的下方与各组合阀22的排液口连通。在泵体外圆上设有一个进液法兰28和一个排液法兰29并装有安全
阀座，可与外部的进、排管汇
40连接；
[0045] 集成基础30将本注水泵集成安装于预定位置上，快速方便、坚固有效。它包括有预制混泥土块31、预埋螺栓32及混泥土干粉浆33，预制混泥土块31是一个预制件，呈圆柱形，且其外圆上设有螺旋槽，用来泥土与集成基础混泥土块的固定。预构件螺栓32设置了双道固定螺帽，即泵在现场安置可在浇制混泥土块上作水平校正的调整螺帽，通过校准后在底平面进行二次浇制混泥土后连接进、出口管线。
[0046] 安装方法：
[0047] 1、先在现场选中装泵位置上挖一个坑，根据泵的平面、混泥土预制件的高度加深300mm。直径比预制件大直径300mm，底面
压实。
[0048] 2、底部放上混泥土干粉压实后放上圆形混泥土预制件，校水平后，放上在预构件螺栓上按置泵拧上螺帽校水平，可在上下螺帽进行对泵的水平校平，拧紧螺帽固定泵后进行二次浇混泥土，混泥土预制件外围填土。
[0049] 3、联接进口管线、排出管线、闸阀、止回阀、流量计等用卡箍固定于注水管汇联接上。
[0050] 进、排管汇40的安装可把单井立式注水泵安装在油井采油树边上的注水管汇中，立式注水泵的进液法兰28与闸阀41进行卡箍43联接后设置弯头，进口管线42可与①配水低压管线联接，作为低进高出的进口水源；②可在注水高压管线中的闸阀47切开联上作为增压注水的进口水源，通过立式注水泵增压(4-16MPa)。立式注水泵的排液法兰29用卡箍同止回阀44、高压管线45、弯头、高压闸阀46与注水管汇中的高压管线闸阀47切口的另端联接，当注水泵增注后把高压介质注入到高压注水管汇中，达到增注目的，如图10所示。
[0051] 上述油田单井立式注水泵的工作情况如下：
[0052] 由动力源17传动泵上斜盘2旋转，从而斜面上推力球轴承3旋转形成凸轮式行程推动扶正套4传递给球13滑动，拉接杆5往下运动柱塞走前死点排液阀关闭。斜盘2旋转一转，从最低位的斜角往上移升时，回复盘6的中心球面贴在调整球座7的凸球面上，斜盘2旋转带动调整球座7，回复盘6随柱塞的往复运动，并在调整球座7的外圆球面上移位滑移运动，随着斜盘2旋转形成的凸轮型线使拉接杆5、柱塞25走行程进行往复运动。回复盘6平面上的凹形球面贴着拉接杆5的凸形球面往上托起拉回拉接杆5，至后死点进液阀启开液体进入阀腔，此时一缸进液、二缸排出、三缸开始排液，进行往复循环。
