1.本實(shí)用新型涉及泵體設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種泵頭體、壓裂泵及作業(yè)機(jī)械。

背景技術(shù)：

2.伴隨著全球能源供應(yīng)結(jié)構(gòu)的變化，頁(yè)巖氣等非常規(guī)能源逐漸發(fā)揮越來(lái)越重要的作用，因此對(duì)壓裂技術(shù)的發(fā)展提出更高的要求，如高壓柱塞泵要具有更高壓力和更大排量的泵送能力。更高的壓力和更長(zhǎng)的作用時(shí)間將加劇高壓泵送系統(tǒng)部件的損壞，特別是泵頭體在周期性高壓作用下發(fā)生疲勞失效和磨損腐蝕等，這些失效常常發(fā)生在內(nèi)腔相貫線區(qū)域。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

3.本實(shí)用新型提供一種壓裂泵、泵頭體及作業(yè)機(jī)械，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中泵頭體長(zhǎng)期處于高壓力的環(huán)境中容易發(fā)生疲勞失效和磨損腐蝕的缺陷，實(shí)現(xiàn)提升泵頭體的抗疲勞的性能。

4.本實(shí)用新型提供一種泵頭體，所述泵頭體內(nèi)部具有內(nèi)腔，所述內(nèi)腔內(nèi)表面具有相貫線表面區(qū)域，所述相貫線表面區(qū)域包括多個(gè)過(guò)渡區(qū)，每個(gè)所述過(guò)渡區(qū)包括邊界線，所述邊界線為所述相貫線表面區(qū)域的部分邊沿，所述邊界線為圓弧線。

5.根據(jù)本實(shí)用新型提供的一種泵頭體，同一個(gè)所述過(guò)渡區(qū)包括多條所述邊界線，多條所述邊界線中至少存在一條邊界線的曲率半徑與其他不相等。

6.根據(jù)本實(shí)用新型提供的一種泵頭體，所述過(guò)渡區(qū)的數(shù)量為4-8個(gè)。

7.根據(jù)本實(shí)用新型提供的一種泵頭體，多個(gè)所述過(guò)渡區(qū)間隔設(shè)置。

8.根據(jù)本實(shí)用新型提供的一種泵頭體，所述相貫線表面區(qū)域?yàn)槎鄠€(gè)。

9.根據(jù)本實(shí)用新型提供的一種泵頭體，多個(gè)所述相貫線表面區(qū)域間隔設(shè)置。

10.根據(jù)本實(shí)用新型提供的一種泵頭體，每個(gè)所述相貫線表面區(qū)域的邊界相似。

11.根據(jù)本實(shí)用新型提供的一種泵頭體，所述相貫線表面區(qū)域呈條形。

12.根據(jù)本實(shí)用新型提供的一種泵頭體，所述相貫線表面區(qū)域的端部寬度大于所述相貫線表面區(qū)域的中部的寬度。

13.本實(shí)用新型還提供一種壓裂泵，包括如上所述的泵頭體。

14.本實(shí)用新型還提供一種作業(yè)機(jī)械，包括如上所述的泵頭體。

15.根據(jù)本實(shí)用新型提供的泵頭體，通過(guò)將相貫線表面區(qū)域劃分為多個(gè)過(guò)渡區(qū)，再將過(guò)渡區(qū)的邊界線設(shè)計(jì)成圓弧線，這樣可以降低該區(qū)域的交變應(yīng)力水平，從而延長(zhǎng)泵頭體的疲勞壽命。

附圖說(shuō)明

16.為了更清楚地說(shuō)明本實(shí)用新型或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖是本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根

據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

17.圖1是本實(shí)用新型提供的泵頭體的結(jié)構(gòu)示意圖；

18.圖2是本實(shí)用新型提供的泵頭體的剖視圖；

19.圖3是圖2中a處的局部放大示意圖；

20.圖4是多半徑相貫線設(shè)計(jì)流程圖。

21.附圖標(biāo)記：

22.100、泵頭體；110、內(nèi)腔；120、相貫線表面區(qū)域；130、過(guò)渡區(qū)；140、邊界線。

具體實(shí)施方式

23.為使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本實(shí)用新型中的附圖，對(duì)本實(shí)用新型中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。

24.下面結(jié)合圖1至圖3描述本實(shí)用新型的泵頭體100及壓裂泵。需要說(shuō)明的是，壓裂泵(fracturing pump)是一種向油田采油系統(tǒng)注壓裂液的往復(fù)泵。壓裂泵是壓裂活動(dòng)的主要執(zhí)行機(jī)構(gòu)。壓裂泵在結(jié)構(gòu)上通常采用往復(fù)臥式多拉形式，這種泵一般由動(dòng)力端和液力端兩部分組成，動(dòng)力端的作用是將動(dòng)力系統(tǒng)的能量傳遞到液力端，液力端用于輸送液體，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液壓能。

25.以壓裂泵為高壓柱塞泵為例，高壓柱塞泵的使用壓力一般應(yīng)在10mpa～100mpa之間。它屬于容積式泵，借助工作腔里的容積周期性變化來(lái)達(dá)到輸送液體的目的；原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能經(jīng)泵直接轉(zhuǎn)化為輸送液體的壓力能；泵的容量只取決于工作腔容積變化值及其在單位時(shí)間內(nèi)的變化次數(shù)。

26.往復(fù)泵是借助于活塞在液缸工作腔內(nèi)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)(或通過(guò)隔膜、波紋管等撓性元件在工作腔內(nèi)的周期性彈性變形)來(lái)使工作腔容積產(chǎn)生周期性變化的。在結(jié)構(gòu)上，往復(fù)泵的工作腔是借助密封裝置與外界隔開(kāi)，通過(guò)泵閥(吸入閥和排出閥)與管路溝通或閉合。

27.壓裂泵的泵頭體100疲勞源均位于相貫線位置，延長(zhǎng)壓裂泵泵頭體100壽命主要關(guān)注相貫線處的表面處理。由此，如何提升壓裂泵的抗疲勞強(qiáng)度，需要提升相貫線位置處的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，弱化相貫線位置處的應(yīng)力集中。

28.具體地，參見(jiàn)圖1所示，壓裂泵包括泵頭體100。結(jié)合圖2和圖3所示，泵頭體100內(nèi)部具有內(nèi)腔110，內(nèi)腔110內(nèi)表面具有相貫線表面區(qū)域120。這里需要解釋的是，泵頭體100的內(nèi)腔110包括多條連通通道，多條連通通道中存在至少兩條連通通道，該兩條連通通道相互連通，在加工過(guò)程中，兩條連通通道相連通的位置處構(gòu)造出相貫線，為了防止在相貫線處形成應(yīng)力集中，需要對(duì)相貫線處進(jìn)行磨平或?qū)Ы牵荒テ交蛘弑粚?dǎo)角形成的表面區(qū)域可以理解為“相貫線表面區(qū)域120”。

29.進(jìn)一步地，參見(jiàn)圖3所示，相貫線表面區(qū)域120可以包括多個(gè)過(guò)渡區(qū)130，每個(gè)過(guò)渡區(qū)130包括邊界線140。邊界線140為相貫線表面區(qū)域120的部分邊沿。也就是說(shuō)，在內(nèi)腔110的內(nèi)表面上，將相貫線表面區(qū)域120和非相貫線表面區(qū)域120分隔開(kāi)的邊緣線可以為邊界線140，邊界線140可以限定出過(guò)渡區(qū)130的部分邊緣。

30.更進(jìn)一步地，邊界線140可以為圓弧線。這里的“圓弧線”可以為圓形弧線的一部分，在同一段圓弧線上，任意一段的弧線的曲率半徑相同。需要說(shuō)明的是，將邊界線140設(shè)計(jì)成具有圓滑過(guò)渡功能的圓弧線的形狀，可以降低該區(qū)域的交變應(yīng)力水平，從而延長(zhǎng)泵頭體100的疲勞壽命。

31.根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的泵頭體100，通過(guò)將相貫線表面區(qū)域120劃分為多個(gè)過(guò)渡區(qū)130，再將過(guò)渡區(qū)130的邊界線140設(shè)計(jì)成圓弧線，這樣可以降低該區(qū)域的交變應(yīng)力水平，從而延長(zhǎng)泵頭體100的疲勞壽命。

32.根據(jù)本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，同一個(gè)過(guò)渡區(qū)130包括多條邊界線140，多條邊界線140中存在至少一條邊界線140的曲率半徑與其他不相等。例如，過(guò)渡區(qū)130包括兩條邊界線140，其中一條邊界線140的曲率半徑為r1，另一條邊界線140的曲率半徑為r2，r1和r2不相等。這樣，可以限定出多種形狀的相貫線表面區(qū)域120，從而可以滿足相貫線表面區(qū)域120優(yōu)化條件。

33.需要說(shuō)明的是，根據(jù)內(nèi)腔110相貫線表面區(qū)域120應(yīng)力分布情況，把相貫線表面區(qū)域120劃分為多個(gè)過(guò)渡區(qū)130，每個(gè)過(guò)渡區(qū)130具有多個(gè)邊界線140，也即每個(gè)過(guò)渡區(qū)130的邊界線140的曲率半徑存在不同的數(shù)值。在如圖4所示的示例中，對(duì)每個(gè)過(guò)渡區(qū)130的邊界線140的曲率半徑通過(guò)數(shù)學(xué)方法，控制節(jié)點(diǎn)移動(dòng)，并以此進(jìn)行分析計(jì)算，在滿足應(yīng)力最小的情況下可以獲取最優(yōu)的節(jié)點(diǎn)位移。由此，可以通過(guò)多個(gè)曲率半徑的設(shè)計(jì)，獲取相貫線表面區(qū)域120優(yōu)化結(jié)果。此外，基于一定的數(shù)學(xué)方法進(jìn)行泵頭體100內(nèi)腔110相貫線區(qū)域多半徑設(shè)計(jì)，操作簡(jiǎn)便、方法可量化、可固化和可推廣。

34.在優(yōu)化過(guò)程中，把每個(gè)過(guò)渡區(qū)130的節(jié)點(diǎn)位移等效轉(zhuǎn)化成邊界線140的曲率半徑。為控制泵頭體100內(nèi)腔110的應(yīng)力水平，可以進(jìn)行相貫線表面區(qū)域120的數(shù)學(xué)計(jì)算分析，計(jì)算得到不同過(guò)渡區(qū)130、不同邊界線140的曲率半徑r1、r2

……

，不同的圓角半徑代表了相貫線不同區(qū)域材料的分布情況。劃分的多個(gè)過(guò)渡區(qū)130就對(duì)應(yīng)多個(gè)邊界線140的曲率半徑，從而泵頭體100內(nèi)腔110十字相貫線的構(gòu)成就是多半徑相貫線。創(chuàng)建泵頭體100內(nèi)腔110十字相貫線多半徑過(guò)渡圓角結(jié)構(gòu)模型，參見(jiàn)圖4，可得到多半徑相貫線長(zhǎng)壽命泵頭體100結(jié)構(gòu)，該方法可以有效地降低泵頭體100內(nèi)腔110十字相貫線區(qū)域應(yīng)力，延長(zhǎng)泵頭體100的疲勞壽命。

35.根據(jù)本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，過(guò)渡區(qū)130的數(shù)量為4-8個(gè)，多個(gè)過(guò)渡區(qū)130間隔設(shè)置。需要說(shuō)明的是，相貫線表面區(qū)域120可以包括對(duì)應(yīng)力集中區(qū)域和高應(yīng)力區(qū)域，不同的應(yīng)力區(qū)域可以劃分到不同的過(guò)渡區(qū)130內(nèi)，由此可以基于應(yīng)力大小，對(duì)過(guò)渡區(qū)130的邊界線140設(shè)計(jì)優(yōu)化，進(jìn)而可以延長(zhǎng)泵頭體100的疲勞壽命。

36.根據(jù)本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，相貫線表面區(qū)域120為多個(gè)，多個(gè)相貫線表面區(qū)域120間隔設(shè)置。這樣可以對(duì)泵頭體100的多個(gè)部位進(jìn)行優(yōu)化。在一些實(shí)施例中，每個(gè)相貫線表面區(qū)域120的邊界相似，這樣可以簡(jiǎn)化內(nèi)腔110表面的設(shè)計(jì)。

37.根據(jù)本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，相貫線表面區(qū)域120呈條形。該條形區(qū)域可以沿直線延伸，也可以沿曲線延伸，簡(jiǎn)而言之，相貫線表面區(qū)域120大致呈條形帶狀。進(jìn)一步地，相貫線表面區(qū)域120的端部寬度大于相貫線表面區(qū)域120的中部的寬度。這樣，可以易于將相貫線表面區(qū)域120劃分為對(duì)應(yīng)力集中區(qū)域和高應(yīng)力區(qū)域，進(jìn)而便于對(duì)相貫線表面區(qū)域120進(jìn)行優(yōu)化。

38.根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的壓裂泵，包括如上的泵頭體100。上述泵頭體100可以為

多半徑圓角相貫線長(zhǎng)壽命泵頭體100結(jié)構(gòu)，采用一定的數(shù)學(xué)方法獲得多半徑圓角相貫線結(jié)構(gòu)，通過(guò)對(duì)應(yīng)力敏感區(qū)增加或減少材料分布來(lái)實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可有效降低相貫線區(qū)域表面應(yīng)力、延長(zhǎng)疲勞壽命。

39.進(jìn)一步地，泵頭體100內(nèi)腔110多半徑圓角相貫線結(jié)構(gòu)，首先根據(jù)應(yīng)力集中和高應(yīng)力分布區(qū)域，也就是疲勞壽命薄弱區(qū)，把十字相貫線區(qū)域劃分成多個(gè)過(guò)渡區(qū)130，再控制每個(gè)過(guò)渡區(qū)130最大應(yīng)力數(shù)值并進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算分析，從而可以獲得過(guò)渡區(qū)130的邊界線140的最優(yōu)的曲率半徑(也即圓角半徑)，最后按照相貫線不同區(qū)域段的圓角半徑創(chuàng)建泵頭體100多半徑相貫線結(jié)構(gòu)。由此可以獲取結(jié)構(gòu)強(qiáng)度更強(qiáng)、使用壽命更長(zhǎng)的泵頭體100。

40.本實(shí)用新型還提供一種作業(yè)機(jī)械，包括如上所述的泵頭體。

41.最后應(yīng)說(shuō)明的是：以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本實(shí)用新型的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本實(shí)用新型各實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍。技術(shù)特征：

1.一種泵頭體，其特征在于，所述泵頭體內(nèi)部具有內(nèi)腔，所述內(nèi)腔內(nèi)表面具有相貫線表面區(qū)域，所述相貫線表面區(qū)域包括多個(gè)過(guò)渡區(qū)，每個(gè)所述過(guò)渡區(qū)包括邊界線，所述邊界線為所述相貫線表面區(qū)域的部分邊沿，所述邊界線為圓弧線。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的泵頭體，其特征在于，同一個(gè)所述過(guò)渡區(qū)包括多條所述邊界線，多條所述邊界線中至少存在一條邊界線的曲率半徑與其他不相等。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的泵頭體，其特征在于，所述過(guò)渡區(qū)的數(shù)量為4-8個(gè)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的泵頭體，其特征在于，多個(gè)所述過(guò)渡區(qū)間隔設(shè)置。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的泵頭體，其特征在于，所述相貫線表面區(qū)域?yàn)槎鄠€(gè)。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的泵頭體，其特征在于，所述相貫線表面區(qū)域呈條形。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的泵頭體，其特征在于，所述相貫線表面區(qū)域的端部寬度大于所述相貫線表面區(qū)域的中部的寬度。8.一種壓裂泵，其特征在于，包括根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的泵頭體。9.一種作業(yè)機(jī)械，其特征在于，包括根據(jù)權(quán)利要求8所述的壓裂泵。

技術(shù)總結(jié)

本實(shí)用新型涉及泵體設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種泵頭體、壓裂泵及作業(yè)機(jī)械。泵頭體內(nèi)部具有內(nèi)腔，內(nèi)腔內(nèi)表面具有相貫線表面區(qū)域，相貫線表面區(qū)域包括多個(gè)過(guò)渡區(qū)，每個(gè)過(guò)渡區(qū)包括邊界線，邊界線為相貫線表面區(qū)域的部分邊沿，邊界線為圓弧線。根據(jù)本實(shí)用新型提供的泵頭體，通過(guò)將相貫線表面區(qū)域劃分為多個(gè)過(guò)渡區(qū)，再將過(guò)渡區(qū)的邊界線設(shè)計(jì)成圓弧線，這樣可以降低該區(qū)域的交變應(yīng)力水平，從而延長(zhǎng)泵頭體的疲勞壽命。勞壽命。勞壽命。

技術(shù)研發(fā)人員：溫登哲

受保護(hù)的技術(shù)使用者：三一石油智能裝備有限公司

技術(shù)研發(fā)日：2022.01.19

技術(shù)公布日：2022/7/25