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申请/专利权人：宝石机械成都装备制造分公司

摘要：本实用新型涉及压力泵阀箱技术领域，公开了一种压裂泵阀箱的高压法兰嵌进沉入式联接结构，包括高压法兰和阀箱侧壁，高压法兰的末端设置有圆柱形法兰盘并一体成型，法兰盘通过高压法兰连接螺柱与阀箱侧壁螺纹密封连接，高压法兰连接螺柱远离阀箱侧壁的一端依次设置有垫片和高压法兰连接螺母，阀箱侧壁内设置有沉孔，沉孔和法兰盘的外圆柱面孔轴配合。本实用新型可实现大幅减少法兰连接螺柱因高压管振动而承受的剪切应力，通过在压裂泵阀箱的侧壁上开设有用于与高压法兰盘外圆柱配合的沉孔，增加了法兰联接结构处的抗倾覆刚度、抗窜动刚度，减少了高压管汇冲击力在联接螺栓处产生的弯矩和冲击剪切应力。

主权项：1.一种压裂泵阀箱的高压法兰嵌进沉入式联接结构，包括高压法兰1和阀箱侧壁5，高压法兰1的末端设置有圆柱形法兰盘6并一体成型，所述法兰盘6通过高压法兰连接螺柱4与阀箱侧壁5螺纹密封连接，所述高压法兰1连接螺柱远离阀箱侧壁5的一端依次设置有垫片3和高压法兰连接螺母2，其特征在于：所述阀箱侧壁5内设置有沉孔10，所述沉孔10和法兰盘6的外圆柱面孔轴配合。

全文数据：一种压裂泵阀箱的高压法兰嵌进沉入式联接结构技术领域本实用新型涉及压裂泵阀箱技术领域，具体是指一种压裂泵阀箱的高压法兰嵌进沉入式联接结构。背景技术压裂泵阀箱包含压裂泵和阀箱，而阀箱是压裂泵上的易损部件，其性能对于石油钻井和压裂作业至关重要。由于压裂泵长期工作与恶劣的环境下，其阀箱结构复杂，尽管采用成本很高的优质钢材和精细加工工艺，也常因高应力腐蚀而开裂甚至破坏，寿命普遍较低，多数工件寿命不足300h。其主要原因是阀箱工作时承受很高的疲劳载荷和介质腐蚀、磨砺及冲蚀作用，而且箱体某些位置形状易造成应力集中，使得应力值大大增加。随着油田超深井、超高压井的不断增多，要求压裂泵的工作压力和排量不断增大，在高压和高排量下，阀箱两侧工作腔损坏的情况日益严重。压裂泵阀箱在使用时通常是在阀箱的两侧连接高压法兰，由于介质在高压管汇中流经高压法兰进入阀箱中时，高压管汇长时间持续振动冲击，使得高压法兰与阀箱侧面的连接处因振动而产生一定的剪切应力，该剪切应力作用在高压法兰和阀箱连接的高压法兰连接螺柱上，长时间使用易造成高压法兰和阀箱的连接处断裂，即高压排出法兰联接螺柱断裂的“爆管”事故，连接螺柱一旦断裂在压裂泵阀箱中，再想取出断裂的连接螺柱就变得非常困难，严重影响了压裂泵阀箱的使用寿命，同时还存在一定的安全隐患。实用新型内容基于以上问题，本实用新型提供了一种压裂泵阀箱的高压法兰嵌进沉入式联接结构。本实用新型可实现大幅减少法兰连接螺柱因高压管振动而承受的剪切应力，通过在压裂泵阀箱的侧壁上开设有用于与高压法兰盘外圆柱配合的沉孔，增加了法兰联接结构处的抗倾覆刚度、抗窜动刚度，减少了高压管汇冲击力在联接螺栓处产生的弯矩和冲击剪切应力。为解决以上技术问题，本实用新型采用的技术方案如下：一种压裂泵阀箱的高压法兰嵌进沉入式联接结构，包括高压法兰和阀箱侧壁，高压法兰的末端设置有圆柱形法兰盘并一体成型，法兰盘通过高压法兰连接螺柱与阀箱侧壁螺纹密封连接，高压法兰连接螺柱远离阀箱侧壁的一端依次设置有垫片和高压法兰连接螺母，阀箱侧壁内设置有沉孔，沉孔和法兰盘的外圆柱面孔轴配合。在本实用新型中，先在阀箱侧壁预先开设和高压法兰的圆柱形法兰盘孔轴配合的沉孔，即高压法兰与阀箱侧壁通过法兰盘和对应的沉孔孔轴配合连接，然后将高压法兰连接螺柱拧入对应的法兰孔中，并且在高压法兰连接螺柱远离阀箱侧壁的一端依次套设垫片和拧紧高压法兰连接螺母，将高压法兰和阀箱固定密封连接。本实用新型可实现大幅减少法兰连接螺柱因高压管汇振动而承受的剪切应力，通过在压裂泵阀箱的侧壁上开设有用于与高压法兰盘外圆柱配合的沉孔，相较于未沉入法兰的连接方式，嵌进沉入式法兰连接增加了一个和沉孔内侧壁的接触应力，该接触应力使高压法兰连接螺柱的倾覆角度减小，即减少了高压法兰连接螺柱因振动冲击而产生的弯矩，再根据材料力学，错动量越大，则剪切力越大，嵌进沉入式结构的窜动量少于传统结构，也就是其单个高压法兰连接螺柱截面需要抵抗的错动量小于传统结构，即其所承受的剪切应力小于传统结构所承受的剪切应力，所以该嵌进沉入式法兰连接结构增加了法兰联接结构处的抗倾覆刚度、抗窜动刚度，减少了高压管汇冲击力在联接螺柱处产生的弯矩和冲击剪切应力。作为一种优选的方式，法兰盘外圆柱面与沉孔采用基轴制间隙配合。作为一种优选的方式，法兰盘厚度为B，沉孔深度为L1，L1﹥0.4B。作为一种优选的方式，高压法兰的颈部设置有环形槽一，环形槽一内设置有橡胶密封圈。作为一种优选的方式，高压法兰与阀箱侧壁贴合的端面设置有环形槽二，环形槽二内设置有橡胶密封圈。与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：1本实用新型可实现大幅减少法兰连接螺柱因高压管汇振动而承受的剪切应力，通过在压裂泵阀箱的侧壁上开设有用于与高压法兰盘外圆柱配合的沉孔，相较于未沉入法兰的连接方式，嵌进沉入式法兰连接增加了一个和沉孔内侧壁的接触应力，该接触应力使高压法兰连接螺柱的倾覆角度减小，即减少了高压法兰连接螺柱因振动冲击而产生的弯矩，再根据材料力学，错动量越大，则剪切力越大，嵌进沉入式结构的窜动量少于传统结构，也就是其单个高压法兰连接螺柱截面需要抵抗的错动量小于传统结构，即其所承受的剪切应力小于传统结构所承受的剪切应力，所以该嵌进沉入式法兰连接结构增加了法兰联接结构处的抗倾覆刚度、抗窜动刚度，减少了高压管汇冲击力在联接螺柱处产生的弯矩和冲击剪切应力。2本实用新型中法兰盘外圆柱面与沉孔采用基轴制间隙配合，由于法兰盘外圆柱面加工有一定难度，采用基轴制配合降低了加工难度，采用间隙配合便于法兰盘的安装和拆卸，提高了高压法兰的互换性。3本实用新型中法兰盘厚度为B，沉孔深度为L1，所述L1﹥0.4B，目前在自主试验以及工业实验的情况，在考虑有效提高抗弯矩、窜动刚度、装配维护可操作性以及制造成本的情况下，L1﹥0.4B能取得最好的效果。4本实用新型中高压法兰的颈部设置有环形槽一，环形槽一内设置有橡胶密封圈，通过拧紧螺母后，橡胶密封圈表面上的比压达到一定数值后使其产生塑性变形，使连接处严密不漏，增加了该连接结构的密封性。5本实用新型中高压法兰与阀箱侧壁贴合的端面设置有环形槽二，环形槽二内设置有橡胶密封圈，通过拧紧螺母后，橡胶密封圈表面上的比压达到一定数值后使其产生塑性变形，使连接处严密不漏，再次加强了该连接结构的密封性。附图说明图1为本实用新型的结构示意图。图2为图1中A的局部放大的结构示意图。图3为传统连接结构的受力示意图。图4为嵌进沉入式连接结构的受力示意图。图5为静载荷时法兰抗倾覆、窜动刚度测量记录数据。图6为高压法兰连接螺柱的受力示意图。其中，1-高压法兰、2-高压法兰连接螺母、3-垫片、4-高压法兰连接螺柱、5-阀箱侧壁、6-法兰盘、7-环形槽一、8-橡胶密封圈、9-环形槽二。具体实施方式下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。本实用新型的实施方式包括但不限于下列实施例。实施例1：参见图1，一种压裂泵阀箱的高压法兰1嵌进沉入式联接结构，包括高压法兰1和阀箱侧壁5，高压法兰1的末端设置有圆柱形法兰盘6并一体成型，所述法兰盘6通过高压法兰连接螺柱4与阀箱侧壁5螺纹密封连接，所述高压法兰1连接螺柱远离阀箱侧壁5的一端依次设置有垫片3和高压法兰连接螺母2，所述阀箱侧壁5内设置有沉孔10，所述沉孔10和法兰盘6的外圆柱面孔轴配合。在本实用新型中，先在阀箱侧壁预先开设和高压法兰的圆柱形法兰盘孔轴配合的沉孔，即高压法兰与阀箱侧壁通过法兰盘和对应的沉孔孔轴配合连接，然后将高压法兰连接螺柱拧入对应的法兰孔中，并且在高压法兰连接螺柱远离阀箱侧壁的一端依次套设垫片和拧紧高压法兰连接螺母，将高压法兰和阀箱固定密封连接。参见图3～5，其中D为θ角测量点，C为窜动测量点，通过两种联接法兰结构受力示意图可见，在高压管汇冲击力作用下，未沉入法兰联接抵抗倾覆和窜动的应力主要有接触应力Q1、Q2、q1以及弯矩M，而嵌进沉入式法兰则增加了接触应力Q3，由于Q3的作用，提高了法兰联接结构处的抗倾覆、窜动刚度。采用静载力模拟实验的方法检测了两种法兰联接结构承载时的θ角度，它是法兰结构处倾覆程度反映。经过测试，在同样的静载外力垂直于法兰轴线F、L长度、D1直径条件下，未沉入状态的θ值比嵌进沉入状态的θ值大65％-80％，说明嵌进沉入式结构的抗倾覆刚度明显高于未沉入式结构。同样在窜动测量点测量的数据δ值，未沉入状态的δ值比嵌进沉入式结构大75％-105％，说明嵌进沉入式结构的抗窜动刚度也明显大于未沉入式结构。参见图5，根据材料力学，材料截面抵抗错动在此处、即为法兰沿截面窜动的内力τ为剪切力，错动量越大，则剪切力τ越大，嵌进沉入式结构抗倾覆、窜动的刚度提高，能够减少单个法兰联接螺栓承受的弯矩M和剪切应力τ，因为法兰整个θ值的减少，也会使得单个法兰螺栓的弯曲角度θ1减少。根据材料力学弯矩公式：M＝θ·ElL公式1其中θ此处即θ1为转角，EI为转动刚度，L为杆件的有效计算长度，θ1的减少，单个法兰螺栓各截面的弯矩M也减少。根据材料力学公式：[σ]max＝MWZ公式2其中M为弯矩，WZ为抗弯截面模量此处为螺栓的抗弯截面模量，M减少，法兰螺栓的最大弯矩正应力[σ]max也减少。从公式1、2可见最大弯矩正应力[σ]max的减少与θ1的减少成线性比例关系。根据材料力学公式τ＝QA公式3其中，Q是截面抵抗剪切的力，A是截面面积，根据公式3可见嵌进沉入式结构的剪切力τ小于传统结构，与δ值的成线性对应关系。综上，本实用新型可实现大幅减少法兰连接螺柱因高压管汇振动而承受的剪切应力，通过在压裂泵阀箱的侧壁上开设有用于与高压法兰盘外圆柱配合的沉孔，相较于未沉入法兰的连接方式，嵌进沉入式法兰连接增加了一个和沉孔内侧壁的接触应力，该接触应力使高压法兰连接螺柱的倾覆角度减小，即减少了高压法兰连接螺柱因振动冲击而产生的弯矩，再根据材料力学，错动量越大，则剪切力越大，嵌进沉入式结构的窜动量少于传统结构，也就是其单个高压法兰连接螺柱截面需要抵抗的错动量小于传统结构，即其所承受的剪切应力小于传统结构所承受的剪切应力，所以该嵌进沉入式法兰连接结构增加了法兰联接结构处的抗倾覆刚度、抗窜动刚度，减少了高压管汇冲击力在联接螺柱处产生的弯矩和冲击剪切应力。实施例2：参见图1，一种压裂泵阀箱的高压法兰1嵌进沉入式联接结构，包括高压法兰1和阀箱侧壁5，高压法兰1的末端设置有圆柱形法兰盘6并一体成型，所述法兰盘6通过高压法兰连接螺柱4与阀箱侧壁5螺纹密封连接，所述高压法兰1连接螺柱远离阀箱侧壁5的一端依次设置有垫片3和高压法兰连接螺母2，所述阀箱侧壁5内设置有沉孔10，所述沉孔10和法兰盘6的外圆柱面孔轴配合。法兰盘6外圆柱面与沉孔10采用基轴制间隙配合。本实施例中，由于法兰盘外圆柱面加工有一定难度，采用基轴制配合降低了加工难度，采用间隙配合便于法兰盘的安装和拆卸，提高了高压法兰的互换性。本实施例的其他部分与实施例1相同，这里就不再赘述。实施例3：参见图1，一种压裂泵阀箱的高压法兰1嵌进沉入式联接结构，包括高压法兰1和阀箱侧壁5，高压法兰1的末端设置有圆柱形法兰盘6并一体成型，所述法兰盘6通过高压法兰连接螺柱4与阀箱侧壁5螺纹密封连接，所述高压法兰1连接螺柱远离阀箱侧壁5的一端依次设置有垫片3和高压法兰连接螺母2，所述阀箱侧壁5内设置有沉孔10，所述沉孔10和法兰盘6的外圆柱面孔轴配合。法兰盘6厚度为B，沉孔深度为L1，L1﹥0.4B。本实施例中，目前在自主试验以及工业实验的情况，在考虑有效提高抗弯矩、窜动刚度、装配维护可操作性以及制造成本的情况下，L1﹥0.4B能取得最好的效果。本实施例的其他部分与实施例1相同，这里就不再赘述。实施例4：参见图1～2，一种压裂泵阀箱的高压法兰1嵌进沉入式联接结构，包括高压法兰1和阀箱侧壁5，高压法兰1的末端设置有圆柱形法兰盘6并一体成型，所述法兰盘6通过高压法兰连接螺柱4与阀箱侧壁5螺纹密封连接，所述高压法兰1连接螺柱远离阀箱侧壁5的一端依次设置有垫片3和高压法兰连接螺母2，所述阀箱侧壁5内设置有沉孔10，所述沉孔10和法兰盘6的外圆柱面孔轴配合。高压法兰1的颈部设置有环形槽一7，环形槽一7内设置有橡胶密封圈8。本实施例中，通过拧紧螺母后，橡胶密封圈表面上的比压达到一定数值后使其产生塑性变形，使连接处严密不漏，增加了该连接结构的密封性。作为优选的一种方式，高压法兰1与阀箱侧壁5贴合的端面设置有环形槽二9，环形槽二9内设置有橡胶密封圈8。该方式中，通过拧紧螺母后，橡胶密封圈表面上的比压达到一定数值后使其产生塑性变形，使连接处严密不漏，再次加强了该连接结构的密封性。本实施例的其他部分与实施例1相同，这里就不再赘述。如上即为本实用新型的实施例。上述实施例以及实施例中的具体参数仅是为了清楚表述本实用新型的验证过程，并非用以限制本实用新型的专利保护范围，本实用新型的专利保护范围仍然以其权利要求书为准，凡是运用本实用新型的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本实用新型的保护范围内。

权利要求：1.一种压裂泵阀箱的高压法兰嵌进沉入式联接结构，包括高压法兰1和阀箱侧壁5，高压法兰1的末端设置有圆柱形法兰盘6并一体成型，所述法兰盘6通过高压法兰连接螺柱4与阀箱侧壁5螺纹密封连接，所述高压法兰1连接螺柱远离阀箱侧壁5的一端依次设置有垫片3和高压法兰连接螺母2，其特征在于：所述阀箱侧壁5内设置有沉孔10，所述沉孔10和法兰盘6的外圆柱面孔轴配合。2.根据权利要求1所述的压裂泵阀箱的高压法兰1嵌进沉入式联接结构，其特征在于：所述法兰盘6外圆柱面与沉孔10采用基轴制间隙配合。3.根据权利要求1所述的压裂泵阀箱的高压法兰1嵌进沉入式联接结构，其特征在于：所述法兰盘6厚度为B，沉孔深度为L1，L1﹥0.4B。4.根据权利要求1所述的压裂泵阀箱的高压法兰1嵌进沉入式联接结构，其特征在于：所述高压法兰1的颈部设置有环形槽一7，环形槽一7内设置有橡胶密封圈8。5.根据权利要求4所述的压裂泵阀箱的高压法兰1嵌进沉入式联接结构，其特征在于：所述高压法兰1与阀箱侧壁5贴合的端面设置有环形槽二9，环形槽二9内设置有橡胶密封圈8。

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