1.本实用新型涉及泵体设计技术领域，尤其涉及一种泵头体、压裂泵及作业机械。
背景技术：
2.伴随着全球能源供应结构的变化，页岩气等非常规能源逐渐发挥越来越重要的作用，因此对压裂技术的发展提出更高的要求，如高压柱塞泵要具有更高压力和更大排量的泵送能力。更高的压力和更长的作用时间将加剧高压泵送系统部件的损坏，特别是泵头体在周期性高压作用下发生疲劳失效和磨损腐蚀等，这些失效常常发生在内腔相贯线区域。
技术实现要素：
3.本实用新型提供一种压裂泵、泵头体及作业机械，用以解决现有技术中泵头体长期处于高压力的环境中容易发生疲劳失效和磨损腐蚀的缺陷，实现提升泵头体的抗疲劳的性能。
4.本实用新型提供一种泵头体，所述泵头体内部具有内腔，所述内腔内表面具有相贯线表面区域，所述相贯线表面区域包括多个过渡区，每个所述过渡区包括边界线，所述边界线为所述相贯线表面区域的部分边沿，所述边界线为圆弧线。
5.根据本实用新型提供的一种泵头体，同一个所述过渡区包括多条所述边界线，多条所述边界线中至少存在一条边界线的曲率半径与其他不相等。
6.根据本实用新型提供的一种泵头体，所述过渡区的数量为4-8个。
7.根据本实用新型提供的一种泵头体，多个所述过渡区间隔设置。
8.根据本实用新型提供的一种泵头体，所述相贯线表面区域为多个。
9.根据本实用新型提供的一种泵头体，多个所述相贯线表面区域间隔设置。
10.根据本实用新型提供的一种泵头体，每个所述相贯线表面区域的边界相似。
11.根据本实用新型提供的一种泵头体，所述相贯线表面区域呈条形。
12.根据本实用新型提供的一种泵头体，所述相贯线表面区域的端部宽度大于所述相贯线表面区域的中部的宽度。
13.本实用新型还提供一种压裂泵，包括如上所述的泵头体。
14.本实用新型还提供一种作业机械，包括如上所述的泵头体。
15.根据本实用新型提供的泵头体，通过将相贯线表面区域划分为多个过渡区，再将过渡区的边界线设计成圆弧线，这样可以降低该区域的交变应力水平，从而延长泵头体的疲劳寿命。
附图说明
16.为了更清楚地说明本实用新型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，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根
据这些附图获得其他的附图。
17.图1是本实用新型提供的泵头体的结构示意图；
18.图2是本实用新型提供的泵头体的剖视图；
19.图3是图2中a处的局部放大示意图；
20.图4是多半径相贯线设计流程图。
21.附图标记：
22.100、泵头体；110、内腔；120、相贯线表面区域；130、过渡区；140、边界线。
具体实施方式
23.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
24.下面结合图1至图3描述本实用新型的泵头体100及压裂泵。需要说明的是，压裂泵(fracturing pump)是一种向油田采油系统注压裂液的往复泵。压裂泵是压裂活动的主要执行机构。压裂泵在结构上通常采用往复卧式多拉形式，这种泵一般由动力端和液力端两部分组成，动力端的作用是将动力系统的能量传递到液力端，液力端用于输送液体，将机械能转换为液压能。
25.以压裂泵为高压柱塞泵为例，高压柱塞泵的使用压力一般应在10mpa～100mpa之间。它属于容积式泵，借助工作腔里的容积周期性变化来达到输送液体的目的；原动机的机械能经泵直接转化为输送液体的压力能；泵的容量只取决于工作腔容积变化值及其在单位时间内的变化次数。
26.往复泵是借助于活塞在液缸工作腔内的往复运动(或通过隔膜、波纹管等挠性元件在工作腔内的周期性弹性变形)来使工作腔容积产生周期性变化的。在结构上，往复泵的工作腔是借助密封装置与外界隔开，通过泵阀(吸入阀和排出阀)与管路沟通或闭合。
27.压裂泵的泵头体100疲劳源均位于相贯线位置，延长压裂泵泵头体100寿命主要关注相贯线处的表面处理。由此，如何提升压裂泵的抗疲劳强度，需要提升相贯线位置处的结构强度，弱化相贯线位置处的应力集中。
28.具体地，参见图1所示，压裂泵包括泵头体100。结合图2和图3所示，泵头体100内部具有内腔110，内腔110内表面具有相贯线表面区域120。这里需要解释的是，泵头体100的内腔110包括多条连通通道，多条连通通道中存在至少两条连通通道，该两条连通通道相互连通，在加工过程中，两条连通通道相连通的位置处构造出相贯线，为了防止在相贯线处形成应力集中，需要对相贯线处进行磨平或导角，被磨平或者被导角形成的表面区域可以理解为“相贯线表面区域120”。
29.进一步地，参见图3所示，相贯线表面区域120可以包括多个过渡区130，每个过渡区130包括边界线140。边界线140为相贯线表面区域120的部分边沿。也就是说，在内腔110的内表面上，将相贯线表面区域120和非相贯线表面区域120分隔开的边缘线可以为边界线140，边界线140可以限定出过渡区130的部分边缘。
30.更进一步地，边界线140可以为圆弧线。这里的“圆弧线”可以为圆形弧线的一部分，在同一段圆弧线上，任意一段的弧线的曲率半径相同。需要说明的是，将边界线140设计成具有圆滑过渡功能的圆弧线的形状，可以降低该区域的交变应力水平，从而延长泵头体100的疲劳寿命。
31.根据本实用新型实施例的泵头体100，通过将相贯线表面区域120划分为多个过渡区130，再将过渡区130的边界线140设计成圆弧线，这样可以降低该区域的交变应力水平，从而延长泵头体100的疲劳寿命。
32.根据本实用新型的一些实施例，同一个过渡区130包括多条边界线140，多条边界线140中存在至少一条边界线140的曲率半径与其他不相等。例如，过渡区130包括两条边界线140，其中一条边界线140的曲率半径为r1，另一条边界线140的曲率半径为r2，r1和r2不相等。这样，可以限定出多种形状的相贯线表面区域120，从而可以满足相贯线表面区域120优化条件。
33.需要说明的是，根据内腔110相贯线表面区域120应力分布情况，把相贯线表面区域120划分为多个过渡区130，每个过渡区130具有多个边界线140，也即每个过渡区130的边界线140的曲率半径存在不同的数值。在如图4所示的示例中，对每个过渡区130的边界线140的曲率半径通过数学方法，控制节点移动，并以此进行分析计算，在满足应力最小的情况下可以获取最优的节点位移。由此，可以通过多个曲率半径的设计，获取相贯线表面区域120优化结果。此外，基于一定的数学方法进行泵头体100内腔110相贯线区域多半径设计，操作简便、方法可量化、可固化和可推广。
34.在优化过程中，把每个过渡区130的节点位移等效转化成边界线140的曲率半径。为控制泵头体100内腔110的应力水平，可以进行相贯线表面区域120的数学计算分析，计算得到不同过渡区130、不同边界线140的曲率半径r1、r2
……
，不同的圆角半径代表了相贯线不同区域材料的分布情况。划分的多个过渡区130就对应多个边界线140的曲率半径，从而泵头体100内腔110十字相贯线的构成就是多半径相贯线。创建泵头体100内腔110十字相贯线多半径过渡圆角结构模型，参见图4，可得到多半径相贯线长寿命泵头体100结构，该方法可以有效地降低泵头体100内腔110十字相贯线区域应力，延长泵头体100的疲劳寿命。
35.根据本实用新型的一些实施例，过渡区130的数量为4-8个，多个过渡区130间隔设置。需要说明的是，相贯线表面区域120可以包括对应力集中区域和高应力区域，不同的应力区域可以划分到不同的过渡区130内，由此可以基于应力大小，对过渡区130的边界线140设计优化，进而可以延长泵头体100的疲劳寿命。
36.根据本实用新型的一些实施例，相贯线表面区域120为多个，多个相贯线表面区域120间隔设置。这样可以对泵头体100的多个部位进行优化。在一些实施例中，每个相贯线表面区域120的边界相似，这样可以简化内腔110表面的设计。
37.根据本实用新型的一些实施例，相贯线表面区域120呈条形。该条形区域可以沿直线延伸，也可以沿曲线延伸，简而言之，相贯线表面区域120大致呈条形带状。进一步地，相贯线表面区域120的端部宽度大于相贯线表面区域120的中部的宽度。这样，可以易于将相贯线表面区域120划分为对应力集中区域和高应力区域，进而便于对相贯线表面区域120进行优化。
38.根据本实用新型实施例的压裂泵，包括如上的泵头体100。上述泵头体100可以为
多半径圆角相贯线长寿命泵头体100结构，采用一定的数学方法获得多半径圆角相贯线结构，通过对应力敏感区增加或减少材料分布来实现最优的结构设计，可有效降低相贯线区域表面应力、延长疲劳寿命。
39.进一步地，泵头体100内腔110多半径圆角相贯线结构，首先根据应力集中和高应力分布区域，也就是疲劳寿命薄弱区，把十字相贯线区域划分成多个过渡区130，再控制每个过渡区130最大应力数值并进行优化计算分析，从而可以获得过渡区130的边界线140的最优的曲率半径(也即圆角半径)，最后按照相贯线不同区域段的圆角半径创建泵头体100多半径相贯线结构。由此可以获取结构强度更强、使用寿命更长的泵头体100。
40.本实用新型还提供一种作业机械，包括如上所述的泵头体。
41.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。技术特征：
1.一种泵头体，其特征在于，所述泵头体内部具有内腔，所述内腔内表面具有相贯线表面区域，所述相贯线表面区域包括多个过渡区，每个所述过渡区包括边界线，所述边界线为所述相贯线表面区域的部分边沿，所述边界线为圆弧线。2.根据权利要求1所述的泵头体，其特征在于，同一个所述过渡区包括多条所述边界线，多条所述边界线中至少存在一条边界线的曲率半径与其他不相等。3.根据权利要求1所述的泵头体，其特征在于，所述过渡区的数量为4-8个。4.根据权利要求1所述的泵头体，其特征在于，多个所述过渡区间隔设置。5.根据权利要求1所述的泵头体，其特征在于，所述相贯线表面区域为多个。6.根据权利要求1所述的泵头体，其特征在于，所述相贯线表面区域呈条形。7.根据权利要求6所述的泵头体，其特征在于，所述相贯线表面区域的端部宽度大于所述相贯线表面区域的中部的宽度。8.一种压裂泵，其特征在于，包括根据权利要求1-7中任一项所述的泵头体。9.一种作业机械，其特征在于，包括根据权利要求8所述的压裂泵。
技术总结
本实用新型涉及泵体设计技术领域，尤其涉及一种泵头体、压裂泵及作业机械。泵头体内部具有内腔，内腔内表面具有相贯线表面区域，相贯线表面区域包括多个过渡区，每个过渡区包括边界线，边界线为相贯线表面区域的部分边沿，边界线为圆弧线。根据本实用新型提供的泵头体，通过将相贯线表面区域划分为多个过渡区，再将过渡区的边界线设计成圆弧线，这样可以降低该区域的交变应力水平，从而延长泵头体的疲劳寿命。劳寿命。劳寿命。
技术研发人员：温登哲
受保护的技术使用者：三一石油智能装备有限公司
技术研发日：2022.01.19
技术公布日：2022/7/25
声明：
“泵头体、压裂泵及作业机械的制作方法” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：中冶有色技术网
来源：三一石油智能装备有限公司
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2024年05月17日 ~ 19日 
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