[发明专利]泥浆泵、曲轴箱、组合机体以及应用该组合机体的设备

说明书

本申请要求于2013年05月02日提交中国专利局、申请号为201310158503.7、发明名称为“泥浆泵、曲轴箱、组合机体以及应用该组合机体的设备”的中国专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。

技术领域

本发明涉及往复运动与旋转运动相互转换技术领域。特别涉及应用无连杆往复与旋转运动相互转换机构的设备的泥浆泵。本发明同时还涉及一种曲轴箱、组合机体和使用所述组合机体的设备。

背景技术

泥浆泵，是指在钻探过程中向钻孔里输送泥浆或水等冲洗液的机械。泥浆泵是钻探设备的重要组成部分。在常用的正循环钻探中﹐它是将地表冲洗介质──清水﹑泥浆或聚合物冲洗液在一定的压力下，经过高压软管﹑水龙头及钻杆柱中心孔直送钻头的底端，以达到冷却钻头、将切削下来的岩屑清除并输送到地表的目的。

常用的泥浆泵是活塞式或柱塞式的，由动力机带动泵的曲轴回转，曲轴通过十字头再带动活塞或柱塞在泵缸中做往复运动。在吸入和排出阀的交替作用下，实现压送与循环冲洗液的目的。也就是说，常用的泥浆泵中的往复运动与旋转运动的运动转换结构均是采用现有的应用于内燃机和压缩机中国的曲柄连杆机构。在现有曲柄连杆机构中，由于连杆的存在，曲柄连杆机构形成的诸如内燃机、压缩机和泥浆泵等设备具有体积庞大、笨重、平衡性能差等缺陷。

基于此，中国专利文献CN85200358B公开了一种“曲柄圆滑块往复活塞式内燃机”；中国专利文献CN85100359B公开了一种“曲柄圆滑块往复活塞式压缩机”；上述的中国专利文献中的内燃机和压缩机的往复运动与旋转运动的转换机构中，用曲柄圆滑块机构取代了曲柄连杆机构。其中，曲柄圆滑块机构包括圆滑块、活塞和曲轴，在圆滑块上设置有偏心圆孔。在活塞的活塞座上设置有圆滑块容置孔。装配时，将圆滑块置于所述的圆滑块容置孔中，圆滑块可在所述圆滑块容置孔中转动；曲轴的曲柄销装配于所述的偏心圆孔中，曲柄销可以在所述偏心圆孔中转动。

以内燃机工作为例，机构的运动过程如下：燃烧室中的燃烧气体膨胀推动活塞运动，通过活塞带动设置于其中的圆滑块做往复运动，而圆滑块在所述活塞中同时做旋转运动，所述往复运动与旋转运动的合成使得圆滑块上的偏心圆孔的中心轴线绕曲轴的中心轴线做旋转运动；而所述偏心圆孔的中心轴线与曲轴的曲柄销的轴线重合，从而可实现活塞的往复运动到曲轴的旋转运动的转换。压缩机可采用相同的结构，由电机带动曲轴旋转，通过圆滑块、曲轴以及活塞之间的配合关系，实现活塞的往复运动，进而对被压缩介质做功。

上述的中国专利文献公开的内燃机和压缩机均为单缸结构，在曲柄圆滑块机构运动时，存在活点问题，即活塞运动到上止点时，存在运动状态不确定的现象。为此，在上述中国专利文献中采用内齿轮付结构来解决该问题，具体的设置和结构可参看上述的中国专利文献，在此不作过多描述。这使得该曲柄圆滑块机构复杂化，而且，由于是单缸机构，高阶惯性力难以平衡，其动平衡效果也不理想。

基于单缸曲柄圆滑块机器的上述问题，在中国专利文献CN1067741C公开了一种“曲柄双圆滑块往复活塞式内燃机”；中国专利文献CN1067742C公开了一种“曲柄多圆滑块往复活塞式内燃机”。对上述的问题进行了改进。具体而言，通过将曲柄圆滑块机构设置为包括两个或三个圆滑块的圆滑块组结构，相应的，每一圆滑块设置相应的活塞，相邻圆滑块相位差呈180度设置，于此相应的活塞则布置为相互垂直。相互垂直的活塞在往复运动时，可互相克服活点问题，并能够将各自的往复惯性力转换为旋转惯性力，旋转惯性力可通过曲轴上设置的配置块很容易被平衡，也解决了单缸机难以平衡高阶惯性力的问题。此外，活塞的两端可以根据需要选择设置不同的工作部，例如，内燃机活塞头、压缩机活塞头，或者其中一活塞不设置任何工作部，仅仅为另一活塞克服活点和转化惯性力，这可称为动平衡滑块。

可见，双圆滑块或三圆滑块的圆滑块组构成的曲柄圆滑块结构，具有能够克服活点且动平衡效果好的效果。相对于传统内燃机、压缩机，其还可具有结构紧凑、重量轻、噪音小、震动小等优势。不难理解，上述的曲柄圆滑块机构可以应用于泥浆泵中，替代现有泥浆泵中的曲柄连杆机构，以实现旋转运动与往复运动之间的转换。