具有压力补偿活塞的往复泵.pdf

公开了一种包括压力补偿活塞的往复泵。在某些实施例中，所述泵包括活塞，该活塞具有环状本体以及布置在所述环状本体的径向外部的环状密封件。所述环状本体具有与所述密封件的内表面相邻的径向外表面以及具有入口的轴向表面。流道在所述环状本体的所述入口与所述径向外表面之间延伸。

1.  一种泵，包括：
具有轴向通孔的活塞，所述活塞包括：
环状本体，所述环状本体具有径向朝向外表面、轴向朝向表面、位于所述轴向朝向表面内的入口、以及在所述入口与所述径向朝向外表面之间延伸的流道；以及
环状密封件，该环状密封件沿径向布置在所述环状本体的外部，所述密封件具有与所述本体的径向朝向外表面相邻的内表面。

2.  根据权利要求1所述的泵，其中，所述环状密封件为弹性构件，该弹性构件能够在压力负载施加至所述内表面时沿径向向外的方向膨胀，并且能够在压力负载减小时收缩。

3.  根据权利要求1所述的泵，还包括布置于所述环状本体的相对端部附近的第一环形盖与第二环形盖，每个所述环形盖具有构造用以容纳所述密封件的端面并与所述端面互锁的内表面。

4.  根据权利要求3所述的泵，其中，所述本体以机械方式联接至所述第一盖和第二盖。

5.  根据权利要求4所述的泵，其中，所述本体通过一个或多个螺钉联接至所述第一盖和第二盖，每个所述螺钉穿过所述第一盖和第二盖中的一个内的通孔而插入，且旋入所述本体内的螺孔中。

6.  根据权利要求3所述的泵，还包括位于所述本体与所述第二盖之间的环状密封件，所述密封件构造为用以限制容纳在所述本体的所述流孔内的流体的渗漏。

7.  根据权利要求1所述的泵，还包括延伸通过所述活塞的所述轴向通孔的杆。

8.  根据权利要求7所述的泵，还包括构造为用以将所述活塞联接至所述杆的保持器。

9.  根据权利要求1所述的泵，其中，所述流道包括第一流孔，所述第一流孔从所述径向朝向外表面延伸，并与从所述轴向朝向外表面延伸的第二流孔相交。

10.  一种泵，包括：
杆，该杆具有布置在其内的空腔以及端部；
布置在所述杆周围的活塞，所述活塞包括：
具有径向朝向外表面的环状本体；
环状密封件，该环状密封件布置在所述环状本体周围，并具有与所述径向朝向外表面相邻的内表面；
第一流体通道，该第一流体通道位于所述杆的端部与所述空腔之间；
第二流体通道，该第二流体通道位于所述空腔与所述环状本体的径向朝向外表面之间；以及
弹性压力传递元件，该弹性压力传递元件布置在所述空腔内，并分隔所述第一流体通道与所述第二流体通道。

11.  根据权利要求10所述的泵，其中，所述弹性压力传递元件构造为使得所述第二流体通道中流体的压力与所述第一流体通道中的流体的压力相平衡。

12.  根据权利要求11所述的泵，其中，在所述压力传递元件的外表面上施加压力负载时，所述弹性压力传递元件能够坍缩，所述压力传递元件对所述第二流体通道中的不可压缩流体加压，并且所述密封件膨胀；所述压力传递元件能够在所述压力负载减小时膨胀，所述压力传递元件减小所述不可压缩流体的压力，所述密封件收缩。

13.  根据权利要求12所述的泵，其中，所述不可压缩流体为石油。

14.  根据权利要求12所述的泵，其中，所述压力传递元件为杯状隔膜，所述杯状隔膜能够坍缩，以排出容纳于其内的流体，所述杯状隔膜还能够膨胀，以在其内容纳流体。

15.  根据权利要求10所述的泵，其中，通过在所述空腔与所述环状本体的径向朝向外表面之间延伸的一个或多个流孔来设置所述第二流体通道。

16.  根据权利要求10所述的泵，还包括用于接收流体的入口以及用于排出流体的出口，其中，所述入口以及所述出口与所述第二流体通道流体连通。

17.  根据权利要求10所述的泵，还包括布置于所述环状本体的相对两端附近的第一环形盖与第二环形盖，每个所述环形盖具有构造为用以容纳所述密封件的端面并与所述端面互锁的内表面。

18.  一种泵，包括：
活塞筒；
布置在所述活塞筒内并具有轴向通孔的活塞，所述活塞包括：
弹性环状密封件，该弹性环状密封件具有内表面以及与所述汽缸相邻的外表面；以及
环状本体，该环状本体具有与所述环状密封件的内表面相邻的径向朝向外表面；
杆，所述杆穿过所述活塞的轴向通孔而插入；以及
位于所述环状本体中的流体通道，所述流体通道将受压流体输送至所述弹性环状密封件。

19.  根据权利要求18所述的泵，其中，所述流体通道从所述环状本体的轴向朝向表面中的入口延伸至所述径向朝向外表面。

20.  根据权利要求19所述的泵，其中，所述流体通道包括第一流孔，所述第一流孔从所述径向朝向外表面延伸，并与从所述轴向朝向外表面延伸的第二流孔相交。

21.  根据权利要求18所述的泵，其中，所述环状密封件为弹性构件，该弹性构件能够在压力负载施加至所述内表面时沿径向向外的方向膨胀，并且能够在压力负载减小时收缩。

22.  根据权利要求18所述的泵，还包括布置于所述环状本体的相对两端附近的第一环形盖与第二环形盖，每个所述环形盖具有构造为用以容纳所述环状密封件的端面并与所述端面互锁的内表面。

23.  根据权利要求18所述的泵，其中，所述杆包括空腔，且其中所述泵还包括：
第一流体通道，该第一流体通道位于所述杆的端部与所述空腔之间；
第二流体通道，该第二流体通道位于所述空腔与所述环状本体的径向朝向外表面之间；以及
弹性压力传递元件，该弹性压力传递元件布置在所述空腔内，并分隔所述第一流体通道与第二流体通道。

24.  根据权利要求23所述的泵，其中，在所述压力传递元件的外表面上施加压力负载时，所述弹性压力传递元件能够坍缩，所述压力传递元件对所述第二流体通道中的不可压缩流体加压，并且所述密封件膨胀；所述压力传递元件能够在所述压力负载减小时膨胀，所述压力传递元件减小所述不可压缩流体的压力，所述密封件收缩。

25.  根据权利要求24所述的泵，其中，所述压力传递元件为杯状隔膜，所述杯状隔膜能够坍缩，以排出容纳于其内的流体，所诉杯状隔膜还能够膨胀，以在其内容纳流体。

26.  根据权利要求23所述的泵，还包括用于接收不可压缩流体的入口以及用于排出所述不可压缩流体的出口，其中，所述入口和所述出口与所述第二流体通道流体连通。

27.  根据权利要求23所述的泵，还包括布置于所述环状本体的相对两端附近的第一环形盖与第二环形盖，每个所述环形盖具有构造为用以容纳所述密封件的端面并与所述端面互锁的内表面。

具有压力补偿活塞的往复泵
关于联邦政府资助的研究或开发的声明
不适用
技术领域
本公开总体涉及泵，尤其是往复泵，例如用于石油和燃气的回收的泥浆泵。更具体而言，本公开涉及用于形成与保持活塞与周围泵缸之间的密封的活塞部件。
背景技术
泥浆泵通常被用于在钻井操作，例如石油和燃气的回收期间输送钻井泥浆。由于需要通过几千英尺的钻杆来泵送钻井泥浆，因此，通常在高压下运行此类泵。另外，对钻井泥浆而言，必须以高流速从钻头冒出来，以便向钻头提供润滑和冷却，并为车辆除去钻取形成的泥土钻屑。此外，泥浆泵产生的压力有助于总井下压力的增加，总井下压力对防止井喷至关重要且提供用以防止井喷。
考虑到活塞过了有效使用期之后的磨损，常规泥浆泵通常需要活塞的密封件与周围汽缸之间的干涉以允许确保两元件之间的密封，并提供足够的材料以保持密封。但是，此干涉会在活塞上形成降低泵送效率的摩擦负载。此外，由活塞密封件与汽缸之间的往复接触引起的摩擦力、在高压下经过泵的钻井泥浆的磨损性质的综合影响对密封件特别不利。随着活塞移动，密封件的边缘经受磨损，且可能被损坏。在某些情况下，摩擦力可能足以导致密封件与活塞分离。
因此，用于保持泵活塞与周围汽缸之间的密封的装置是合乎需要的，该装置还使对活塞部件的磨损以及活塞与汽缸之间的摩擦负载最小化。
发明内容
公开了一种具有压力补偿活塞的往复泵。在某些实施例中，活塞包括具有径向朝向外表面的环状本体以及布置在该环状本体的径向外部的环状密封件。上述密封件具有与本体的径向朝向外表面相邻的内表面。环状本体还包括具有入口的轴向朝向表面以及在该入口与径向朝向外表面之间延伸的流道。
在某些实施例中，上述泵包括具有空腔的杆以及布置在该杆周围的活塞。活塞包括具有径向朝向外表面的环状本体以及布置在该环状本体周围的环状密封件。上述密封件具有与径向外表面相邻的内表面。第一流体通道在杆的端部与空腔之间延伸，而第二流体通道在空腔与径向外表面之间延伸。弹性压力传递元件布置在空腔内并将第一流体通道与第二流体通道分开。
由此，本文所描述的实施例包括旨在使得能改进某些现有泵和泵部件的特征的组合。在参照附图阅读以下优选实施例的详细说明之后，上述及其它各种特征和特点对本领域的技术人员来说将是显而易见的。
附图说明
为了详细说明公开实施例，下面将介绍附图，其中：
图1是根据本文描述的原理制成的包括压力补偿活塞的活塞杆组件的剖面图；
图2是根据本文描述的原理制成的另一压力补偿活塞杆组件的剖面图；以及
图3是根据本文描述的原理制成的包括压力补偿活塞杆组件的往复泵的剖面图。
具体实施方式
以下论述涉及本发明的各种示例性实施例。不应将所公开的实施例解释为或用作限制包括权利要求的本公开的范围。另外，本领域的技术人员将理解到，以下描述应用广泛，且任何实施例的讨论只是示例性实施例，而不是指本公开的范围(包括权利要求)仅限于该实施例。
某些术语用于以下描述和权利要求，以此表示特定零件或部件。与本领域的技术人员将了解的一样，不同的人可利用不同的名称来表示相同的零件或部件。此文档目的不在于在名称方面，而是在功能或结构方面对部件或零件进行区分。附图不一定是按照比例进行绘制的。此处的某些零件和部件可以按比例放大或以略图形式示出，且出于清晰和简明目的，可以不示出常用元件的一些细节。
在以下论述以及权利要求中，以开放方式使用术语“包括(including)”和“包含(comprising)”，由此将其解释为“包括但不限于”。此外，术语“联接(couple)”意指间接或直接连接。由此，如果第一装置联接至第二装置，则该连接可能是直接连接或通过其它装置和连接件的间接连接。此外，术语“轴向”和“轴向地”一般是指沿着或者平行于中心轴或纵轴，而术语″径向″和″径向地″一般是指垂直于中心纵轴。
现在参照图1，活塞杆组件100包括布置在压力补偿活塞110内的杆105。保持器115将活塞110联接至杆105。在此实施例中，保持器115包括垫圈120以及旋在杆105的端部130上的螺母125。压力补偿活塞110为环状，并包括轴向通孔135和圆形凹陷部132，二者均构造用以容纳杆105，如图所示。杆105包括连接至基底部145的细长延伸部140。杆105的延伸部140穿过活塞110的轴向通孔135。杆105的基底部145的直径大于延伸部140的直径，且因此而形成肩部150。活塞110的圆形凹陷部132容纳杆105的肩部150，以使得活塞110抵靠杆105。
活塞110还包括均为环状的前盖155、后盖160以及布置在其间的本体165。本体165包括圆形凹陷部163，其容纳后盖160的圆形突起部167。在将后盖160、前盖155以及本体165组装在一起或如图所示地进行构造时，这些部件形成容纳杆105的轴向通孔135。前盖155和后盖160各自分别包括一个或多个通孔170、175。活塞本体165包括一个或多个螺孔180，如图所示，在将本体165布置于前盖155与后盖160之间时，螺孔180与通孔170、175对准。为将这些部件固定在一起，并由此形成活塞110，分别将螺钉185穿过前盖155和后盖160的各个通孔170、175并旋入本体165中的对准螺孔180内。前盖155、后盖160以及本体165优选为由金属制成，且在某些实施例中由不锈钢制成。
活塞110还包括径向向外布置并邻近本体165的环状密封件190。密封件190包括大致圆柱形内表面215、大致圆柱形外表面217以及两个不规则端面195、200。外表面217包括一个或多个密封凹槽192。不规则端面195包括环状凹陷部和环状延伸唇缘。前盖155包括内部配合表面205，该内部配合表面包括被成形为分别容纳环状凹陷部和环状延伸唇缘的环状延伸唇缘和环状凹陷部，由此使得密封件190的不规则端面195与前盖155的内部配合表面205互锁。同样，不规则端面200包括环状凹陷部和环状延伸唇缘。后盖160包括内部配合表面210，该内部配合表面包括被成形为分别容纳环状凹陷部和环状延伸唇缘的环状延伸唇缘和环状凹陷部，由此使得密封件190的不规则端面200与后盖160的内部配合表面210互锁。
一旦密封件190围绕本体165卡在前盖155与后盖160之间，如图所示，则不规则表面195、200的形状及在前盖和后盖155、160上的相应配合表面205、210将密封件190保持在适当位置，并防止密封件190相对于活塞110的其它部件平移。但是，不以任何其它方式将密封件190连接至活塞110的相邻部件。如将作的描述，在沿着密封件的内表面215施加压力负载时，密封件190换作在径向向外的方向上自由膨胀，且随后在压力负载消除时收缩或松弛。为实现上述膨胀和收缩，密封件190优选为由弹性材料制成，例如弹性体，且在某些实施例中由聚亚安酯制成。
前盖155还包括各自周向间隔于活塞杆组件100周围的一系列轴向流孔220。本体165还包括一系列径向流孔227，各流孔227联接至轴向流孔225，且同样周向间隔于活塞杆组件100的周围。当如图所示地组装活塞110时，前盖155的轴向流孔220与本体165的轴向流孔225对准而形成从前盖155内的入口235延伸至密封件190的内表面215的″L形″流道230。
本体165沿其与杆105相邻的内表面还包括环状凹槽240。同样，后盖160沿其与杆105相邻的内表面还包括环状凹槽245。凹槽240、245分别构造用以容纳环状密封件250、255。在某些实施例(包括图1所示的实施例)中，密封件250、255为O形环。密封件250、255除防止流体经由入口235流失，而且还防止其从流孔220、225流失。
如将作的描述，可将活塞杆组件100安装在往复泵内并将其用于加压流体，例如钻井泥浆。在泵的运行期间，稍后被称作钻井流体的流体进入前盖155的入口235，并沿着穿过前盖155的流孔220和本体165的流孔225、227的流道230流动，直到到达密封件190，其中，钻井流体将压力负载施加给密封件190的内表面215。响应于所施加的压力负载，密封件190在径向向外的方向上膨胀。此外，钻井流体的压力越大，对密封件190的压力负载越大，且密封件190径向向外膨胀也更多。
相反，当钻井流体经由入口235流出流孔220、225、227或者当流孔220、225、227内包含的钻井流体的压力减小时，施加于密封件190的内表面215的压力负载也减小。响应于压力负载减小，密封件190松驰或收缩。在不存在钻井流体压力的情况下，密封件190松驰到其非膨胀构造，如图1所示。
可由包括压力补偿活塞的泵进行加压的某些钻井流体，如泥浆包含磨蚀微粒，这些磨蚀微粒可能损害活塞的密封件或者不适合活塞，并导致过度磨损以及活塞与周围汽缸之间密封的最终消失。在这种情况下，活塞杆组件内包括挡板以防止密封件暴露于磨蚀性的钻井流体是合乎需要的。图2绘出了包括上述挡板的压力补偿活塞杆组件。
现在参照图2，活塞杆组件300包括布置在压力补偿活塞310内的杆305。保持器315将活塞310联接至杆305。在此实施例中，保持器315包括垫圈320以及被旋在杆305的端部330上的螺母325。压力补偿活塞310为环状，并包括轴向通孔335和圆形凹陷部332，二者均构造用以容纳杆305，如图所示。杆305包括联接至第二基底部345的第一基底部348，第二基底部具有细长延伸部340。杆305的延伸部340穿过活塞310的轴向通孔335。杆305的第二基底部345的直径大于延伸部340的直径，且因此而形成肩部350。活塞310的圆形凹陷部332容纳杆305的肩部350，以使得活塞310抵靠杆305。
活塞310还包括均为环状的前盖355、后盖360以及布置在其间的本体365。本体365包括分别容纳后盖360和前盖355的圆形突起部367、369的圆形凹陷部363。在如图所示地组装或构造前盖、后盖360以及本体365时，这些部件形成容纳杆305的延伸部340的轴向通孔335。前盖355、后盖360以及本体365优选为由金属制成，且在某些实施例中由不锈钢制成。
活塞310还包括径向向外布置并邻近本体365的环状密封件390。密封件390包括大致圆柱形内表面415、大致圆柱形外表面417以及两个不规则端面395、400。外表面417包括一个或多个密封凹槽392。不规则端面395包括环状凹陷部和环状延伸唇缘。前盖355包括内部配合表面405，该内部配合表面包括被成形为分别容纳环状凹陷部和环状延伸唇缘的环状延伸唇缘和环状凹陷部，由此使得密封件390的不规则端面395与前盖355的内部配合表面405互锁。同样，不规则端面400包括环状凹陷部和环状延伸唇缘。后盖360包括内部配合表面410，该内部配合表面包括被成形为分别容纳环状凹陷部和环状延伸唇缘的环状延伸唇缘和环状凹陷部，由此使得密封件390的不规则端面400与后盖360的内部配合面410互锁。
一旦密封件390围绕本体365卡在前盖355与后盖360之间，如图所示，则不规则表面395、400的形状及在前盖和后盖355、360上的相应配合面405、410将密封件390保持在适当位置，并防止密封件390相对于活塞310的其它部件平移。但是，不以任何其它方式将密封件390连接至活塞310的相邻部件。如将作的描述，在沿着密封件390的内表面415施加压力负载时，密封件换作在径向向外的方向上自由膨胀，且随后在压力负载消除时收缩或松弛。为实现上述膨胀和收缩，密封件390优选为由弹性材料制成，例如弹性体，且在某些实施例中由聚亚安酯制成。
杆305还包括其内的空腔455以及与该空腔联接的轴向流孔460。轴向流孔460从空腔455延伸通过杆305的端部330，终止于入口435。如将作的描述，钻井流体经由入口435进入杆305，并经由流孔460流入空腔455。
液压系统490还联接至空腔455，并在与轴向流孔460相反的方向上开始从空腔455延伸。液压系统490包括轴向流孔465，该轴向流孔从空腔455延伸通过杆305的第一基底部348，终止于两个径向流孔505、510。径向流孔505在轴向流孔465与杆30的第一基底部348的外表面472之间延伸，其中，径向流孔505终止于出气口470。液压系统490还包括从径向流孔510延伸通过杆305的第一基底部348、第二基底部345、活塞310的后盖360以及活塞310的本体365直至本体365的外表面540的一系列流孔515、520、525、530、535。液压流体通过流孔510、515、520、525、530、535被传送到空腔455以及与密封件390的内表面415相邻的本体365的外表面540之间。液压系统490还包括沿着杆305的第二基底部345的外表面480的入口485，以及从入口485延伸通过杆305的第二基底部345、活塞310的后盖360和活塞310的本体365直至本体365的外表面540的一系列流孔545、550、555、560。液压流体通过流孔545、550、555、560从入口485被传送至与密封件390的内表面415相邻的本体365的外表面540。
为防止空腔455与本体365的外表面540之间的液压流体的损失，将密封件518布置在第一基底部348与第二基底部345之间而位于流孔520周围、第二基底部345与后盖360之间而位于流孔520周围，以及后盖360与本体365之间而位于流孔530周围。同样，为防止入口485与本体365的外表面540之间的液压流体的损失，将密封件518布置在第二基底部345与后盖360之间而位于流孔545周围以及后盖360和本体365之间而位于流孔555周围。为防止施加给密封件390的内表面415的液压流体的损失，或者说使得液体通过径向流孔535流回液压系统490，同样将密封件518布置在本体365与后盖360之间、本体365与前盖355之间，以及后盖365与杆305的肩部350之间。在某些实施例中，密封件518为位于形成在杆305的第二基底部345内、活塞310的后盖360内以及活塞310的本体365内的环状凹槽中的O形环。
液压系统490内含有不可压缩流体，例如石油。在组装活塞杆组件300的过程中，于入口485处将液压流体注入液压系统490。然后经由出气口470排出液压流体中可能被截流的任何空气。必要时，将其它液压流体注入液压系统490，然后排出液压流体中截流的任何空气。重复此处理，直到液压系统490完全装满和包含实体的液压流体柱。然后关闭入口485和出气口470。当必要或需要时，可经由出气口470从液压系统490排出液压流体。压力传递元件525被布置在杆305的空腔455内。压力传递元件525为经由入口435进入轴向流孔460的钻井流体与包含在液压系统490内的不可压缩流体之间的挡板。由此，压力传递元件525防止可能包含磨蚀微粒或者不适合密封件390的钻井流体与包含在液压系统490内的流体混合或污染该流体。因此，压力传递元件525防止密封件390暴露于潜在的磨蚀性或不适宜的钻井流体，例如泥浆。
压力传递元件525还将包含于杆305内的钻井流体的压力传递至包含在液压系统490内的流体，反之亦然，由此以至于压力传递元件525两侧上的流体压力基本平衡。在包括活塞杆组件300的泵的运行期间，高压钻井流体经由入口435进入杆305的轴向流孔460，并将压力施加在压力传递元件525上，该压力传递元件反过来对包含在液压系统490内的流体施压。随着液压流体压力增大，液压流体以逐渐增大的作用力推动密封件390的内表面415。作为响应，密封件390在径向向外的方向上逐渐膨胀。相反，随着钻井流体压力减小，此流体施加在压力传递元件525上的压力减小，且继而施加在液压流体上的压力也减小。作为响应，由液压流体施加在密封件390的内表面415上的作用力减小，使得密封件390收缩或松驰。
在图2所示的实施例中，压力传递元件525为隔膜。隔膜525为在压力下坍缩并在所施加的压力减小或消除时又膨胀的氯丁二烯橡胶或其它适当材料制成的中空钟形杯。隔膜525包括大致圆柱形薄壁，该薄壁具有用以容纳液压系统490中的液压流体的开口端以及靠近轴向流孔460的封闭端。在开口端，柱形壁形成有凸缘。此凸缘端被压于杆305的第一基底部348与第二基底部345之间，从而将隔膜525保持在空腔455内的适当位置。选择在不存在通过液压流体或钻井流体对隔膜525施加的任何压力的自然状态下测量的隔膜的尺寸，例如长度和/或内部容积，由此使得隔膜525完全坍缩时，由液压流体施加在密封件390上的压力足以在所期望的整个范围的钻井流体压力下保持活塞310与周围泵缸之间的密封。
在活塞杆组件300的运行期间，钻井流体进入杆305的流孔460，并将压力施加在隔膜525上。在施加来自钻井流体的压力时，隔膜525坍缩，除去包含在其杯形形状内的液压流体，借此对包含于液压系统490内的流体进行加压。液压流体随后将压力施加到密封件390的内表面415上，并对密封件390施力以在径向向外的方向上移位。相反，随着钻井流体压力减小，隔膜525膨胀，并再次将液压流体容纳于其杯形形状内。作为响应，液压系统490内流体的压力减小，密封件390随之收缩或松驰。
本领域的技术人员将很容易地理解到，活塞310的部件可采取其它形式而执行相同的功能。例如，空腔455的位置可沿着杆305的长度而改变。此外，杆延伸部可联接至杆305的端部330以及布置在杆延伸部内的空腔455。此时，可更改形成液压系统490的部件的位置和尺寸以匹配空腔455的新位置。但是，它们的功能以及压力补偿活塞310的运行原理可与如上所述的相同。此外，可根据图2来更改液压系统490的总体布局，而同样可经由压力传递元件525将来自钻井流体的流体压力以及液压流体传递至密封件390，反之亦然。包括图1的组件100以及图2的组件300的压力补偿活塞杆组件的实施例在泵中，尤其是与钻井作业有关的泥浆泵中得到了应用。转向图3，往复泥浆泵10包括泵的流体端20和电源端30。流体端20包括活塞，此实施例中为活塞110，如图1所示和所描绘的。流体端20还包含汽缸套24、模块26、进气阀27和排气阀28。电源端30包含曲轴32、连杆34以及十字头36。流体端20通过延伸杆42、副杆46以及杆105(仍然如图1所示和所描绘的)联接至电源端30。延伸杆42连接至十字头36，并通过夹具50联接至副杆46和杆105，杆105联接至活塞110。尽管延伸杆42在此实施例中通过夹具50联接至副杆46，但可通过其它同等装置来联接这些部件，例如但不限于螺纹连接。如前所述，联接有活塞110的杆105形成活塞杆100。将理解的是，作为替代活塞杆组件100，泵10可替代地包括活塞杆组件300，如图2所示和所描绘的。
将活塞110，尤其是密封件190设计为在将活塞杆组件100安装在泵10之后，活塞110的密封件190(图1)与周围汽缸24之间存在径向干涉。在某些实施例中，密封件190与汽缸24在安装之后的径向干涉为0.060英寸。此干涉压缩密封件190，致使密封件190将作用力施加给汽缸24。由密封件190施加给汽缸24的作用力形成了活塞110与汽缸24之间的初始密封。
在运行期间，泵10经由进气阀27将钻井泥浆吸入模块26，在此处钻井泥浆通过活塞110得以加压。然后在高压下经由排气阀28排出钻井泥浆。在加压处理期间，活塞杆组件100暴露于加压钻井泥浆。尽管活塞110的密封件190(图1)与汽缸24之间的干涉在活塞杆组件100暴露于低气压钻井流体时足以保持这些部件之间的密封，但在活塞110暴露于更大的钻井流体压力时，希望密封件190与汽缸24之间的更大接触力来保持该密封。
为实现此目的，将压力补偿活塞杆组件100构造成以逐渐增大的钻井流体压力将逐渐增大的作用力施加到汽缸24上。由此，活塞杆组件100能随着钻井流体压力的增大而保持活塞110汽缸24之间的密封。如上所述，在泵10的运行期间，钻井流体经由入口235(图1)进入活塞110，并流过流孔220、225、227，直到到达密封件190的内表面215，其中，钻井流体将压力负载施加给密封件190。响应于所施加的压力负载，密封件190在径向向外的方向上膨胀，并将增加的作用力施加给汽缸24。由活塞110施加到汽缸24上的增加的作用力使得这些部件之间的密封得以保持。此外，随着钻井流体压力继续增大，由钻井流体施加在密封件190上的压力负载，且继而由密封件190施加在汽缸24上的压力负载也继续增大。照这样，活塞杆组件100补偿增大的钻井流体压力，从而保持活塞110与汽缸24之间的密封。
相反，当钻井流体压力减小时，由钻井流体施加在密封件190上的压力负载减小。作为响应，密封件190收缩或松驰，且由密封件190施加在汽缸24上的作用力减小，同时仍然保持这些部件之间的密封。此外，因密封件190与汽缸24之间的接触而对活塞110造成的摩擦负荷也减小。
照这样，压力补偿活塞杆组件100仅将保持活塞110与汽缸24之间的密封所需要的最小压力施加给了密封件190，其中，保持密封所需要的最小压力取决于钻井流体压力。此外，通过调整由活塞110施加到汽缸24上的作用力至仅保持密封所需的大小，从而最小化密封件190与汽缸24之间的接触产生的摩擦负载。这提高了泵送效率，且减少对密封件190的磨损，进而延长活塞110的使用寿命。
相反，许多常规泥浆泵中的密封件与汽缸之间的摩擦负载为常数。这就是由密封件对周围汽缸施加的作用力在泵是经受最小还是最大钻井流体压力下也不变的原因。为此，将泵设计为在活塞与周围汽缸之间提供干涉，以使得在所期望的整个范围钻井流体压力内保持活塞与汽缸之间的密封。换言之，基于最坏的情况条件选择干涉。这就意味着在泵未在上述最坏情况条件下运行时，干涉大于保持密封所需要的干涉。这形成了密封件与汽缸之间的过大摩擦负载，对密封件造成了不必要的磨损以及降低了泵送效率。
尽管已示出和描述了各种实施例，在不脱离本文的范围或教导的前提下，本领域的技术人员可对其进行修改。本文所描述的实施例只是示例性的，而非限制性的。系统和装置的诸多变更和修改是可能的，且在本发明的范围内。例如，各种部件的相对尺寸以及各种部件的材料可不同。因此，保护范围不限于本文特定描述的实施例，而仅由所附权利要求限制，其范围应包括权利要求主题的等同物。