旋转筒式泵，具有用于筒的分开的引导装置和对中装置

摘要

本发明涉及一种旋转筒式泵，其中，借助分开的引导装置和对中装置来实现筒(6)与壳体(15)之间的枢转连接。

权利要求

1.一种筒式泵，包括壳体(15)，并且在所述壳体(15)内包括：-驱动轴(5)，

-缸体(6)，所述缸体包括周向分布的至少两个压缩室(4)，所述缸体(6)由所述驱动轴(5)驱动，-盘(2)，所述盘的倾斜度是可调节的，

-至少两个活塞(3)，所述活塞分别在所述缸体(6)的所述压缩室(4)中平移，所述活塞(3)借助连接杆(8)由所述盘(2)驱动，其特征在于，所述缸体(6)通过分开的引导装置和对中装置相对于所述壳体(15)枢转连接。

2.如权利要求1所述的泵，其特征在于，所述缸体(6)是单体式的，包括用于引导所述活塞(3)的第一部分(16)和包括所述压缩室(4)的第二部分(18)。

3.如权利要求2所述的泵，其特征在于，所述缸体(6)的所述第一部分(16)与所述第二部分(18)的内部空间彼此不连通。

4.如权利要求2或3中任一项所述的泵，其特征在于，所述缸体(6)的所述第一部分(16)与所述第二部分(18)通过第三部分(17)连接，所述第三部分的直径小于所述缸体(6)的所述第一部分(16)和所述第二部分(18)的直径。

5.如权利要求2至4中任一项所述的泵，其特征在于，所述引导装置包括面对面地布置在所述缸体(6)的所述第一部分(16)上的两个角接触辊子轴承(11、12)。

6.如权利要求2至5中任一项所述的泵，其特征在于，所述对中装置包括安装在所述缸体(6)的所述第二部分(18)上的球轴承(13)。

7.如前述权利要求中任一项所述的泵，其特征在于，所述缸体(6)由所述驱动轴(5)借助设置在所述驱动轴(5)上的花键(19)驱动。

8.如权利要求7所述的泵，其特征在于，所述花键设置在所述驱动轴(5)的端部处。

9.如前述权利要求中任一项所述的泵，其特征在于，所述活塞(3)滑动枢转连接在所述缸体(6)中。

10.如前述权利要求中任一项所述的泵，其特征在于，所述缸体(6)包括密封装置以及所述泵(1)的入口管和出口管。

11.如前述权利要求中任一项所述的泵，其特征在于，所述筒式泵(1)包括用于控制所述盘(2)的倾斜度的装置。

12.如权利要求11所述的泵，其特征在于，所述倾斜度控制装置包括蜗杆驱动系统。

13.一种如前述权利要求中任一项所述的筒式泵(1)在钻井作业中的用途，特别是用于将钻井泥浆灌注到井筒中的用途。

说明书

旋转筒式泵，具有用于筒的分开的引导装置和对中装置

技术领域

[0001] 本发明涉及泵的领域，具体是用于高压泵送的泵，尤其是用于钻井作业的泵。

背景技术

[0002] 目前，曲轴驱动泵是在所有工业部门中使用最广泛的：生产资料、石油、煤气和食品工业、汽车工业、建筑工业(供暖、井、空调、水泵等)，并且更具体地用于水和废物处理(水网络和排水系统)。然而，它们仍然是基于1930年代的设计来制造的，且已进行了非常少的研究和开发调查以改进它们的性能、降低它们的成本价格、最小化它们的维护成本或减少它们对环境的影响。这些泵在功率、压力/流动速率扭矩(即，由曲轴产生的压力正弦响应所产生的压力激增型现象而导致的限制)、重量、效率和使用寿命方面有限制。此外，它们不允许有可变的排量，并且因此它们在使用中缺乏灵活性。

[0003] 此外，在烃类生产领域中，目前观察到的是，井筒需要达到越来越大的深度，这涉及在越来越高的灌注压力下工作。因此，石油公司需要超高压泵，例如用于钻井泥浆灌注，以达到所需的深度。这些泵还必须是可靠、经济、灵活且紧凑的，从而满足能源部门越来越严格的要求。

[0004] 另一种正排量泵技术是筒式泵。它主要用于在较低压力和流动速率下进行泵送(它主要用于泵送液压油)，并且它具有许多优点：

[0005] -优异的重量/功率比

[0006] -非常良好的性能/价格比

[0007] -有利的机械和容积效率

[0008] -通过调节盘的倾斜度的可变排量能力。

[0009] 设计为具有筒的泵借助旋转盘系统运行，旋转盘系统一个接一个地致动各个活塞。当一个活塞处于吸入阶段时，相对的活塞处于输送模式，这在泵上游和下游提供了恒定的流量。由筒引导的活塞位置的分布确保了在由马达驱动的轴旋转时力的渐进分布。

[0010] 存在三种主要的筒式泵结构：

[0011] ·固定的筒式泵(图1)：在泵1的这种构造中，其中，筒是固定的，旋转的是倾斜盘2(由轴5驱动)，从而产生活塞3在它们的套筒4(压缩室)中的运动。活塞3与盘2之间的联接则由在盘2上摩擦的球接头垫实现。在此优点是旋转部件的惯性非常小。然而，这种构造使得难以具有可变的排量。此外，在高压和高流动速率的情况下，盘与垫之间的摩擦力不可忽略，并且使得难以或甚至不可能制造泵；

[0012] ·摆动盘筒式泵：在这种结构中，筒是固定的，并且有两个盘，第一倾斜盘旋转并且仅将摆动运动传递到第二盘。因此，可例如借助通过球接头联接部来联接到活塞和盘的连杆而将活塞联接到第二盘、摆动盘，而不需要摩擦构件。由于没有摩擦元件，这种结构适于高压泵送(此外，一些能在地热能市场上找到)。其提供了优异的机械效率。这种结构使得能够产生可变的排量，然而其仍难以集成和设计；

[0013] ·旋转筒式泵(图2)：在泵1内，固定的是盘2，而承载活塞3的筒6旋转，这提供了活塞3在它们套筒4(压缩室)中的运动。活塞3和盘2之间的联接以与第一种结构相同的方式设置。这种结构的优点是，能容易地使盘在倾斜度方面调节，从而可具有可变的排量。另一方面，由于筒和所有活塞旋转，所以旋转部件的惯性以并显著的方式增加。此外，对于这种结构，泵的维护是困难的：整个筒需要被移除，包括“机械”活塞引导部分以允许进入入口管和出口管。通常，对于这种结构，筒由两部分制成，这使得难以安装，因为它需要引导销和腔室具有良好的共线性。

[0014] 为了克服这些缺陷，本发明涉及一种旋转筒式泵，其中，筒与壳体之间的枢转连接由不同的引导装置和对中装置提供。这种设计允许区分引导和密封功能，这有助于泵的维护和维修。

发明内容

[0015] 本发明涉及一种筒式泵，包括壳体，并且在所述壳体内包括：

[0016] -驱动轴，

[0017] -缸体，包括至少两个周向分布的压缩室，所述缸体由所述驱动轴驱动，[0018] -盘，其倾斜度是可调的；

[0019] -至少两个活塞，分别在所述缸体的所述压缩室中平移，所述活塞借助连接杆由所述盘驱动，

[0020] 所述缸体通过分开的引导装置和对中装置相对于壳体枢转连接。

[0021] 根据本发明的一实施例，所述缸体是单体式的，包括用于引导所述活塞的第一部分和包括所述压缩室的第二部分。

[0022] 有利地，所述缸体的所述第一部分和所述第二部分的内部空间彼此不连通。

[0023] 优选地，所述缸体的所述第一和第二部分通过第三部分连接，第三部分的直径小于所述缸体的所述第一和第二部分的直径。

[0024] 根据一方面，所述引导装置包括在所述缸体的所述第一部分上面对面布置的两个角接触辊子轴承。

[0025] 根据一个特征，所述对中装置包括安装在所述缸体的所述第二部分上的球轴承。

[0026] 根据本发明的一实施方式，所述缸体由所述驱动轴借助设置在所述驱动轴上的花键来驱动。

[0027] 有利地，所述花键设置在所述驱动轴的端部处。

[0028] 根据一实施例，所述活塞在所述缸体中滑动枢转连接。

[0029] 根据一方面，所述缸体包括密封装置，以及带有所述泵的入口管和出口管。

[0030] 根据一实施方式，所述筒式泵包括用于控制所述盘的倾斜度的装置。

[0031] 优选地，所述倾斜度控制装置包括蜗杆驱动系统。

[0032] 此外，本发明涉及一种根据上述特征之一的所述筒式泵在钻井作业中的用途，特别是用于将钻井泥浆灌注到井筒中的用途。

附图说明

[0033] 根据本发明装置的其它特征和优点将通过参照附图并阅读以非限制性示例的方式给出的以下实施例描述中变得明了，附图中：

[0034] -图1，已经描述过，示出了根据现有技术的固定的筒式泵，

[0035] -图2，已经描述过，示出了根据现有技术的旋转筒式泵，

[0036] -图3示出根据本发明的一实施例的筒式泵，以及

[0037] -图4示出根据本发明的一实施例的两个筒的相对组装。

具体实施方式

[0038] 本发明涉及一种旋转筒式泵。筒式泵的用途是通过多个活塞的线性位移来泵送流体(例如水、石油、气、钻井泥浆等)。这种类型的泵具有紧凑、具有有利的机械和容积效率，以及优异的重量/功率比的优点。此外，旋转筒式泵适于高压泵送。

[0039] 根据本发明的筒式泵包括壳体，并且其在壳体内包括：

[0040] -驱动轴，其由外部能量源、特别是原动机(例如，热或电原动机)、具体是借助传动装置(例如，变速箱)而被驱动相对于壳体旋转，

[0041] -盘，其相对于驱动轴倾斜，并且倾斜度可调，

[0042] -缸体(称为筒)包括至少两个周向分布(换言之，设置在圆上)的压缩室(也称为套筒)，缸体可相对于壳体旋转并且由驱动轴驱动，以及

[0043] -至少两个活塞，其分别在压缩室中平移，这些活塞由缸体驱动，并且连接杆通过球接头联接连接活动盘和活塞，从而将缸体的运动转换成活塞的平移运动，并且活塞在压缩室中的平移产生对流体的泵送。

[0044] 通过改变活塞的冲程，调节盘的倾斜度允许泵具有可变的排量。

[0045] 根据本发明，缸体与壳体之间的枢转连接由分开的引导装置和对中装置组成。

[0046] 根据本发明的一实施例，缸体可以是单体式的(即，由单件制成)。缸体的两个部分“合并”的优点(其可在现有技术中找到)是提供引导销与室良好的共线性，因此允许一次加工由引导装置和密封装置构成的组件。此外，因为缸体的两个可选的部分之间的组装功能被抑制(因此不再有螺钉、垫圈、螺母等)，所以该设计涉及有限的质量。此外，单体式设计简化了泵式筒的安装和泵在使用期间的维护。实际上，为了维护，由于引导装置和对中装置的分离，可以仅移除对中装置或仅移除引导装置。

[0047] 根据本发明的一实施方式，缸体可以包括用于引导各活塞的第一部分和用于密封的第二部分，第二部分包括缸体的各压缩室。因此，第二部分用于吸入和排出被泵送的流体。一旦组装好泵，缸体的两个部分的内部空间就不连通。换而言之，一旦组装好泵，则在第二部分中就不会找到容纳在第一部分中的流体；并且，反之亦然。这种设计允许将泵的机械侧(具有移动的部件的第一部分)与其液压侧(具有吸入部和轴承的第二部分)分开。因此，便于泵的维护。根据一示例实施例，内部空间的分离可以借助内盖实现。

[0048] 优选地，为了实现缸体与壳体之间的枢转连接，第一部分和第二部分可具有大致圆柱形形状。

[0049] 根据本发明的该实施方式的一方面，第一部分和第二部分可通过第三部分联接。有利地，该第三部分可以是大致圆柱形的，并且其可具有比第一部分和第二部分小的直径。

[0050] 根据该实施例的一方面，引导装置和对中装置可包括呈面对面布置的两个角接触辊子轴承(轴承的压力中心位于两个轴承之间)。这种结构使得能够引导，并且其适于带有大载荷的高转速。根据一示例实施例，两个角接触辊子轴承可安装在缸体的第一部分上。

[0051] 此外，可设置球轴承以限制该部分的悬臂，并且在整个长度上提供对该部分的对中。球轴承具有适于高转速的优点。该轴承上的载荷是有限的，该选项提供了紧凑性和轻质。根据一示例实施例，球轴承可安装在缸体的第二部分上。

[0052] 根据本发明的一实施例，缸体可由驱动轴借助设置在驱动轴上的花键驱动。换而言之，驱动轴可包括外花键(阳花键)，而筒体可包括与驱动轴的外花键配合的内花键(阴花键)。花键允许传递高扭矩。根据一示例实施例，内花键可设置在缸体的第二部分中，并且可选地设置在缸体的第三部分中。替代地，内花键可设置在缸体的第一部分上。

[0053] 在一变型中，缸体可借助设置在驱动轴中的键而被驱动。

[0054] 有利地，活塞可在筒中、特别是在缸体的第一部分中，尤其是借助环而滑动枢转连接。因此，活塞被引导以进行往复运动。

[0055] 盘可具有大致圆盘的形状。然而，盘可具有任何形状。只是压缩室(和活塞)要设置在圆周上。

[0056] 有利地，根据本发明的泵可包括的活塞数量范围在三个至十五个之间、优选地在五个至十一个之间。因此，大量活塞提供了泵上游和下游的连续流。

[0057] 通常，泵还包括用于待泵送的流体的入口(吸入部)和出口(排出部)。流体穿过泵入口，流入压缩室，在压缩室中被压缩，然后其借助于活塞而通过出口从泵中被排出。

[0058] 此外，在筒中、特别是缸体的第二部分中可包括密封装置及带有泵的入口管和出口管。

[0059] 根据本发明的一实施例，具有可变倾斜度的盘相对于驱动轴的轴向方向的倾斜角可在70°至90°之间的范围。换而言之，可变倾斜度盘(更不用说旋转盘)相对于驱动轴的径向方向以范围在0°至20°之间的角度倾斜。

[0060] 根据本发明的一实施方式，筒式泵可包括用于控制可变倾斜度盘的倾斜度的装置。例如，该控制装置可以包括蜗杆驱动系统。

[0061] 根据本发明的一实施例，泵可包括第二盘(旋转盘)。第二盘可与可变倾斜盘枢转连接，并且其可由驱动轴驱动。第二盘可借助指状旋转连接而被驱动。这种泵设计允许具有与缸体同步旋转的盘，因此允许(在连接杆与盘之间)使用没有摩擦垫的球接头联接，这提供了更高的桶式泵效率。

[0062] 作为非限制性示例，图3示意地示出根据本发明的一实施例的旋转筒式泵的运动图。旋转筒式泵1包括驱动轴5。驱动轴5的旋转由外部源(未示出)、例如电机和变速箱执行。驱动轴5相对于壳体15旋转。此外，驱动轴5旋转地驱动包括压缩室4的缸体6。泵1还包括可变倾斜度盘2，除了对其倾斜度的调节之外，该可变倾斜度盘相对于壳体15是固定的。未示出用于调节可变倾斜度盘2的倾斜度的装置。

[0063] 泵1包括被驱动在压缩室4内平移运动(往复运动)的活塞3。

[0064] 活塞3的往复运动借助杆8实现，杆8借助球接头联接来连接活动盘2与活塞3。活塞3在压缩室4内的这种往复运动允许泵送流体。

[0065] 作为非限制性示例，图4示意地示出根据本发明的一实施例的筒的剖视图。它是在包括驱动轴5轴线的平面上的剖视图。缸体6包括用于引导活塞3的第一部分16和包括压缩室4的第二部分18。此外，缸体6包括将第一部分16连接到第二部分18的第三部分17。第一部分16和第二部分18具有大致圆柱形的形状。第三部分17也是圆柱形的，并具有比第一部分16和第二部分18小的直径。

[0066] 在驱动轴5的端部处设有盖9，从而将第一部分16与第二部分18的内部空间隔开。

[0067] 缸体6借助对中装置和引导装置旋转地安装在壳体15中。

[0068] 对中装置包括安装在筒6的第二部分18与壳体15之间的球轴承13。

[0069] 引导装置包括安装在筒6的第一部分16与壳体15之间的两个角接触辊子轴承11和12。角接触辊子轴承11和12面对面地设置。

[0070] 为了引导每个活塞3，筒6的第一部分16包括环14，其提供活塞3与筒6之间的滑动枢转连接。

[0071] 为了驱动缸体，驱动轴5在其端部处包括花键19，花键19与设置在缸体6的第二部分18和第三部分17中的内花键(未示出)配合。

[0072] 本发明还涉及根据本发明的泵用于钻井作业的用途，特别是用于将钻井泥浆灌注到井筒中。实际上，根据本发明的泵由于其灵活性、紧凑性和耐高压强度而非常适于该用途。

[0073] 例如，根据本发明的泵的尺寸可以设计成在高达1500巴(bar)、即150MPa的量级的压力下作业。此外，根据本发明的泵的尺寸可以设计成以范围在30至600m3/h的流动速率作业。