CN101208518A - 螺杆泵 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种螺杆泵，该螺杆泵为单流双轴结构形式，该螺杆泵具有两个螺杆(1，2)的外部支承装置并且具有一个泵壳体(3)，该泵壳体在形成一些输送腔(4)的情况下包围这些螺杆(1，2)并且以其内部的壳面(3a)在外部限定这些输送腔(4)的边界，该螺杆泵具有一个用于待抽吸的介质的抽吸室(5)和一个压力室(6)，该压力室接收通过这些螺杆(1，2)输送的介质。该泵壳体(3)插入在一个压力壳体(7)中并且固定在该压力壳体(7)上，由此，该压力室(6)至少部分地环绕该泵壳体(3)。

Description

螺杆泵
本发明涉及一种螺杆泵，该螺杆泵为单流双轴结构形式，该螺杆泵具有两个螺杆的外部支承装置并且具有一个泵壳体，该泵壳体在形成一些输送腔的情况下包围这些螺杆并且以其内部的壳面在外部限定这些输送腔的边界，该螺杆泵具有一个用于待抽吸的介质的抽吸室和一个压力室，该压力室接收通过这些螺杆输送的介质。
已经公知了多种螺杆泵方案，例如根据EP 0 699 276 B1的双轴双流构型，该双轴双流构型尤其是用于输送未处理的石油-水-气体混合物，所述石油-水-气体混合物从一个非常大的井或从多个、部分地多于500个的小的井排出。双流的螺杆泵具有一个壳体，该壳体分成一个抽吸室和一个压力室。输送螺杆在此或者直接在壳体中或者在一个可更换的壳体嵌件中回转，该壳体嵌件插入到壳体中到抽吸室与压力室之间。壳体在此具有任务：一方面提供用于接收过程压力的足够的抗压强度，另一方面提供用于遵循输送螺杆相互间和输送螺杆与壳体或壳体嵌件之间的、压力提高过程所需的密封缝隙容差的形状和位置刚度，其中，无接触地回转的输送螺杆对尽可能小的密封缝隙提出了特别高的要求，以便获得高的效率。
双轴双流实施形式的螺杆泵在技术上非常费事，在制造和维护方面成本高，因此优选用于较大的输送功率，这种输送功率典型地对于单井输送(单井增压)确实过大。
由DE 715860 B1公开了一种用于输送液体的螺旋泵，该螺旋泵具有用于输送螺杆的单侧的外部支承装置。输送螺杆由一个壳体包围，该壳体构造成单件式的并且被法兰连接在壳体件上，输送杆支承在该壳体件中。为了维护工作，该壳体可除去。如果必须对泵进行维护，则需要在流出和流入接管处将该泵从输送管路分开并且安装一个完全新的泵。
作为整体更换的替换方案，可现场拆卸和修理螺杆泵，这非常费时。此外，在客户那里在现场由多个单个件装配泵具有缺点：不可通过精确地测定功率数据来对泵进行测试，由此，为了满足所要求的功率参数通常需要整体地更换泵。
恰恰在单井输送时在输送介质的成分方面出现强的波动。100％液体输送状态与100％气体输送阶段不可预见地以高程度交替，其中，对于螺杆泵来说100％气体输送阶段特别苛刻，因为在传统螺杆泵中在气体输送一定时间之后带走了进行密封、冷却和润滑的液体。这种状态使得输送螺杆变热并且随之而来地使得输送螺杆相互间以及与输送壳体接触，这使得磨损提高，必要时使得泵停机。在现场维护方面由此产生的问题已经描述。
除了螺杆泵之外，偏心蜗杆泵也用于单井输送，但这种偏心蜗杆泵仅有条件地适于输送多相混合物，因为其100％气体输送能力由于出现的摩擦热量而在时间上非常受限制。
作为双轴双流实施形式的多相泵的尺寸过大的后果以及由于缺少具有较小功率的合适的多相泵，世界范围内数以千计的油井不被或不再被开采，由此，宝贵的原料未被利用。
因此，本发明的任务在于，提供一种泵，该泵可成本低廉地制造和维护并且原则上适用于在单井输送范围内输送多相混合物。
根据本发明，该任务通过所述类型的具有权利要求1的特征的螺杆泵来解决。在从属权利要求中描述了本发明的有利的构型和进一步构型。
根据本发明的单流双轴结构形式的螺杆泵具有两个螺杆的外部支承装置并且具有一个泵壳体，该泵壳体在形成一些输送腔的情况下包围螺杆并且以其内部的壳面在外部限定输送腔的边界，该螺杆泵具有一个用于待抽吸的介质的抽吸室和一个压力室，该压力室接收通过螺杆输送的介质，该螺杆泵提出：泵壳体插入在一个压力壳体中并且固定在该压力壳体上，由此，压力室至少部分地环绕泵壳体。通过泵壳体可插入到压力壳体中以及泵壳体固定在压力壳体上，仅泵壳体连同设置在其中的螺杆和外部支承装置可更换，由此以模块式的结构形式提供了一种螺杆泵，该螺杆泵可快速修理，其方式是磨损件可整体地从压力壳体除去。此外，通过简单地更换泵壳体与设置在其中的螺杆使得压力壳体与泵壳体之间机械地脱开耦合，由此，压力壳体内部由压力引起的变形不或仅不显著地传递给泵壳体。由此保证螺杆相对彼此的位置精度，因为压力壳体的变形不对输送元件的容差、密封装置和轴承产生影响。这降低了磨损并且可实现很小缝隙尺寸的调节，这使得泵的效率提高。
本发明的一个进一步构型提出，泵壳体贯穿压力壳体，由此，泵壳体在压力壳体中具有两个接触部位或支承部位。在此提出，泵壳体仅在单侧固定、尤其是旋拧在压力壳体上，而泵壳体的不固定在压力壳体上的端部支承在压力壳体中的一个导向装置中。由此可使泵壳体在单侧固定地并且在另一侧可稍微运动地支承在压力壳体中，其中，压力壳体与泵壳体之间的小的间隙通过至少一个密封装置来密封，由此，没有输送介质可从压力室通过导向装置中的缝隙排出。压力壳体中的导向装置内部的小的间隙可实现：通过压力室中存在的压力在泵壳体内部不产生可使螺杆相互之间以及螺杆与泵壳体之间的间隙发生变化的变形，而是泵壳体总地在压力壳体内部稍微移位。
根据本发明的该构型的另一个优点是，由于对构件的位置精度提出的较低要求而较简单地制造压力壳体，由此，可成本低廉地制造压力壳体。此外，由于泵壳体连同螺杆和轴承单元可被完全取出而使维护得到显著简化。
为了尽管构造简单但仍获得尽可能稳定的结构，本发明提出，泵壳体通过一个承载板固定在压力壳体上。由此，在承载板上不仅固定压力壳体而且固定泵壳体并且必要时也固定轴承单元，螺杆与输送流分开地支承在该轴承单元中。螺杆支承在轴承单元中，该轴承单元又与泵壳体相连接，由此可使轴承单元整体地与泵壳体和螺杆从压力壳体取出。螺杆、泵壳体和螺杆的轴承单元因此可组合成一个输送模块，该输送模块可容易更换并且在制造完成之后可经受完全的功率测试，由此在该输送模块被新的或修正过的输送模块所更换时可预报：泵具有哪些功率参数。
为了在单井增压中使用时进行压缩，本发明提出，在压力室中设置有用于使所输送的多相混合物分开成气相和液相的分离装置，由此，或者分开的相可单独地导出或者分离的液体相的一部分可通过短接管路从压力室导回到抽吸室，以便在泵壳体内部提供最低量的液体，由此可冷却螺杆并且可密封螺杆之间以及螺杆与泵壳体之间的缝隙。因为泵壳体位于压力室内部，所以短接管路可构造在泵壳体内部，即建立泵室与抽吸室之间的直接连接。
通过短接管路使被计量地分离的液体相导回到抽吸室中，这虽然导致泵的效率方面的损失，但为此在使用螺杆泵来泵多相混合物时可实现显著延长的耐用度。
泵壳体可偏心地设置在压力壳体中，以便一方面使分离和被分离的液体相通过短接管路返回到螺杆的抽吸侧得到简化，另一方面使压力壳体的与压力相关的变形不影响或这样影响轴承单元或螺杆，使得所述变形产生轴承单元的相对于螺杆的与压力相关的挠曲相反的角度变化。
可补充地在压力壳体中设置一些用于使压力壳体相对于螺杆支承装置预压紧的拉紧锚杆，由此，作为泵壳体在压力壳体中适当定位以及壁厚选择和/或材料使用的替换方案或补充可调节轴承单元的与压力相关的角度变化。
为了在输送模块中进一步集成功能，本发明提出，抽吸室构造在泵壳体中，由此，该抽吸室在尺寸确定和流动技术上的构型方面可最佳地与输送螺杆相适配。
为了简化压力壳体的构型，本发明提出，泵壳体构成压力室的壁的一部分，由此，泵壳体的嵌入部分构成压力室的内壁的一部分。为此需要使泵壳体密封地固定在压力壳体上，其中，设置有用于所输送的介质的穿通管路或流动通道，所输送的介质通过所述穿通管路或流动通道被引导到压力室中。
在压力壳体上也构造有用于输入和导出的连接装置，由此，在维护泵时压力壳体不必从管路网除去，由此可避免显著的装配费用并且避免通过安装和从管路网拆卸整体的泵造成的密封问题。
下面借助于唯一的图对本发明的一个实施例进行描述，在该图中示出了一个螺杆泵的横剖面视图。
该图中示出了一个具有两个螺杆1、2的单流的螺杆泵，这些螺杆由彼此通过齿轮相耦合的轴10、20和通过螺钉固定在这些轴上的转子11、12组成。轴10、20支承在一个轴承壳体19中并且构成一个轴承单元9，该轴承单元相对于待输送的介质被密封。转子11、12支承在一个泵壳体3中，其中，泵壳体3的壳内面3a包围转子11、12，由此通过彼此相啮合的转子11、12与壳面3a相联合构成输送腔4，在这些输送腔中，待输送的介质从一个抽吸室5通过一些连接通道16被输送到一个压力室6中。不仅在转子11、12之间而且在转子11、12与壳面3a之间存在最小的间隙，以便保持该泵的泄漏率尽可能小。
在当前情况下构造成环形室的压力室6由一个压力壳体7形成，该压力壳体总是在端侧在外圆周上封闭压力室6。压力室6的内部封闭通过泵壳体3的外壁来实现，因为泵壳体3贯穿压力壳体7并且由此贯穿压力室6。泵壳体3通过销钉40固定在一个承载板8上，轴承单元9通过销钉41也固定在该承载板上。承载板8又通过拉紧锚杆42与压力壳体7相耦合，由此，泵壳体3通过销钉40、承载板8和拉紧锚杆42在单侧固定在泵壳体7上。泵壳体3在销钉40的区域中设置有一个环形法兰37，该环形法兰可插入到泵壳体7的对应构造的槽口27中。泵壳体3的背离承载板8的端部30支承在泵壳体7的一个槽口17中，但不是被旋拧在那里，而是仅通过密封装置27密封。在端侧，另一个密封部分通过一个端板15密封，该端板具有一个用于将输送介质引入到抽吸室5中的穿通孔25。在端板15中还设置有用于接收连接机构或输入管路的螺纹26。
泵壳体3在压力壳体7上的单侧支承具有优点：由泵壳体3、轴承单元9和设置在其中的输送杆1、2模块式地构造的组合与压力壳体7的压力变形脱开耦合。压力壳体7可设计到对应的系统设计压力上并且原则上可构造得任意大，其中，仅槽口17、27和连接装置必须这样来构造，使得可装配由泵壳体3和轴承单元9组成的相应的输送单元或输送模块。通过将输送单元插入到压力壳体7中就制造完成了该泵，其中，集成在输送单元中的泵壳体3同时构成抽吸室5并且负责使抽吸室5与压力室6分开。
另外，在压力壳体7上设置有用于导出的法兰14，这些法兰可保持固定安装。
在压力室6中可设置一些用于在输送多相混合物时使气相和液相分开的分离装置。这可以是用于产生接近零的流动速度的偏转板或缓冲区，其中，在这样的部位上优选设置一个短接管路13，该短接管路使抽吸室5与压力室6相连接。在所示实施形式中，短接管路13构造在泵壳体3中并且设置在下侧，由此，处于环状的压力室6的下部分中的、被填充直到泵壳体3的液体被抽吸到抽吸室5中并且在那里可运动经过转子11、12。由此引起转子11、12的热量传递、密封和润滑。所示实施形式尤其是适用于保证即使在井口压力大大不同的情况下泵也具有可靠功能，所述井口压力可从准大气压力上升直到超过100bar。
在进入孔25中或在该进入孔之前可集成或设置泵保护过滤器，以便拦截不期望的微粒并且避免转子11、12损坏。

Claims (16)

1.螺杆泵，该螺杆泵为单流双轴结构形式，该螺杆泵具有两个螺杆(1，2)的外部支承装置并且具有一个泵壳体(3)，该泵壳体在形成一些输送腔(4)的情况下包围这些螺杆(1，2)并且以其内部的壳面(3a)在外部限定这些输送腔(4)的边界，该螺杆泵具有一个用于待抽吸的介质的抽吸室(5)和一个压力室(6)，该压力室接收通过这些螺杆(1，2)输送的介质，其特征在于：该泵壳体(3)插入在一个压力壳体(7)中并且固定在该压力壳体(7)上，由此，该压力室(6)至少部分地环绕该泵壳体(3)。
2.根据权利要求1的螺杆泵，其特征在于：该泵壳体(3)贯穿该压力壳体(7)。
3.根据权利要求1或2的螺杆泵，其特征在于：该泵壳体(3)在单侧固定、尤其是旋拧在该压力壳体(7)上。
4.根据权利要求3的螺杆泵，其特征在于：该泵壳体(3)通过一个承载板(8)固定在该压力壳体(7)上。
5.根据权利要求3或4的螺杆泵，其特征在于：该泵壳体(3)的不固定在该压力壳体(7)上的端部(30)有间隙地支承在该压力壳体(7)中的一个导向装置(17)中并且该泵壳体(3)通过一个密封装置(27)相对于该压力壳体(7)密封。
6.根据上述权利要求中一项的螺杆泵，其特征在于：这些螺杆(1，2)支承在一个轴承单元(9)中，该轴承单元与该泵壳体(3)相连接。
7.根据权利要求6的螺杆泵，其特征在于：该轴承单元(9)固定、尤其是旋拧在一个承载板(8)上。
8.根据上述权利要求中一项的螺杆泵，其特征在于：这些螺杆(1，2)、该泵壳体(3)和这些螺杆(1，2)的一个轴承单元(9)组合成一个输送模块。
9.根据上述权利要求中一项的螺杆泵，其特征在于：在该压力室(6)中设置有用于使所输送的多相混合物分开成气相和液相的分离装置。
10.根据权利要求9的螺杆泵，其特征在于：设置有一个从该压力室(6)到该抽吸室(5)的短接管路(13)，通过该短接管路将分离的液体导回到该抽吸室(5)中。
11.根据权利要求10的螺杆泵，其特征在于：该短接管路(13)构造在该泵壳体(3)中。
12.根据上述权利要求中一项的螺杆泵，其特征在于：该泵壳体(3)偏心地设置在该压力壳体(7)中。
13.根据上述权利要求中一项的螺杆泵，其特征在于：在该压力壳体(7)中设置有一些用于使该压力壳体(7)相对于该螺杆支承装置(9)预压紧的拉紧锚杆(42)。
14.根据上述权利要求中一项的螺杆泵，其特征在于：该抽吸室(5)构造在该泵壳体(3)中。
15.根据上述权利要求中一项的螺杆泵，其特征在于：该泵壳体(3)构成该压力室(6)的壁的一部分。
16.根据上述权利要求中一项的螺杆泵，其特征在于：在该压力壳体(7)上构造有用于输入和导出的连接装置(14)。
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