CN101526088A

CN101526088A - 离心泵用的叶轮

Info

Publication number: CN101526088A
Application number: CN200810082102A
Authority: CN
Inventors: 马修·R·哈克沃斯; 大卫·密尔顿·伊斯林格; 诺伍德·R·哈热尔
Original assignee: Prad Research and Development Ltd
Current assignee: Prad Research and Development Ltd
Priority date: 2008-03-03
Filing date: 2008-03-03
Publication date: 2009-09-09

Abstract

一种离心泵包括：旋转轴；和附于旋转轴的至少一个叶轮，其中：至少一个叶轮包括：顶板和底板；和包围在顶板与底板之间的多个叶片，其中：多个叶片的至少一个具有尾端，包括：第一表面，大致在顶板的外部边缘处邻接顶板；和第二表面，大致与底板的轴向向外表面平齐。

Description

离心泵用的叶轮

技术领域

本发明通常涉及用于油田操作的潜水泵。特别地，实施例涉及用于使流体移动通过电潜水泵的一个或多个级的方法和装置。

背景技术

由电机驱动的泵系统用于抽取或移动流体和气体。在诸如矿井环境的地下操作中，典型地，电潜水泵(ESP)系统被用于生产烃基流体。不同于传统的地面操作的电机，潜水泵系统中使用的电机需要淹没在井产流体中。该潜水泵利用电机保护装置与周围井产流体密封。

图1中显示了一种现有技术潜水泵系统(美国专利申请发布第20050074331号)。该泵系统100位于包含诸如油的流体的地质地层104中的井筒12中。该井筒102由外壳106保护，外壳具有流体从地层104流入井筒102经过的孔108。该泵系统100包括：具有入口112的离心泵110；潜水式电机114；和电机保护器116。该系统100利用布置系统118悬挂在井筒102内。电缆120为潜水式电机122提供电力。当泵取时，井筒流体被引导入入口单元112，并且被传送入离心泵110上的入口，并且出来到油管柱，用于排放到地球表面。

在图1中，该泵部件100位于电机部件114上方。也存在其它配置的泵系统。例如，供给泵部件可采用串联泵结构连接到离心泵20前。ESP系统还能够具有位于电机部件下的泵部件。

除了使用泵将油泵到地面，离心泵还能够以颠倒的位置位于井筒中，以将流体泵到井底，例如在井筒清洁期间。

发明内容

在一个方面，这里公开的实施例涉及离心泵。根据本发明的一个实施例的离心泵包括：旋转轴；和附于旋转轴的至少一个叶轮，其中：至少一个叶轮包括：顶板和底板，和包围在顶板与底板之间的多个叶片，其中：多个叶片的至少一个具有尾端，包括：第一表面，大致在顶板的外部边缘处邻接顶板；和第二表面，大致与底板的轴向向外表面平齐。

在另一个方面，这里公开的实施例涉及离心泵用的叶轮。根据本发明的一个实施例的叶轮包括：顶板和底板；和包围在顶板与底板之间的多个叶片，其中：多个叶片的至少一个，具有：尾端，包括：第一表面，大致在顶板的外部边缘处邻接顶板；和第二表面，大致与底板的轴向向外表面平齐。

在另一个方面，这里公开的实施例涉及泵送流体的方法。根据本发明的一个实施例的方法包括：利用离心泵泵送流体，其中：离心泵，包括：旋转轴；和附于旋转轴的至少一个叶轮，其中：至少一个叶轮包括：顶板和底板；和包围在顶板与底板之间的多个叶片，其中：多个叶片的至少一个，具有：尾端，包括：第一表面，大致在顶板的外部边缘处邻接顶板；和第二表面，大致与底板的轴向向外表面平齐。

从下述描述和所附权利要求，本发明的其它方面和优点将变得明显。

附图说明

图1显示了现有技术的泵系统。

图2显示了离心泵的横截面视图。

图3A显示了现有技术半开叶轮的俯视图。

图3B显示了封闭的叶轮。

图4显示了现有技术叶轮的侧视图。

图5显示了具有延伸叶片结构的现有技术叶轮的部分的侧视图。

图6显示了根据本发明一个实施例的具有毂叶片结构的叶轮的部分的侧视图。

图7显示了说明传统叶片、延伸叶片和毂叶片之间差别的示意图。

应该理解：附图仅用于说明的目的，并且作为本发明的范围或边界的定义，其范围将仅由所附权利要求确定。

具体实施方式

在下述描述中，许多细节被列出以提供本发明的理解。然而，本领域的技术人员将理解到：本发明可以没有这些细节实践，并且从描述实施例的许多变化或修改是可能的。

在说明书和所附权利要求中：术语“连接到”、“连接”、“与....连接”和“连接的”被用于意味着“与...直接连接”或“通过其它元件与...连接”；并且术语“装置”被用于意味着“一个元件”或“一个以上元件”。如这里使用的，术语“上”和“下”、“上面的”和“下面的”、“向上”和“向下”、“上游”和“下游”、“上方”或“下面”和其它类似术语代表给定点或元件上或下的相对位置，在这种描述中用于更清晰地描述本发明的一些实施例。然而，当应用于用于偏离或水平的井中的设备和方法时，这种术语可指左到右、右到左或其它适合的关系。

本发明的实施例涉及离心泵的部件。该离心泵可适合定位在井筒中，或者在用于泵取流体到井上的正常位置中，或在泵取流体到井下的颠倒位置。该离心泵可以是电潜水泵(ESP)系统的一部分。该离心泵通常包括：泵外壳；位于泵外壳内的旋转轴；位于泵外壳内的至少一个泵级，每个泵级包括：连接到并相对于轴固定的叶轮；和固定扩散器；和上推轴承组件，其位于泵外壳内，并包括连接到轴的旋转止推盘(thrust plate)，所述旋转止推盘与支撑到泵外壳的固定止推盘配合。现在将参照附图描述本发明的具体实施例。为了保持一致，多个图中的类似元件将由类似标号指示。

参照图2，根据本发明的一个实施例，离心泵200具有泵机壳或外壳202。外壳202的第一端204具有凸缘206，适合连接到电机保护器(如图1中116所示)或电机(如图1中114所示)。该泵外壳202的第二端208包括诸如螺丝的互联设备210，用于连接到流体排放导管(未示出)。

旋转轴212优选地同轴地延伸经过泵外壳202。该旋转轴212在一端包括花键214，用于与电机保护器、电机和/或串联泵(未示出)的轴动力传输相互连接。利用设置在外壳202中与第一端204邻近的第一纵向轴承216以及设置在外壳202中邻近第二端208的第二纵向轴承218，该轴212定中心并轴颈支撑用于旋转运动。

至少一个泵级220被设置在第一端204与第二端208之间的外壳202内。该泵级220具有固定扩散器222和合作旋转叶轮224。使用配合入轴212的外部表面中的纵向狭槽228中的销或键226，该叶轮224被连接到轴212，从而它们随轴212旋转。使用销或键，该叶轮224也被固定到轴212，以便：叶轮224将通常保持在轴212上的相同纵向位置中。

图2中所示的泵配置被称作固定叶轮设计，其与浮动叶轮设计不同，其中：叶轮被允许相对于轴纵向移动。该叶轮224优选地利用套爪环230相对于轴212固定，所述套爪环230被刚性连接到轴212以邻接第一(最上部)叶轮224和下部压紧螺帽232。

虽然该泵200显示以沿由箭头指示的方向向井下泵送流体，本领域的技术人员将认识到：本发明的实施例还能够被用于向井上泵取流体。

图3A显示了现有技术叶轮300的俯视图。该叶轮300包括以出口角度304排放流体的多个叶片302。该叶轮300具有位于叶片302之间的平衡孔306，典型地位置比到每个叶片302的压力或凸起侧310更接近后或凹陷侧308。图3A中所示的叶轮300是半一打开叶轮，其具有附于底板309的叶片。图3B显示了封闭叶轮的可选结构，其中：叶片由顶板311和底板312包围。在第三配置(未显示)中，叶轮可不具有板，并且叶片被附于中央毂上。

该旋转叶片加速流体，并以高速排放流体，产生压差以使流体运动到泵的下游。根据相对于旋转轴的流动方向，离心泵可以被分成径向流泵、轴向流泵和混合流泵。

图4显示了通常用于井下离心泵中的传统叶轮400的侧视图。该叶轮400是封闭叶轮，具有顶板420和底板430。“顶部”和“底部”如它们出现在图中。多个叶片402被安装在毂上(未显示)。该毂被固定到旋转驱动轴(如图2中的212所示)。如所示，该顶板420具有内部边缘406和外部边缘408，并且底部板430具有内部边缘410。这里使用的“边缘”指两个平面相交的地方，并且“内部”指更接近叶片的侧。该叶片402具有尾端412。叶片的“尾端”指离开中央毂的端部，即轴向向外的端部。“轴向向外”意味着离开中央毂(或轴)。如图4所示，该尾端412可具有轴向面向外的表面。然而，如果叶片在该端渐缩，该尾端412将是无表面的边缘(其中两侧表面汇合)。该尾端412在内边缘406处邻接顶板420，并且在内边缘410处邻接底板430。

图5显示了具有“延伸”叶片502的改进叶轮500。该叶轮502尾端具有第一表面512和第二表面514。该两个表面在边缘530处邻接。图4中的叶轮400和图5中的叶轮500之间的一个差别在于：叶轮500中的附加表面514。该表面514与底板530的轴向向外表面531大致平齐。注意：与如这里使用的表面“平齐”指大致在相同平面上的两个表面。

图6显示了根据本发明的一个实施例的叶轮600。该叶轮600包括封闭在顶板620和底板630之间的多个叶片602。该顶板620具有内部边缘606和外部边缘608，并且底部板具有内部边缘610。该叶片602尾端具有第一表面612和第二表面614。在这个实施例中，第一表面612经过内部边缘606，并汇合顶板620的外部边缘608。更确切地说，第一表面612大致在外部边缘608处邻接顶板620。此外，第二表面614大致与底板630的轴向向外表面631平齐，即在相同的表面上。这种配置称作“毂叶片”配置。

根据本发明的一些其它实施例，如图6所示，第一表面612和第二表面614不形成边缘630。更确切地说，第一表面612和第二表面614平滑邻接，并且有效地变成一个弯曲表面。该单个“弯曲”表面可邻接顶板620的外部边缘608和轴向向外表面631或者底板630。

图7显示了说明对于图4-6中所示的三种不同配置，叶片表面区域变化的方式的示意图。该顶板720具有内部边缘706和外部边缘708，并且底部板730具有内部边缘710。在传统的叶片结构中，叶片702的尾表面701邻接顶板720的内边缘706以及底板730的内边缘710。

在延伸叶片结构中，该叶片702具有第一表面703和第二表面705。该第一表面703邻接顶板720的内边缘706。该第二表面705大致与底板730的轴向向外表面731平齐。

在毂叶片配置中，第一表面707经过内边缘706，并邻接顶板720的外边缘708；并且该第二表面705与底板730的轴向向外表面731平齐。注意：虽然这种所示实例具有第一表面707和第二表面705，如果叶片渐缩以在该端上变为薄板，这两个表面可变为两个“边缘”。在这种场合中，这里两个表面的描述期望包括两个边缘。

与传统叶片结构相比，这种延伸叶片结构具有增加的叶片(刃)区域709。该毂叶片配置具有进一步增加的叶片区域711。该增加的叶片(刃)区域将在运动流体中更有效。实际上，在实验研究中，与延伸叶片配置相比，具有毂叶片结构的叶轮在升力上具有演示的～6％的改进，没有牺牲泵效率。

上面描述的发明具有多个优点。例如，该毂叶片配置具有接近叶片的尾端的增加的叶片(刃)区域，其中叶轮在产生升力最有效。此外，本发明的实施例改进了制作叶轮中涉及机加工容易性和后续清洁操作。此外，与传统的结构相比，本发明的一些实施例可改进叶轮强度。

虽然本发明已关于有限数目的实施例进行了描述，通过这个公开，本领域的技术人员将认识到：可以想到不背离这里描述的范围的其它实施例。因此，本发明的范围将仅由所附权利要求书限制。

Claims

1.一种离心泵，包括：

旋转轴；和

附于旋转轴的至少一个叶轮，其中：所述至少一个叶轮包括：顶板和底板；和包围在所述顶板与所述底板之间的多个叶片，其中：多个叶片的至少一个具有尾端，所述尾端包括：第一表面，所述第一表面大致在顶板的外部边缘处邻接所述顶板；和第二表面，所述第二表面大致与所述底板的轴向向外表面平齐。

2.根据权利要求1所述的泵，其中：所述第一表面和所述第二表面在所述尾端处汇合以形成边缘。

3.根据权利要求2所述的泵，其中：所述第一表面和所述第二表面在所述尾端处汇合以形成弯曲表面。

4.根据权利要求1所述的泵，其中：所述叶轮的顶板或底板包括多个平衡孔。

5.根据权利要求1所述的泵，其中：所述泵是电潜水泵的部分。

6.一种离心泵用的叶轮，包括：

顶板和底板，和包围在所述顶板与所述底板之间的多个叶片，

其中：所述多个叶片的至少一个具有尾端，包括：第一表面，所述第一表面大致在顶板的外部边缘处邻接所述顶板；和第二表面，所述第二表面大致与所述底板的轴向向外表面平齐。

7.根据权利要求6所述的叶轮，其中：所述第一表面和所述第二表面在所述尾端处汇合以形成边缘。

8.根据权利要求6所述的叶轮，其中：所述第一表面和所述第二表面在所述尾端处汇合以形成弯曲表面。

9.根据权利要求6所述的叶轮，其中：所述顶板或所述底板包括多个平衡孔。

10.一种泵送流体的方法，包括以下步骤：

利用离心泵泵送流体，其中：离心泵包括：

旋转轴；和

附于旋转轴的至少一个叶轮，其中：所述至少一个叶轮包括：顶板和底板；和包围在所述顶板与所述底板之间的多个叶片，其中：所述多个叶片的至少一个具有尾端，包括：第一表面，所述第一表面大致在顶板的外部边缘处邻接所述顶板；和第二表面，所述第二表面大致与所述底板的轴向向外表面平齐。

11.根据权利要求10所述的方法，其中泵送流体的步骤在穿透地下地层的井中执行。

12.根据权利要求11所述的方法，其中所述离心泵是设置在井中的电潜水泵的部分。