CN103069162A - 液压致动的往复泵 - Google Patents

Abstract

一种液压驱动的往复泵。在一些实施例中，该泵包括：壳体，该壳体包括液压室；缸，该缸联接到壳体；活塞组件，该活塞组件适合于在壳体和缸内往复运动，活塞组件将液压室分离成三个子室；以及液压系统，该液压系统流体地联接到子室中的每个子室。液压系统能够致动成向子室中的第一子室传送液压流体，从而活塞组件冲回并且工作流体被吸入到缸中，能够致动成向子室中的第二子室传送液压流体，从而活塞组件冲出并且工作流体从缸排出，以及能够致动成调节在子室中的第三子室内的液压流体的体积，从而活塞组件平移以便使缸中的工作流体的压力进入预先选定的范围内。

Description

液压致动的往复泵

相关申请的交叉引用

本申请要求于2010年5月26日提交的、题目为“液压致动往复泵”的美国非临时申请号12/787,476的优先权。

技术领域

本公开总体上涉及一种往复泵。更具体地说，本公开涉及一种液压致动的往复泵，该往复泵具有被驱动成通过流体压力在缸内作往复运动的活塞。本公开还涉及用于减小通过活塞在缸内的往复运动而在泵内产生的压力脉动的系统和方法。

背景技术

为了形成油井或气井，包括钻头的底部钻具组合（BHA）被联接到一定长度的钻杆，以形成钻柱。钻柱然后插入进行钻探的井下。在钻探期间，流体或“钻探泥浆”通过钻柱向下循环来润滑和冷却钻头，对钻孔加压，并提供用于从钻孔除去钻屑的车辆。在退出钻头后，钻探流体通过形成在钻柱和周围的钻孔壁之间的环形带返回到表面。用于获取各种井下测量结果的仪器和通信设备通常安装在钻柱内。通过发送和接收穿过保持在钻孔中的钻探流体的环形柱的压力脉冲来操作许多这样的仪器和通信设备。

泥浆泵经常用来在钻探操作期间将钻探流体传送至钻柱。许多常规泥浆泵是往复泵，具有至少一个由曲轴驱动的活塞-缸组件并且液压地联接在吸入歧管和排出歧管之间。在泥浆泵的操作期间，活塞被机械地驱动以在缸内往复运动。当活塞移动以使缸内的容积扩张时，钻探流体被从吸入歧管吸入缸中。在活塞反转方向后，缸内的容积减小，而包含在缸内的钻探流体的压力增加。当活塞到达其冲程末尾时，加压的钻探流体被从缸排出到排出歧管。虽然泥浆泵是可操作的，但是该循环通常以高循环速率重复，并且加压的钻探流体被以基本上恒定的速率连续地供给到钻柱。

由于所述活塞直接接触在缸内的钻探流体，所以负荷被从活塞传递到钻探流体。由于在活塞内的往复运动，所以所传递的负荷是周期性的，从而导致在钻探流体中产生压力脉动。压力脉动可能通过降低由仪器进行的测量的精度以及阻碍在井下设备和在表面处的控制系统之间的通信来干扰井下通信设备和仪器。随着时间的推移，压力脉动也可能会导致钻柱管和其它井下部件的疲劳损伤。

因此，存在对减小由于泵的活塞和流体之间的接触而在由往复泵加压的流体内产生的压力脉动的设备或系统和相关的方法的需求。

发明内容

公开了一种液压驱动的泵。在一些实施例中，该泵包括：壳体，该壳体具有液压室；活塞组件，该活塞组件将液压室分离成至少第一子室和第二子室，并设置成用于在壳体内往复运动；以及液压系统，该液压系统与第一子室和第二子室流体地联接。液压系统能够致动成向第一子室传送液压流体，从而第一子室被加压并且活塞组件沿第一方向从冲回位置朝着冲出位置平移，并向第二子室传送液压流体，由此第二子室被加压并且活塞沿与第一方向相反的第二方向从冲出位置朝着冲回位置平移。

在一些实施例中，所述泵包括：壳体，该壳体包括液压室；缸，该缸联接到壳体；活塞组件，该活塞组件适合于在壳体和缸内往复运动，活塞组件将液压室分离成三个子室；以及液压系统，该液压系统流体地联接到子室中的每个子室。液压系统能够致动成向子室中的第一子室传送液压流体，从而活塞组件冲回并且工作流体被吸入到缸中，向子室中的第二子室传送液压流体，从而活塞组件冲出并且工作流体从缸排出，以及调节在子室中的第三子室内的液压流体的体积，从而活塞组件平移以便使缸中的工作流体的压力进入预先选定的范围内。

在一些实施例中，该泵包括壳体和设置在壳体内的活塞组件。活塞组件具有：活塞本体，该活塞本体能够相对于壳体平移；和囊，该囊联接在活塞本体与壳体之间。囊分离出第一液压室和第二液压室。该泵还包括流体地联接到第一液压室和第二液压室的液压系统。液压系统能够致动成向第一液压室传送液压流体，从而囊挠曲且活塞本体沿第一方向平移，以及向第二液压室传送液压流体，从而囊挠曲且活塞本体在与第一方向相反的第二方向上平移。

因此，这里所描述的实施例包括旨在解决与传统的机械驱动的往复泵的各种缺点的特征和特性的组合。通过阅读下面的详细描述的优选实施例并通过参考附图，上述的各种特性以及其它特征对于本领域技术人员将是显而易见的。

附图说明

为了对所公开的实施例进行详细描述，现在将参考附图，其中：

图1是根据本文所公开的原理的液压驱动的往复泵的透视图；

图2是与液压系统流体联接且与控制系统电联接的图1的一个活塞-缸组件的横截面视图，液压系统和控制系统两者均被示意性地表示；

图3是图2的活塞-缸组件的横截面纵长视图；

图4是图3的活塞组件的本体的透视图；

图5A和5B是图3的阶梯形活塞的相反的透视端视图；

图6是图3的活塞-缸组件的放大的横截面视图，更好地示出阶梯形活塞、活塞盖和线性位移变换器；

图7是图3的活塞-缸组件的相对端的放大的横截面视图，更好地示出活塞密封件和备用密封件（backup seal）；

图8是图3的活塞-缸组件的放大的横截面视图，示出了可选的密封润滑系统；

图9是图3的活塞-缸组件的复合壳体的透视图；

图10是完全冲回的图3的活塞-缸组件的横截面视图；

图11是完全冲出的图3的活塞-缸组件的横截面视图；

图12是根据本文所公开的原理的另一液压驱动的往复泵的透视图；

图13是与液压系统流体联接且与控制系统电联接的图12的一个活塞-缸组件的横截面纵长视图，液压系统和控制系统两者均被示意性地表示；

图14是图13的活塞-缸组件的横截面纵长视图；

图15是一个囊式活塞联接至图14的复合壳体的示意性横截面表示；

图16A是图14的一个囊式活塞的横截面视图；

图16B是形成图16A的囊式活塞的各个层的示意性表示；

图17是完全冲回的图14的活塞-缸组件的横截面视图；并且

图18是完全冲出的图14的活塞-缸组件的横截面视图。

具体实施方式

以下的描述涉及液压驱动的往复泵系统的示例性实施例。公开的实施例不应该被解释为，或以其它方式使用为限制包括权利要求的本公开的范围。本领域技术人员将会理解，下面的描述具有广泛的应用，并且论述意味着仅是所描述的实施例的示例，而不是旨在表明包括权利要求书的本公开的范围仅限于论述的那些实施例。例如，本文所述的泵可以被采用在希望减少包含在系统内的或移动通过系统的流体的湍流的任何流体输送系统中。

在整个下面的描述和权利要求书中使用某些术语来指特定的特征或部件。如本领域的技术人员将理解的，不同的人可能用不同的名称来表示的相同的特征或部件。本文件并不打算来区分名称不同而不是功能不同的部件或特征。此外，附图未必按比例绘制。本文描述的某些特征和部件可以以夸大的比例或以稍微示意性的形式示出，并为了清楚和简洁起见，可能不示出常规元件的一些细节。

在下面的论述中和在权利要求中，术语“包括”和“包含”以开放结尾的方式使用，并因此应被解释为意味着“包括，但不限于....”。此外，术语“联接”或“联结”是指间接或直接连接。因此，如果第一装置联接到第二装置，则所述第一装置和第二装置之间的连接可以是通过直接连接，或通过经由其他中间装置和连接件的间接连接。此外，术语“轴向的”和“轴向地”通常是指沿着或平行于中央轴线或纵向轴线。术语“径向的”和“径向地”通常是指与中央轴线或纵向轴线垂直，而术语“周向的”和“周向地”通常是指围绕圆周设置，并因此，均与中央轴线或纵向轴线以及与中心纵向轴线垂直的径向轴线垂直。如这里所使用的，这些术语是与他们的关于圆柱坐标系的一般理解的含义一致。

现在参考图1，其中示出用于对工作流体进行加压的液压驱动的往复泵100，所述工作流体例如但并不限于钻探泥浆。往复泵100包括三个基本相同的活塞-缸组件105。每个活塞-缸组件105包括活塞组件（在图1中不可见，但在图2中由附图标记145标示），该活塞组件可平移地设置在缸110内，这意味着活塞组件能够在缸110内且相对于缸110平移。彼此不同相地驱动活塞组件，这意味着每个活塞组件相对于其相关的缸110的位置在任何给定的瞬间不同于其他的活塞组件相对于其相关的缸110的位置。在某些实施例中，活塞-缸组件105操作成彼此呈120度的相位差。即便如此，也可以采用其他的相位关系。如将要描述的，活塞组件由液压系统115驱动，液压系统115继而由控制系统进行管理。为简单起见，液压系统115仅部分地示于图1中，而控制系统根本未示出。然而，这些系统被示出在本公开的其他附图中并在下面进行描述。

每个活塞-缸组件105联接在吸入歧管120和排出歧管125之间。参考图2，其中，为简单起见，仅示出了一个活塞-缸组件105，钻探泥浆经由被马达140驱动的泵135从源130通过吸入歧管120传送至缸110。当活塞组件145在缸110内被冲回时，这意味着在缸110内平移到如在图2中观察到的右侧，钻探泥浆被通过吸入阀150吸入到缸110内的压缩室160中。在活塞组件145反转方向并开始在缸110内平移至如在图2中观察到的左侧或者冲出之后，包含在压缩室160内的钻探泥浆被活塞组件145加压。当活塞组件145接近其冲程的末尾时，加压的钻探泥浆从缸110通过排出阀155排出到排出歧管125中。因此，当活塞组件145在缸110内往复运动时，活塞-缸105重复地从吸入歧管120接收钻探泥浆、加压接收的钻探泥浆、并将加压的钻探泥浆传送至排出歧管125。

活塞-缸组件105还包括两个法兰165、170，设置在它们之间的复合壳体175，以及圆板180。利用板180将缸110联接到法兰170，所述板180设置在缸110和法兰170之间。圆板180是用于密封沿法兰170的孔设置的元件的盖板，如在图2中所示并在下面进一步论述的。法兰165、170和复合壳体175形成液压室200。此外，法兰165、复合壳体175和法兰170中的每一个均具有分别与液压室200流体地联接、意味着与液压室200流体连通的液压流体端口185、190、195。

活塞组件145被设置在液压室200和缸110的压缩室160内，并且在室160、200内往复运动以将钻探流体吸入压缩室160，加压钻探流体，并从压缩室160排出加压后的钻探流体，如先前所述。活塞-缸组件105进一步包括设置在液压室200内在活塞组件145和法兰165之间的阶梯形活塞365和活塞盖370。阶梯形活塞365和活塞盖370被刚性地联接，使得两者之间没有相对运动。另外，阶梯形活塞365和与之连接的活塞盖370能够相对于活塞组件145在复合壳体175内轴向地平移。

活塞组件145和阶梯形活塞365中的每一个密封地接合复合壳体175的内表面205。因此，液压室200被活塞组件145和阶梯形活塞365分为三个子室210、215、220。子室210设置在阶梯形活塞365和法兰165之间。子室220设置成邻近法兰170，而子室215设置在子室210、220之间。液压流体端口185、190、195分别与子室210、215、220流体地联接。

液压系统115驱动活塞组件145，这意味着液压系统115使活塞组件145往复运动。液压系统115包括三个阀225、230、235，三个压力传感器240、245、250，液压流体供给单元255，液压流体供给管道网络260，液压流体返回管道网络265，和三个出油管（flowline）或跨接管（jumper）270、275、280。阀225、230、235分别经由出油管270、275、280流体地联接到端口185、190、195。阀225、230、235也经由供给管道网络260和返回管道网络265流体地联接到液压流体供给单元255。在图2的所示实施例中，阀225、230、235是电比例减少/减轻压力控制阀，如具有型号EHPR98-T38且由总部设在伊利诺伊州、林肯郡、巴克莱大道500号，60069（500 Barclay Blvd.,Lincolnshire,Illinois 60069）的海德福斯公司（HydraForce,Inc.）制造的压力控制阀。此外，传感器240、245、250是高压传感器，如具有型号P5000-500-1G3S且由总部设在加利福尼亚、穆尔帕克、普林斯顿大道14501号，93021（14501 Princeton Avenue,Moorpark,California 93021）的Kavlico公司制造的传感器。

液压流体供给单元255包括液压流体源285、由马达295驱动的泵290、安全阀300和计量器305、以及累加器310，所有这些部件都流体地联接。当马达295运行时，源泵290从源285通过出油管315将液压流体传送至供给管道网络260。供给管道网络260又将液压流体输送至阀225、230、235，如将要描述的，所述阀225、230、235可操作成允许液压流体通过出油管270、275、280和端口185、195、190而分别到达活塞-缸组件105的子室210、215、220。阀225、230、235也可操作成分别从子室210、220、215释放液压流体。从子室210、215、220释放的液压流体通过返回管道网络265返回液压流体源285。

计量器305可操作成感测由源285提供至出油管315的液压流体的压力。然后感测到的压力通过电导体320连通到安全阀300。为了清楚起见，图中所示的所有的电导体，包括线路320，均由虚线表示，而所有的出油管、管道网络，或液压流体和钻探泥浆流过的歧管由实线表示。仍参考图2，如果由计量器305感测到的压力超过预先选定的压力设定值，则安全阀300被致动成将液压流体从出油管315转移到旁路出油管325中。然后转移的液压流体被返回到液压流体源285。以该方式将液压流体从出油管315转移至旁路出油管325防止了供给管道网络260和液压系统115的在网络260下游的其他部件的压力超过预先选定的压力设定值。

压力传感器245被设置在出油管275上、在端口190附近。传感器245可操作成感测在出油管275中的液压流体的压力，从而感测子室215中的液压流体的压力。类似地，压力传感器250被设置在出油管280上、在端口195附近。传感器250可操作成感测在出油管280的液压流体的压力，从而感测子室220中的液压流体的压力。压力传感器240被设置在活塞-缸组件105的排出阀155的下游。传感器240可操作成感测从活塞-缸组件105排出的钻探泥浆的压力。

泵100还包括控制系统345。控制系统345分别经由电导体347、350、355电联接到PPC阀225、230、235，并分别经由电导体330、335、340电联接到压力传感器240、245、250。如将要描述的，控制系统345根据由传感器240、245、250感测到的压力来管理阀230、235的打开和关闭，以便以交替的方式，在从子室220释放液压流体的同时向子室215供应液压流体，而在从子室215释放液压流体的同时向子室220供应液压流体。当子室215被供给有液压流体时，或被加压时，子室220释放液压流体，或被减压，反之亦然。循环的子室215、220的加压和室220、215的基本上同时的减压使活塞组件145被流体压力驱动。当子室215被加压时，活塞组件145冲出，如在图2中观察的从右到左移动，并且推动液压流体从子室220通过端口195。当子室220随后被加压时，活塞组件145冲回，如在图2中观察的从左至右移动，并且推动液压流体从子室215通过端口190。同时，控制系统345管理阀225的打开和关闭以调节子室210中的液压流体的体积，以维持基本恒定的、或在一定范围内的泵100的排出压力。

转到图3，活塞组件145包括沿轴向延伸的本体360。本体360是具有两个相反的端部375、380的大致圆柱形构件。本体360的端部375、380已减小了直径，这意味着每个端部具有的直径小于本体360的在其间延伸的其余部分的直径。如将在下面进一步描述的，本体360接收围绕直径减小的端部380设置的联接件385。现在参考图4，本体360还包括在端部375围绕本体360沿周向延伸的凹槽390。环状盘或环395（在图4中未示出，但在图3和图6中示出）被安置在凹槽390中。盘395防止本体360当本体360在泵100的操作期间冲出时脱离阶梯形活塞365，如由图6所示。

本体360还包括径向延伸的活塞400和径向延伸的凸缘405。活塞400具有由基本上恒定的或均一的直径限定的沿轴向延伸的外表面410。均一的活塞400包括在表面410中形成的多个沿周向延伸的凹槽415。密封元件420被设置在每个凹槽415内。在一些实施例中，密封元件420是O型环。元件420能够使得均一的活塞400和复合壳体175的内表面205之间密封接合，如由图3所示的，从而限制或防止液压流体在子室215、220之间转移。

参考图3和图4，凸缘405具有径向延伸的环形表面425和从其延伸的成角度的或截头圆锥形的外表面430。表面430由沿远离表面425移动的轴向方向增加的直径限定。表面430的成角度的特性实现了在本体360冲回时凸缘405和在子室215（图3）中的液压流体之间的逐渐的或增加的接合，以及在本体360的端部375被容纳在活塞盖370和阶梯形活塞365的孔中时液压流体从活塞盖370和阶梯形活塞365的孔的移位，这将在下面进一步描述。这最小化，甚至消除，由于表面430不是截头圆锥形时与可能另外出现的液压流体的接合所引起的向本体360施加钝负载（blunt load）。液压流体和本体360之间的这种钝的相互作用可能产生缸110内的钻探泥浆的不期望的压力波动和/或可能损坏液压系统115的部件的液压流体中的压力波动。

现在参考图5A和图5B，阶梯形活塞365是具有两个相反的端部435、440和延伸穿过该两个端部的孔445的环状构件。在图5A中最佳观察的端部435处，阶梯形活塞365具有径向延伸的表面450，其具有形成于其中的两个沿周向延伸的凹槽455和沿轴向延伸的孔460（还参见图3）。密封元件465（在图5A中未示出，但在图3和图6中可见）被设置在每个凹槽455内。在一些实施例中，密封元件465是O型环。元件465实现了阶梯形活塞365和活塞盖370之间的密封接合，从而限制或防止液压流体在子室210、215之间转移。

在图5B中最佳观察的端部440处，阶梯形活塞365具有径向延伸的表面470和形成在其中的凹部475。凹部475在其基部由径向延伸的表面480界定，并且沿其侧部由基本上沿轴向延伸的表面485界定。凹部475被构造成在其中接收凸缘405（图3），使得凸缘405的表面425抵接表面480。阶梯形活塞365还包括从表面480延伸并且界定孔445的基本上沿轴向延伸的表面490。多个周向地间隔开的凹槽495、500分别形成在表面485、490中。

参考图6，阶梯形活塞365具有在端部440附近的沿径向面对的周向外表面505。表面505由基本上恒定的直径限定。阶梯形活塞365包括形成在表面505中的多个沿周向延伸的凹槽510。密封元件515被设置在每个凹槽510中。在一些实施例中，密封元件515是O型环。元件515实现了阶梯形活塞365和复合壳体175的内表面205之间的密封接合，从而限制或防止液压流体在子室210、215之间转移。

阶梯形活塞365还具有成角度的或截头圆锥形的外表面520。表面520由沿远离阶梯形活塞365的端部435移动的轴向方向增加的直径限定。表面520的成角度的特性实现了当阶梯形活塞365冲回时在阶梯形活塞365和子室210中的液压流体之间的逐渐的或增加的接合。这最小化由于表面520不是截头圆锥形时与可能另外出现的液压流体的接合所引起的向阶梯形活塞365施加钝负载。

阶梯形活塞365的界定孔445具有从表面490延伸的径向延伸的表面525和从表面525延伸的沿轴向延伸的表面530。表面530由超过该限定表面490的直径限定。因此，挡块或肩部535形成在阶梯形活塞365内、在表面525、530的交叉处。肩部535限制了本体360相对于阶梯形活塞365的轴向平移。当本体360相对于阶梯形活塞365冲出时，安置在本体360的凹槽390中的盘395和阶梯形活塞365的肩部535之间的接合防止本体360脱离阶梯形活塞365。

仍参考图6，活塞盖370是环形构件，其具有两个相反的端部540、545和孔550。在端部540处，活塞盖370具有径向延伸的凸缘555。凸缘555使活塞盖370能够联接到阶梯形活塞365的端部435。如前所述，元件465使活塞盖370和阶梯形活塞365之间能够密封接合，从而限制或防止液压流体在子室210、215之间互换。孔550从活塞盖370的端部540延伸，并且基本上与阶梯形活塞365的孔445对准。孔445、550的对准使得本体360的端部375穿过阶梯形活塞365的孔445而被插入活塞盖370的孔550。活塞盖370的端部545被封闭。由于阶梯形活塞365与复合壳体175的内表面205的密封接合、阶梯形活塞365和活塞盖370之间的密封接合以及活塞盖370的封闭端545，阶梯形活塞365和活塞盖370一起形成将子室210与子室215流体地隔离的屏障，反之亦然。

活塞盖370还包括沿轴向延伸的孔560和形成在活塞盖370的端部545处的凹部570。孔560延伸穿过凸缘555并与阶梯形活塞365的孔460对准。支撑环565被安置在形成在活塞盖370的端部545处的凹部570中并与该凹部联接。活塞-缸组件105还包括线性位移变换器575和磁性标记565。线性位移变换器575联接到法兰165，并延伸穿过子室210和磁性标记565而进入对准的孔460、560。线性位移变换器575经由电导体580（图2）与控制系统345（图2）电联接。磁性标记565产生围绕磁性标记565的磁场，线性位移变换器575产生围绕线性位移变换器575的磁场。两个磁场之间的相互作用使线性位移变换器575变形。由线性位移变换器575响应于它的变形而产生的并从线性位移变换器575传送到控制系统345的电子信号使控制系统345能够确定标记565相对于法兰165的轴向位置，从而确定阶梯形活塞365相对于法兰165的轴向位置，并且继而确定在泵100的操作期间子室210的体积。在图示的实施例中，变换器575可以是由总部设在马萨诸塞州、绍斯伯勒、诺斯伯勒路155号，01772（155 Northboro Road,Southborough,Massachusetts 01772）的Novotechnik美国公司制造的变换器中的一种，例如具有型号TIM 0200 302 821 201的变换器。替代地，变换器575可以由总部设在14000 Technology Drive,Eden Prairie,Minnesota 55344的MTS系统公司制造，且具有型号GT2S，200M D601A0。

再次参考图3，活塞组件145是可相对于阶梯形活塞365和联接到阶梯形活塞365上的活塞盖370轴向平移的，如前面所述。当活塞组件145冲回时，本体360的端部375插入穿过阶梯形活塞365的孔445并接收在活塞盖370的孔550中，如图所示。包含在阶梯形活塞365的孔445和活塞盖370的孔550内的液压流体从该两个孔移位穿过凹槽495、500（图5B）而进入子室215。因此，孔445、550内的液压流体没有保持成被困于本体360的凸缘405、阶梯形活塞365和活塞盖370之间，从而施加抵抗活塞组件145的平移的力。

活塞-缸组件105还包括活塞密封件585以及备用密封件590，它们围绕可平移地接收在缸110内的活塞组件145的凹陷端380设置并且通过联接件385固定至凹陷端380。密封件585密封接合缸110的内表面595，以防止加压的钻探泥浆沿着这些界面从压缩室160流失。备用密封件590刚性地支撑活塞密封件585。如在图7中最佳观察的，备用密封件590是环形的或环状的，类似于垫圈。活塞密封件585也是环形的，并且具有两个相反的端部600、605。端部600具有接合备用密封件590的平面的、沿径向延伸的表面610。端部605具有面向压缩室160的大致凹形的表面615。表面615的凹形形状实现了活塞密封件585和缸110之间的密封接合。缸110内的钻探泥浆的压力对表面615起作用，从而迫使活塞密封件585的外表面617与缸110的内表面112接合。

再次参考图3，活塞组件145分别延伸通过位于缸110的压缩室160和复合壳体175内的液压室200之间的法兰170和圆板180中的对准的孔620、625。沿着界定孔620的法兰170的内表面635形成一个或更多个凹槽630。密封元件640被设置在每个凹槽630内。在一些实施例中，密封元件640是O型环。元件640实现了法兰170和活塞组件145之间的密封接合，从而限制或防止液压流体在此界面处从子室220流失。

为了增加密封元件640的寿命，泵100可以可选地包括图8中所示的密封润滑系统900。如图所示，润滑系统900包括润滑流体入口端口905和润滑流体出口端口910。入口端口905在法兰170的外表面和法兰170的在密封元件640附近的内表面635之间径向延伸。出口端口910在圆板180的外表面和板180的孔625之间径向延伸。在泵100的运行期间，润滑流体或润滑剂可以注入端口905以便润滑密封元件640。所注入的润滑剂从泵100流动通过出口端口910。利用润滑剂以这种方式冲刷密封件减少了由于摩擦造成的对密封元件640的磨损，并且除去了灰尘和在活塞组件145往复运动时可能另外引起对密封元件640的磨损和腐蚀的其他微粒。

参考图9，复合壳体175是由两个同心层650、655形成的大致管状的构件645，其中电阻线圈660嵌入两个同心层650、655之间。管状构件645由总部设在103 Industrial Park Drive,Walkerton,Indiana46574的Polygon Company生产，并且被称为POLYSLIDE IST SmartCylinder。管状构件645具有两个相反的端部665、670，在端部665附近的从嵌入的线圈660径向延伸的电线675，以及穿过管状构件645延伸的孔680。在一些实施例中，外层655包括钢，并且内层650是复合衬垫。在其它实施例中，线圈可能被直接嵌入到内层，而不是所示的作为设置在同心层之间的单独组件存在。孔680使液压流体的端口190（图2）和子室215（图2）之间能够流体连通，如前面所述。

电线675经由在电阻线圈660和控制系统345（图2）之间延伸的电导体685而电联接在二者之间。当活塞组件145在活塞-缸组件105内平移时，如由图2所示的，活塞组件145的均一的活塞400接合复合壳体175的内表面205，从而引起线圈660上的局部压力负荷以及在压缩区域中的线圈660的电阻的变化。控制系统345可操作成，利用从线圈660经由电线675和电导体685传送到控制系统345的指示线圈660的电阻的局部变化的信号，来确定均一的活塞400在复合壳体175内相对于阶梯形活塞365和相对于缸110的轴向位置。利用均一的活塞400的轴向位置和阶梯形活塞365的轴向位置，如前所述确定的那样，控制系统345也可操作成确定子室215、220的容积。

作为对电阻线圈660的替代，活塞-缸组件105可包括联接到均一的活塞400的线性位移变换器和磁性标记，类似于联接到活塞盖370的变换器575和标记565。在这样的实施例中，线性位移变换器可操作成向控制系统345传送电信号。利用来自线性位移变换器的信号，控制系统345确定均一的活塞400的轴向位置和子室215、220的容积。

返回到图3，复合壳体175还包括设置在外层655和内层650之间的在端部665、670附近并且围绕孔680的多个密封元件690。元件690防止液压流体在同心层650、655之间的渗漏，该渗漏可能往往另外导致层650、655的分离，损坏线圈660（图9），和/或使线圈的性能退化。

在泵100的运行期间，活塞组件145在由图10所示的完全冲回位置和由图11所示的完全冲出位置之间往复运动。首先参考图10，活塞组件145被完全冲回。基于均一的活塞400相对于阶梯形活塞365的轴向位置、均一的活塞400相对于缸110的轴向位置以及由传感器240、245、250感测到的流体压力，控制系统345（图2）确定活塞组件145被完全冲回。均一的活塞400相对于阶梯形活塞365的轴向位置以及均一的活塞400相对于缸110的轴向位置由控制系统345利用从线性位移传感器575和复合壳体175的线圈660（图9）发送的信号确定。当活塞组件145完全冲回时，在压缩室160内的钻探泥浆的并且由传感器240感测到的压力大约等于在钻探泥浆源130处的钻探泥浆的压力。在子室220内的液压流体的并且由传感器250感测到的压力大约等于供给网络260中的液压流体的压力。子室215内的液压流体的并且由传感器245感测到的压力大约等于返回网络265中的液压流体的压力。

已经确定活塞组件145完全冲回时，控制系统345然后致动阀230（图2）以允许液压流体从供给管道网络260通过阀230和端口190进入子室215，致动阀235以允许液压流体从子室220通过端口195和阀235（图2）释放而进入返回管道网络265，并且致动阀225使得没有液压流体被允许进入或离开子室210。随着在子室215中的液压流体的体积增加，在子室215中的液压流体的压力对活塞组件145起作用，从而使活塞组件145冲出。随着活塞组件145冲出，液压流体被迫从子室220通过阀235而进入返回管道网络265。另外，压缩室160内的钻探泥浆被加压并且被迫从压缩室160通过排出阀155而进入排出歧管125。

当活塞组件145完全冲出时，如由图11所示，基于均一的活塞400相对于阶梯形活塞365的轴向位置、均一的活塞400相对于缸110的轴向位置以及由传感器240、245、250感测到的流体压力，控制系统345确定是这种情况。利用从线性位移变换器575和线圈660发送的信号，均一的活塞400相对于阶梯形活塞365的轴向位置以及均一的活塞400相对于缸110的轴向位置再次由控制系统345确定。当活塞组件145完全冲出时，在压缩室160内的钻探泥浆的并且由传感器240感测到的压力等于泵100的排出压力。在子室220内的液压流体的并且由传感器250感测到的压力大约等于返回网络260中的液压流体的压力。在子室215内的液压流体的并且由传感器245感测到的压力大约等于供给网络265中的液压流体的压力。

已经确定活塞组件145完全冲出时，控制系统345然后致动阀235以允许液压流体从供给管道网络260通过端口195和阀235进入子室220，致动阀230以允许液压流体从子室215通过端口190和阀230释放而进入返回管道网络265，并且致动阀225使得没有液压流体被允许进入或离开子室210。随着在子室220中的液压流体的体积增加，在子室220中的液压流体的压力对活塞组件145起作用，从而使活塞组件145冲回。随着活塞组件145冲回，液压流体被迫从子室215通过阀230而进入返回管道网络265。另外，钻探泥浆被从吸入歧管120通过吸入阀150吸入到压缩室160中。

一旦活塞组件145返回其完全冲回位置，由图10所示，重复进行上述的过程。因此，活塞组件145被驱动成在活塞-缸组件105内在由液压系统115提供的流体压力下以由控制系统345管理的方式往复运动。

在活塞组件145往复运动时，控制系统345致动阀225（图2），以便实现在子室210内的液压流体的体积的调节，从而维持从活塞-缸组件105排出的钻探泥浆的排出压力基本上处于预先选定的压力设定值，或在预先选定的压力范围内。如果由传感器240（图2）感测到的并且传送给控制系统345的压力低于预先选定的压力或压力范围，则控制系统345致动阀225，以使得从供给网络260向子室210添加另外的液压流体。这导致活塞盖370/阶梯形活塞365冲出并且继而使活塞组件145冲出，从而增加了在压缩室160内的钻探泥浆的压力，并因此增加了从压缩室160排出的钻探泥浆的排出压力。另一方面，如果由传感器240感测到的压力高于预先选定的压力或压力范围，则控制系统致动阀225，以使得液压流体从子室210释放到返回网络265中。这使得活塞盖370/阶梯形活塞365冲回并且继而使得活塞组件145冲回，从而减小在压缩室160中的钻探泥浆的压力和从压缩室160排出的钻探泥浆的排出压力。

子室210内的液压流体的体积的调节实现了对在压缩室160中的压力波动的缓冲，包括由活塞组件145和设置在其周围的活塞密封件585与钻探泥浆之间的接触、吸入阀150的泄漏并/或排出阀155的泄漏引起的压力波动。如前面所解释的，压力波动是不希望的，因为它们可能会干扰，甚至损坏泵100的下游的仪器。因此，液压驱动的泵100缓冲了以其他方式出现在传统的往复泵中的压力波动。

在上述的和由图1至10示出的实施例中，液压驱动的泵100包括三个活塞-缸组件105，每个组件105具有密封接合复合壳体175的内表面205并且相对于复合壳体175平移的均一的活塞400和阶梯形活塞365。活塞365、400的平移运动可能会导致密封元件515、420（图6、图4）遭受磨损。在根据本文所公开的原理的液压驱动的泵的其它实施例中，活塞组件可以不同的方式构造，以减少磨损的影响。图12至17示出了一个这样的实施例。

参考图12，其中示出用于加压工作流体、例如不限定于钻探泥浆的液压驱动的往复泵700。往复泵700包括三个基本相同的活塞-缸组件705。从外观上看，泵700呈现与先前描述的泵100基本上相同，如果说不相同的话。事实上，泵700的许多部件与泵100的部件相同，无论是在设计上还是功能上。因此，这些部件保留相同的附图标记，并且为了简洁起见，将不再进行描述。

每个活塞-缸组件705包括可平移地设置用于在缸110内往复运动的活塞组件（在图12中不可见，但在图13中由附图标记710表示），如先前描述的。彼此不同相地驱动活塞组件，这意味着每个活塞组件相对于其相关的缸110的位置在任何给定的瞬间不同于其他的活塞组件相对于其相关的缸的位置。在某些实施例中，活塞-缸组件705操作成彼此呈120度的相位差。即便如此，也可以采用其他的相位关系。活塞组件由液压系统115驱动，液压系统115继而由控制系统345、先前描述的两个系统115、345进行管理。

每个活塞-缸组件705联接在吸入歧管120和排出歧管125之间。参考图13，其中，为了简单起见，仅示出一个活塞-缸组件705，钻探泥浆经由被马达140驱动的泵135从源130通过吸入歧管120传送至缸110。当活塞组件710在缸110内被冲回时，钻探泥浆被通过吸入阀150吸入到缸110内的压缩室160中。在活塞组件710反转方向之后，在压缩室160内包含的钻探泥浆被活塞组件710加压。当活塞组件710接近其冲程的末尾时，加压的钻探泥浆从缸110通过排出阀155排出到排出歧管125中。因此，当活塞组件710在缸110内往复运动时，活塞-缸705重复地从吸入歧管120接收钻探泥浆、加压接收的钻探泥浆、并将加压的钻探泥浆传送至排出歧管125。

现在参考图14，活塞-缸组件705还包括两个法兰165，170，设置在它们之间的复合壳体715，以及圆板180。利用板180将缸110联接到法兰170，所述板180设置在缸110和法兰170之间。法兰165、170和复合壳体715形成液压室200。此外，法兰165、复合壳体715和法兰170中的每一个分别具有与液压室200流体地联接的液压流体端口185、190、195。

除了两处差异，复合壳体715与前面描述的泵100的复合壳体175基本上相同，无论是在设计上还是功能上。首先，复合壳体715具有形成在内表面205中端部670附近的环形凹槽或凹部720。其次，复合壳体715具有形成在内表面205中在端口190、195之间的大约中间的另一个类似的环形凹槽或凹部725。凹部720、725使得两个囊式活塞735、740联接到复合壳体715，如将要描述的。

活塞-缸705进一步包括上面提到的囊式活塞735、740和活塞盖745。活塞盖745是可平移的以便在法兰165和复合壳体715内相对于活塞组件710往复运动。囊式活塞740联接在活塞组件710和复合壳体715之间。囊式活塞735联接在活塞盖745和复合壳体715之间。囊式活塞735、740将液压室200分成子室210、215、220。子室210设置在囊式活塞735和法兰165之间。子室220设置成邻近法兰170，并且子室215设置在子室210、220之间。液压流体端口185、190、195分别与子室210、215、220流体地联接。

活塞组件710包括沿轴向延伸的本体730。本体730是具有两个相反的端部750、755的大致圆柱形构件。本体730分别延伸通过位于缸110的压缩室160和复合壳体175内的液压室200之间的法兰170和圆板180中的对准的孔620、625。另外，本体730能够相对于活塞盖745轴向平移以便在复合壳体715和缸110内往复运动。设置在法兰170的凹槽630内的密封元件640实现了在法兰170和本体730之间的密封接合，从而限制或防止液压流体在此界面处从子室220流失。本体730包括环形凹槽或凹部760，其形成在本体730的在两个端部750、755之间的大致中间的外表面。环形凹部760被构造为接收囊式活塞740的带凸缘的端部，以使在下面进一步描述的囊式活塞740能够与本体730联接。

本体730的端部750、755是减小了直径的部分，这意味着每个端部具有的直径小于在两个端部之间延伸的本体730的余下部分的直径。减小了直径的端部755可平移地接收在缸110内并且接收前面描述的备用密封件590、活塞密封件585和联接件385。根据活塞盖745相对于本体730的轴向位置，减小了直径的端部750可平移地接收在活塞盖745内。

活塞盖745能够相对于本体730轴向平移，以便在法兰165和复合壳体715内往复运动。活塞盖745是环形构件，其具有两个相反的端部765、770，孔775，和形成在活塞盖745的在端部765、770之间的大约中间的外表面中的环形凹槽或凹部780。孔775从活塞盖745的端部765延伸，并且被构造成接收本体730的端部750。环形凹部780被构造为接收下面进一步描述的囊式活塞735的带凸缘的端部，以便使囊式活塞735能够与活塞盖745联接。

在端部770处，活塞盖745具有径向延伸的凸缘785。凸缘785可滑动地接合法兰165的内表面865，并且使得孔775的轴向中心线与本体730的轴向中心线对准。凸缘785包括延伸穿过凸缘785的多个周向地间隔开的通孔790。通孔790使液压流体能够自由穿过通孔790。这防止液压流体被困在活塞盖745和法兰165之间，从而被困的流体对活塞盖745反作用以抵抗或防止活塞盖745朝着法兰165轴向平移。

囊式活塞735是具有两个带凸缘的端部795、800的柔性构件。带凸缘的端部795被安置在活塞盖745的环形凹槽780中。带凸缘的端部800被安置在复合壳体715的环形凹部720中并且被压缩在复合壳体715和法兰165之间，以将端部800固定在位。囊式活塞740也是具有两个带法兰的端部805、810的柔性构件。带凸缘的端部805被安置在本体730的环形凹部760中，而带凸缘的端部810被安置在复合壳体715的环形凹部725中。

囊式活塞735的端部795、囊式活塞740的端部810和囊式活塞740的端部805中的每一个分别经由联接器（未在图14中示出，但在图15中通过附图标记815识别）被固定至活塞盖745、复合壳体715和本体730。在由图15示出的一些实施例中，每个联接器815包括环820和螺母825。图15描述了通过联接器815固定至复合壳体715的囊式活塞740的带凸缘的端部810。囊式活塞740的端部810被安置在复合壳体715的环形凹部725中。联接器815的环820被安置在囊式活塞740的带凸缘的端部810的内部并且抵着带凸缘的端部810。螺母825拧入形成在复合壳体715的内表面205中邻近环形凹槽740的多个螺纹830，以便使环820抵靠带凸缘的端部820。由螺母825通过环820施加至端部810的压缩负荷将囊式活塞740的端部810固定至复合壳体715。同时，环820在螺母825拧入复合壳体715的螺纹830时防止端部810由于施加的压缩负荷而损坏并且防止囊式活塞740拉伸。

囊式活塞735的端部795和囊式活塞740的端部805分别经由联轴器815类似地固定到活塞盖745和本体730。然而，在这些情况下，联接器815被设置成围绕活塞盖745和本体730而不是在活塞盖745和本体730内，并且被螺纹连接至活塞盖745和本体730，其中囊式活塞735的端部795和囊式活塞740的端部805固定其间。

再次参考图14，囊式活塞735具有邻近子室210的内表面845和邻近子室215的外表面850。如前所述，活塞盖745能够在复合壳体715内轴向平移。当液压流体注入子室210时，子室210内的液压流体的作用在囊式活塞735的内表面845上的压力负荷增加。如果内表面845上的压力负荷超过子室215内的液压流体的作用在外表面850上的压力负荷，则囊式活塞735挠曲并且囊式活塞735的端部795朝着法兰170移位，从而使活塞盖745冲出，或移动至如在图14中观察的右侧。反之，当液压流体注入子室215时，子室215内的液压流体的作用在囊式活塞735的外表面850上的压力负荷增加。如果外表面850上的压力负荷超过子室210内的液压流体的作用在内表面845上的压力负荷，则囊式活塞735再次挠曲并且囊式活塞735的端部795沿着相反方向或朝着法兰165移位，从而使活塞盖745冲回，或移动至如在图14中观察的左侧。因此，根据子室210、215之间的压力差，囊式活塞735挠曲，并沿一个方向或另一方向“滚动”，从而使活塞盖745冲出或冲回。

同样地，囊式活塞740具有邻近子室215的内表面855和邻近子室220的外表面860。如前所述，本体730能够在复合壳体715内轴向平移。当液压流体注入子室215时，子室215内的液压流体的作用在囊式活塞740的内表面855上的压力负荷增加。如果内表面855上的压力负荷超过子室220内的液压流体的作用在外表面860上的压力负荷，则囊式活塞740挠曲并且囊式活塞740的端部805朝着法兰170移位，从而使本体730冲出，或移动至如在图14中观察的右侧。反之，当液压流体注入子室220时，子室220内的液压流体的作用在囊式活塞740的外表面860上的压力负荷增加。如果外表面860上的压力负荷超过子室215内的液压流体的作用在内表面855上的压力负荷，则囊式活塞740再次挠曲并且囊式活塞740的端部805沿着相反方向或朝着法兰165移位，从而使本体730冲回，或移动至如在图14中观察的左侧。因此，根据子室215、220之间的压力差，囊式活塞740挠曲，并沿一个方向或另一方向“滚动”，从而使本体730冲出或冲回。

在由图15A和15B所示的实施例中，囊式活塞735、740中的每一个是复合柔性构件。图16A示出了每个囊735、740的局部横截面视图。图16B是每个囊735、740的横截面的示意性表示，示出了形成囊的各个材料层。如图所示，每个囊式活塞735、740具有设置在两个外层840之间的内层835，其中织物层870设置在外层840中的每一个和内层835之间。内层835包括比外层840的材料更柔顺或更柔性的材料。例如，内层835可以包括软橡胶，而外层840可以包括硬橡胶。每个织物层870包括天然纤维，例如但不限于棉花或优选为芳族聚酰胺纤维。包括比外层840的材料更柔顺或更柔性的材料的内层835适应由于活塞盖745或本体730的移动引起的外层840的相对位移，并且保护织物层870不受损坏，否则，由于囊的连续挠曲而可能在没有内层835时发生该损坏。在某种意义上说，内层835作为设置在外层840之间的润滑剂起作用。在一些实施例中，囊式活塞735、740是由总部设在西弗吉尼亚州、纽厄尔、俄亥俄河大道8019号，26050（8019Ohio River Blvd.,Newell,West Virginia 26050）的Bellofram公司生产的囊式隔膜。此外，织物层870可以包括由总部设在康涅狄格州、斯坦福德、Tresser大道281号，06901（281 Tresser Blvd.,Stamford,Connecticut 06901）的Hexcel公司制造的织物。

在泵700的运行期间，活塞组件710在由图17所示的完全冲回位置和由18图所示的完全冲出位置之间往复运动。首先参考图17，活塞组件710被完全冲回。基于囊式活塞740相对于囊式活塞735的轴向位置、囊式活塞740相对于缸110的轴向位置以及由传感器240、245、250感测到的流体压力，控制系统345确定活塞组件710被完全冲回。利用从复合壳体715的线圈660发送的信号由控制系统345确定囊式活塞740相对于囊式活塞735的轴向位置以及囊式活塞740相对于缸110的轴向位置。当活塞组件710完全冲回时，在压缩室160内的钻探泥浆的并且由传感器240感测到的压力大约等于在钻探泥浆源130处的钻探泥浆的压力。在子室220内的液压流体的并且由传感器250感测到的压力大约等于供给网络260中的液压流体的压力。子室215内的液压流体的并且由传感器245感测到的压力大约等于返回网络265中的液压流体的压力。

已经确定活塞组件710完全冲回时，控制系统345然后致动阀230以允许液压流体从供给管道网络260通过阀230进入子室215，致动阀235以允许液压流体从子室220通过阀235释放而进入返回管道网络265，并且致动阀225使得没有液压流体被允许进入或离开子室210。随着在子室215中的液压流体的体积增加，在子室215中的液压流体的压力对囊式活塞740起作用，从而使囊式活塞740挠曲并“滚动”并且使活塞组件710冲出。囊式活塞740沿朝着法兰170的方向的滚动运动迫使液压流体从子室220通过阀235而进入返回管道网络265。另外，随着活塞组件710冲出，压缩室160内的钻探泥浆被加压并且被迫从压缩室160通过排出阀155而进入排出歧管125。

当活塞组件710完全冲出时，如由图18所示，基于囊式活塞740相对于囊式活塞735的轴向位置、囊式活塞740相对于缸110的轴向位置以及由传感器240、245、250感测到的流体压力，控制系统345确定是这种情况。利用从线圈660发送的信号，再次由控制系统345确定囊式活塞740相对于囊式活塞735的轴向位置以及囊式活塞740相对于缸110的轴向位置。当活塞组件710完全冲出时，在压缩室内的钻探泥浆的并且由传感器240感测到的压力等于泵100的排出压力。在子室220内的液压流体的并且由传感器250感测到的压力大约等于返回网络260中的液压流体的压力。在子室215内的液压流体的并且由传感器245感测到的压力大约等于供给网络265中的液压流体的压力。

已经确定活塞组件710完全冲出时，控制系统345然后致动阀235以允许液压流体从供给管道网络260通过阀235进入子室220，致动阀230以允许液压流体从子室215通过阀230释放而进入返回管道网络265，并且致动阀225使得没有液压流体被允许进入或离开子室210。随着在子室220中的液压流体的体积增加，在子室220中的液压流体的压力对囊式活塞740起作用，从而使囊式活塞740挠曲并沿相反方向滚动并且使活塞组件710冲回。囊式活塞740沿朝着法兰165的相反方向的滚动运动迫使液压流体从子室215通过阀230而进入返回管道网络265。另外，随着活塞组件710冲回，钻探泥浆被从吸入歧管120通过吸入阀150吸入到压缩室160中。

一旦活塞组件710返回其完全冲回位置，由图17所示，上述的过程重复进行。因此，活塞组件710被驱动成在活塞-缸组件705内在由液压系统115提供的流体压力下以由控制系统345限制的方式往复运动。

在活塞组件710往复运动时，控制系统345致动阀225，以便实现在子室210内的液压流体的体积的调节，从而维持从活塞-缸组件705排出的钻探泥浆的排出压力基本上处于预先选定的压力设定值，或在预先选定的压力范围内，并且响应于子室215的加压防止液压流体从子室210流失，否则这将允许囊式活塞735，而不是囊式活塞740挠曲并“滚动”。如果由传感器240感测到的并且传送给控制系统345的压力低于预先选定的压力或压力范围，则控制系统345致动阀225，以使得从供给网络260向子室210添加另外的液压流体。这导致囊式活塞735挠曲并沿朝着法兰170和活塞盖745的方向“滚动”以便冲出。反过来，活塞组件710冲出，从而增加了在压缩室160内的钻探泥浆的压力，并因此增加了从压缩室160排出的钻探泥浆的排出压力。另一方面，如果由传感器240感测到的并且传送给控制系统345的压力高于预先选定的压力或压力范围，则控制系统致动阀225，以使得液压流体从子室210释放到返回网络265中。这使得囊式活塞735挠曲并沿相反方向或朝着法兰165滚动并且使活塞盖745冲回。反过来，活塞组件710冲回，从而减小在压缩室160中的钻探泥浆的压力和从压缩室160排出的钻探泥浆的排出压力。

由阀225进行的对子室210内的液压流体的体积的调节实现了对在压缩室160内的钻探泥浆中的压力波动的缓冲，包括由活塞组件710和设置在其周围的活塞密封件585与钻探泥浆之间的接触、吸入阀150的泄漏并/或排出阀155的泄漏引起的压力波动。因此，液压驱动的泵700缓冲了以其他方式出现在传统的往复泵中的压力波动。

此外，因为囊式活塞735的端部795、800分别相对于活塞盖745和复合壳体715保持固定，并且没有相对于或抵着这些部件745、715平移，所以端部795、800不遭受磨损，如泵100的阶梯形活塞365的密封元件515那样。出于同样的原因，囊式活塞740的端部805、810也不遭受磨损，如泵100的均一的活塞400的密封元件420那样。因此，泵700被认为比泵100不易磨损，并且理论上将需要更少的维护。

在泵100、700的上述实施例中，子室215经由液压流体被加压以使活塞组件145、710冲出，并且子室220随后由液压流体加压以使活塞组件145、710冲回。同时，在子室210中的液压流体的体积被连续地调节，以维持从缸110排出的钻探泥浆的基本恒定的排出压力。因此，子室210可描述为压力补偿子室，而子室215、220可被分别描述为向前冲和向后冲的子室。

在泵100和/或泵700的其它实施例中，子室210、215的功能可以互换。换句话说，泵100和/或泵700可被修改，使得子室215是压力补偿子室，并且子室210是向前冲的子室，而子室220仍然是向后冲的子室。在这样的实施例中，控制系统345根据由传感器240、245、250感测的压力来管理阀225、235的开启和关闭，以便以交替的方式，在从子室220释放液压流体的同时向子室210供应液压流体，而在从子室210释放液压流体的同时向子室220供应液压流体。当子室210被供给有液压流体时，或被加压时，子室220释放液压流体，或被减压，反之亦然。循环的子室210、220的加压和室220、210的基本上同时的减压使活塞组件145、710被流体压力驱动。当子室210被加压时，活塞组件145、710冲出，从而推动液压流体从子室220通过端口195，出于示例的目的参考图2和图12。当子室220随后被加压时，活塞组件145、710冲回，从而推动液压流体从子室210通过端口185。同时，控制系统345管理阀230的打开和关闭以调节子室215中的液压流体的体积，以维持基本恒定的、或在一定范围内的泵100的排出压力。

在其它实施例中，子室215可以是既向前冲又压力补偿。出于示例的目的参考图2和图12，在这样的实施例中，控制系统345管理阀225使得子室210内的液压流体的体积保持恒定。此外，控制系统345致动阀230，而不是阀225，以实现在子室215，而不是子室210内的液压流体的体积的调节，以便维持从活塞-缸组件105、705排出的钻探泥浆的排出压力基本上处于预先选定的压力设定值，或在预先选定的压力范围内。否则，泵100、700的操作仍然与上面所描述的基本上相同。

另外，泵100和/或泵700的阀225、230、235的预先选定的压力设定值的调节实现了泵的排出压力的巨大变化，而不需要改变泵的各种部件，或使用不同的泵。相反，用于泵送钻探流体的传统的往复泵根据其活塞的尺寸和冲程通常提供在指定的且较窄的范围内的加压流体。当想要超出该范围的排出压力时，必须更换至少传统的泵的活塞和缸，或整个使用另一台泵。泵100、700不限于其中钻探泥浆被加压至在窄的范围内的这类应用。而是，单一的泵100、700可以适应很宽范围的排出压力，否则这将需要两个或更多的传统的泵和/或对传统的泵中的至少一个泵修改。

虽然已经示出和描述了各种实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和教导的情况下作出修改。本发明的实施例只是示例性的，而不是限制性的。本文所公开的设备的许多变化和修改是可能的并且在本发明的范围内。因此，保护的范围不由上述描述限定，而仅由所附权利要求限定，其范围包括权利要求的主题的所有等同物。

Claims (21)

1.一种泵，包括：

壳体，所述壳体具有液压室；

活塞组件，所述活塞组件将所述液压室分离成至少第一子室和第二子室，并且设置成用于在所述壳体内进行往复运动；

液压系统，所述液压系统与所述第一子室和所述第二子室流体地联接，所述液压系统能够致动成：

向所述第一子室传送液压流体，由此所述第一子室被加压并且所述活塞组件沿第一方向从冲回位置朝着冲出位置平移；以及

向所述第二子室传送液压流体，由此所述第二子室被加压并且所述活塞沿与所述第一方向相反的第二方向从所述冲出位置朝着所述冲回位置平移。

2.根据权利要求1所述的泵，其中，所述活塞组件包括与所述壳体的内表面密封接合的活塞，所述活塞将所述液压室分离成所述第一子室和所述第二子室。

3.根据权利要求1所述的泵，还包括控制系统，所述控制系统能够操作成致动所述液压系统，以便在所述活塞组件处于所述冲回位置时对所述第一子室加压，并且在所述活塞组件处于所述冲出位置时对所述第二子室加压，由此所述活塞组件在所述壳体内往复运动。

4.根据权利要求3所述的泵，还包括联接到所述壳体的缸，并且其中，所述活塞组件被部分地设置在所述缸内并且部分地设置在所述壳体内，所述活塞组件在沿所述第二方向平移时将工作流体吸入所述缸，并且在沿所述第一方向平移时将所述工作流体从所述缸排出。

5.根据权利要求4所述的泵，还包括：用于检测所述活塞的轴向位置的装置、能够操作成感测在所述第一子室中的液压流体的压力的第一压力传感器、能够操作成感测在所述第二子室中的液压流体的压力的第二压力传感器、以及能够操作成感测从所述缸排出的所述工作流体的压力的第三压力传感器；并且其中，所述控制系统能够操作成取决于所述活塞的轴向位置以及所述第一压力、所述第二压力和所述第三压力中的至少一个压力来确定所述活塞组件何时处于冲出位置或者冲回位置。

6.根据权利要求5所述的泵，其中，所述用于检测的装置是联接到所述活塞的线性位移变换器和嵌入在所述壳体中的电阻线圈中的一种，所述线圈具有响应于施加的压力负荷而变化的电阻。

7.根据权利要求5所述的泵，其中，所述活塞组件进一步将所述液压室分离成流体地联接到所述液压系统的第三子室，并且其中，所述液压系统能够致动成：在所述第三压力低于预先选定的最小值时向所述第三子室添加液压流体，由此所述活塞组件沿所述第一方向平移，并且在所述第三压力超过预先选定的最大值时从所述第三子室释放液压流体，由此所述活塞组件沿所述第二方向平移。

8.一种泵，包括：

壳体，所述壳体包括液压室；

缸，所述缸联接到所述壳体；

活塞组件，所述活塞组件适合于在所述壳体和所述缸内往复运动，所述活塞组件将所述液压室分离成三个子室；

液压系统，所述液压系统流体地联接到所述子室中的每个子室，所述液压系统能够致动成：

向所述子室中的第一子室传送液压流体，由此所述活塞组件冲回并且工作流体被吸入到所述缸中；

向所述子室中的第二子室传送液压流体，由此所述活塞组件冲出并且所述工作流体从所述缸排出；以及

调节在所述子室中的第三子室内的液压流体的体积，由此所述活塞组件平移以便使所述缸中的所述工作流体的压力进入预先选定的范围内。

9.根据权利要求8所述的泵，其中，所述活塞组件包括第一活塞和与所述第一活塞间隔开的第二活塞，两个活塞均与所述壳体的内表面密封接合并且能够相对于彼此平移。

10.根据权利要求8所述的泵，其中，所述活塞组件包括凸缘和活塞，所述活塞包括凹部，所述凹部被构造成在所述凹部中接收所述凸缘，所述凸缘和所述活塞能够相对于彼此平移。

11.根据权利要求10所述的泵，其中，所述活塞还包括通孔和形成在界定所述通孔的表面中的多个周向间隔开的凹槽，在所述凸缘安置在所述活塞的凹部内时每个凹槽使得在所述通孔和所述第三子室之间能够流体连通。

12.根据权利要求10所述的泵，其中，所述凸缘包括截头圆锥形的外表面并且所述活塞包括截头圆锥形的外表面。

13.根据权利要求8所述的泵，还包括压力传感器，所述压力传感器能够操作成感测从所述缸排出的所述工作流体的压力，并且其中，所述液压系统能够致动成在所述压力低于预先选定的最小值时添加液压流体，由此使所述活塞组件冲出，并且能够致动成在所述第三压力超过预先选定的最大值时从所述第三子室释放液压流体，由此使所述活塞组件冲回。

14.根据权利要求8所述的泵，其中，所述壳体包括管状构件，在所述管状构件中具有线圈，所述线圈具有响应于施加的压力负荷而变化的电阻。

15.一种泵，包括：

壳体；

活塞组件，所述活塞组件设置在所述壳体内，所述活塞组件包括：

活塞本体，所述活塞本体能够相对于所述壳体平移；和

囊，所述囊联接在所述活塞本体与所述壳体之间，所述囊分离成第一液压室和第二液压室；以及

液压系统，所述液压系统流体地联接到所述第一液压室和所述第二液压室，并且所述液压系统能够致动成：

向所述第一液压室传送液压流体，由此所述囊挠曲并且所述活塞本体沿第一方向平移；以及

向所述第二液压室传送液压流体，由此所述囊挠曲并且所述活塞本体沿与所述第一方向相反的第二方向平移。

16.根据权利要求15所述的泵，还包括至少部分地设置在所述壳体内的活塞盖，所述活塞盖能够相对于所述壳体且相对于所述活塞本体平移，并且所述活塞盖具有被构造成接收所述活塞本体的端部的孔。

17.根据权利要求16所述的泵，其中，所述活塞盖还包括凸缘，所述凸缘使所述孔与所述活塞本体的所述端部对准，并且所述凸缘具有多个周向地间隔开的通孔，所述通孔使得液压流体能够通过。

18.根据权利要求16所述的泵，还包括联接在所述活塞盖和所述壳体之间的囊，所述囊将所述第一液压室与第三液压室分离开。

19.根据权利要求18所述的泵，其中，所述囊中的每一个囊均包括布置在两个外层之间的内层，所述内层包括比所述外层中的至少一个外层的材料更柔顺的材料。

20.根据权利要求18所述的泵，还包括联接到所述壳体的缸，并且其中，所述活塞组件可平移地设置在所述缸内，所述活塞组件在沿所述第二方向平移时将工作流体吸入所述缸，并且在沿所述第一方向平移时将所述工作流体从所述缸排出。

21.根据权利要求20所述的泵，其中，所述液压系统流体地联接到所述第三液压室，并且能够致动成调节在所述第三液压室内的液压流体的体积，由此从所述缸排出的所述工作流体的压力被维持在预先选定的范围内。

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