CN104421148A - 螺旋转子、螺杆泵及泵送装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及旨在被设置在螺杆泵内的螺旋转子(2)，所述螺杆泵能够从流体储存器泵送多相流体，螺旋转子(2)包括至少一个混合器(3、12、14、15)，所述至少一个混合器能够使位于流体储存器内的多相流体变均匀。本发明还涉及包括这样的螺旋转子的螺杆泵和泵送装置。

Description

螺旋转子、螺杆泵及泵送装置
技术领域
本发明涉及一种用于螺杆泵的转子，包括这种转子的螺杆泵和包括这种螺杆泵的泵送装置。
背景技术
螺杆泵通常包括一个圆柱形电枢，设置在电枢内并且具有螺旋形内部形状的定子，以及设置在所述定子内的螺旋转子。腔，也被称为室，在转子与定子之间被划界。在运行中，使转子旋转。转子的旋转导致流体从一个腔到与其相邻的腔，从泵的被称为进入口的一端到被称为排出口的另一端的位移或泵送。
在泵送包括气相的多相流体的过程中，在泵进口吸入的一定体积的气体从进入口到排出口被逐渐压缩。这种压缩导致泵内的温度显著升高，这例如通过烧焦形成定子的弹性体破坏了转子和定子的机械强度，并减少了螺杆泵的使用寿命。
为了克服这一缺点，专利申请EP1559913提出了一种螺杆泵，其包括设有连接两个或更多腔的通道的转子。在泵送过程中，泵送的流体经由这些通道从一个腔循环到下一个腔，从而保证相互连接的腔之间的压力平衡，并且从而降低定子内部的温度升高。
发明内容
本发明的目的是提供一种更显著地降低气体的压缩和产生的温度升高的转子和螺杆泵。
为此，本发明涉及一种旨在被布置在螺杆泵内的螺旋转子，所述螺杆泵能够从流体储存器泵送多相流体，螺旋转子包括至少一个能够使位于所述流体储存器内的多相流体变均匀的混合器，所述螺旋转子包括：
-第一外端面，其旨在被联接至驱动轴，
-第二自由外端面，其与第一外端面相对；以及
-螺旋外表面，其连接第一外端面和第二外端面，并且其中所述混合器包括内部通道，其具有至少一个位于第二外端面上的流体喷射出口，内部通道能够喷射所述流体储存器中的所述泵送的多相流体的一部分，以使位于所述流体储存器内的多相流体变均匀，其特征在于：所述内部通道具有至少一个位于所述螺旋外表面上的流体入口，并且所述流体出口装配有能够加速所述流体的所述喷射部分的喷射速度的节流器。
US2,512,764描述了一种泵，其包括定子和金属转子。金属转子设有中心孔和拧入中心孔的螺纹中的球形构件。球形构件包括与中心孔连通的径向孔和轴向孔。
DE2316127描述一种螺杆泵，其包括设有径向孔的转子，流化液体、例如油被喷射到径向孔中，以润滑位于转子和定子之间的表面，以便减少定子的磨损。
然而，在US2,512,764和DE2316127中所描述的泵的所述流体出口没有配备能够加速流体的所述喷射部分的喷射速度的节流器。此外，这些泵的流体入口不位于转子的外螺旋面上，而是位于固定至定子的球形构件26的外表面上。最后，径向孔的功能不是使位于流体储存器内的流体变均匀。在US2,512,764中泵的径向孔和中心孔的功能是在开始泵送时再注入泵送的水以促进泵的起动注水。在DE2316127中径向孔的功能是润滑转子和定子之间的空间。
根据具体的实施例，转子包括以下特征中的一个或多个特征：
-其中，所述节流器具有大致锥形形状。
-其中，所述节流器包括格栅。
-其中，所述节流器包括固定叶片。
-其中，所述节流器包括移动叶片。
-其中，所述节流器呈蜂窝的形式。
-其中，所述螺旋转子是中空管。
-其中，所述至少一个流体入口为喷嘴形的，具有较大直径的、通往螺旋转子的螺旋外表面的开口。
-其中，所述至少一个流体入口具有椭圆形状。
-其中，在所述螺旋外表面上在所述至少一个流体入口周围形成直沉孔。
-其中，在所述螺旋外表面上在所述至少一个流体入口周围形成锥形沉孔。
本发明进一步涉及一种螺杆泵，其包括电枢；设置在所述电枢内的定子，所述定子具有螺旋内部形状；设置在所述定子内的螺旋转子，其特征在于：所述螺旋转子具有上述特征。
优选地，混合器包括相对于定子突出的部分。
最后，本发明涉及一种泵送装置，其包括具有进口和出口的螺杆泵，紧固至螺杆泵的进口的流体储存器，以及紧固至螺杆泵的出口的排出管，其特征在于螺杆泵具有上述特征，并且格栅横跨流体储存器设置；所述格栅在其中心处具有椭圆形开口，其尺寸使得螺旋转子能够通过。
附图说明
在参考附图阅读仅作为示例给出的以下说明时，将更清楚地理解本发明，其中：
-图1是根据本发明的第一实施例的螺旋转子的侧视图；
-图2是图1所示转子的剖面图；
-图3是图1所示螺旋转子的流体入口的剖视图；
-图4是图3所示流体入口的一种变型的剖视图；
-图5是图3所示流体入口的一种变型的剖视图；
-图6是根据本发明的第二实施例的转子的剖视图；
-图7是根据本发明的泵送装置的剖视图；以及
-图8是设置在图7所示的泵送装置中的格栅的前视图。
具体实施方式
根据本发明的螺旋转子2旨在被设置在能够从流体储存器泵送多相流体的螺杆泵内。
参考图1至图3，根据本发明的第一实施例的螺旋转子2由包括内部通道3的中空管构成。例如，它可以通过锤击和/或弯曲金属或复合管制成。
螺旋转子2还包括旨在被联接至驱动轴的第一外端面4，与第一外端面4相对的第二外端面8，以及连接第一端面4和第二端面8的螺旋外表面10。
螺旋外表面10包括几个通孔，以下称为流体入口12，其与内部通道3连通。第二端面8包括一个通孔，称为流体喷射出口14，其同样与内部通道3和流体入口12连通。
根据本发明，通道3、流体入口12和通道的流体喷射出口14形成混合器。如下面参照图6至图8说明的，该混合器使得有可能形成朝向螺杆泵入口被引导的流体喷射流。通过打破气泡和其中所包含的土块或砂块，该喷射流使位于螺杆泵入口处的流体储存器内的多相流体变均匀。
因此，该流体喷射流破坏土块和砂块，将气泡溶解在液体中并且混合固体、液体和气体。根据本发明，如果在螺杆泵入口处的混合物更均匀，则会减少定子弹性体的局部烧焦或分离。当混合物更均匀时，它整体被压缩到相同的压缩水平。
如图3所示，流体入口12具有圆形形状。
在一个变型中，流体入口12为喷嘴形的，即它们是锥形的，如图4所示。在这种情况下，具有较大直径的所述锥形的开口16位于转子的螺旋外表面10上。
在一个变型中，流体入口12具有椭圆形形状。
在一个变型中，在所述螺旋外表面10上在流体入口12周围形成直沉孔18。
在一个变型中，在所述螺旋外表面10上在流体入口12周围形成锥形沉孔18。
有利地，该锥形和沉孔使得有可能增大流体进入内部通道3的速度。
根据图1和图2所示的第一实施例，流体喷射出口14包括节流器15，其将加速通过流体喷射出口14出来的多相流体的喷射速度。该节流器15具有锥形形状，具有较小直径的该节流器的开口20位于第二端面8上。
根据图6所示的第一变型，该节流器15由格栅22构成。根据第二变型(未示出)，该节流器15由能够改变流态的固定叶片构成。根据第三变型(未示出)，该节流器15由移动叶片构成。入口上的流体速度使得有可能驱动叶片并改变流态。
如果转子被用于烃、水或气体泵送装置，则叶片代替通常被称为标签条的定位止挡件。
根据第四变型(未示出)，该节流器15呈蜂窝的形式。
另选地，该节流器15可以包括上述变型中的一个或多个变型。例如，该节流器15可以包括锥形形状和叶片或格栅。
另选地，流体喷射出口14不包括节流器。在这种情况下，从流体出口14出来的多相流体的喷射不被加速，但这种喷射仍然使流体储存器中所包含的多相流体变均匀成为可能。
参考图6，根据本发明的第二实施例，螺旋转子24由金属或复合材料制成的单个部件构成。内部通道3在该部件内被钻孔。流体入口12与内部通道3连通。只有流体入口12的上部是锥形的。在所示实施例中，格栅22固定在流体喷射出口14的水平处，以加速泵送的多相流体的喷射速度。
本发明还涉及一种图7所示的泵送装置26。该泵送装置26包括被称为流体储存器28的管道，具有紧固至流体储存器28的入口32的螺杆泵30，和被称为排出管34、紧固至螺杆泵30的出口36的管道。
流体储存器28包含待被泵送的包括液体和气体、或液体和固体、或液体、气体和固体的类型的多相流体38。例如，它可由原油、气泡和砂块构成。
格栅40例如通过焊接、铆接或螺接紧固在流体储存器28内部。该格栅40横跨多相流体的流动区域设置。根据本发明，该格栅40构成附加的混合器，其通过执行溶解气泡和砂块的第一操作使改进螺旋转子2的动作成为可能。如图8所示，该格栅40在其中心处包括椭圆形开口42，当螺旋转子被组装在螺杆泵30中时，椭圆形开口42可供螺旋转子2穿过。例如，该格栅40被紧固在距螺杆泵30的入口32几十厘米处。
螺杆泵30包括中空的圆柱形电枢44，设置在电枢44内并具有螺旋形内部形状的定子46，以及螺旋转子2，该螺旋转子设置在所述定子46内，使得通常被称为室48的腔被限定在螺旋转子2和定子46之间。
电枢44可以由金属、聚合物或复合材料制成。
定子46由弹性体制成。根据一个变型(未示出)，定子46由螺旋形中空圆柱体形成。在这种情况下，它是由具有弹性的金属、或具有弹性的复合材料制成。
该螺杆泵的螺旋转子2与图1至图3所示的本发明的螺旋转子相同，将不再次描述。其第二端面8通过联接部件52被联接至驱动轴54，该驱动轴由未示出的马达旋转驱动。
根据图7所示的实施例，螺旋转子2具有这样的长度该长度确定尺寸成使得当螺旋转子被设置在螺杆泵内并被紧固至驱动轴54时，螺旋转子的一部分56延伸到定子46之外。根据本发明，这部分56形成附加的混合器。当螺旋转子2被驱动旋转时，该突出部分56在多相流体38中转动，混合多项流体并因此使包含在流体储存器28内的多相流体38变均匀。
在操作过程中，当螺旋转子2被驱动旋转时，螺杆泵30从入口32朝出口36沿泵送方向P泵送多相流体38。泵送的多相流体通过流体入口12进入通道3。该多相流体沿方向CC流动，与泵送方向P逆流。该多相流体在螺杆泵入口32的侧面通过流体出口14被喷射到流体储存器28中。
有利地，根据本发明的螺旋转子2的长度的延伸使混合流体储存器内的多相流体成为可能，并且泵送的多相流体的排出破坏位于流体储存器内的多相流体中所包含的气泡和土块或砂块。因此，由螺杆泵泵送的多相流体变得更均匀。
有利地，如果流体储存器28不是密封的，则内部通道3将由螺杆泵吸入的气体的一部分喷射到流体储存器28中。
根据另一变型(未示出)，螺旋转子2不延伸到定子46之外，使包含在流体储存器内的多相流体变均匀的动作仅仅通过喷射来自内部通道3的流体喷射流来执行。
当螺旋转子2不延伸到定子46之外时，螺旋转子2可以包括附加的混合器。例如，螺旋转子2的第二端面8可以设有凹槽，该凹槽内设置有可伸缩杆、杆缩回控制部件和杆释放控制部件。根据这一变型，当螺旋转子2被驱动旋转时，杆延伸到定子46之外。杆被螺旋转子2旋转并混合多相流体38。在安装或拆卸螺杆泵时，杆被缩回到凹槽内。
根据所示实施例，流体入口12一直沿螺旋转子2定位。在一个变型中，螺旋转子包括与在转子的长度的中部和入口32之间相比、在转子的长度的中部和转子出口36之间定位的更大数量的流体入口12。
第一外端面4和第二外端面8垂直于螺旋转子的纵向轴线。第一外端面4和第二外端面8一般是平面的。

Claims (14)

1.一种旨在被设置在螺杆泵(30)内的螺旋转子(2、24)，所述螺杆泵(30)能够泵送流体储存器(28)内的多相流体(38)，所述螺旋转子(2、24)包括至少一个混合器(3、12、14、15、56)，所述至少一个混合器能够使位于所述流体储存器(28)内的所述多相流体(38)变均匀，所述螺旋转子(2、24)包括：
-旨在被联接至驱动轴的第一外端面(4)，
-与所述第一外端面(4)相对的第二自由外端面(8)，以及
-连接所述第一外端面(4)和所述第二外端面(8)的螺旋外表面(10)，
并且其中所述混合器(3、12、14、15、56)包括内部通道(3)，所述内部通道具有至少一个位于所述第二外端面(8)上的流体喷射出口(14)，所述内部通道(3)能够将所述泵送的多相流体(38)的一部分喷射到所述流体储存器(28)内，以使位于所述流体储存器(28)内的所述多相流体(38)变均匀，其特征在于，所述内部通道(3)具有至少一个位于所述螺旋外表面(10)上的流体入口(12)，并且所述流体出口(14)装配有能够加速所述流体的喷射部分的喷射速度的节流器(15)。
2.根据权利要求1所述的螺旋转子(2、24)，其中所述节流器(15)具有大致锥形形状。
3.根据权利要求1或2所述的螺旋转子(2、24)，其中所述节流器(15)包括格栅。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的螺旋转子(2、24)，其中所述节流器(15)包括固定叶片。
5.根据权利要求1至3中的任一项所述的螺旋转子(2、24)，其中所述节流器(15)包括移动叶片。
6.根据权利要求1至3中的任一项所述的螺旋转子(2、24)，其中所述节流器(15)呈蜂窝的形式。
7.根据权利要求1至6中的任一项所述的螺旋转子(2、24)，其中，所述螺旋转子(2)是中空管。
8.根据权利要求1至7中的任一项所述的螺旋转子(2、24)，其中所述至少一个流体入口(12)是喷嘴形的，具有较大直径的、通往所述螺旋转子(2、24)的所述螺旋外表面(10)的开口(16)。
9.根据权利要求1至8中的任一项所述的螺旋转子(2、24)，其中所述至少一个流体入口是椭圆形的。
10.根据权利要求1至6中的任一项所述的螺旋转子(2、24)，其中在所述螺旋外表面(10)上在所述至少一个流体入口(12)周围形成直沉孔(18)。
11.根据权利要求1至6中的任一项所述的螺旋转子(2、24)，其中在所述螺旋外表面(10)上在所述至少一个流体入口(12)周围形成锥形沉孔(18)。
12.一种螺杆泵(30)，其包括：
-电枢(44)，
-设置在所述电枢(44)内的定子(46)，所述定子(46)具有螺旋形内部形状，
-根据权利要求1至8中任一项所述的螺旋转子(2、24)，所述螺旋转子设置在所述定子(46)内。
13.根据权利要求12所述的螺杆泵(30)，其中所述混合器(3、12、14、15、56)包括相对于所述定子(46)突出的一部分(56)。
14.一种泵送装置(26)，其包括：
-根据权利要求12所述的螺杆泵(30)，具有入口(32)和出口(36)，
-紧固至所述螺杆泵(30)的所述入口(32)的流体储存器(28)，
-紧固至所述螺杆泵的所述出口(36)的排出管(34)，
-横跨所述流体储存器(28)设置的格栅(40)，所述格栅(40)在其中心处具有椭圆形开口(42)，所述椭圆形开口具有使所述螺旋转子(2、24)能够通过其的尺寸。
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