CN1074514A - 小排量高扬程地面离心泵 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种油田采油和注水专用的小排 量高程地面离心泵。由于它采用了全开式导壳及流 道阻塞、全开式叶轮及轴向浮动安装方式、90°和近 似90°的出口角、多种新型机械密封、抛砂环和软填 料过滤器、新式轴承座及紧靠密封的安装方式，并用 机械密封取代了口环密封，以及全密闭传动结构方 式，所以在实现小排量离心泵的同时实现了高扬程、 高效率、地面安装和高可靠性运行。该泵也可用于小 排量中低扬程场合，其效率高于普通离心泵。

Description

本发明涉及到离心泵，特别是专为水力采油泵提供动力，并且能用于注水井增压和堵水工艺等的一种小排量高扬程地面离心泵。

离心泵是现代应用非常广泛的泵种，种类很多，结构各异。在中国专利局也已检索到不少与离心泵有关的专利文献，其中具有代表性的专利公开（公告）号有：1020518、1020815、2010857、2032660、2051680等，但是至今未检索到特别适用于油田采油和注水的小排量高扬程地面离心泵。目前油田采油普遍应用的有一种长达数十米、300多级、总扬程2000来米的潜油离心泵。采用这种又细又长的结构形式，一方面是为了适合在井下安装，另一方面是因为单级扬程难以提高，要想达到数千米的总扬程，就必须采用数百级的多级离心泵。在确保总扬程的前提下，如果想要减少泵的级数，就要提高其单级扬程，这就会使得泵效急剧下降，以至实际上是不可取的。上述多级潜油离心泵的特殊结构形式，就决定了其制造成本非常高，安装和维修不够方便。水力喷射泵是近年来才在油田获得应用的新的采油泵种，它比上述多级潜油离心泵结构简单，安装、检修和调整工作参数也较方便，排量适应范围较大并具有一定的深抽能力。但是现有各种地面泵系统均不能适合水力喷射泵的需要，其中最常用的地面动力液系统有：注水用高压水、多缸柱塞泵、潜油离心泵。目前美国的水力喷射泵广泛采用三缸或五缸柱塞泵系统，但在国内应用中发现其故障率较高。专用于油田注水的大型离心泵站在国内用得较多，但也发现压力不够高，不能满足水力喷射泵和一部分注水井的要求，水处理工作量大。采用地面潜油离心泵给水力喷射泵供液，或给注水井增压效果都较好，其可靠性远高于柱塞泵增压，但采用该泵成本太高，灵活性也不够，必须钻一口浅井才能应用。综上所述，研制一种专用于油田采油和注水的小排量高扬程地面离心泵已成为油田生产当务之急。

本发明的目的就在于提供一种小排量高扬程高效率地面卧式安装离心泵，由于其单级扬程较高，采用较少的级数就可以实现很高的总扬程。它既可用于油田采油，又可用于注水井增压和堵水工艺等。它还可以在中低扬程情况下做为普通小流量离心泵应用于其它场合。

为了克服已有技术的缺点和不足之处而达到上述目的，本发明采用了下述技术方案。

该泵分为全封闭驱动和轴外伸驱动两种结构方式，均由入端部分、出端部分和多级泵体三大部组成，二者只是轴承润滑方式不同。其特征在于采用了全开式导壳，并对其流道进行部分阻塞;采用全开式叶轮和流线形截面叶片，并且在轴上浮动安装;采用90°或近似90°的出口角;采用新的受控膜机械密封、平衡式机械密封;采用新型的机械密封做高低压隔离密封;采用机械密封取代口环做级间密封，其动环用键传动;采用外圆开槽式抛砂环;采用软填料密封作过滤器;采用有液流通道的新式轴承座及其紧靠密封的安装方式;采用新型的全封闭传动结构方式。

上述全开式导壳分为两部分，使流道敞开，对导壳流道进行部分阻塞，其作用是减少水力损失、提高泵效。

上述全开式叶轮的叶片在旋转方向上为流线形或接近流线形的截面形状，90°或近似90°的出口角，并采用轴向浮动安装方式，其作用是简化结构、减少摩阻、消除轴向力、提高单级扬程减少级数、提高泵效和运行可靠性。

上述受控膜机械密封具有很深的新月形动压槽，该槽还具有流体静压功能;平衡式机械密是在动环上设置了新型动压槽，以及新的弹簧安装形式。

上述高低压隔离密封是一种新型的外装式机械密封，在静环内圈有较深的新月槽。这既减少了这部分的漏失量，又起到了类似平衡盘的作用，极大地提高了小流量泵的容积效率，从而提高了整个泵的效率，同时也提高了工作可靠性。

上述采用机械密封取代口环做级间密封，大大减少了级间漏失，也就大大提高了小流量泵的容积效率;动环采用键传动可提高工作可靠性。这些也就进一步提高了整个泵的效率和工作可靠性。

上述外圆开槽式抛砂环设置在每处密封的介质入口处，可有效地防止砂粒进入密封。

上述软填料密封式过滤器设置在机械密封前面，能进一步减少砂粒对密封的损害。

上述具有液流通道的新式轴承座紧靠密封安装，它与密封之间设置了旋转隔离环，并且有拆卸专用螺孔。结构紧凑，便于维修，有助缩短轴长度实现较高扬程。

上述全封闭传动结构，设置了隔离机械密封和分散的平衡隔离套系统，使驱动源内工作介质保持洁净，也保证了轴承的润滑，并使密封更加可靠。

由于采取了上述综合性的技术方案和多种改进措施，使本发明在小排量离心泵上同时实现了高扬程、高效率、高可靠性和地面安装。在排量为10-15m³/h、扬程为2000-2500m的情况下，泵轴长度只有1.5m，效率可达50%或更高。在小排量中低扬程情况下，其效率亦高于排量和单级扬程相同的普通离心泵。在中低扬程情况下，采用全封闭驱动，还可以实现高吸入压力工作，允许吸入压力高达20MPa。本发明为油田采油和注水增压提供了一种先进的专用泵种，具有非常显著的经济效益，很有推广价值。

附图1是本发明采用全封闭驱动时的结构示意图（图中省略了拉紧螺栓等非主要部件）。附图2是本发明采用轴外伸驱动时，其入端的结构示意图。附图3是新型叶片的截面示意图。附图4是90°出口角叶轮示意图。附图5是近似90°出口角叶轮示意图。附图6是一种新式的外装式流体动压机械密封（用于高低压隔离密封）的示意图。附图7是附图6中静环的轴向左视图。附图8是又一种新式机械密封示意图。附图9是附图8中动环的轴向左视图。附图10是一种新式平衡式机械密封示意图。

上述各附图中，1是联轴器，2是驱动器密封外壳，3是轴承座及轴承组件，4是入端密封外套，5入端密封，6是入端过滤器，7是入端抛砂环，8是入泵头，9是导环，10是叶轮，11是叶轮键，12是新的级间密封，13是级间抛砂环，14、15是导壳，16是出泵头，17是加油堵头，18是回水管，19是出端抛砂环，20是出端过滤器，21是高低压隔离密封，22是润滑隔离密封，23是出端密封套，24是出端轴承组件，25是出端盖，26是泵轴，27是润滑平衡隔离套。W-1是黄油嘴，W-2是轴承盖，W-3是轴承座，W-4是密封套，W-5是滴水管，W-6是泵头。21-1是轴套及其密封圈，21-2是静环，21-3是动环，21-4是轴套。12-1是轴套，12-2是静环，12-3是动环，12-4是动环传动键，12-5是轴套及其密封圈。5-1是动环，5-2是静环，5-3是滑环和弹簧，5-4是静环座，5-5是轴套。

结合附图对本发明的实施例详述如下。

由附图1所示，驱动功率通过联轴器1传递到泵轴26，通过叶轮键11带动叶轮10旋转，而叶轮10可以轴向浮动少量距离。入端密封5和入端过滤器6均装在入端密封套4内，可与轴承座和轴承组件3一起从入泵头8中整体取出，7为入端抛砂环，1～8各部件组成该泵的入端部分。其多级泵体由导环9、叶轮10、叶轮键11、级间密封12、级间抛砂环13、导壳14和15组成。其出端部分由出泵头16、加油堵头17、出端抛砂环19、出端过滤器20、高低压隔离密封21、润滑隔离密封22、出端密封套23、出端轴承组件24、出端盖25和润滑平衡隔离套27组成，回水管18将其入端与出端连通。附图2为轴外伸驱动的入端局部示意图，用W-（1～6）取代了附图1中的2、3、8、16、17、25、27等。

附图3是新型叶轮在旋转方向上的6种截面形状示意图，可供选用。附图4是90°出口角叶轮，本实施例为4个叶片，可以是2至8个，对称分布。附图5是近似90°出口角叶轮，本实施例为2个叶片，可以是2至8个。在同样的叶轮直径下，90°的出口角可以提高单级扬程。

附图6所示的外装式流体动压机械密封，用于高低压隔离密封，同时起平衡残余轴向力的作用。动环21-3与静环21-2基本不接触，静环内圈有较深的新月槽，见附图7所示。还因为动静环采用高硬度的硬质合金制造，所以有很高的使用寿命和稳定性。

附图8所示的又一种新式机械密封，具有流体动压和静压的双重作用。动环12-3外圈有未完全开通的新月形深槽，见附图9所示。其圆柱形外圆部分与导壳15间隙较小，故该新月深槽在起流体动压作用的同时还构成一个静压腔。当漏失增大时，该腔中的压力下降，动环12-3向静环12-2移动，两者之间的间隙缩小，使漏失量基本保持稳定。反之，当漏失量减少时，动静环之间的间隙增大，同样使也漏失量保持基本不变。为了使工作更加可靠，动环采用键12-4传动。其动静环均采用硬质合金或其它高耐磨材料制造。

附图10所示的新式平衡式机械密封，动环5-2的外圆有流体动压槽，用于润滑隔离密封和入端密封。滑环及弹簧5-3、静环座及密封圈5-4与静环5-2组成静环组件。动环5-2上开的动压槽可以降低摩擦系数，减少发热，以更好适应高速工作，增加可靠性和延长使用寿命。

Claims (10)

1、一种小排量高扬程地面离心泵，分为全封闭驱动和轴外伸驱动两种结构方式，均由入端部分、出端部分和多级泵体三大部分组成，其特征在于采用了全开式导壳，并对其流道进行部分阻塞，采用全开式叶轮和流线形截面叶片，并且在轴上浮动安装，采用90°和近似90°的出口角，采用新的受控膜机械密封、平衡机械密封，用新型的机械密封作高低压隔离密封，采用机械密封取代口环做级间密封及动环用键传动，采用外圆开槽式抛砂环，采用软填料密封作过滤器，采用有液流通道的新式轴承座及其紧靠密封的安装方式，采用全封闭传动结构方式。

2、按照权利要求书1所述的小排量高扬程地面离心泵，其特征在于全开式导壳分为两部分，使流道敞开，并对导壳流道进行部分阻塞。

3、按照权利要求书1所述的小排量高扬程地面离心泵，其特征在于全开式叶轮的叶片在旋转方向上为流线形或接近流线形的截面形状。

4、按照权利要求书1所述的小排量高扬程地面离心泵，其特征在于受控膜机械密封具有很深的新月形动压槽，平衡机械密封是在动环上设置了新型动压槽以及新的弹簧安装形式。

5、按照权利要求书1所述的小排量高扬程地面离心泵，其特征在于用新型机械密封作高低压隔离密封，在静环内圈具有较深的新月槽，同时兼有平衡轴向力的作用。

6、按照权利要求书1所述的小排量高扬程地面离心泵，其特征在于用机械密封取代口环做级间密封。

7、按照权利要求书1所述的小排量高扬程地面离心泵，其特征在于外圆开槽式抛砂环设置在每处密封的介质入口处。

8、按照权利要求书1所述的小排量高扬程地面离心泵，其特征在于软填料密封过滤器设置在机械密封前面。

9、按照权利要求书1所述的小排量高扬程地面离心泵，其特征在于具有液流通道的新式轴承座紧密封安装，它与密封之间设置了旋转隔离环，并且有拆卸专用螺孔。

10、按照权利要求书1所述的小排量高扬程地面离心泵，其特征在于全封闭传动结构设置了隔离机械密封和分散的平衡隔离套系统。

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