CN111828339A - 工艺流体润滑泵 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于输送工艺流体的工艺流体润滑泵，其具有公共壳体、布置在公共壳体中的泵单元、以及布置在公共壳体中的驱动单元，其中公共壳体包括用于工艺流体的泵入口和泵出口，其中泵单元包括用于将工艺流体从泵入口输送到泵出口的至少一个叶轮以及其上安装有每个叶轮的泵轴，其中驱动单元包括用于驱动泵轴的驱动轴和用于使驱动轴围绕轴向方向旋转的电动马达，并且其中液力耦合器被设置用于通过传输流体将驱动轴液力耦合到泵轴。液力耦合器被配置成接收工艺流体作为传输流体。

Description

工艺流体润滑泵

技术领域

本发明涉及根据独立权利要求的前序部分的用于输送工艺流体的工艺流体润滑泵。

背景技术

用于输送工艺流体的工艺流体润滑泵已在许多不同的行业中使用。重要示例是油气加行业，其中工艺流体润滑泵例如被设计为用于输送烃类流体的多相泵，例如用于从油田中提取原油或用于通过管线或在炼油厂内进行油/气运输。工艺流体润滑泵在油气行业中的另一种应用是将工艺流体（大多数情况下是水，并且尤其是海水）喷射到油储层中。对于此类应用，所述泵被设计为水喷射泵，其将高压海水供应到通向油储层的地下区域的井。由这种水喷射泵生成的压力升高的典型值为200-300bar（20-30MPa）或甚至更高。

向油储层中喷射水是用于增加从油气田的碳氢化合物的回收的众所周知的方法。所喷射的水维持或增加了储层中的压力，由此驱使油或碳氢化合物进出生产井。

在一些应用中，将原始海水喷射到油储层中。然而，在其它应用中，应对海水进行预处理以避免对油储层产生负面影响，预处理诸如酸化油（例如通过硫化氢（H₂S））或堵塞储层中的孔或小通道（例如通过硫酸盐）。为了实现期望的海水质量，海水要经过一系列不断细化的过滤器，从而对海水进行微过滤。此外，可以使用生物或电化学工艺来预处理海水。通常，过滤的最后步骤是纳米过滤，具体是从海水中移除硫酸盐。纳米过滤是一种膜过滤工艺，其需要以通常为25-50bar（2.5-5.0MPa）的压力向膜单元供应水。特别是对于反渗透过滤，所需要的压力甚至可能更高。在纳米过滤工艺之后，海水被供应到水喷射泵，被加压并喷射到油储层所在的地下区域中。因此，对海水进行预处理并将其喷射到油储层中通常需要两个泵，即，用于向膜过滤单元供应海水的膜馈送泵，以及用于将已过滤的海水供应到井中以用于将海水引入油储层中的水喷射泵。

鉴于对油气田的有效开发，如今对泵、并且尤其是水喷射泵的需求不断增长，其可以直接安装在海底上，特别是在水面以下100m的深度、500m或甚至多于1,000m的深度。不用说，此类泵的设计具有挑战性，特别是因为这些泵应当在困难的海底环境中长时间运行以及进行尽可能少的维护和保养工作。这需要采取特殊措施以最小化所涉及的设备量并优化泵的可靠性。鉴于部署在海底的水喷射泵和海水的预处理，如果海水喷射系统的安装深度使得环境水压足以为膜过滤单元进行馈送，则可省去膜馈送泵。例如，在水面以下500m处，海水的静水压力已经约为50bar，该压力可能足够高以便为膜过滤单元进行馈送。

用于海底应用的水喷射泵必须递送相当高的压力升高，其可能达到200bar或甚至更高。对于离心泵，这需要高速但相对较小的速度变化。为了驱动此类泵，已知使用液体填充或浸没的感应马达或永磁马达。由于液体的填充，由粘性阻力引起的粘性损失非常高，并且它们大概随着马达速度的立方而增加。实际上，这些粘性损失将马达速度限制到约6000rpm。对于更高的速度，粘性损失变得太高以至于无法允许经济且有效地运行泵。因此，例如在WO 2016/189397中已经提出了通过液力耦合器与磁力耦合器串联的组合来耦合马达和泵单元。与马达速度相比，液力耦合器能够增加泵的操作速度。液体填充的电动马达连接到布置在气密容器中的液力耦合器和磁力耦合器驱动器部分。容器填充有冷却和润滑流体，该冷却和润滑流体循环通过所述容器和外部布置的冷却盘管。由磁耦合驱动器驱动的磁耦合从动件驱动泵叶轮。通过这种设计，系统可以将泵送的工艺流体与冷却和润滑流体密封地分离。系统需要特定的冷却和润滑流体以及磁力耦合器以避免工艺液渗透到驱动单元中。

不言而喻，对于海底上的海底安装而言，泵的可靠性以及泵内的磨损和劣化的最小化是至关重要的。

因此，从该现有技术出发，本发明的目的是提出一种改进的或替代的工艺流体润滑泵，该泵特别适合于海底应用和部署在海底上。该泵应当具有设备方面的低复杂性、低磨损和高操作可靠性。具体地，泵应当适于被配置为用于在地下区域中喷射海水的水喷射泵。

满足这些目的的本发明的主题由相应独立权利要求的特征来表征。

发明内容

因此，根据本发明，提出了一种用于输送工艺流体的工艺流体润滑泵，其具有公共壳体、布置在所述公共壳体中的泵单元、以及布置在所述公共壳体中的驱动单元，其中所述公共壳体包括用于所述工艺流体的泵入口和泵出口，其中所述泵单元包括用于将所述工艺流体从所述泵入口输送到所述泵出口的至少一个叶轮以及其上安装有每个叶轮的泵轴，其中所述驱动单元包括用于驱动所述泵轴的驱动轴和用于使所述驱动轴围绕轴向方向旋转的电动马达，并且其中液力耦合器被设置用于通过传输流体将所述驱动轴液力耦合到所述泵轴。所述液力耦合器被配置成接收所述工艺流体作为所述传输流体。

通过使用工艺流体作为用于将驱动轴液力耦合到泵轴的传输流体，不再需要将液力耦合器布置在相对于工艺流体气密密封的容器内。不需要特定的传输流体。仅工艺流体用于将驱动单元液力耦合到泵单元。此外，不需要附加的磁耦合。电动马达和泵单元之间只有一个耦合器，从而大大减少了传输损失。由此，大大降低了泵的复杂性并提高了可靠性。

优选地，所述液力耦合器包括用于接收所述工艺流体作为所述传输流体的外壳、连接到所述驱动轴的泵轮、连接到所述泵轴的涡轮机轮、以及布置在用于引导所述工艺流体的所述泵轮和所述涡轮机轮之间的定子。由此，液力耦合器可以被设计为液力转矩转换器。这使得泵轴能够以比驱动轴更高的速度旋转（以每分钟转数（rpm）为单位进行测量）。因此，有可能以更高的速度驱动泵轴，例如以7800rpm（而不是6000rpm），或有可能降低驱动轴的速度。两种措施都提高泵的效率。

此外，由于转矩转换器可以用于泵的速度控制或泵叶轮转速的自调节，也可以用价格较低的驱动器（例如，单速电驱动器）来代替变频驱动器（VFD），或使用具有更窄范围的VFD来改变驱动轴旋转的频率。从经济角度看，这两种措施都具有相当大的优势。

优选地，泵包括用于支撑泵轴和驱动轴的多个轴承，其中所述轴承被配置成接收所述工艺流体作为润滑剂和冷却剂。通过将工艺流体用作多个轴承的冷却剂和润滑剂，进一步降低了泵的复杂性。

根据特别优选的实施例，泵被设计为无机械密封件的非密封泵。机械密封件通常用于密封泵的旋转轴并且应防止工艺流体沿泵的轴泄漏。通常，机械密封件包括定子和转子。转子以抗扭方式与泵的轴连接，并且定子相对于泵壳体固定，使得定子被固定以防止旋转。在轴的旋转期间，转子与定子滑动接触，从而执行密封作用。尽管此类机械密封件在离心泵技术中广泛使用，但其对于海底应用而言却有些问题，因为它们非常复杂并且通常需要附加设备，这通常被认为是海底应用的缺点。因此，优选地，根据本发明的泵被设计为非密封泵，即没有机械密封件的泵。在许多应用中，这要求泵单元和驱动单元充满工艺流体。非密封泵的优点是泵的更简单的设计。此外，工艺流体本身可以用于冷却和润滑泵的部件，例如泵轴的轴承单元和泵的驱动单元。优选地，非密封泵在没有隔离流体系统的情况下被配置和操作，即在操作期间不需要或不提供隔离流体。

优选地，泵包括被配置用于使工艺流体从所述泵的高压侧再循环到低压侧的平衡管线。通过设置平衡管线以使一定量的工艺流体从高压侧再循环到低压侧，可以将工艺流体引导至所有轴承以对轴承进行冷却和润滑。

此外，优选的是，电动马达被配置成穿过工艺流体并被工艺流体冷却，使得单独马达也被工艺流体冷却。

根据优选的设计，平衡管线被布置和配置成接收从所述驱动单元排放的工艺流体。因此，从高压侧再循环的工艺流体穿过布置在高压侧处的所有轴承，可选地通过液力耦合器，通过电动马达，并且然后进入平衡管线以用于再循环到低压侧。该设计使得仅由泵单元产生的压力可以用于使工艺流体循环通过泵，以用于冷却和润滑尤其是多个轴承以及驱动单元。

根据另一种优选的设计，泵具有用于冷却和润滑驱动单元和多个轴承的外部冷却回路，所述外部冷却回路包括用于冷却所述工艺流体的热交换器，其中所述热交换器布置在所述公共壳体的外部，并且被配置成从所述公共壳体接收工艺流体并且使所述工艺流体再循环到所述公共壳体。

为了使工艺流体通过外部冷却回路，可以设置一个循环叶轮或多个循环叶轮。用于外部冷却回路的循环叶轮优选地由驱动单元旋转并且可以布置在驱动单元的顶部上。驱动单元驱动循环叶轮，该循环叶轮使工艺流体循环通过热交换器和轴承单元。热交换器可以被配置为围绕泵的公共壳体的盘管。

根据仍另一个优选设计，泵单元包括连接到冷却回路的中间输出，其中所述中间输出被配置成以比所述泵入口处的所述工艺流体的压力更大的压力向所述冷却回路供应所述工艺流体，并且其中所述冷却回路被配置为将工艺流体供应到所述多个轴承中的至少一个轴承和/或所述驱动单元。因此，用于使工艺流体循环例如通过多个轴承的压力通过中间输出取自于泵单元本身。

还可能的是，在液力耦合器中用作传输流体的工艺流体的一部分例如从液力耦合器的外壳中取出并供应到冷却回路。

优选地，所述泵包括固定连接到所述泵轴并限定面对所述泵单元的前侧和后侧的至少一个平衡鼓或中心衬套或节流阀衬套，并且还包括设置在所述平衡鼓和被配置成相对于所述公共壳体静止的静止部分之间的释放通道，其中所述释放通道沿所述平衡鼓在轴向方向上从所述前侧延伸到所述后侧。至少一个平衡鼓或中心衬套或节流阀衬套至少部分地平衡由叶轮在泵的操作期间生成的轴向推力。

根据优选的设计，平衡鼓布置在泵单元与液力耦合器之间，并且优选地布置在高压侧，使得前侧暴露于高压或近似等于高压的压力。由于前侧基本上暴露于高压，因此在平衡鼓上存在压降，从而产生抵消由叶轮在泵的操作期间生成的轴向推力的力。

也可以将平衡鼓设置在低压侧，使得前侧暴露于泵入口处存在的低压。

当然，也可能提供多于一个平衡鼓和/或其它设备以用于平衡由叶轮生成的轴向推力，诸如中心衬套或节流阀套（也称为节流阀套筒）。具体地，可以在泵轴上设置两个平衡鼓，每个平衡鼓在相应的平衡鼓和静止部分之间限定相应的释放通道。优选地，两个平衡鼓布置在泵单元的两侧上，即布置在高压侧和低压侧，使得泵单元插置在两个平衡鼓之间。就转子动态而言，提供两个或更多个平衡鼓或其它平衡设备可能是有利的，该转子动态可以被大大改善。转子包括泵单元的所有旋转部分，即泵轴、所有叶轮和固定到泵轴的平衡鼓。具体地，改善的转子动态是由增加的转子稳定性导致的。每个平衡鼓有助于转子稳定性并增强转子稳定性。增加的转子稳定性可大大降低磨损风险，特别是在支撑泵轴的轴承单元中。此外，改善的转子动态还增强可靠性并降低故障的可能性。

为了使泵特别紧凑，优选的是，多个轴承中的至少一个布置在液力耦合器的外壳中。因此，泵轴或驱动轴的至少一个轴承被集成到液力耦合器中。

根据优选的实施例，多个轴承包括用于支撑泵轴的第一径向泵轴承，其中第一径向泵轴承布置在泵单元与泵轴的驱动端之间，并且其中所述第一径向泵轴承布置在所述液力耦合器的所述外壳中。通过将第一径向泵轴承集成在液力耦合器中，可显著减小泵轴的悬伸，因为泵轴和驱动轴之间的联轴器的重心更靠近第一径向泵轴承。该措施增加了泵轴在旋转期间的稳定性，并且降低对于通过旋转悬伸质量引起的不平衡的敏感性。

出于相同的原因，优选地，多个轴承包括用于支撑驱动轴的第一径向驱动轴承，其中所述第一径向驱动轴承布置在所述泵单元和所述电动马达之间，并且其中所述第一径向驱动轴承布置在所述液力耦合器的所述外壳中。通过将第一径向驱动轴承集成在液力耦合器中，可显著减小驱动轴的悬伸，因为驱动轴和泵轴之间的联轴器的重心更靠近第一径向驱动轴承。该措施增加了驱动轴在旋转期间的稳定性，并且降低对于通过旋转悬伸质量引起的不平衡的敏感性。

更优选地，第一径向泵轴承和第一径向驱动轴承两者均布置在液力耦合器的外壳中。除了驱动轴和泵轴的减小的悬伸之外，这种设计还非常紧凑并减小泵的整体尺寸。

根据优选的设计，泵被配置为具有沿重力方向延伸的泵轴的立式泵，并且其中所述驱动单元布置在所述泵单元的顶部上。

根据优选的应用，该泵被配置用于安装在海底上。可以将泵安装在水面以下100m、500m或甚至大于1,000m的深度。

根据优选的实施例，泵被配置为用于将海水喷射到地下区域中的水喷射泵。

根据从属权利要求，本发明的另外的有利措施和实施例将变得显而易见。

附图说明

在下文中将参考本发明的实施例并参考附图来更详细地解释本发明。以示意图形式示出了：

图1是根据本发明的工艺流体润滑泵的第一实施例的示意性横截面视图，

图2是具有驱动轴承的驱动单元的实施例的示意图，

图3是液力耦合器的第一实施例的横截面视图，

图4是第一实施例与冷却回路的另一个实施例的示意性横截面视图，

图5是根据本发明的工艺流体润滑泵的第二实施例的示意性横截面视图，

图6是根据本发明的工艺流体润滑泵的第三实施例的示意性横截面视图，以及

图7是液力耦合器的第二实施例的横截面视图。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的工艺流体润滑泵的第一实施例的示意性横截面视图，该泵的整体以附图标记1表示。泵1被设计为用于输送工艺流体的离心泵，并且具有公共壳体2、泵单元3和驱动单元4。泵单元3和驱动单元4两者均布置在公共壳体2内。公共壳体2被设计为压力壳体，其能够承受由泵1生成的压力以及由环境施加在泵1上的压力。公共壳体2可以包括若干壳体部分，例如，泵壳体和驱动器壳体，其彼此连接以形成围绕泵单元3和驱动单元4的公共壳体2。公共壳体2被配置为气密压力壳体，其防止至外部环境的任何泄漏。

在下面的描述中，通过示例的方式参考了以下重要应用：工艺流体润滑泵1被设计成和适用于在油气行业中用作海底水喷射泵1，特别是用于将水喷射到地下油和/或气储层以提高从地下区域的碳氢化合物的回收。通过将水喷射到储层中，碳氢化合物被迫流向和流出生产井。因此，由泵1输送的工艺流体是水并且尤其是海水。工艺流体润滑泵1具体地被配置用于安装在海底上，即用于在水面以下使用，特别是在海面以下100m、500m或甚至多于1000m的深度。

不言而喻，本发明不限于该特定示例，而是总体上涉及工艺流体润滑泵。本发明可以用于许多不同的应用，特别是用于将泵1安装在难以接近的位置的应用。优选地，根据本发明的泵1被设计为水喷射泵。即使是优选的，泵1也不一定被配置用于部署在海底或海底应用上，而是也可以被配置为顶侧应用，例如用于岸上或油平台上的安装，尤其是在无人平台上。另外，根据本发明的泵1还可以用于油气行业之外的应用。

术语“工艺流体润滑泵”是指泵，其中由泵1输送的工艺流体用于润滑和冷却泵的部件（例如轴承单元）。工艺流体润滑泵1不需要与工艺流体不同的特定隔离流体以避免工艺流体泄漏到例如驱动单元4中。此外，工艺流体润滑泵1不需要与用于润滑泵部件的工艺流体不同的润滑剂。在下面描述中，通过示例的方式参考以下重要应用：工艺流体是水，具体是海水。术语海水包括原始海水、纯化的海水、预处理的海水、已过滤的海水，特别是微过滤的海水和纳米过滤的海水。当然，根据本发明的泵1还可以被配置成用于输送除水或海水以外的其它工艺流体。

泵1的公共壳体2包括：泵入口21，工艺流体通过该泵入口21进入泵1；以及泵出口22，该泵出口22用于排放具有与泵入口21处的工艺流体的压力相比增加的压力的工艺流体。通常，泵出口22连接到用于将加压工艺流体递送到井的管道（未示出），在该井中工艺流体被喷射。泵出口22处的工艺流体的压力被称为“高压”，而泵入口21处的工艺流体的压力被称为“低压”。高压和低压之间的差的典型值例如为100至200bar（10-20MPa）。

泵单元3还包括从泵轴5的驱动端51延伸到非驱动端52的泵轴5。泵轴5被配置用于围绕轴向方向A旋转，该轴向方向A由泵轴5的纵向轴线限定。

泵单元3还包括至少一个叶轮31，该叶轮31固定地安装在泵轴5上并且被配置用于将压力流体的压力从低压增加到高压。优选地，泵单元3包括以抗扭方式串联安装在泵轴5上的多个叶轮31。图1示出了一个示例，其中泵单元包括在泵轴5上串联布置的十个叶轮31。

在其它实施例中，泵单元可包括以背对背布置结构进行布置的第一组叶轮和第二组叶轮。

将在下文中更详细地说明的驱动单元4被配置成在泵轴5的驱动端51上施加转矩以用于驱动泵轴5和叶轮31围绕轴向方向A旋转。

工艺流体润滑泵1被配置为立式泵1，这意味着在操作期间，泵轴5沿竖直方向（即重力方向）延伸。因此，轴向方向A与竖直方向一致。

垂直于轴向方向的方向称为径向方向。使用术语“轴向”或“轴向地”，其通用含义是“沿轴向方向”或“相对于轴向方向”。以类似的方式，使用术语“径向”或“径向地”，其通用含义是“沿径向方向”或“相对于径向方向”。在下文中，关于位置的相对术语，诸如“上方”、或“下方”、或“上”、或“下”、或“顶部”或“底部”指的是泵1的通常操作位置。图1、图4、图5和图6示出了处于其相应通常操作位置的泵1的不同实施例和变型。

参考操作期间的这种通常定向，并且如图1中所示，驱动单元4位于泵单元3的上方。然而，在其它实施例中，泵单元3可以位于驱动单元4的顶部上。在其它实施例中，泵1可以被配置为卧式泵，即用于水平布置，其中泵轴5在泵的操作期间水平地延伸。

泵入口21布置在泵单元3的下端处，并且泵出口22位于泵单元3的上端处。

在其它实施例中，泵入口21可以布置在泵单元3的上端处，并且泵出口22可以位于泵1的下端处。

泵1包括多个轴承。第一径向泵轴承53、第二径向泵轴承54和轴向泵轴承55被设置用于支撑泵轴5。作为上轴承的第一径向泵轴承53在泵单元3和驱动单元4之间与泵轴5的驱动端51相邻地布置。作为下轴承的第二径向泵轴承54布置在泵单元3与泵轴5的非驱动端52之间或在非驱动端52处。轴向泵轴承55布置在泵单元3和第一径向泵轴承53之间。泵轴承53、54、55被配置成在轴向方向和径向方向两者上支撑泵轴5。径向泵轴承53和54相对于径向方向支撑泵轴5，并且轴向轴承55相对于轴向方向A支撑泵轴5。第一径向泵轴承53和轴向泵轴承55被布置成使得第一径向泵轴承53更靠近驱动单元4并且轴向泵轴承55面对泵单元3。当然，也可以交换第一径向泵轴承53和轴向泵轴承55的位置，即将第一径向泵轴承53布置在轴向泵轴承55和泵单元3之间，使得轴向泵轴承55更靠近驱动单元4。

径向轴承（诸如第一径向泵轴承53或第二径向泵轴承54）也称为“轴颈轴承”，并且轴向轴承（诸如轴向泵轴承55）也称为“推力轴承”。第一径向泵轴承53和轴向泵轴承55可以被配置为单独的轴承，但也可以将第一径向泵轴承53和轴向泵轴承55配置为在径向方向和轴向方向两者上支撑泵轴5的单个组合的径向和轴向轴承。

第二径向泵轴承54沿径向方向支撑泵轴5。在图1中所示的实施例中，在泵轴5的非驱动端52处没有设置轴向泵轴承。当然，在其它实施例中，也可以在非驱动端52处设置用于泵轴5的轴向泵轴承。在实施例中，在非驱动端52处设置轴向泵轴承的情况下，可以在驱动端51处设置第二轴向泵轴承，或者驱动端51可以被配置为不具有轴向泵轴承。

优选地，径向泵轴承53和54以及轴向泵轴承55被配置为液力轴承，并且甚至更优选地分别被配置为倾斜衬垫轴承53、54和55。特别优选地，至少第一径向泵轴承53和第二径向泵轴承54各自被配置为径向倾斜衬垫轴承。当然，第一径向泵轴承53和第二径向泵轴承54也可以各自被配置为固定的多瓣液力轴承。

优选地，泵1包括至少一个平衡设备，其用于至少部分地平衡由叶轮31在泵1的操作期间生成的轴向推力。平衡设备可以包括平衡鼓或中心衬套或节流阀衬套（也称为节流阀套筒）。泵1的第一实施例包括用于至少部分地平衡由叶轮31生成的轴向推力的平衡鼓7。平衡鼓7以抗扭方式固定地连接到泵轴5。平衡鼓7布置在泵单元3的上端上方，即布置在泵单元3与泵轴5的驱动端51之间，更确切地说布置在泵单元3的上端与轴向泵轴承55之间。平衡鼓7限定前侧71和后侧72。前侧71是面向泵单元3和叶轮31的一侧。后侧72是面向轴向泵轴承55和驱动单元4的一侧。平衡鼓7被静止部分26围绕，使得在平衡鼓7的径向外表面和静止部分26之间形成释放通道73。静止部分26被配置为相对于公共壳体2静止。释放通道73在平衡鼓7的外表面和静止部分26之间形成环形间隙，并且从前侧71延伸到后侧72。前侧71与泵出口22流体连通，使得平衡鼓7的面向前侧71的轴向表面基本上暴露于在泵1的操作期间在泵出口22处存在的高压。当然，由于由泵出口22和平衡鼓7之间的流体连通引起的较小压力损失，在平衡鼓1的面向前侧71的轴向表面处存在的压力可以比高压略小。然而，在平衡鼓7上方发生相当大的压降。在泵1的操作期间，中间压力在后侧72处存在。中间压力的值介于泵入口21处的低压和泵出口22处的高压之间。在图1中所示的实施例中，由于平衡管线9上的压降，中间压力略大于低压。

由于前侧71基本上暴露于泵出口22处的高压，因此在平衡鼓7上方存在压降，从而产生的力沿轴向方向A向上指向，并随其抵消在泵1的操作期间由叶轮31生成的向下指向的轴向推力。

在其它实施例（未示出）中，另一个平衡鼓布置在泵单元3的下端下方，即布置在泵单元3和泵轴5的非驱动端52之间，更确切地说布置在泵单元3的下端与第二径向泵轴承54之间。在仍其它实施例中，平衡鼓仅在泵1的下端处设置在泵单元3和在泵轴5的非驱动端52处的第二径向泵轴承54之间，并且在泵单元3上方靠近泵轴5的驱动端的位置处未设置平衡鼓。也可以在两个相邻的叶轮31之间，例如在第一组叶轮和第二组叶轮之间布置平衡设备。第一组叶轮和第二组叶轮可能以背对背布置结构进行布置。

在图1中所示的实施例中，设置了平衡管线9以用于使工艺流体从高压侧再循环到低压侧。具体地，平衡管线9将后侧72与泵1的低压侧连接，其中存在低压（即泵入口21处的压力）。因此，一部分加压工艺流体从高压侧通过释放通道73到达后侧72，进入平衡管线9，并再循环到泵1的低压侧。平衡管线9构成在后侧72和泵入口21处的低压侧之间的流动连接。如图1中所示，平衡管线9可以布置在公共壳体2的外部。在其它实施例中，平衡管线9可以被设计为完全在公共壳体2内延伸的内部管线。

平衡管线9从后侧72处的第一端口91延伸至第二端口92，该第二端口与泵的低压侧（例如，与泵入口21）流体连通。如图1中所示，第二端口92可以布置在第二径向泵轴承54和第一个叶轮31之间。第一端口91和第二端口92布置在公共壳体2处。因此，在泵1的操作期间，工艺流体可以从后侧72通过平衡管线9流到泵1的低压侧。因此，除了由平衡管线9引起的较小压降之外，在后侧72处存在的压力（即中间压力）与泵入口21处存在的低压基本相同。

工艺流体润滑泵1被设计为非密封泵。非密封泵1是不具有用于密封旋转泵轴5的机械密封件的泵。机械密封件是用于旋转轴的密封件，其包括固定至该轴并随该轴旋转的转子以及相对于壳体固定的静止定子。在操作期间，转子和定子沿着彼此滑动（通常在两者之间有液体）以用于提供密封作用以防止工艺流体逸出到环境中或进入泵的驱动器。图1中所示的非密封泵1没有此类机械密封件。有意允许工艺流体进入驱动单元4并且用于冷却和润滑泵1的部件（诸如泵轴承53、54和55）。

图2更详细地示出了具有驱动轴承43、44和45的驱动单元4的实施例的示意图。驱动单元4包括电动马达41和沿轴向方向A延伸的驱动轴42。为了支撑驱动轴42，设置有第一径向驱动轴承43、第二径向驱动轴承44和轴向驱动轴承45，其中第二径向驱动轴承44和轴向驱动轴承45相对于轴向方向A布置在电动马达41的上方，并且第一径向驱动轴承43布置在电动马达41的下方。布置在第一径向驱动轴承43和第二径向驱动轴承44之间的电动马达41被配置成用于使驱动轴42绕轴向方向A旋转。驱动轴42通过液力耦合器8连接至泵轴5的驱动端51以用于将转矩传递到泵轴5。优选地，液力耦合器8被配置为转矩转换器8以用于将驱动轴42液力耦合到泵轴5，使得泵轴5可能以比驱动轴42更高的速度（每分钟转数，rpm）旋转。

驱动轴承43、44和45被配置成在径向方向和轴向方向A两者上支撑驱动轴42。第一径向驱动轴承43和第二径向驱动轴承44相对于径向方向支撑驱动轴42，并且轴向驱动轴承45相对于轴向方向A支撑驱动轴42。第二径向驱动轴承44和轴向驱动轴承45被布置成使得第二径向驱动轴承44被布置在轴向轴承45和电动马达41之间。

当然，也可以交换第二径向驱动轴承44和轴向驱动轴承45的位置。

第二径向驱动轴承44和轴向驱动轴承45可以被配置为单独的轴承，但第二径向驱动轴承44和轴向驱动轴承45也可以配置为在径向方向和轴向方向A两者上支撑驱动轴42的单个组合的径向和轴向轴承。

第一径向驱动轴承43布置在电动马达41的下方并且在径向方向上支撑驱动轴42。在图2中所示的实施例中，在电动马达41的下方没有布置轴向轴承。当然，替代地或附加地，用于驱动轴42的轴向驱动轴承也可以布置在电动马达41的下方，即布置在电动马达41与液力耦合器8之间。

驱动单元4的电动马达41包括：向内设置的转子412，其以抗扭方式连接到驱动轴42；以及围绕转子412的向外设置的马达定子411，其中转子412与马达定子411之间具有环形间隙413。转子412可以构成驱动轴42的一部分，或者是单独的部分，其旋转地固定连接到驱动轴42，使得转子412的旋转驱动了驱动轴42。电动马达41可以被配置为电缆缠绕马达。在电缆缠绕马达中，形成用于生成电磁场的线圈的马达定子411的单独的导线各自是绝缘的，使得马达定子411甚至可以被导电流体（例如，原始海水）浸没。电缆缠绕马达不需要介电流体来冷却马达定子411。替代地，电动马达41可以被配置为封闭马达。当电驱动器41被配置为封闭马达时，环形间隙413由罐（未示出）径向向外界定，该罐相对于转子412和间隙413气密地密封马达定子411。因此，流过间隙413的任何工艺流体都不能进入马达定子411。当电动马达41被设计为封闭马达时，不同于工艺流体的介电冷却流体可以循环通过气密密封的马达定子411以冷却马达定子411。

优选地，电动马达41被配置为永磁体马达或感应马达。为了向电动马达41供应能量，在公共壳体2处设有功率穿透器（未示出），以用于接收向电动马达41提供功率的的功率电缆（未示出）。

电动马达41可以被设计成与变频驱动器（VFD）一起操作，其中可以通过改变提供给电动马达41的频率和/或电压来调整马达的速度，即旋转频率。然而，电动马达41也可以不同地配置为例如作为单速或单频驱动器。

图3示出了被配置为转矩转换器8的液力耦合器8的第一实施例，其用于将驱动轴42液力耦合到泵轴5，使得泵轴5可以比驱动轴42更快地旋转（例如1.3倍）。因此，当驱动轴42例如以6000rpm旋转时，泵轴5以7800rpm旋转。

转矩转换器8包括：用于接收传输流体的外壳81、以抗扭方式连接到驱动单元4的驱动轴42的泵轮82、以抗扭方式连接到泵单元3的泵轴5的涡轮机轮83、以及用于以本领域已知的方式将传输流体从涡轮机轮83引导回泵轮82的定子84。

定子84连接至外壳81，该外壳81被配置为其中包含传输流体的不透液体外壳81。在操作期间，驱动轴42使泵轮82旋转，该泵轮82作用在传输流体上并且使其加速，由此将机械能转变成流动能量。传输流体将能量传递到涡轮机轮83，该涡轮机轮83将流动能量转变回机械能并驱动泵轴5。传输流体然后再循环到由定子84引导和转向的泵轮82。

在图3中所示的实施例中，转矩转换器8包括多个可调整的导向叶片85，通过它们可改变传输流体的流动。导向叶片85的位置可以通过调整设备851来改变和保持。通过枢转导向叶片85，可以改变导向叶片85的入射流，由此修改外壳81中的传输流体的流动。由此，可以控制传递到泵轴5的转矩与从驱动轴42传递的转矩的比。

必须注意，就本发明而言，可调整导向叶片85不是必需的。转矩转换器8也可以不具有可调整导向叶片85，而是具有固定导向叶片。例如，转矩转换器可以仅实施成具有泵轮82、涡轮机轮83和定子84，该定子84具有不可移动的导向叶片，即没有任何可调整导向叶片。

设置转矩转换器8以将驱动轴42与泵轴5耦合（而不是例如驱动轴42和泵轴5的机械耦合）具有重要的优点，即泵轴5可能以比驱动轴更高的速度旋转。这提高泵1的效率，因为叶轮31旋转得更快，和/或因为液体填充的电动马达中的粘性损失极大地减小。此外，通过液力耦合，驱动轴42和泵轴5被扭转地断开，从而减小了例如来自驱动单元4的扭转冲击负载（如短路或启动）的影响。

另一个优点是，转矩转换器8也可以用于泵1的速度控制或用于泵送工艺的自调节。当转矩转换器8被设计成具有可调整导向叶片85时，这尤其适用，但在转矩转换器8仅具有用于传输流体的固定导向元件并且没有可调整导向叶片的情况下也适用。将转矩转换器8用于泵轴5的速度控制使得可以在没有变频驱动器（VFD）但具有不太复杂且较便宜的电动马达41的情况下操作泵1。可替代地，可以使用具有相当窄的范围的VFD来改变频率。这两种措施，即在没有VFD的情况下配置泵1或在VFD具有较窄频率范围的情况下配置泵，都降低泵1的成本和复杂性。

根据本发明，液力耦合器8被配置为接收工艺流体作为传输流体。因此，工艺流体（例如水或海水）不仅用于冷却和润滑轴承43、44、45、53、54、55和电动马达41，而且还用作液力耦合器8的传输流体。

转矩转换器8的外壳81包括用于将工艺流体供应至转矩转换器8的外壳81的引入口86和用于排放工艺流体的排放口87。替代地或作为补充，转矩转换器8可以被配置成使得工艺流体可以例如沿着泵轴5和/或驱动轴42进入和离开外壳81，例如作为泄漏流。在泵1的操作期间，泵1的整个公共壳体2充满工艺流体，使得工艺流体可以通过引入口86和排放口87和/或沿着泵轴5和驱动轴42作为泄漏流进入和离开转矩转换器8的外壳81。

在其它实施例中，外壳81不具有引入口86且不具有排放口87，使得工艺流体仅沿着泵轴5和/或驱动轴42作为泄漏流进入和离开外壳81。

取决于转矩转换器8的外壳81的外部所暴露于的公共壳体2中的压力，转矩转换器8可以产生附加驱动力以用于使工艺流体通过平衡管线9从泵1的高压侧再循环到低压侧。

在操作期间，泵1借助于工艺流体（例如，海水）来进行冷却和润滑。在图1中所示的第一实施例中，提供了外部冷却回路10以增强泵1的冷却。外部冷却回路10还通过作为热载体的工艺流体（例如海水）来操作。根据该实施例，外部冷却回路10包括至少一个循环叶轮11以用于使工艺流体循环通过外部冷却回路10。循环叶轮11是与泵单元3的叶轮31不同的特征。

由于工艺流体构成了热载体，因此外部冷却回路10可以被设计为开路，其从泵单元3接收工艺流体并且将工艺流体输送到泵1的不同位置。循环叶轮11由电动马达41驱动且优选地由驱动轴42驱动。如图1中所示，循环叶轮11可以例如布置在马达41的顶部上，但其它位置也是可能的。例如，循环叶轮11也可以布置在以下位置中的一个或更多个处：驱动轴42的非驱动端、驱动轴42的驱动端、泵轴5的驱动端51、在平衡鼓7上方、在至平衡管线9的第一端口91上方、泵轴5的驱动端52处、在第二径向泵轴承54下方。

外部冷却回路10还包括用于冷却外部冷却回路10中的工艺流体的热交换器12。热交换器12位于公共外壳2的外部。优选地，热交换器12被设计为围绕公共外壳2的盘管或螺旋。在海底应用中，泵1周围的海水在公共壳体2的外部从盘管形热交换器12提取热量，并由此冷却外部冷却回路10中的工艺液体。工艺流体在外部冷却回路10中的流动在图1中用虚线箭头指示。热交换器12与出口13流体连通以用于从驱动单元4接收工艺流体，如箭头C1所示。更确切地说，出口13在驱动单元4上方和轴向驱动轴承45上方的位置处设置在公共壳体2处，使得热交换器12接收工艺流体，该工艺流体已经穿过驱动单元4和驱动轴承43、44、45并由此冷却驱动单元4和驱动轴承43、44、45。在热交换器12中，环境从工艺流体中提取热量并冷却工艺流体。在穿过热交换器12之后，将冷却的工艺流体提供到泵的多个位置以用于冷却和润滑部件。对于每个位置，在公共壳体2处设置用于工艺流体的相应入口14、15、16。在热交换器12的下游，如箭头C2所指示，已冷却的工艺流体的第一部分通过入口14直接引入驱动单元4中，以用于冷却和润滑驱动轴承43、44、45以及冷却电动马达41。如箭头C3所指示，已冷却的工艺流体的第二部分通过入口15直接引入轴向泵轴承单元55中，以用于冷却和润滑轴向泵轴承55和第一径向泵轴承53并可选地用于穿过转矩转换器8。如箭头C4所指示，已冷却的工艺流体的第三部分通过入口16直接引入第二径向泵轴承54中，以用于冷却和润滑第二径向泵轴承54。穿过电动马达41以冷却电动马达的工艺流体被引导通过环形间隙413，如图2中的虚线箭头C5所指示。在马达定子411充满工艺流体以进行冷却的情况下，例如当电动马达41被配置为电缆缠绕马达时，工艺流体也被引导通过马达定子411，如图2中的虚线箭头C6所示。

图4以类似于图1的横截面视图示出了冷却回路10'的不同设计。该设计不需要循环叶轮11，但是也可以包括循环叶轮。在图4中所示的配置中，没有设置循环叶轮。根据冷却回路10'的这种设计，泵单元3包括连接到冷却回路10'的中间输出310以用于将工艺流体供应到冷却回路10'，如图4中的虚线箭头C7所示。中间输出310被配置成以大于低压入口21处的低压的压力将工艺流体供应到冷却回路10'。

冷却回路10'包括第一分支101，该第一分支提供中间输出310和入口17之间的流体连通，工艺流体可通过该流体连通进入轴向驱动轴承45以用于冷却和润滑，如图4中的虚线箭头C71所指示。已经通过轴向驱动轴承45的工艺流体被引导通过第二径向驱动轴承44、驱动单元4、第一径向驱动轴承43、转矩转换器8、第一径向泵轴承53和轴向泵轴承55以用于冷却和润滑这些部件，如图4中的虚线箭头C73所指示。穿过轴向泵轴承55的工艺流体与沿平衡鼓7经过的工艺流体合并并进入平衡管线9。

可选地，冷却回路10'的第一分支101可以包括在第一分支101中设置的第一限流器103（例如节流阀或孔口）以调节流过入口17的工艺流体的流量。

冷却回路10'还包括第二分支102，该第二分支102提供中间输出310和入口18之间的流体连通，工艺流体可以通过该流体连通进入第二径向泵轴承54以冷却和润滑第二径向泵轴承54，如图4中的虚线箭头C72所指示。当工艺流体已经经过第二径向泵轴承54时，其在泵入口21的低压侧与工艺流体合并。

可选地，第二分支102可以包括在第二分支102中设置的第二限流器104（例如节流阀或孔口）以调节工艺流体的流动，即其穿过第二径向泵轴承54。

中间输出310可以被布置成从叶轮31中的一个接收工艺流体。因此，根据图4中所示的设计，由泵单元3的一个或更多个叶轮31生成用于使工艺流体循环通过冷却回路10'的驱动力。优选地，中间输出310被配置成使得第一分支101和第二分支102中的工艺流体的压力至少与平衡管线9中的工艺流体的压力一样大。甚至更优选地，冷却回路10'的第一分支101和第二分支102中的工艺流体的压力比平衡管线9中的压力高至少几bar，例如高10-30bar。

冷却回路的第一分支101和第二分支102可以被设计为完全在公共外壳2内延伸的内部管线。如图4中所示，也可以将第一分支101和第二分支102配置为布置在公共壳体2外部的外部管线。必须注意，如对于图1中所示的热交换器12所解释的，冷却回路10'也可能以类似的方式包括热交换器。

现在将参照图1至图3描述根据本发明的泵1的第一实施例的操作。在低压下通过泵入口21进入泵1的工艺流体在旋转叶轮31的作用下被加压，并在高压下通过泵出口22离开泵1，如图1和图4中没有附图标记的大实线箭头所指示的。平衡鼓7下方的前侧71与泵出口22流体连通。因此，如图1中的箭头B1所示，一部分加压工艺流体通过释放通道73到达后侧72。由于在平衡鼓7上方的压降，小于高压的中间压力在后侧72处存在。因此，生成作用在泵轴5上的力。该力在轴向方向A上向上指向，并且从而部分平衡由叶轮31生成并在轴向方向A上向下指向的轴向推力。在后侧72处，工艺流体的一部分通过第一端口91进入平衡管线9，并且另一个部分进入泵轴向轴承55并且与外部冷却回路10的工艺流体合并，该工艺流体通过入口15进入公共壳体2。

流过平衡管线9的工艺流体再循环到泵1的低压侧，并且与已经从外部冷却回路10通过入口16引入第二径向泵轴承54中的工艺流体合并。

平衡管线9引起小压降，使得后侧72处的中间压力略大于泵入口21处的低压。

平衡鼓7至少部分地补偿由旋转叶轮31生成的泵轴5上的轴向推力。即使平衡鼓7未完全平衡所述轴向推力，轴向泵轴承55所必须承受的负载也极大地减小。

在其它实施例中，在泵轴5的非驱动端52处设置有另一个平衡鼓。这可以附加地增加包括泵轴5、叶轮31和两个平衡鼓的整个转子设备的稳定性。借助于两个平衡鼓，泵轴5的下部（即泵轴5的与非驱动端52相邻的部分）的转子动力振动甚至被更可靠地防止或至少附加地减小。

仅作为示例并且为了更好地理解，以下不同压力可能会在泵1处和其中存在：例如，当泵1被部署在海底，在水面以下250m的深度处时，在泵入口21处存在的低压例如为25bar。泵1可以被配置成使压力增加175bar。因此，高压出口22处的高压为200bar。当忽略其它较小压力损失（诸如平衡管线9中的压力损失）时，平衡鼓7上方的压降约为175bar。因此，在后侧72处存在的中间压力约是低压，即25bar。

通过以下两者实现了由工艺流体对泵1的冷却和润滑：通过平衡管线9的流，该流由叶轮31的作用驱动，并且由图1中的实线箭头指示；以及由虚线箭头所指示的通过外部冷却回路10的流。所述两个流都有助于通过工艺流体来冷却和润滑泵轴承53、54和55、驱动轴承43、44和45、以及电动马达41。

图5示出了根据本发明的工艺流体润滑泵1的第二实施例的示意性横截面视图。

在对工艺流体润滑泵1的第二实施例的以下描述中，仅更详细地说明与第一实施例的不同。相对于第一实施例的说明也以与第二实施例相同或相似的方式有效。相同的附图标记表示已经参考第一实施例说明的相同特征或功能上等同的特征。具体地，参考图2说明的驱动单元以及参考图3说明的转矩转换器也可以用于第二实施例。

与第一实施例相比，主要区别在于，泵1的第二实施例不包括外部冷却回路10。泵轴承53、54、55以及包括电动马达41的驱动单元4以及驱动轴承43、44、45以及转矩转换器8仅通过工艺流体的流进行冷却和润滑，该工艺流体由泵单元3的叶轮31的作用来驱动。然而，正如已经说过的，取决于公共壳体2中的相应局部压力，转矩转换器8可以产生附加驱动力以用于使工艺流体通过平衡管线9从泵1的高压侧再循环到低压侧。

平衡管线9连接到其上以用于接收工艺流体的第一端口91布置在轴向驱动轴承45上方。沿着平衡鼓7穿过释放通道73的工艺流体流动通过轴向泵轴承55，通过第一径向泵轴承53，通过转矩转换器8，通过第一径向驱动轴承43，通过驱动单元4，通过第二径向驱动轴承44，以及通过轴向驱动轴承45。第一端口91位于轴向驱动轴承45上方，从而形成平衡管线9的入口，如图5中的箭头B2所示。因此，平衡管线9接收从驱动单元4排放并已经穿过第二径向驱动轴承44和轴向驱动轴承45的工艺流体。通过轴承55、53、43、44、45，转矩转换器8和驱动单元4引导工艺流体会导致后侧72和端口91之间的压降。压降可以是几bar，例如约10bar。因此，在第一端口91处存在的是一压力，该压力略小于在平衡鼓7与第一径向泵轴承53之间的后侧72处存在的中间压力。

平衡管线9连接到的第二端口92在泵轴5的非驱动端52处布置在第二径向泵轴承54的下方。因此，在再循环的工艺流体到达与泵入口21相邻的低压侧之前，离开平衡管线9并穿过第二端口92的工艺流体被引导穿过第二径向泵轴承54。由于工艺流体从第二端口92引导通过第二径向泵轴承54，因此第二端口92处存在的压力略大于低压，因为在第二径向泵轴承54上存在附加压降，例如约四bar的压降。忽略平衡管线9上的压降，第二端口92处的压力与第一端口91处的压力相同。

可选地，可以设置一条或更多条旁路管线，其被配置成限制工艺流体通过不同轴承53、54、55、43、44、45的流动。在图5中示出了第一旁路管线93，该第一旁路管线93被配置成绕过轴向泵轴承55、第一径向泵轴承53、转矩转换器8、第一径向驱动轴承43、驱动单元4、第二径向驱动轴承44和轴向驱动轴承45。第一节流阀931设置在第一旁路管线93中以调节工艺流体的流，即其穿过布置在平衡鼓7上方的所有部件。第一节流阀931可以被配置为例如孔口。因此，离开释放通道73的工艺流体的第一部分流经布置在平衡鼓7上方的所有部件55、53、8、43、4、44、45，并且然后经由第一端口91进入平衡管线9，并且离开第一释放通道73的工艺流体的第二部分绕过所述部件55、53、8、43、4、44、45并直接进入平衡管线9。在图5中，第一旁路管线93被示为外部管线。第一旁路管线93的入口在第一平衡鼓7与轴向泵轴承55之间的位置处（相对于轴向方向A）位于公共壳体2处。第一旁路管线93从所述入口朝向平衡管线9延伸并且通向平衡管线9。然而，也有可能并且对于许多应用而言甚至优选的是，第一旁路管线93被配置为完全位于公共壳体2内的内部管线。为此目的，第一旁路管线93可以分别被配置成构成后侧72和第一端口91之间的直接流动连通或在轴向驱动轴承45上方的体积。将第一旁路管线93配置为内部管线具有以下优点：可以减少在公共壳体2处所需的开口的数量。

可选地，可以设置第二旁路管线94，该第二旁路管线94被配置成在泵轴5的非驱动端52处绕过第二径向泵轴承54。第二节流阀941设置在第二旁路管线94中以调节工艺流体的流，即其流过第二径向泵轴承54。第二节流阀941可以被配置为例如孔口。因此，流过平衡管线9的工艺流体的第一部分流过第二径向泵轴承54到达低压侧，并且流过平衡管线9的工艺流体的第二部分绕过第二径向泵轴承54并直接进入低压侧。在图5中，第二旁路管线94被示为将平衡管线9与邻近泵入口21的低压侧连接的外部管线。第二旁路管线94的入口位于平衡管线9处。第二旁路管线94从那里朝向公共壳体2延伸并且连接到公共壳体处的开口，该开口布置在基本上存在低压的位置。然而，也有可能并且对于许多应用而言甚至优选的是，第二旁路管线94被配置为完全位于公共壳体2内的内部管线。为此目的，第二旁路管线94可以被配置成在第二端口92或第二径向泵轴承54下方的体积分别与低压侧或泵入口21之间构成直接流动连通，其中所述流动连通绕过第二径向泵轴承54。将第二旁路管线94配置为内部管线具有以下优点：可以减少在公共壳体2处所需的开口的数量。

回到参考泵的第一实施例给出的数值示例，以下不同压力可以在泵1的第二实施例处和其中存在：例如，当泵1被部署在海底，在水面以下250m的深度处时，在泵入口21处存在的低压例如为25bar。泵1可以被配置成使压力增加175bar。因此，高压出口22处的高压为200bar。考虑到在后侧72和第一端口91之间以及在第二径向泵轴承54上方也存在压降，平衡鼓7上方的压降小于由泵1生成的压力升高，即高压和低压之间的差。例如，在平衡鼓7上方的压降可以是160bar，在轴承55、53、43、44、45、转矩转换器8和驱动单元4上方的压降可以是10bar，并且在第二径向泵轴承54上方的压降可以是5bar。因此，在后侧72处存在的中间压力为约40bar。在第一端口91、第二端口92处以及在平衡管线9内的压力约为30bar（忽略了在平衡管线9上方的压降）。

图6示出了根据本发明的工艺流体润滑泵1的第三实施例的示意性横截面视图。

在对工艺流体润滑泵1的第三实施例的以下描述中，仅更详细地说明与第一和第二实施例的不同。相对于第一实施例和相对于第二实施例的说明也以与第三实施例相同或相似的方式有效。相同的附图标记表示已经参考第一和第二实施例说明的相同特征或功能上等同的特征。具体地，参考图2说明的驱动单元也可以用于第三实施例，并且外部冷却回路10（图1）以及冷却回路10'（图4）也可以用于第三实施例。

第三实施例类似于第二实施例（图5）。与第二实施例相比，主要区别在于，泵1的第三实施例包括液力耦合器8的配置，该液力耦合器8具有集成在液力耦合器8中、具体是集成到液力耦合器8的外壳81中的多个轴承53、54、55、43、44、45中的至少一个。图7示出了具有集成轴承43和53的液力耦合器8的第二实施例的横截面视图。

液力耦合器8的第二实施例也被配置为转矩转换器8，其用于将驱动轴42液力耦合到泵轴5，使得泵轴5可以比驱动轴42更快地旋转。

转矩转换器8包括：用于接收工艺流体作为传输流体的外壳81、以抗扭方式连接到驱动单元4的驱动轴42的泵轮82、以抗扭方式连接到泵单元3的泵轴5的涡轮机轮83、以及用于将工艺流体从涡轮机轮83引导回泵轮82的定子84。

定子84连接到外壳81，该外壳81被配置为工艺流体在其中循环的不透液体外壳81。在图7所示的第二实施例中，转矩转换器8包括多个固定的导向叶片85'，即导向叶片85'的位置不能改变，但导向叶片85'相对于外壳81是固定的并且不能相对于外壳81移动。

当然，也可以将转矩转换器的第二实施例配置成具有可相对于外壳81移动的导向叶片85。

在图6和图7中所示的实施例中，第一径向泵轴承43和第一径向驱动轴承53两者均布置在转矩转换器8的外壳81中。因此，第一径向泵轴承53和第一径向驱动轴承43被集成在转矩转换器8中，更确切地说被集成在外壳81中，这防止了传输流体（即工艺流体）逸出。

将转矩转换器81配置成具有集成的第一径向泵轴承53和集成的第一径向驱动轴承43的优点是，泵轴5和驱动轴42两者的悬伸都大大减小，因为第一径向泵轴承53更靠近泵轴5的驱动端51定位并且第一径向驱动轴承43更靠近驱动轴42的驱动端定位。

在图7中可以最佳地看到，第一径向泵轴承53布置在外壳81中并且位于外壳81与涡轮机轮83之间，使得第一径向泵轴承53围绕涡轮机轮83。当然，在另一种配置中，第一径向泵轴承53也可以布置在外壳81中，使得轴承53围绕泵轴5。第一径向驱动轴承43布置在外壳81中并且在外壳81与驱动轴42之间，使得第一径向驱动轴承43围绕驱动轴42。当然，在另一种配置中，第一径向驱动轴承43也可以布置在外壳81中，使得轴承43围绕泵轮82。

在操作期间，转矩转换器8浸入工艺流体中，该工艺流体完全填充泵1的公共壳体2。工艺流体可能在第一径向泵轴承53与涡轮机轮83或泵轴5之间分别泄漏到转矩转换器8中或从转矩转换器8泄漏出来。此外，工艺流体可能在第一径向驱动轴承43与驱动轴42或泵轮82之间分别泄漏到转矩转换器8中或从转矩转换器8泄漏出来。

转矩转换器8的第二实施例可以被配置成具有引入口86或不具有引入口86。

转矩转换器8的第二实施例可以被配置成具有排放口87或不具有排放口87。

尽管优选地第一径向泵轴承53和第一径向驱动轴承43两者均布置在外壳81中，但在其它实施例中，仅第一径向驱动轴承43或仅第一径向泵轴承53布置在外壳81中，使得仅一个轴承43或53被集成在转矩转换器8中。

在仍其它实施例中，轴向泵轴承55和轴向驱动轴承45中的至少一个也可能布置在转矩转换器8的外壳81中。示例性地，这里列出了一些配置：

仅轴向驱动轴承45布置在转矩转换器8的外壳81中；

仅轴向驱动轴承45和第一径向驱动轴承43布置在转矩转换器8的外壳81中；

仅轴向泵轴承55布置在转矩转换器8的外壳81中；

仅轴向泵轴承55和第一径向泵轴承53布置在转矩转换器8的外壳81中；

仅轴向泵轴承55、第一径向泵轴承53和第一径向驱动轴承43布置在转矩转换器8的外壳81中；

轴向泵轴承55、轴向驱动轴承45、第一径向泵轴承53和第一径向驱动轴承43布置在转矩转换器8的外壳81中。

不言而喻，工艺流体润滑泵1的第一实施例（图1和图4）也可以设置有液力耦合器8的第二实施例，即转矩转换器具有布置在转矩转换器的外壳81内的轴承43、45、53、55中的至少一个。优选地，第一径向泵轴承53和第一径向驱动轴承43布置在转矩转换器8的外壳81中。

在其它配置中，泵单元3可以包括具有第一组叶轮31的第一泵区段和具有第二组叶轮31的第二泵区段。

包括第一组叶轮31的第一泵区段和包括第二组叶轮31的第二泵区段可以布置成直列布置结构或背对背布置结构。

在直列布置结构中，第一组叶轮31和第二组叶轮31被配置成使得由旋转的第一组叶轮31的作用生成的轴向推力指向与由旋转的第二组叶轮31的作用生成的轴向推力相同的方向。因此，由第二组叶轮31生成的工艺流体的流动指向与由第一组叶轮31生成的工艺流体的流动相同的方向。在这种布置结构中，公共壳体2可以设置有附加入口和附加出口，使得第一泵区段和第二泵区段可以用作两个泵。

在背对背布置结构中，第一组叶轮31和第二组叶轮31被配置成使得由旋转的第一组叶轮31的作用生成的轴向推力指向与由旋转的第二组叶轮31的作用生成的轴向推力相反的方向。因此，由第二组叶轮31生成的工艺流体的流动指向与由第一组叶轮31生成的工艺流体的流动相反的方向。

对于许多应用，背对背布置结构是优选的，因为由第一组叶轮31生成的作用在泵轴5上的轴向推力抵消了由第二组叶轮31生成的轴向推力。因此，所述两个轴向推力至少部分地彼此补偿。

Claims (15)

1.一种用于输送工艺流体的工艺流体润滑泵，其具有公共壳体（2）、布置在所述公共壳体中的泵单元（3）、以及布置在所述公共壳体（2）中的驱动单元（4），

其中，所述公共壳体（2）包括用于所述工艺流体的泵入口（21）和泵出口（22），

其中，所述泵单元（3）包括用于将所述工艺流体从所述泵入口（21）输送到所述泵出口（22）的至少一个叶轮（31）以及其上安装有每个叶轮（31）的泵轴（5），

其中，所述驱动单元（4）包括用于驱动所述泵轴（5）的驱动轴（42）和用于使所述驱动轴（42）围绕轴向方向（A）旋转的电动马达（41），

并且其中，液力耦合器（8）被设置成用于通过传输流体将所述驱动轴（42）液力耦合到所述泵轴（5），

其特征在于：所述液力耦合器（8）被配置成接收所述工艺流体作为所述传输流体。

2.根据权利要求1所述的泵，其中，所述液力耦合器（8）包括用于接收所述工艺流体作为所述传输流体的外壳（81）、连接到所述驱动轴（42）的泵轮（82）、连接到所述泵轴（5）的涡轮机轮（83）、以及布置在所述泵轮（82）和所述涡轮机轮（83）之间以用于引导所述工艺流体的定子（84）。

3.根据前述权利要求中任一项所述的泵，其包括用于支撑所述泵轴（5）和所述驱动轴（42）的多个轴承（43、44、45、53、54、55），其中，所述轴承（43、44、45、53、54、55）被配置成接收所述工艺流体作为润滑剂和冷却剂。

4.根据前述权利要求中任一项所述的泵，其被设计为不具有机械密封件的非密封泵（1）。

5.根据前述权利要求中任一项所述的泵，其包括被配置用于使工艺流体从所述泵（1）的高压侧再循环到低压侧的平衡管线（9）。

6.根据前述权利要求中任一项所述的泵，其中，所述电动马达（41）被配置为由所述工艺流体穿过并冷却。

7.根据权利要求5所述的泵，其中，所述平衡管线（9）被布置并配置成接收从所述驱动单元（4）排放的工艺流体。

8.根据权利要求3至7中任一项所述的泵，其具有用于冷却和润滑所述驱动单元（4）和所述多个轴承（43、44、45、53、54、55）的外部冷却回路（10），所述外部冷却回路（10）包括用于冷却所述工艺流体的热交换器（12），其中，所述热交换器（12）布置在所述公共壳体（2）的外部，并且被配置成从所述公共壳体（2）接收工艺流体并且使所述工艺流体再循环到所述公共壳体（2）。

9.根据权利要求3至8中任一项所述的泵，其中，所述泵单元（3）包括连接到冷却回路（10'）的中间输出（310），其中，所述中间输出（310）被配置成以比所述泵入口（21）处的所述工艺流体的压力更大的压力向所述冷却回路（10'）供应所述工艺流体，并且其中，所述冷却回路（10'）被配置为将工艺流体供应到所述多个轴承（43、44、45、53、54、55）中的至少一个轴承和/或所述驱动单元（4）。

10.根据前述权利要求中任一项所述的泵，其包括至少一个平衡鼓或中心衬套或节流阀衬套（7），所述至少一个平衡鼓或中心衬套或节流阀衬套（7）固定地连接到所述泵轴（5）并限定面对所述泵单元（3）的前侧（71）和后侧（72），并且还包括设置在所述平衡鼓（7）和被配置成相对于所述公共壳体（2）静止的静止部分（26）之间的释放通道（73），其中，所述释放通道（73）沿所述平衡鼓（7）在轴向方向（A）上从所述前侧（71）延伸到所述后侧（72）。

11.根据权利要求3至10中任一项所述的泵，其中，所述多个轴承（43、44、45、53、54、55）中的至少一个布置在所述液力耦合器（8）的所述外壳（81）中。

12.根据权利要求3至11中任一项所述的泵，其中，所述多个轴承包括用于支撑所述泵轴（5）的第一径向泵轴承（53），其中，所述第一径向泵轴承（53）布置在所述泵单元（3）和所述泵轴（5）的驱动端（51）之间，并且其中，所述第一径向泵轴承（53）布置在所述液力耦合器（8）的所述外壳（81）中。

13.根据权利要求3至12中任一项所述的泵，其中，所述多个轴承包括用于支撑所述驱动轴（42）的第一径向驱动轴承（43），其中，所述第一径向驱动轴承（43）布置在所述泵单元（3）和所述电动马达（41）之间，并且其中，所述第一径向驱动轴承（43）布置在所述液力耦合器（8）的所述外壳（81）中。

14.根据前述权利要求中任一项所述的泵，其被配置为具有沿重力方向延伸的泵轴（5）的立式泵，并且其中，所述驱动单元（4）布置在所述泵单元（3）的顶部上。

15.根据前述权利要求中任一项所述的泵，其被配置用于安装在海底上并且优选被配置为用于将海水喷射到地下区域中的水喷射泵。

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