CN113605863A - 一种天然气水合物开采举升泵装置 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种天然气水合物开采举升泵装置，涉及天然气水合物开采技术领域，主要是为了解决现有的天然气水合物固态流化开采举升泵装置存在天然气水合物混合物回收效率低的问题，包括连接部件、壳体、螺旋密封环、主轴、轴承、轴流泵和涡轮，高压动力液通过泵轴内过流通道，经主轴内的花键连接轴导流至轴外通道至涡轮轴外部空间，再经多级涡轮对多级涡轮进行冲击，涡轮叶片将水能转化为多级涡轮转动机械能，定子叶片级将动力液导流并以一定角度冲击转子叶片级从而带动转子叶片级转动，带动涡轮轴转动和多级轴流泵的叶轮旋转，将钻杆流道内的天然气水合物混合物沿着上游管路输送，具备回收效率高的特点。
Description
技术领域
本申请涉及天然气水合物开采技术领域，具体是一种天然气水合物开采举升泵装置。
背景技术
天然气水合物是由天然气和水在低温与高压情况下生成的固态笼型化合物，作为一种高能量密度资源，全球储量丰富，基于我国海洋天然气水合物埋深浅、没有致密盖层，矿藏疏松、胶结程度低、易于碎化的特点，我国科学家提出了固态流化开采法。固态开采方法采用机械破碎的方式，将埋藏于海底的固态天然气水合物层破碎为固态细小颗粒，并与海水掺混在一起，通过流体输送的方式，将水合物固相颗粒与海水的混合浆液从海底储层运送到海面。
现有的固态流化开采方法采用高压海水射流或钻头钻进的方式，循环钻井液，将水合物固相颗粒从海底带回海面，但由于水合物层极易破碎，破裂压力小，地层极易漏失，打入井底的钻井液大多数漏失而无法返回海面，因此破碎后的天然气水合物混合物回收效率低。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种天然气水合物开采举升泵装置，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本申请提供如下技术方案：
一种天然气水合物开采举升泵装置，包括连接部件、壳体、螺旋密封环、主轴、轴承、轴流泵和涡轮，所述连接部件包括泵上接头、泵下接头、中间接头、涡轮上接头、涡轮下接头，所述泵上接头、泵下接头、中间接头和涡轮上接头之间均通过螺纹连接，所述壳体与连接部件螺纹连接，所述壳体包括泵壳和涡轮壳体，所述主轴包括泵轴、花键连接轴、涡轮花键轴、第一涡轮轴和第二涡轮轴，所述轴承包括泵扶正轴承、泵PDC轴承、涡轮扶正轴承、涡轮PDC轴承,所述泵扶正轴承与涡轮扶正轴承分别固定泵轴与第一涡轮轴；所述轴流泵由多级轴流泵定子与轴流泵转子组成，所述轴流泵定子外圈具有一定斜度并固定于泵壳，所述轴流泵转子固定于泵轴；所述涡轮由多级涡轮定子与涡轮转子组成，所述涡轮定子固定于涡轮壳体，所述涡轮转子固定于第一涡轮轴。
作为本申请进一步的方案：所述泵上接头端部与泵壳的另一端螺纹连接，所述涡轮下接头端部与涡轮壳体端部螺纹连接所述中间接头的另一端与下接头的另一端螺纹连接，所述泵壳端部与泵下接头一端通过螺纹连接，所述涡轮上接头两端分别与涡轮壳体和中间接头螺纹连接，所述泵壳和涡轮壳体两端分别设置内螺纹。
作为本申请再进一步的方案：所述泵上接头两端分别设置内螺纹与外螺纹，且内螺纹设为斜螺纹，所述泵下接头两端设置外螺纹且一端设为斜螺纹，所述泵下接头两端分别设置外螺纹，所述中间接头与涡轮上接头两端分别设置内螺纹与外螺纹。
作为本申请再进一步的方案：所述泵轴设置外花键，所述花键连接轴两端分别设置内花键，所述涡轮花键轴两端分别设置内花键与外花键，所述第一涡轮轴设置外花键，所述花键连接轴与涡轮花键轴连接泵轴与第一涡轮轴。
作为本申请再进一步的方案：所述泵壳沿轴流泵两端沿轴向分别设置个导流孔并安装过流套，所述轴流泵两端分别设置泵入口调节套与泵出口轴调节套，并在泵出口调节套端部设置泵导流块，所述过流套包括泵出口过流套和泵入口过流套。
作为本申请再进一步的方案：所述花键连接轴前半段设计为为空心轴，并且还设置有使轴内外流道互通的第一导流孔，所述第二涡轮轴设计为空心轴，并且设置有使轴内外流道互通的第二导流孔。
作为本申请再进一步的方案：所述螺旋密封环安装于泵轴轴端，并且还设置有径向密封环与泵壳调节套，所述螺旋密封环通过六角螺母固定。
作为本申请再进一步的方案：所述泵扶正轴承包括泵上扶正轴承外圈、泵上扶正轴承内圈、泵下扶正轴承外环和泵下扶正轴承内环，所述泵PDC轴承包括PDC轴承挡圈、碟簧、泵PDC轴承调节轴套、泵PDC轴承静环、泵PDC轴承动环和泵PDC轴承外壳。
作为本申请再进一步的方案：所述涡轮扶正轴承包括涡轮扶正轴承外圈、泵过流扶正轴承外圈、泵扶正轴承滚子、涡轮扶正轴承滚子和涡轮扶正轴承内圈，所述涡轮PDC轴承包括涡轮PDC轴承动环、涡轮PDC轴承静环和涡轮PDC轴承外壳。
与现有技术相比，本申请的有益效果是：
高压动力液通过泵轴内过流通道，经花键连接轴导流至轴外通道至涡轮轴外部空间，再经多级涡轮所在空间流道，多级涡轮旁的轴承开有过流孔，对多级涡轮进行冲击，涡轮叶片将水能转化为多级涡轮转动机械能，定子叶片级将动力液导流并以一定角度冲击转子叶片级从而带动转子叶片级转动，从而带动涡轮轴转动和多级轴流泵的叶轮旋转，从而将钻杆流道内的多相天然气水合物混合物带动沿着装置上游管路输送，具备回收效率高的特点，解决了现有的天然气水合物固态流化开采举升泵装置存在天然气水合物混合物回收效率低的问题。
附图说明
图1是本发明天然气水合物开采举升泵装置结构示意图；
图2是本发明天然气水合物开采举升泵装置中上半部分的结构示意图；
图3是本发明天然气水合物开采举升泵装置中下半部分的结构示意图；
图4是图1中A-A的断面图；
图5是图4中A-A旋转90°的断面图；
图6是图1中B-B的断面图；
图7是图1中C-C的断面图；
图8是图1中D-D的断面图。
图中：1.泵上接头，2.六角螺母，3.螺旋密封环，4.泵壳调节套，5.径向密封环，6.泵上扶正轴承外圈，7.泵上扶正轴承内圈，8.泵导流块，9.泵出口过流套，10.轴流泵定子，11.轴流泵转子，12.泵壳，13.泵轴，14.泵入口调节垫,15.泵入口调节套，16.泵入口过流套，17.泵下扶正轴承外环，18.泵下扶正轴承内环，19.PDC轴承挡圈，20.碟簧，21.泵PDC轴承调节轴套，22.泵PDC轴承静环，23.泵PDC轴承动环，24.泵PDC轴承外壳，25.花键连接轴，26.泵下接头，27.中间接头，28.涡轮上接头，29.涡轮花键轴，30.第一涡轮轴，31.涡轮轴调节套，32.第一涡轮壳调节套，33.涡轮壳体，34.涡轮扶正轴承外圈，35.涡轮扶正轴承内圈，36.涡轮定子，37.涡轮转子，38.涡轮轴调节垫，39.第二涡轮轴，40.第二涡轮壳调节套，41.涡轮过流套，42.涡轮导向套，43.涡轮PDC轴承动环，44.涡轮PDC轴承静环，45.涡轮PDC轴承外壳，46.涡轮下接头，47.泵过流扶正轴承外圈，48.泵出口轴调节套，49.泵扶正轴承滚子，50.涡轮扶正轴承滚子。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
请参阅图1至图3，本实施例提供了一种天然气水合物开采举升泵装置，一种天然气水合物开采举升泵装置，包括连接部件、壳体、螺旋密封环3、主轴、轴承、轴流泵和涡轮，其特征在于，所述连接部件包括泵上接头1、泵下接头26、中间接头27、涡轮上接头28、涡轮下接头46，所述泵上接头1、泵下接头26、中间接头27和涡轮上接头28之间均通过螺纹连接，所述壳体与连接部件螺纹连接，所述壳体包括泵壳12和涡轮壳体33，所述主轴包括泵轴13、花键连接轴25、涡轮花键轴29、第一涡轮轴30和第二涡轮轴39，所述轴承包括泵扶正轴承、泵PDC轴承、涡轮扶正轴承、涡轮PDC轴承,所述泵扶正轴承与涡轮扶正轴承分别固定泵轴13与第一涡轮轴30；所述轴流泵由多级轴流泵定子10与轴流泵转子11组成，所述轴流泵定子10外圈具有一定斜度并固定于泵壳12，所述轴流泵转子11固定于泵轴13；所述涡轮由多级涡轮定子36与涡轮转子37组成，所述涡轮定子36固定于涡轮壳体33，所述涡轮转子37固定于第一涡轮轴30。
请参阅图1至图8，在以上所述的技术方案中，所述壳体与所述连接部件连接形成连续外壳体，泵PDC轴承与涡轮PDC轴承承受轴向力，上游高压动力液对多级涡轮叶片冲击，涡轮叶片将水能转化为机械能，高速旋转的涡轮轴通过花键轴29传递扭矩带动多级轴流泵的叶轮旋转，在多级轴流泵外部、钻杆内部形成空间负压力梯度，从而使钻杆流道内的多相天然气水合物混合物带动沿着装置上游管路输送。
请参阅图1至图8，进一步的，所述泵上接头1端部与泵壳12的另一端螺纹连接，所述涡轮下接头46端部与涡轮壳体33端部螺纹连接所述中间接头27的另一端与下接头26的另一端螺纹连接，所述泵壳12端部与泵下接头26一端通过螺纹连接，所述涡轮上接头28两端分别与涡轮壳体33和中间接头27螺纹连接，所述泵壳12和涡轮壳体33两端分别设置内螺纹。
请参阅图1至图8，进一步的，所述泵上接头1两端分别设置内螺纹与外螺纹，且内螺纹设为斜螺纹，所述泵下接头26两端设置外螺纹且一端设为斜螺纹，所述泵下接头26两端分别设置外螺纹，所述中间接头27与涡轮上接头28两端分别设置内螺纹与外螺纹。
请参阅图1，进一步的，所述泵轴13设置外花键，所述泵轴13设置外花键，所述花键连接轴25两端分别设置内花键，所述涡轮花键轴29两端分别设置内花键与外花键，所述第一涡轮轴30设置外花键，所述花键连接轴25与涡轮花键轴29连接泵轴13与第一涡轮轴30。
请参阅图1至图8，作为本申请一种实施例，所述泵壳12沿轴流泵两端沿轴向分别设置4个导流孔并安装过流套，所述轴流泵两端分别设置泵入口调节套15与泵出口轴调节套48，并在泵出口调节套48端部设置泵导流块8，所述过流套包括泵出口过流套9和泵入口过流套16，所述泵入口调节套15上还设置有泵入口调节垫4。
请参阅图1，进一步的，所述花键连接轴25前半段设计为为空心轴，并且还设置有使轴内外流道互通的第一导流孔，所述第二涡轮轴39设计为空心轴，并且设置有使轴内外流道互通的第二导流孔。
请参阅图1，进一步的，所述第一涡轮轴30和第二涡轮轴39上还设置有涡轮轴调节套31和涡轮轴调节垫38，所述涡轮壳体33上还设置有第一涡轮壳调节套32和第二涡轮壳调节套40、涡轮过流套41和涡轮导向套42。
请参阅图1至图8，进一步的，所述螺旋密封环3安装于泵轴13轴端，并且还设置有径向密封环5与泵壳调节套4，所述螺旋密封环3通过六角螺母2固定。
请参阅图1至图8，进一步的，所述泵扶正轴承包括泵上扶正轴承外圈6、泵上扶正轴承内圈7、泵下扶正轴承外环17和泵下扶正轴承内环18，所述泵PDC轴承包括PDC轴承挡圈19、碟簧20、泵PDC轴承调节轴套21、泵PDC轴承静环22、泵PDC轴承动环23和泵PDC轴承外壳24。
请参阅图1至图8，进一步的，所述涡轮扶正轴承包括涡轮扶正轴承外圈34、泵过流扶正轴承外圈47、泵扶正轴承滚子49、涡轮扶正轴承滚子50和涡轮扶正轴承内圈35，所述涡轮PDC轴承包括涡轮PDC轴承动环43、涡轮PDC轴承静环44和涡轮PDC轴承外壳45。
本申请使用时，当开采海底水合物时，高压动力液通过泵轴13内过流通道，经花键连接轴25导流至轴外通道至第一涡轮轴30外部空间，再经多级涡轮所在空间流道，多级涡轮旁的轴承开有第二过流孔，对多级涡轮进行冲击，涡轮叶片将水能转化为多级涡轮转动机械能，一级涡轮由定子与转子叶片级组成，定子叶片级在前，转子叶片级在后，定子叶片级将动力液导流并以一定角度冲击转子叶片级从而带动转子叶片级转动，每一级转子都安装在涡轮轴上，从而带动涡轮轴转动；涡轮轴与多级轴流泵之间通过花键轴传递扭矩，高速旋转的涡轮轴带动多级轴流泵的叶轮旋转，在多级轴流泵外部、钻杆内部形成空间负压力梯度，从而将钻杆流道内的多相天然气水合物混合物带动沿着装置上游管路输送。
需要特别说明的是，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式，以上所述实施例仅表达了本技术方案的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本技术方案专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变性、改进及替代，这些都属于本技术方案的保护范围。
Claims (9)
1.一种天然气水合物开采举升泵装置，包括连接部件、壳体、螺旋密封环(3)、主轴、轴承、轴流泵和涡轮，其特征在于，所述连接部件包括泵上接头(1)、泵下接头(26)、中间接头(27)、涡轮上接头(28)、涡轮下接头(46)，所述泵上接头(1)、泵下接头(26)、中间接头(27)和涡轮上接头(28)之间均通过螺纹连接，所述壳体与连接部件螺纹连接，所述壳体包括泵壳(12)和涡轮壳体(33)，所述主轴包括泵轴(13)、花键连接轴(25)、涡轮花键轴(29)、第一涡轮轴(30)和第二涡轮轴(39)，所述轴承包括泵扶正轴承、泵PDC轴承、涡轮扶正轴承、涡轮PDC轴承,所述泵扶正轴承与涡轮扶正轴承分别固定泵轴(13)与第一涡轮轴(30)；所述轴流泵由多级轴流泵定子(10)与轴流泵转子(11)组成，所述轴流泵定子(10)外圈具有一定斜度并固定于泵壳(12)，所述轴流泵转子(11)固定于泵轴(13)；所述涡轮由多级涡轮定子(36)与涡轮转子(37)组成，所述涡轮定子(36)固定于涡轮壳体(33)，所述涡轮转子(37)固定于第一涡轮轴(30)。
2.根据权利要求1所述的一种天然气水合物开采举升泵装置，其特征在于，所述泵上接头(1)端部与泵壳(12)的另一端螺纹连接，所述涡轮下接头(46)端部与涡轮壳体(33)端部螺纹连接所述中间接头(27)的另一端与下接头(26)的另一端螺纹连接，所述泵壳(12)端部与泵下接头(26)一端通过螺纹连接，所述涡轮上接头(28)两端分别与涡轮壳体(33)和中间接头(27)螺纹连接，所述泵壳(12)和涡轮壳体(33)两端分别设置内螺纹。
3.根据权利要求2所述的一种天然气水合物开采举升泵装置，其特征在于，所述泵上接头(1)两端分别设置内螺纹与外螺纹，且内螺纹设为斜螺纹，所述泵下接头(26)两端设置外螺纹且一端设为斜螺纹，所述泵下接头(26)两端分别设置外螺纹，所述中间接头(27)与涡轮上接头(28)两端分别设置内螺纹与外螺纹。
4.根据权利要求1所述的一种天然气水合物开采举升泵装置，其特征在于，所述泵轴(13)设置外花键，所述花键连接轴(25)两端分别设置内花键，所述涡轮花键轴(29)两端分别设置内花键与外花键，所述第一涡轮轴(30)设置外花键，所述花键连接轴(25)与涡轮花键轴(29)连接泵轴(13)与第一涡轮轴(30)。
5.根据权利要求1所述的一种天然气水合物开采举升泵装置，其特征在于，所述泵壳(12)沿轴流泵两端沿轴向分别设置(4)个导流孔并安装过流套，所述轴流泵两端分别设置泵入口调节套(15)与泵出口轴调节套(48)，并在泵出口调节套(48)端部设置泵导流块(8)，所述过流套包括泵出口过流套(9)和泵入口过流套(16)。
6.根据权利要求1所述的一种天然气水合物开采举升泵装置，其特征在于，所述花键连接轴(25)前半段设计为为空心轴，并且还设置有使轴内外流道互通的第一导流孔，所述第二涡轮轴(39)设计为空心轴，并且设置有使轴内外流道互通的第二导流孔。
7.根据权利要求1所述的一种天然气水合物开采举升泵装置，其特征在于，所述螺旋密封环(3)安装于泵轴(13)轴端，并且还设置有径向密封环(5)与泵壳调节套(4)，所述螺旋密封环(3)通过六角螺母(2)固定。
8.根据权利要求1所述的一种天然气水合物开采举升泵装置，其特征在于，所述泵扶正轴承包括泵上扶正轴承外圈(6)、泵上扶正轴承内圈(7)、泵下扶正轴承外环(17)和泵下扶正轴承内环(18)，所述泵PDC轴承包括PDC轴承挡圈(19)、碟簧(20)、泵PDC轴承调节轴套(21)、泵PDC轴承静环(22)、泵PDC轴承动环(23)和泵PDC轴承外壳(24)。
9.根据权利要求1所述的一种天然气水合物开采举升泵装置，其特征在于，所述涡轮扶正轴承包括涡轮扶正轴承外圈(34)、泵过流扶正轴承外圈(47)、泵扶正轴承滚子(49)、涡轮扶正轴承滚子(50)和涡轮扶正轴承内圈(35)，所述涡轮PDC轴承包括涡轮PDC轴承动环(43)、涡轮PDC轴承静环(44)和涡轮PDC轴承外壳(45)。
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