CN1260862A - 提供动力和具有泵送作用的机械装置 - Google Patents

Abstract

按照本发明的原理提供的一优选实施例是泵送系统(90)。此系统包括壳体(108),所述壳体(108)可转动地支承管件(112),围绕管件(112)设置多个磁铁(116)。由磁铁(116)产生磁性作用力,由此使管件转动。本发明的系统还包括连接管件的泵(94)。当管件转动时,泵(94)接受转动的机械能,以便使泵(94)运行。此外,管件和泵流体连通,以便流体通过泵和管件,当系统运行时,泵送流体。最好,泵(94)的出口端(98)连接系统中的管件,以便流体首先通过泵,然后通过管件。

Description

提供动力和具有泵送作用的机械装置

发明领域

本发明涉及一般的电动机，特别是涉及泵送系统。

发明背景

根据最初历史的记载，泵对于人类文明是非常重要的。人们几乎总是具有一些需要，要将流体从一个地方传送到另一个地方。人类可能因为要灌溉庄稼，和/或向居民居住区供给水，因此发明了第一台泵。因为，那个时候，人们使用泵，通过泵传送流体，以满足另一个需要使用流体的场合，例如从井下取出石油，使冷却剂在冷却系统中循环，或者使压缩空气用于气动系统，这仅仅是许多使用泵的场合中的很少几个实施例。

所有的泵存在的共同问题是，对于具有给定的的容积或流量的泵，需要具有最大的、通过泵的流体流动速率，即，具有最大的泵送效率。为了推动流体流动，有三种普通类型的泵送作用：(i)强制排量；(ii)离心作用；(iii)轴向流动。在任何一种泵送系统中，泵送的结果是推动流体朝着特定方向流动。

当然，任何一种泵需要有马达，即，需要某种机械装置提供驱动作用力，以便在泵中产生正压位移、离心作用或轴向移动。

一般泵送系统包括非整体马达。即，马达通过轴、齿轮、辊轮或其他机械装置连接泵，以便提供驱动作用力，在泵中产生正位移、离心作用或轴向流动。在满足许多应用要求的同时，对于马达与泵送系统中使流体流动的机械装置相互连接的机构，需要考虑成本和效率。例如，所有的连接结构具有成本，所述连接结构容易被破坏，而且，占据空间，增加泵送系统的重量，并且引起摩擦损耗。

已有的专利技术已经公开了包括整体马达的泵送结构，例如，授予TRAVIS的美国专利US-3972653和授予SNEDDON的美国专利US-5017087。基本上讲，上述结构具有电动机，其中，转子轴为空心轴。叶轮系统基本上安装在转子轴内，当电动机运行时，叶轮随着转子轴转动，从而引导流体流动通过空心轴。固定磁铁安装在电动机壳体上，其产生磁性作用力，从而引导空心轴转动。

这种结构的泵送系统存在着至少部分与非整体电动机的泵送系统相同的问题，这种整体的泵和电动机结构没有得到广泛的商业认可。例如，本发明人不知道在井下开采石油或水的操作中，采用过任何一种整体的泵和电动机装置。这种整体的泵和电动机仅用于泵送水坑中的水，或用于农业工程，例如，从灌溉源泵送水。

上述结构在商业中没有获得成功的原因可能是由于一个主要的问题。非整体的马达/泵系统控制着这个工业领域，并且具有相当充分的理由。缺少清楚和可靠的优点时，工业界很难向未确定的技术进行投资。而前面专利所述的整体的马达/泵结构提供的技术或建议，没有直接和清楚的超过已有泵送系统的优点。

此外，上述专利中所述的内容中没有公开，其所述的机械装置容易与已有的泵送系统形成整体。特别是，上述专利中所述的结构不能很好地与现有的非整体的马达/泵结构相结合。

因此，尽管这种设备可能具有其他优点，但是，这种结构不能在已有的市场中占据适当的位置，即，这种机械装置没有“立足之地”。

本发明提供了一种经过改进的机械装置，其涉及或与整体的马达/泵结构相联系，特别是，这种机械装置适合于特殊应用场合。这种机械装置提供直接清楚的超过已有泵送系统的优点，并且，很容易与已有系统形成整体。

发明概述

按照本发明的原理，其中一个优选实施例提供一种机械装置，其用于提供驱动作用力。此外，本发明的机械装置特别适于泵送应用，其具有与驱动系统形成整体的叶轮/泵送部分。由于这种结构避免了现有技术的泵送系统中固有缺陷，其具有基本上分开的电动机和泵送部分，这种整体结构改善了效率。而且，当在使用电动机和机械装置时，即，向另一台设备提供驱动作用力时，这种整体结构导致流体基本上通过驱动系统，并且对驱动系统进行较大程度的冷却。

这种机械装置包括壳体和可转动地装在壳体中的管件。特别是，管件安装在壳体内，以便管件可围绕其纵向轴线相对于壳体转动。动力或驱动系统作用于管件，从而使管件相对于壳体转动。

驱动系统包括多个安装在壳体内的磁铁，所述磁铁围绕管件设置，以便产生磁性作用力，从而使管件转动。特别是，磁铁最好安装到管件和壳体上。磁铁产生相互作用的磁性力，如同常规的电动机，以便使管件转动。在另一个优选的实施例中，管件不需要包括磁铁，借助装在壳体中的磁铁感应，例如常规感应电动机。

将一个或多个叶轮安装到管件上。当管件转动时，叶轮使流体通过管件。因此，借助驱动系统使管件转动，引导流体通过管件。流体通过位于壳体一端的入口进入壳体，并且，通过位于壳体另一端的出口排出。在至少一个实施例中，入口和出口被设置在壳体的固定位置上，其相互分开，并且其不与管件的纵向轴线对准。在另一个优选的实施例中，在壳体内，至少部分地沿着管件的外表面局部延伸，并且至少部分地通过管件形成流体流动路径。

在另一个优选的实施例中，至少管件的一端延伸通过壳体的外壁，以便使管件的端部连接另一台设备。特别是，管件连接另一台设备，以便向另一台设备提供可转动的机械能。即，作为另一台设备的马达。

在经过修改的结构中，在另一个优选的实施例中，转轴支承着管件。在此结构中，壳体支撑着可转动的轴，以便使管件转动。至少一个轴的端部延伸穿过壳体的外壁，以便连接另一台设备，作为所述设备的马达起作用。

在另一个优选的实施例中，泵送系统包括在上述设备中的管件，但是，不需要设置叶轮。这种机械装置连接系统中的泵，作为泵的动力或驱动机构。在运行过程中，管件转动，并且向泵提供机械能，以便使泵运行。所述泵还连接管件，以便导通流体，当系统泵送流体时，流体通过泵和管件。最好，泵的外端连接管件，以便流体首先流动通过泵，然后，通过管件。

在另一个优选的实施例中，修改了在上述段落中所述的系统，其中包括第二泵，所述第二泵连接动力/驱动机构的另一端。在动力/驱动机构中的管件的一端，连接一个泵，管件的相对端部连接另一个泵。在此结构中，动力/驱动机构向两个泵提供转动的机械能。在运行过程中，流体首先通过一个泵，然后通过动力/驱动机构，最后通过另一个泵。

在上述两个实施例中，动力/驱动机构作为“可通过流体”的马达起作用。即，动力/驱动机构使一个泵或多个泵运行，使流体流动通过动力/驱动机构和一个或多个泵。但是，动力/驱动机构不需要泵送流体。而由另一个在系统中的元件产生泵送作用，即，由一个或多个泵。可以选择，在动力/驱动机构中的管件包括叶轮，因此，其可以泵送流体。

因此，本发明提供的机械装置一般供给驱动作用力，特别是，这种机械装置适用于泵送场合。

附图的简要说明

参照附图所示的实施例，可以更加清楚地理解本发明的上述各方面和本发明具有的许多优点，附图如下：

图1是局部剖开的立体图，其表示在本发明的优选实施例中的管件系统一部分；

图2是本发明的管件的另一个优选的实施例，用于代替图1所示管件系统中的管件；

图3是通过本发明的机械装置的剖视图，其中所示的机械装置与图1的管件系统相结合；其具有立体图显示的部分该管件系统。

图4是本发明的机械装置的另一个实施例的局部剖视图；

图5是沿着图4中5-5线所示的横截面视图；

图6表示本发明的机械装置的另一个优选的实施例；

图7表示本发明系统的另一个优选的实施例，其中具有流通马达结构；

图8其表示本发明的管件系统的另一个优选的实施例，其中具有两个连接流通马达结构的泵。

对优选实施例的详细描述

图3表示本发明的机械装置10的优选的实施例。机械装置10的作用一般是提供动力，其特别适用输送应用。如同下面详细所述，机械装置10可以与已有的泵送系统形成整体，所述的泵送系统具有非整体马达。此外，机械装置10提供便携使用的作用，其优点是不需要在泵送应用中与已有的泵进系统实现管路直线连接。

机械装置10的主要元件包括：(i)圆筒或管状系统12；(ii)基本上包围或封闭管状系统12的壳体14；(iii)动力或驱动系统16。图1表示管状系统12，其中将管状系统12从壳体14中取出。

管状系统12包括圆筒或管件18，其具有叶轮20，所述的叶轮20沿着管件18的纵向，在管件18的内部转动。支承轴22延伸穿过管件18，所述的支承轴22基本上沿着管件18的纵向轴线延伸。将叶轮20安装到管件18中和支承轴22上，叶轮20从支承轴22到管件18的内表面，沿着管件18的长度螺旋延伸，形成螺旋输送结构。当管件18围绕其纵向轴线转动时，同时叶轮20沿着管件18转动，叶轮20的推动作用使流体流动通过管件18。

如图1所示，驱动系统16的部件使管件18围绕其纵向轴线转动。驱动系统16包括多个磁铁24，将磁铁24装在管件18的外圆周上。最好，磁铁24是常规的电磁铁，其具有铁芯元件25和绕线28。磁铁24围绕管件18的外圆周，以基本上规则的间隔分开，如同普通的用于常规电动机转子中的电磁铁结构。围绕管件18的外圆周安装换向器或滑环(未图示)，以便管件18转动时，向电磁铁24提供电动力。换向器或滑环结构连接绕线28，以便磁铁24工作，这种结构如同普通的用于换向器或滑环的结构，从而向常规的电动机的转子提供电能。

参照图3，管状系统12可转动地安装在壳体14内。在壳体14的各端，由常规的轴承30支承着可转动的轴22。轴22的端部延伸穿过壳体14的外壁，并且穿过轴承30，所述的轴承30可转动地支承着轴22。此外，轴22的各端延伸穿过内环形密封件26，所述的内环形密封件26在壳体14中与各轴承30相对置。密封件26包围轴22的外圆，从而形成围绕轴22的密封件。当轴22转动时，密封件26围绕轴22的外圆滑动，保持密封接触轴22的外圆，以便基本上防止壳体14中的流体在壳体14和轴22的交界面之间泄漏，并且保护轴承30。轴22的端部还延伸穿过壳体14中位于各轴承30相对侧的外环密封件27。

支脚或安装基座31从壳体14的下表面延伸。由安装基座31将机械装置10支撑在一表面上。

壳体14的各端部设有开口32，以便使机械装置10作为泵起作用。如上所述，当管件18转动时，叶轮20沿着管件18转动，转动的叶轮20促使流体流动通过管件18。开口32之一作为入口，接收流体进入壳体14，并且进入管件18。另一个开口32作为出口接收来自管件18的流体，并且从壳体14中泄出流体。另外，壳体14的顶部包括开口34，所述的开口34由可取出的塞子36密封。利用开口34可以灌注机械装置10，其中，泵送流体可以是液体。即，开口34允许向壳体14的内部填充足够量的最初泵送流体。

壳体14的内部包括设置在中央的圆筒状或管状凹陷部分38。该管状凹陷部分38以同轴方式围绕管件18的部分，磁铁24安装在管件18的这一部分，并且由管状凹陷部分38包围管件18的这一部分。特别是，环件或大的环形密封件40覆盖管状凹陷部分38的各端部。

管件18的各端部延伸穿过环形密封件40的中央，并且与密封件40的内圆表面滑动配合，由环形密封件40密封管状凹陷部分38的端部。当管件18转动时，密封件40的内圆表面围绕管件18的外圆表面滑动，并且保持与管件18的外圆表面密封接触。当泵送液体流动时，环形密封件40基本上防止通过壳体14和管件18泵送的流体，接触驱动系统16的电元件。

固定磁铁42安装到壳体14中的管状凹陷部分38内，并且固定磁铁42围绕着管件18。固定磁铁42还形成驱动系统16的部分，最好固定磁铁42是常规的电磁铁，其具有绕线43和铁芯41。所述固定磁铁42以基本上规则的排列方式，沿圆周间隔分布，围绕着管状凹陷部分38安装。在操作过程中，固定磁铁42和管状磁铁24产生相互作用的磁性力，由此引起管件18转动。特别是固定磁铁42靠近管状磁铁24安装，如同常规的电动机结构，其具有靠近电动机转子的磁铁安装的固定磁铁。

如上所述，在机械装置10中的磁铁24和42产生相互作用的磁性力，如同常规的电动机，使管件18转动。随着管件18转动，叶轮20使流体流动通过管件18。机械装置10作为整体电动机和泵系统起作用，其抽吸一个开口32处的流体，并且使流体通过另一个开口32排出。

这种机械装置10的优点是，其可以用于驱动另一台设备，即机械装置10可以作为电动机起作用。在这一方面，轴22的端部延过壳体14的外表面伸出，以连接另一台设备。特别是，轴22的端部可以与另一台设备机械连接，以便提供驱动力，即作为另一台设备的马达。

例如，轴22的端部可以连接常规的泵装置，从而作为泵马达起作用。在这种结构中，这种机械装置10可以与泵“分级”配合。即，从泵输出的动力可以再输入机械装置10，或者反之亦然，从而使机械装置10和泵结合产生比单独设备更高容积和/或压力的流动流体。这种结构便于使整体的机械装置10安装在具有一个或多个非整体马达的已有的泵系统中。

此外，无论何时机械装置10被驱动运行，由于叶轮20在管件18中转动，使流体沿中央流动通过管件18。相对于已有类型的电动机，这种流动的流体改善了其冷却效果。考虑到将机械装置10作为电动机使用，这种冷却作用对于防止电动机过热是非常重要的。

这种机械装置10提供的另一个优点是，其不必与已有的管线系统形成“直线连接”。特别是，在已有的专利文献中提供了整体的电动机/泵，通常，其中必须有在这种系统中的管件的转动轴线，以便其对准管线系统。本发明的机械装置10具有入口和出口32，其所在位置离开管件18的转动轴线。即，入口和/或出口32不与管件18的纵向轴线对准。这种结构还便于使机械装置10整体装入具有一个或多个非整体马达的已有的泵系统中。

由于机械装置10不必与已有的管线系统形成“在线连接”，其可以作为便携式设备使用，或“单独”使用。当使用机械装置10时，由于设置外手柄或便于使用者抓握的把手，有助于加强机械装置10的便携性能。

按照本发明的机械装置10，可以将其用于任何合适类型的叶片驱动器结构，以便驱使流体流动。这种叶轮结构，可以适用于多种类型的流体，例如不限于液体，还适用于空气或其他气体，或者用于具有高黏性的流体，而且，适用于需要的泵送容积、压力和/其他参数。特别是，图6表示了本发明的另一个优选的实施例机械装置44，其中具有不同形式的叶轮结构。

在图6所示的机械装置44中使用了多个基本上与前面所述的实施例相同的元件。在图6所示的实施例和前面所述的实施例中相应的元件使用相同的代号，在图6所示的实施例中的代号附加符号(’)。

在图6所示的机械装置44中，与上述实施例相比较，其区别是机械装置44没有从设备伸出的轴端部。在这一方面，图6中所示的机械装置44的设计结构不向另一台设备提供动力，所述的另一台设备可以是常规的泵，但是，机械装置44可以修改，如同下文中所述。

在另一方面，从外表上看，机械装置44一般具有与上述实施例相同的外形。特别是，机械装置44包括壳体14’，其基本上与上述实施例中的壳体14相同。简而言之，安装基座31’从壳体14’的下侧延伸，以便将机械装置44支撑在一个表面上。在壳体14’的各端，设有开口32’，其使机械装置44作为泵起作用。特别是，一个开口32’作为泵的入口，而另一个开口32’作为泵的出口。在壳体14’的顶部设有开口34’，其由可取出的塞子36’密封，以便通过开口34’填充机械装置44，在此，由机械装置44泵送液体。在壳体14中设有管状凹陷部分38’，由大的环形密封件44’覆盖管状凹陷部分38’的各端，其基本上封闭机械装置44中的驱动系统16’。

在机械装置44的内部包括不同的管件系统45。管件系统45包括管件18’，所述管件18’基本上与上述实施例中的管件18相同，但是，其中具有另一种叶轮结构。特别是，叶轮46、48和50是相互隔开的叶片或扇片。

叶轮46、48和50从轴52上沿径向延伸。轴52延伸穿过管件18’，其基本上沿着管件18的纵向轴线延伸。轴承30’位于壳体14’的各端部，可转动地支承轴52。特别是，轴52的端部延伸穿过壳体14’的外壁，并延伸进入轴承30’。此外，轴52的各端延伸穿过内环形密封件26’，所述内环形密封件26’与各轴承30’相对置，此结构基本上与上述实施例的内环形密封件26相同。盖状密封件53与各轴承30’的侧面对置，所述轴承30’与壳体14’相邻，由盖状密封件53密封轴承30’和轴52，避免其暴露于外界环境。在另一个实施例中，一个或两个盖状密封件53可以由环形密封件代替，并且，轴52具有更长的长度，由此，轴52的端部向外延伸，如同上述实施例所述，可以驱动另一台设备，即，作为马达起作用。

最好，各沿径向延伸的叶轮46、48和50以相互间隔的位置安装在轴52上。各叶轮46、48和50，在相互间隔的位置，围绕轴52的外圆在其组装位置向外延伸。

第一组叶轮46沿着管件18’的长度，在管件18内转动，所述叶轮从轴52延伸到管件18的内表面。较大的的叶轮48或50在管件18’的前后端部从轴52延伸。较大的叶轮48和50位于管件18’的外面，因此，叶轮48和50延伸的距离大于管件18’的直径。根据流体流动的状态，较大的叶轮48和50可以延伸到相同或不同的长度，以便在机械装置44中获得比较大的泵送效率。如同所示，比较大的叶轮48靠近管件18’的一端，所述叶轮48延伸的距离大于叶轮50，所述叶轮50靠近管件18’的另一端。

机械装置44包括驱动系统16’，其基本上与上述实施例所述的驱动系统相同。简而言之，驱动系统16’包括多个安装在管件18’的外圆上的磁铁24’。最好，磁铁24’是常规的电磁铁，并具有绕线28’和铁芯元件25’，并且具有换向器/滑环结构(未图示)，以便当管件18’转动时，向磁铁24提供电能。固定磁铁42’安装在壳体14’的内部，并且位于管状凹陷部分38’内，围绕着管件18’。固定磁铁42’最好也是电磁铁，其具有绕线组43’和铁芯元件41’。在运行过程中，固定电磁铁42’和管状磁铁24’产生相互作用的磁性作用力，由此引起转动。特别是，固定磁铁42’的安装位置靠近管状磁铁24’，此结构如同常规的电动机，其中具有靠近电动机电枢上的磁铁的固定磁铁。

一般，较大的轴承和用于保护轴承的密封件，价格比较昂贵。在前面所述的实施例中，在机械装置10或44中，采用支承管件的轴。这种结构可以使用比较小的轴承。即，相对于管件，由于轴具有较小的直径，可以采用较小的轴承支承转动轴。

在某些应用过程中，尽管使成本增加，也希望使用较大的轴承和较大的轴承密封件，例如在需要提供最大的泵送效率的应用场合。特别是，在上述实施例中的轴占据空间，为此，其减小了被泵送流体通过机械装置10或44的速率。图2中所示的管件56用于这种机械装置的另一种实施例，其中，没有设置转动轴。

特别是，管件56具有叶轮58，所述叶轮58不需要由中心轴支承。取而代之的是，叶轮58从管件56的内表面向内呈悬臂状延伸。各叶轮58形成弯曲的叶片，沿着管件56的长度呈角度延伸。

此结构基本上与上述实施例的内环形密封件26相同。盖状密封件53与各轴承30’的侧面对置，所述轴承30’与壳体14’相邻，由盖状密封件53密封轴承30’和轴52，避免其暴露于外界环境。在另一个实施例中，一个或两个盖状密封件53可以由环形密封件代替，并且，轴52具有更长的长度，由此，轴52的端部向外延伸，如同上述实施例所述，可以驱动另一台设备，即，作为马达起作用。

最好，各沿径向延伸的叶轮46、48和50以相互间隔的位置安装在轴52上。各叶轮46、48和50，在相互间隔的位置，围绕轴52的外圆在其组装位置向外延伸。

第一组叶轮46沿着管件18’的长度，在管件18内转动，所述叶轮从轴52延伸到管件18的内表面。较大的的叶轮48或50在管件18’的前后端部从轴52延伸。较大的叶轮48和50位于管件18’的外面，因此，叶轮48和50延伸的距离大于管件18’的直径。根据流体流动的状态，较大的叶轮48和50可以延伸到相同或不同的长度，以便在机械装置44中获得比较大的泵送效率。如同所示，比较大的叶轮48靠近管件18’的一端，所述叶轮48延伸的距离大于叶轮50，所述叶轮50靠近管件18’的另一端。

最好，叶轮70或72安装在组件的内侧或外侧，并且，叶轮70或72沿着管件的长度间隔位置上设置。在内部安装的位置上，内部安装的各叶轮70围绕着管件68的内周面在间隔开的位置，径向向内延伸。相反，在外侧安装的位置上，外侧安装的各叶轮72围绕管件68的外圆周在间隔开的位置，径向向外延伸。

此外，管件系统62包括驱动系统66的部件，以便使管件68围绕其纵向轴线转动。特别是，磁铁74安装到管件68的主体部分。所述磁铁74围绕管件68的外圆周部分安装，最好，使磁铁74靠近管件68的主体部分的一端。

最好，磁铁74是永久磁铁，这种类型的磁铁常用于多种常规的电动机。将磁铁74以基本上规则的间隔围绕管件68的圆周设置，如同常规的电动机结构，在这种类型的电动机中，包括设置在电动机转子上的永久磁铁。为了增加通过机械装置60的流动液体的效率，最好使磁铁74嵌入管件68的外表面，使各磁铁的外表面与管件68的外表面平齐。

管件系统62可转动地安装在壳体64中。在这一方面，壳体64通常形成圆筒或管状结构，其基本上围绕或封闭管状系统62。在壳体64中，管状系统62基本上与壳体64同轴。特别是，壳体64的内径足够大，以便允许管件68围绕其纵向轴线转动，而不会产生相互干扰，并且，在管件68上有向外延伸的叶轮72。

在壳体64的各端装有轴承(未图示)，由轴承接纳从管件68的各端延伸的颈部69，以便使管件68转动。最好，轴承是在商业上可购买的用于液体或需要润滑的泵送供给液体的这类轴承，例如，常规的井下潜水泵，通常，这种潜水泵使用上述类型的轴承。因此，在这个实施例中，这种轴承不必被“夹持”在密封件之间。

因此，颈部69在轴承中起转动轴的作用，以便支撑着管件系统62转动，相对于管件的主体部分，较窄的颈部69使用较小的轴承，从而使成本降低。在此安装结构中，颈部69的端部通过壳体64的端部暴露于外界。

此外，壳体的端部包括多个小的穿孔或端部格栅76，以便使壳体内部的流体通过壳体64的各端与外界连通。当管件68转动时，叶轮70和72通过位于壳体64一端的格栅76，将流体抽吸进壳体64，并且，使流体通过位于壳体另一端的格栅排出。当颈部是中空体时，借助颈部69，叶轮70和72还引导流体流动直接通过管件68。

经过格栅76，内部叶轮70主要使流体直接通过管件68。当颈部是中空体时，流体还流动通过颈部69。相反，经过壳体端部的格栅，外叶轮72主要使流体通过管件68的外部。即，外叶轮72主要使流体通过机械装置60中的管件68的外表面和壳体64的内表面之间的空间。而且，如图所示，在管件68上的外叶轮72驱使流体在相邻磁铁之间不被驱动系统66占据的上述空间中流动，所述磁铁78安装在壳体64的内侧。但是，通过位于管件68肩部的孔71，和/或在另一实施例中，位于管件侧壁的其他孔，在壳体64中，流动的流体从管件68的内部流动到管件68的外侧，反之亦然。

壳体64的一个或多个端部可以包括喷嘴73，以便使流体直接朝着特定方向流动。一般，喷嘴73具有相应的漏斗形状。喷嘴73的漏斗形状的尺寸较大一端与壳体64的端部相配合。漏斗形状的尺寸较小端连接管线或其他流体导管，以便使流体直接进入或从壳体64排出。喷嘴73还具有保护壳体64各端的作用。

驱动系统66包括固定磁铁78，所述磁铁78围绕着管件68，安装在壳体64的内侧。固定磁铁78最好是常规的电磁铁，其具有绕线80和铁芯元件81，所述磁铁78围绕壳体的圆周部分基本上有规则的间隔设置。特别是，固定磁铁78安装在壳体的内侧部分，其与管件68上的磁铁74相对置。在运行过程中，固定磁铁78和管件磁铁74产生相互作用的磁场，从而引导管件68转动。

最好，由塑料材料82包围或密封各固定磁铁78。塑料材料82防止固定磁铁与机械装置64中流动的流体接触，并且，当泵送的液体通过时，防止发生电源短路，而且，塑料材料起防止腐蚀的作用。如图所示，使模制的塑料材料具有圆形的或平滑的转角部分，以便改善流体通过机械装置60的流动效率。绝缘电线(未图示)通过塑料材料82沿着壳体的壁延伸，以便从外界电源通过电线84向各固定磁铁78提供电能。

当管件68上的磁铁74是永久磁铁的，这些磁铁不需要由电源提供电能，来产生磁场。因此，这些永久磁铁74具有优点，即，当泵送流体是导体时，不需要防止这些磁铁74与流动的流体相互接触，也不会产生电路短路现象。但是，其缺点是，一般永久磁铁结构产生的扭矩比电磁铁结构产生的扭矩小。

但是，在另一个实施例中，永久性磁铁74可以由感应装置代替，如在常规的感应电动机应用那样。在感应电动机中，固定电磁铁在铁芯元件上起作用，并且安装或位于电动机的转子上，通过感应电流，使电动机运行。其结果是，相互作用的磁性力引导转子转动。由于不是直接将电能供给转子，而是仅通过感应，向电动机的转子提供电能，因此不需要设置电刷向转子提供电能。

因此，可以将类似的感应装置与机械装置60相结合，如与常规的感应电动机相结合。因为，仅通过感应电动机向管件提供电力，而不需要使用电刷，因此，管件68上的驱动系统元件可以由塑料材料或其他材料密封，防止其与流体相接触。在另一个实施例中，永久性磁铁或感应装置可以被用于上述机械装置10或44中。

对于泵送应用，机械装置60具有优于已有的泵送系统的优点，尤其是在井下潜水泵送应用中具有优点。在井下泵送应用中，大部分已有的潜水泵送系统使用一系列可转动的叶轮。这些叶轮以同轴方式安装在壳体内。电动机安装在壳体的底部，通过电动机的转轴的一端使叶轮转动。在使用中，通过井壁，将这些已有的潜水泵送系统放入井下。在井下，流体进入位于电动机和壳体的叶轮之间的入口。然后，电动机的运行使叶轮泵送流体通过井壁中的管道系统到达地面。

针对已有的泵送系统的流体流动效率，电动机必须安装在壳体的底部，在所述壳体内包括叶轮。特别是，流体流动不能穿过电动机，因此，电动机必须位于流体流动路径以外的区域。但是，在壳体底部位置的电动机需要电缆沿着叶轮的整个长度延伸，以便连接电动机。由于受井壁内的空间限制，电动机的电缆限制叶轮的直径。因此，受限制的叶轮的直径减小了泵送流体流动的最大速率。

机械装置60具有整体的电动机和叶轮/泵结构。即，被输送的流体可有效地通过电动机。当通过井壁，将机械装置60安置在井下时，驱动系统66可以位于机械装置60的上端，而且不影响流体流动的效率。因此，连接驱动系统66的电缆84不需要沿着整个叶轮的长度延伸。所以，叶轮具有有效的、比较大的直径，从而使泵送效率增加。

此外，在整体的叶轮/电动机结构中，取消了设置在电动机和叶轮之间的、存在于许多已有系统中的轴连接装置。如上所述，这种轴连接结构可以引起摩擦损失，占据空间，增加重量和成本，并且容易产生机械故障。由于机械装置60不使用这种轴连接结构，因此避免了上述这些缺点。

如图所示，管件68的各颈部69的端部可以延伸穿过壳体64的各端。因此，延伸的管件颈部69可以连接另一台设备，以便提供机械转动能，即，作为另一台设备的马达转轴，如上述第一实施例所述。因此，机械装置60可以与另一台泵送系统相配合，如上述第一实施例所述。此外，当采用机械装置66作为电动机时，与已有的电动机相比较，通过驱动系统66和管件68流动的流体可以改善驱动系统66的冷却效果。

可以考虑，简单地使用机械装置60，使其作为可以通过流体的电动机。即，机械装置60驱动另一台设备，使流体从该设备和机械装置60中通过，并且不需要由机械装置60本身泵送流体。即，泵送作用由另一台设备或系统产生。因此，在此流体可通过的电动机结构中，可以取消在机械装置60中的叶轮70和72。

例如，图7所示的本发明的优选实施例中的系统90，其中具有上述可以使流体通过的电动机结构。如图7所示，在井下潜水泵送应用中的系统90通常称为“下孔”式使用方式。即，通过井壁，将潜水泵送系统放入井下。在图7中，代号92表示井壁，将系统90放入井壁92中。

系统90包括泵94和可以通过流体的电动机96，所述电动机96作为泵94的动力或驱动机构。最主要的区别是，最好，泵94是基本上相同于常规的、潜水的多级离心泵。动力或驱动机构连接泵94的出口端98，而不是泵的入口端100。

如前面所述的方式，大部分已有的井下潜水泵送系统具有位于这种系统顶部的泵。泵的下端，即，入口端连接动力或驱动机构，即，电动机，由其驱动泵运行。在已有的系统中，井下的流体从系统中的位于电动机和泵之间的的入口进入泵。考虑到流动流体的泵送效率，要求在已有的系统中使用上述结构，特别是，来自井下的流体不能通过电动机。因此，泵必须被安置在电动机的上方，这样，就由泵的入口端连接电动机。

但是，系统90使用流体可通过的电动机96。因此，流体可以通过电动机，电动机可以连接泵的出口端98。这仅仅是本发明的一个优选的实施例。在系统的底部具有电动机的结构中，例如，已有的井下潜水泵送系统，提供电能的电缆必须沿着泵的整个长度延伸，以便连接电动机，由于井壁空间的限制，电缆限制泵的直径，因此减小了由泵系统泵送流体的速率。

在用于采油的井下潜入式泵送系统中，井深通常为伸入地面几英里或几千米。考虑到经济因素，需要这种结构具有高流动速率，因此这种系统具有大功率的泵和大动力的电动机。但是，井壁严格限制系统的直径。因此，为了提供需要的流体流动速率，在这种应用场合中使用的泵和电动机又长又窄。

当使这种泵送系统下降进入井下时，随着泵送系统下降入位，受限制的井壁空间可能引起电缆与井壁之间的相对摩擦。由于井深通常为几英里或几千米，而且泵送系统本身通常为几英尺或几米长，多次摩擦将磨损或破坏电缆的整体性。如果电缆被破坏，必须从井下取出泵送系统，以便修理电缆。

因为上述原因，系统90最好具有设置在系统上端的电动机96。特别是，可以使流体通过的电动机96连接泵94的出口端98。所以，对于井壁92，泵94可以具有比较大的直径，将其用于给定的井，而且，在将系统90放入井下时，使电缆损坏的危险降低。

如上所述，除泵94的出口端98连接电动机，而不是连接泵的入口端100以外，泵94基本上与常规的井下潜入式离心泵相同。在这一方面，泵94包括壳体103，所述壳体包围一系列多级叶轮104。所述叶轮104连接转轴106，转轴106可转动地安装在壳体103中。因此，转轴106的转动使叶轮104转动，以便输送流体。在泵94中，在泵的出口端98，转轴106和壳体103连接流体可通过的电动机96。在泵的运行过程中，电动机96向转轴106提供转动的机械能。

可使流体通过的电动机96包括圆筒或管状系统107、壳体108、动力或驱动系统110。管状系统107包括管件112。管件112具有一般不变的直径，但是，在管件112的一端具有半圆球形状收窄的帽状物。所述半圆球形状的帽状物的远端被延长，其固定连接泵94的转轴106。

可以采用任何公知的常规固定连接方式将管件112与泵的转动轴106连接在一起，以便使第一转轴与第二轴连接，从而由第一转轴使第二轴转动。例如，这种方式可以包括设置在轴上的相互配合的花键、螺纹或其他机械装置。管件112和轴106也可以结合成为单一的、整体结构。在泵的运行过程中，通过设置在半圆球形状的端部帽状物侧面的入口114，使来自泵94的流体流入管件112。通过位于管件112的与半圆球形状的端部相对置的端部，此端部开启，流体从此端部流出。

管件112可转动地安装在壳体108中。管件112的半圆球形状的端部从壳体的一端伸出，以便固定或过渡连接到泵的转轴106上。管件112从壳体108中的的电动机端部伸出，最好其连接泵的壳体103。可以采用任何公知的常规连接方式进行连接，例如，借助螺纹、花键或其他机械装置。

用于电动机96的动力或驱动系统110包括固定的、安装在壳体中的磁铁116。磁铁116最好是具有绕线和铁芯元件的常规的固定磁铁，使其围绕管件系统106定位设置。而且，驱动系统还包括感应转子系统118，其如同常规的感应电动机中的转子，使其围绕管件112安装。在运行过程中，由固定磁铁116在转子系统118中感应电流，因此在固定磁铁和转子系统之间产生相互作用的磁性力，由此使管件系统107转动。另外，驱动系统可以使用永久性磁铁。电缆102向固定磁铁116提供电能。

上述可使流体通过的电动机96可以采用流体静压径向推力轴承和密封件120，如1993年5月11日授予GUY LEMIEUX的美国专利US-5209650所述，此专利在本文中作为参考。采用此专利中描述的轴承和密封件，与电动机和泵系统形成整体。在本发明所述的实施例中，可以采用流体静压轴承和密封件120，以便将管状系统107可转动地安装在电动机的壳体108中。导管122连通流体可通过的电动机96，由此提供流体密封件和轴承。

在使用中，流体可通过的电动机96借助电动机管件112向泵94提供转动的机械能。电动机管件112通过泵的转轴106驱动泵94运行。泵送的流体流动进入泵94的入口100，并且从泵的相对的端部出口排出。在此区域，流体流入管件112，从而流动通过电动机96，而且，基本上流体在电动机的相对的端部排出。如图所示，系统90的运行不需要在流体可通过的电动机96中的管件112内设置叶轮。

图8表示本发明的另一个优选的实施例的系统124，其中对前面实施例中所述的系统90进行了修改。经过修改的系统124包括流体可通过的电动机126，其作为两个常规的多级离心泵94’和128的动力或驱动机构。

泵94’之一基本上与前面所述实施例中的系统90中的泵94相同。在此实施例中，相同的代号被用于表示在前面所述实施例中基本上相同的元件。但是，在图8中的代号附加符号(’)。

图8表示了用于井下的潜入式泵中的系统124，将该系统124放入井壁92’中。其中，位于下方的泵94’基本上与前面所述实施例中的系统90中的泵94相同，使泵94’的出口端98’连接动力或驱动机构，即连接流体可通过的电动机126。

在运行过程中，位于下方的泵94’向上泵送流体。流体通过可通过流体的电动机126到达上方的泵的入口端130。然后，上方的泵128接收流体，进一步向上泵送流体。由此，上方的泵128基本上相同于常规的、潜入式多级离心泵。在使用中，上方的泵128的入口端130连接动力或驱动机构，即连接流体可通过的电动机126。

除有一个主要区别之外，在经过修改的系统124中，流体可通过的电动机126基本上相同于前面所述实施例中的流体可通过的电动机96。特别是，流体可通过的电动机126适合于在两端连接泵。为此目的，用于流体可通过的电动机126的壳体131被修改，以便电动机126的各端分部连接泵，而不同于前面所述实施例，在前面所述的实施例中，仅在电动机的一端连接泵。壳体131的固定方式与前面所述实施例相同。

此外，流体可通过的电动机126具有管状系统132，其中包括管件134，在管件134的各端设有半圆球形状的帽状物。各半圆球形状的帽状物的远端具有伸长的部分，其固定到泵的转轴上。半圆球形状的帽状物之一固定在下方的泵94’的转轴106’上。相对的半圆球形状的帽状物的伸长部分连接上方的泵128的转轴136。固定连接泵的转轴106’和136的方式与前面所述实施例中系统90中的方式相同。泵送的流体在位于各半圆球形状的帽状物端部的长的部分中的入口114’和出口114’处，进入管件134’，并且从中排出。在另一方面，流体可通过的电动机126基本上与上述实施例中的流体可通过的电动机96相同。

如上所述，在大部分可以比较的已有技术中，电动机位于井壁中的泵的下方位置。在已有的各系统中，流体进入位于电动机和泵之间的入口。考虑到流体流动的效率，要求在这种结构中，流体不能通过电动机。由于泵送的作用力使得流体向上通过井壁，因此，电动机必须被设置在泵的下方。

但是，在图8所示的系统124中，具有流体可通过的电动机126。流体可以通过电动机126，这种电动机126可以位于泵的上方。因此，流体可通过的电动机126可以在其两端驱动泵。这就具有可以在电动机126的端部之间分开提供扭矩的优点。在已有的系统中，电动机只能在一端驱动泵，其要求电动机转轴的一端提供全部扭矩。

但是，在本发明的系统124中，可以在电动机相对的端部分开提供扭矩，以便适应与已有的系统有关的多种泵送系统。

最后，应当注意，上方的泵128必须容纳电缆102’，并且在一些实施例中，要容纳导管122’，所述导管122’在系统124中延伸到电动机126，以便与下方的泵94’相比较，上方的泵128具有比较小的直径。尽管经过修改的系统124提供了上述优点，其比上述实施例中的系统90有更多的适用场合。

在描述了本发明的优选的实施例的同时，应当理解，在不脱离本发明的构思和范围的条件下，可以获得多种经过变化的形式。例如，流体可通过的电动机96和126中可以包括叶轮。

在包括流体可通过的电动机96或126的实施例中，最好，这些系统包括至少一种井下潜入式离心泵。在另一种实施例中，其他已知类型的泵，或将来得到改善的泵可以构成井下潜入式离心泵。此外，在流体可通过的电动机96和126中，流体静压轴承和密封件可以由前面所述其他实施例中的其他类型的轴承和密封件来代替。

在图6所示的机械装置44中，在机械装置中的管件18’的外侧，设有扇片或叶片类型的叶轮48和50。在另一个实施例中，叶片类型的叶轮48和50可以由其他类型的已知的叶轮代替，例如离心式叶轮，或者将来得到改善的叶轮代替。

在另一个实施例中，图2所示的管件56可以有尺寸减小的颈部，如同图4所示的具有颈部的管件68。同样，具有低成本的轴承和密封件可以被用于可转动地支撑管件。当使用这种具有颈部的管件时，用于管件的壳体可以被修改为具有管状凹陷部分，其从所述颈部的一端延伸到另一端。因此，可以采用尺寸比较小的、低成本的环形密封件保护驱动系统，当泵送的流体是导体时，可以避免电路短路。

在前面所述的实施例中，最好，使用部分电磁铁，各电磁铁具有铁芯元件，以便产生相互作用的磁性力。在另一个实施例中，在电磁铁中不设置铁芯元件。

在另一个实施例中，可以使用气力或液力驱动系统，而不使用电磁驱动系统。例如，在图3和6中所示的机械装置10和44中，磁铁可以由安装在管件内部的叶轮代替，所述叶轮被设置在壳体的管状凹陷部分。然后可以在管状凹陷部分一端的开口处喷入流体，并且在另一开口处接收流体。当流体通过管状凹陷部分时，流体将作用于管件的外叶轮，由此引起管件转动。

如上述实施例所示，最好包括整体的叶轮/泵和驱动系统结构，以便使内部管件转动。在另一个实施例中，其他系统可以被用于使管件转动。例如，在壳体中的电动机可以用于多个实施例，将电动机安装到管件的一侧，借助齿轮、辊轮、传动带或其他机械装置，使管件转动。在这些特殊实施例中，具有需要在管件和电动机之间设置连接机构的缺点，但是，其还具有优点，在所述的实施例中，其一般不限制这些机械装置提供动力，特别是对于泵送系统的应用场合。

由本专业的普通技术人员通过修改、变化和组合，可以获得本发明的权利要求书所限定范围内的要求保护的各种形式。

Claims (31)

1.一种用于泵送流体的系统，其包括：

(a)壳体；

(b)具有纵向轴线的管件，管件可转动地安装在壳体内部，以便管件可以相对于壳体、基本上围绕管件的纵向轴线转动；

(c)围绕管件设置多个磁铁，以便产生磁性力，使管件相对于壳体转动；

(d)连接到管件的泵，当管件转动时，所述的泵从管件接受转动的机械能，从而为泵的运行提供动力，泵进一步与管件流体连通，以便当系统泵送流体时，可以使流体通过泵和管件。

2.按照权利要求1所述的系统，其特征是：所述的泵包括入口，以便接收流体进入泵，还包括出口，以便排出流体，所述泵的出口连通管件。

3.按照权利要求1所述的系统，其特征是：至少一个叶轮安装到管件上，当管件相对于壳体转动时，所述叶轮适合于引导流体通过管件。

4.按照权利要求1所述的系统，其特征是：所述泵和管件相互串联流体连通，以便当系统泵送流体时，流体首先通过泵，然后，通过管件。

5.按照权利要求1所述的系统，其特征是：至少一些磁铁是永久磁铁。

6.按照权利要求1所述的系统，其特征是：至少一些磁铁是电磁铁。

7.按照权利要求1所述的系统，其特征是：还包括另一个泵，其中管件具有第一端，以及与第一端相对置的第二端，一个泵连接管件的第一端，另一个泵连接管件的第二端，其中管件和泵流体连通，以便当系统泵送流体时，流体通过泵和管件。

8.按照权利要求7所述的系统，其特征是：各所述的泵包括入口，以便接收流体进入泵，还包括出口，以便排出流体，一个泵的入口连接管件，而且，另一个泵的出口连接管件。

9.一种安置在具有流体的井下的系统，其用于从井下泵送流体，其包括：

(a)泵具有相对的端部的泵，其一端具有入口，以便接受来自井中的流体进入泵，其另一端具有出口，以便从泵中排出流体，当系统运行时，将泵放置在井内，其出口位于入口的上方；

(b)向泵提供转动的机械能的动力装置，当系统运行时，所述动力装置固定到泵的出口端。

10.按照权利要求9所述的系统，其特征是：所述动力装置包括入口和出口，其入口与泵的出口流体连通，以便当系统运行时，流体从泵排出后，进入动力装置的入口，再从动力装置的出口排出。

11.按照权利要求9所述的系统，其特征是：所述动力装置包括壳体和可转动地装在壳体内的管件，管件连与出口流体连通。

12.按照权利要求9所述的系统，其特征是：还包括至少一个装到动力装置上的叶轮，当管件相对于壳体转动时，叶轮可使流体流过动力装置。

13.按照权利要求11所述的系统，其特征是：所述管件包括内表面和外表面，至少一个装到所述管件的内表面上的叶轮，至少一个装到所述管件的外表面上的叶轮。

14.按照权利要求9所述的系统，其特征是：所述动力装置包括可转动安装的管件，多个围绕所述管件设置的磁铁，以便当系统运行时，产生磁性作用力，从而使管件转动。

15.按照权利要求9所述的系统，其特征是：由安装在泵中的一个或多个轴承承受由泵和动力装置产生的推力载荷。

16.按照权利要求9所述的系统，其特征是：由安装在泵的外侧的一个或多个轴承承受由泵和动力装置产生的推力载荷。

17.按照权利要求9所述的系统，其特征是：还包括另一个泵，另一个泵具有对置的端，其一端具有入口，以便接受井下流体进入泵，其另一端具有出口，以便使流体从泵中排出，其中动力装置固定在一个泵的出口端，以及固定到另一个泵的入口端。

18.一种用于提供动力的机械装置，其包括：

(a)具有外壁的壳体；

(b)具有纵向轴线和对置端的管件，管件可转动地装在壳体内部，以便所述管件相对于壳体、围绕管件的纵向轴线转动；

(c)连接到管件上的动力装置，以便引导管件相对于壳体转动；

(d)连接管件的转轴装置，其延伸穿过壳体的外壁，并且从机械装置中伸出，以便与另一台设备连接。

19.按照权利要求18所述的机械装置，其特征是：管件包括对置端，而且转轴装置具有至少一端延伸穿过壳体的外壁，以便与另一台设备连接。

20.按照权利要求18所述的机械装置，其特征是：转轴装置包括支承管件的轴，壳体可转动地支承轴，以便使管件转动，转轴装置具有至少一端延伸穿过壳体的外壁，以便与另一台设备连接。

21.按照权利要求18所述的机械装置，其特征是：在壳体内安装的多个磁铁，其围绕管件设置，其中磁铁产生磁性作用力，以便使管件相对于壳体转动。

22.按照权利要求21所述的机械装置，其特征是：至少一些磁铁安装在管件上。

23.按照权利要求18所述的机械装置，其特征是：还包括至少一个装在管件上的叶轮，当管件相对于壳体转动时，叶轮可以使流体通过管件。

24.按照权利要求18所述的机械装置，其特征是：管件包括内表面和外表面，至少一个装到管件的内表面上的叶轮，和至少一个装到管件的外表面上的叶轮。

25.一种用于泵送流体的机械装置，其包括：

(a)壳体；

(b)具有纵向轴线的管件，管件可转动地安装在壳体内部，以便管件可以相对于壳体、基本上围绕管件的纵向轴线转动；

(c)围绕管件设置多个磁铁，以便产生磁性力，使管件相对于壳体转动；

(d)至少一个装到管件上的叶轮，以便使被泵送的流体通过机械装置；

(e)在壳体内形成流体流动路径的装置，以便形成使流体通过机械装置的通道，在管件内，至少部分形成流体流动路径，至少部分流体流动路径位于管件外部。

26.按照权利要求25所述的机械装置，其特征是：管件包括侧面，形成流体流动路径的装置包括位于管件侧面的至少一个孔。

27.按照权利要求25所述的机械装置，其特征是：管件包括外部分和长度部分，形成流体流动路径的装置包括二空间，其至少部分地沿着管件的长度部分延伸，其位于壳体和管件的外部分之间，当机械装置运行时，通过上述空间泵送流体。

28.按照权利要求25所述的机械装置，其特征是：管件包括内表面和外表面，形成流体流动路径的装置包括至少一个安装到管件内表面的叶轮，和至少一个安装到管件外表面的叶轮。

29.一种用于泵送流体的机械装置，其包括：

(a)具有纵向轴线的管件，其可转动地被支承，以便管件围绕其纵向轴线转动；

(c)围绕管件定位安装的多个磁铁，以便产生磁性作用力，从而使管件转动；

(d)至少一个装到管件上的叶轮，以便使被泵送的流体通过机械装置；

(e)可转地装在壳体内的管件，壳体具有入口，以便接受流体进入壳体，并且设有从壳体中排出流体的出口，当机械装置运行时，泵送流体入口和出口在壳体中定位设置，其相互离开，并且不与管件的纵向轴线对准。

30.按照权利要求29所述的机械装置，其特征是：当机械装置运行时，泵送流体，使机械装置座落于一个表面上，所述壳体包括至少一个支脚，以便将机械装置支撑在表面上。

31.按照权利要求29所述的机械装置，其特征是：壳体包括外壁，机械装置还包括连接管件的转轴装置，所述转轴装置延伸穿过壳体的外壁，并且从机械装置伸出，以便与另一台设备连接。

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