JP2004537669A - Fluid controlled pump system and method - Google Patents
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Abstract
流体制御されたポンプシステムは、流体空洞(13)内に配置されたポンプユニット(12)を含む。ポンプユニット(12)は、ポンプユニットの吸引端まで延びる通路(60)を含む。システムはまた、通路(60)に結合されポンプユニットの吸引端(34)の近くの通路から外向きに流体を押すよう動作可能な圧力源(72)を含む。システムは通路(60)に結合される圧力センサ(74)を含む。システムは更にポンプユニット(12)に結合され流体圧力を用いてポンプユニットの動作パラメータを調整するよう動作可能な制御器(76)を含む。流体レベル制御されたポンプシステムは流体空洞内に配置されたポンプユニットを含む。ポンプユニットは流体空洞からポンプされるべき流体を受けるよう動作可能な入口(118)を含む。システムはまたポンプユニットに摺動可能に結合される弁(140)を含む。弁(140)はポンプユニットの出口(122)からポンプされた流体を受ける通路(160)を含む。流体空洞内の流体レベルの低下に応じて、ポンプユニットに対する弁の動きは、ポンプされる流体を出口から入口へ循環させるために通路(160)をポンプユニットのポートに合わせる。The fluid controlled pump system includes a pump unit (12) disposed within a fluid cavity (13). The pump unit (12) includes a passage (60) extending to the suction end of the pump unit. The system also includes a pressure source (72) coupled to the passage (60) and operable to push fluid outward from the passage near the suction end (34) of the pump unit. The system includes a pressure sensor (74) coupled to the passage (60). The system further includes a controller (76) coupled to the pump unit (12) and operable to adjust operating parameters of the pump unit using the fluid pressure. The fluid level controlled pump system includes a pump unit disposed within the fluid cavity. The pump unit includes an inlet (118) operable to receive the fluid to be pumped from the fluid cavity. The system also includes a valve (140) slidably coupled to the pump unit. The valve (140) includes a passage (160) for receiving the pumped fluid from the outlet (122) of the pump unit. In response to a decrease in the fluid level in the fluid cavity, the movement of the valve relative to the pump unit aligns the passage (160) with the port of the pump unit to circulate the pumped fluid from the outlet to the inlet.
Description
【技術分野】
【0001】
本発明は、概して流体ポンプシステムの分野に係り、特に流体制御されたポンプシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【0002】
ポンプユニットは、流体を圧縮し、押し揚げ、移送するための種々の用途で用いられる。例えば、ポンプユニットは、地方自治体の上下水道事業用途、採掘及び/又は炭化水素利用及び生産用途、油圧モータ用途、及び民生品製造用途に使用されうる。プログレッシブ・キャビティ・ポンプ、遠心ポンプ、及び他の種類のポンプ装置といったポンプユニットは、一般的には流体の中に配置され、流体を圧縮するため、即ち流体の圧力を高めるため、異なる高さ間で流体を押し揚げるため、又は様々な目的地間で流体を移送するために用いられる。
【0003】
しかしながら、従来のポンプユニットには幾つかの不利な点がある。例えば、従来のポンプユニットは、一般的には使用できる状態を維持するために何らかの形の潤滑を必要とする。例えば、プログレッシブ・キャビティ・ポンプは、一般的にはゴムの固定子の中に配置された回転子を含む。動作上、回転力が回転子へ分け与えられ、それにより流体をある高さから他の高さへ持ち上げるために回転子と固定子の間にコルクスクリューのような効果を生じさせる。プログレッシブ・キャビティ・ポンプの場合、流体潤滑なしに固定子に対する回転子の回転によって生ずる摩擦は、比較的短時間のうちにプログレッシブ・キャビティ・ポンプを故障させる場合が多い。一般的に、ポンプされている流体は、所望の潤滑を与える。しかしながら、ポンプユニットの入口に近くの流体レベルの変化は、ポンプユニット用の流体潤滑がないという結果を生じさせうる。このように、ポンプユニットにおける適切な流体潤滑を維持することは、ポンプ動作の性能及び寿命のために重要である。更に、遠心ポンプ用途では、ポンプすべき流体がないことはキャビテーションを生じさせうる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
従って、ポンプユニットの流体潤滑の制御が向上した改善されたポンプシステムが必要とされている。本発明は、従来技術のポンプシステム及び方法の欠点に取り組んだ流体制御されたポンプシステム及び方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明の1つの実施例によれば、流体制御されたポンプシステムは流体空洞内に配置されたポンプユニットを含む。ポンプユニットは、ポンプユニットのヘッドまで延びる通路を含む。システムはまた、通路に結合され通路を通じてポンプユニットのヘッドから外向きに流体を押すよう動作可能な圧力源を含む。システムはまた、通路に結合され通路内の流体の圧力を測定するよう動作可能な圧力センサを含む。システムは更に、ポンプユニットに結合され流体圧力に応じてポンプユニットの動作パラメータを調整するよう動作可能な制御器を含む。
【0006】
本発明の他の実施例によれば、流体制御されたポンプ動作のための方法は、流体空洞内に配置されたポンプユニットを与える段階を含む。ポンプユニットは、ポンプユニットのヘッドまで延びる通路を含む。方法はまた、通路を通じてポンプユニットのヘッドから外向きに流体を押し、通路内の流体の圧力を測定する段階を含む。方法はまた、流体圧力に応じてポンプユニットの動作パラメータを自動的に調整する段階を含む。
【0007】
本発明の他の実施例によれば、流体制御されたポンプシステムは、流体空洞内に配置されたポンプユニットを含む。ポンプユニットは、流体空洞からポンプされるべき流体を受けるよう動作可能な入口を含む。システムはまた、ポンプユニットに摺動可能に結合された弁を含む。弁はポンプユニットからのポンプ流体を受ける通路を含む。弁は更に、ポンプされた流体をポンプの入口へ循環させるために弁の通路をポンプユニットのポートに合わせるために、流体空洞内の流体レベルが低下するのに応じて、ポンプユニットに対して移動するよう動作可能である。
【0008】
本発明の他の実施例によれば、流体レベル制御されたポンプ方法は、流体空洞内に配置されたプログレッシブ・キャビティ・ポンプを与える段階を含む。ポンプは、流体空洞内に配置された流体をポンプするための固定子/回転子部分を含む。固定子/回転子部分は、入口と出口を含む。方法はまた、ポンプに結合された弁を与える段階を含む。弁は、固定子/回転子部分からの流体を受けるよう動作可能である。方法は更に、流体空洞内の流体レベルの低下に応じて出口からの流体を弁を介して入口へ自動的に循環させる段階を含む。
【0009】
本発明の更なる他の実施例によれば、流体レベル制御されたポンプシステムは、流体空洞内に配置されたプログレッシブ・キャビティ・ポンプを含む。ポンプは、流体空洞内に配置された流体をポンプするための固定子/回転子部分を含む。固定子/回転子部分は、入口と出口を含む。システムはまた、ポンプに結合され出口と連通するよう配置された弁を含む。弁は、流体空洞内の流体レベルの低下に応じて出口からの流体を入口へ循環させるよう動作可能である。
【0010】
本発明は幾つかの技術的な利点を有する。例えば、本発明の1つの実施例では、システムは流体空洞内の流体のレベルに対応する流体空洞内の流体圧力を監視する。流体圧力に基づいて、システムは、動作中の正しい流体潤滑を確実とするようポンプユニットの動作パラメータを制御する。このように、流体レベルが流体空洞内で低下するにつれて、ポンプユニットの動作パラメータは変更されうる。例えば、流体空洞内の流体レベルの低下に応じて、ポンプユニットの動作速度もまた低下し、それにより所望のポンプユニット潤滑を与えるために流体空洞内で略一定の流体レベルを維持しうる。更に、ポンプユニットの動作は、流体潤滑なしでのポンプユニットの動作を実質的に防止するために流体空洞内の流体レベルに基づいて停止されうる。
【0011】
本発明の他の技術的な利点は、ポンプユニットの入口において物質が蓄積するのを略防止するフラッシュ(勢いよく流す)機能を与えることを含む。例えば、プログレッシブ・キャビティ・ポンプは、ポンプの回転子から下向きに延びポンプの入口の近くに配置された出口を有する内部通路を含みうる。流体は、ポンプの入口から物質の蓄積物をフラッシュし、所望であればポンプされた流体内の物質の懸濁を維持するよう、通路内で下向きに通路の出口から外向きに与えられうる。
【発明の効果】
【0012】
本発明は更に幾つかの技術的利点を与える。例えば、本発明の1つの実施例では、ポンプユニットの流体潤滑は流体空洞内での流体レベルの変化に応じてポンプされた流体をポンプユニットの入口へ循環させることによって維持される。例えば、本発明の1つの実施例によれば、弁は、ポンプされた流体をポンプユニットの入口へ循環させるようポンプユニットの近くに配置される。従って、流体レベルが流体空洞内で低下するにつれて、弁は、流体潤滑なしでのポンプユニットの動作を実質的に防止するよう、ポンプされた流体をポンプユニットの入口へ循環させる。1つの実施例では、弁はポンプユニットに摺動可能に結合されてもよく、それにより流体空洞内の流体レベルの変化に応じてポンプユニットに対する弁の動きを与える。
【0013】
本発明の他の技術的な利点は、費用のかかるユーザ介入を必要とすることなくポンプユニットの信頼性を高めることを含む。例えば、本発明の1つの実施例によれば、弁はポンプユニットに摺動可能に結合され、それにより流体空洞内の流体レベルの変化に応じた弁の上向き及び下向きの動きを与える。弁は、流体空洞内の流体レベルの低下に応じてポンプユニットの潤滑を確実とするよう、ポンプされた流体をポンプユニットの入口へ循環させ又は戻す。
【0014】
他の技術的な利点は、図面、詳細な説明、及び特許請求の範囲を読むことにより当業者により容易に明らかとなろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【0015】
本発明及びその利点のより完全な理解のため、添付の図面とともに以下説明を行う。図1は、本発明の1つの実施例による流体制御されたポンプシステム10を示す図である。図1の実施例では、システム10は採掘及び/又は炭化水素生産用途の場合について示されている。しかしながら、システム10は他のポンプ用途にも使用されうることが理解されるべきである。システム10は、流体空洞13へ延びるポンプユニット12を含む。流体空洞13は、一般的に、圧縮、押し揚げ、又は移送動作が行われるべき流体を含む。従って、図示の実施例では、ポンプユニット12は表面14から井戸穴16へと下向きに延びる。この実施例では、ポンプユニット12はプログレッシブ・キャビティ・ポンプ18を含む。しかしながら、本発明が教示することを組み込んだ他の種類のポンプユニット12が使用されうることが理解されるべきである。
【0016】
ポンプ18は、表面14上に配置された基部20と、井戸穴16内に配置された固定子/回転子部分22とを含む。固定子/回転子部分22は、ハウジング28の内面26に結合された固定子24を含む。固定子/回転子部分22はまた、固定子24に対する回転子30の回転がコルクスクリュー状の効果を生じさせ、それにより空洞13又は井戸穴16内に置かれた流体32を表面14までポンプする又は揚げるよう、固定子24内に配置された回転子30を含む。本実施例では、流体32は、水、炭化水素化合物、ボーリング泥水、削りくず、及び、井戸穴16から表面14へ一般的に持ち上げられる他の物質を含みうる。しかしながら、流体32は、特定のポンプ用途で一般的に取り扱う場合のある他の物質を含みうる。
【0017】
動作上、固定子/回転子部分22の吸引端34は、固定子24に対する回転子30の回転が、回転子30と固定子24の間に形成された入口36を通って上向きに流体32を引き出すよう井戸穴16内に配置される。流体32は、固定子/回転子部分2の中を上向きに進み、固定子24と回転子30の間に形成された出口40を通って固定子/回転子部分22の放出端38から出る。流体32は、ハウジング28と駆動シャフト44の間に形成された環状部42内を上向きに進む。駆動シャフト44の下端46は、固定子24に対する回転子30の回転運動を与えるよう、回転子30の上端48に結合される。環状部42を通って上向きに進む流体32は、環状部42から放出ポート50を通って泥水用ピット又は他の場所(図示せず)へ外向きに向かう。例えば、流体32は、放出ポート50を通って炭化水素及び/又は他の物質を水から分離するための分離器(図示せず)へ導かれうる。しかしながら、流体32は放出ポート50から他の適当な処理システムへ導かれてもよいことが理解されるべきである。
【0018】
井戸穴16はまた、気体又は他の物質を井戸穴16から外向きに導く放出ポート52を含む。例えば、井戸穴16内に置かれた気体は、ハウジング28と、基部20の井戸穴16及びハウジング56の両方との間に形成された環状部54を通って上向きに進みうる。従って、井戸穴16内の気体は、表面14へ向かって上向きに導かれ、燃やされる(フレアされる)ため又は他の適当な処理要件に対応するために、ポート52を通って放出されうる。
【0019】
図1に示すように、ポンプユニット12はまた、駆動シャフト44と回転子30を通って下向きに延びる中空の通路60を含む。通路60は、ポンプユニット12に対する井戸穴16内の流体32の深さ64が監視されうるよう、固定子/回転子部分22の吸引端34の近くに開放端62を含む。通路60の使用については、以下詳細に説明する。
【0020】
システム10はまた、空気圧力源72、圧力センサ74、制御器76及び駆動モータ78を含む。圧力源72は、加圧された流体を通路60内で下向きに導くためにポンプユニット12の上端80を通って通路60に結合される。圧力源72は、二酸化炭素、窒素、空気、メタン、又は他の適当な加圧された流体を含みうる。圧力センサ74はまた、通路60内の流体圧力を測定するために通路60に結合される。
【0021】
動作上、圧力源72は、加圧された流体の比較的少ない又は制御された量又は体積が、一般的に参照番号90で示されるように、通路60の開放端62から出るよう、通路60内に下向きに加圧された流体を与える。例えば、圧力源72は井戸穴16内の流体32の圧力よりもかなり大きい圧力で維持されえ、オリフィス絞り弁82は摩擦圧力が概して無視できるようになるよう圧力源72に結合されうる。しかしながら、通路60の開放端62を出る加圧された流体の制御された量又は体積を維持するために他の適当な方法及び装置が使用されうる。
【0022】
圧力センサ74は、通路60の開放端62から加圧された流体を追い出すために必要な通路60内の圧力を測定するために用いられる。図1に示すように、通路60の開放端62から外向きに加圧された流体を追い出すために必要な圧力は、一般的にはポンプユニット12の入口36に近い流体32のレベル又は深さ64に対応する。従って、通路60内の圧力はポンプユニット12の入口36に近い流体32の深さ64を測定するために使用されうる。
【0023】
図1に更に示すように、圧力センサ74は制御器76に結合される。制御器76は、通路60内の圧力に対応する圧力センサ74からの信号を受信するためのプロセッサ、ミニコンピュータ、ワークステーション、又は他の種類の処理装置を含みうる。制御器76によってセンサ74から受信された信号は、連続的なデータストリームを含んでもよく、周期的なデータ信号を含んでもよい。制御器76は、センサ74からの信号を受信し、通路60内の流体圧力を監視する。通路69内の圧力に基づいて、制御器76はポンプユニット12の動作パラメータを調整する。
【0024】
例えば、図1に示すように、制御器76は、ポンプユニット12の動作パラメータを制御するために駆動モニタ78に結合される。図1に示すように、駆動モータ78は、固定子24に対して回転子30を回転させるためにポンプユニット12の上端80の近くで駆動モータ78と駆動シャフト44の間に結合されたベルト92を介して駆動シャフト44へ回転力を分け与える。このように、制御器76は、圧力センサ74から受信される圧力信号に基づいて駆動モータ78に分け与えられる回転力を制御し、それにより表面14への流体32の流速を制御する。例えば、動作上、駆動モータ78は、駆動モータ78によって駆動シャフト44へ分け与えられた回転力を調整するために制御器76からの制御信号を受信する。
【0025】
従って、動作上、ポンプユニット12の動作パラメータは、「乾いた」又は非潤滑状況でポンプユニット12が動作することを実質的に防止するために、井戸穴16内の流体32の量の変化に応じて変更される。例えば、図1に示すように、圧力源72は、加圧された流体の比較的少ない又は制御された量又は体積が吸引端34の近くで通路60の開放端62から出るよう、通路60内に下向きに加圧された流体を与える。井戸穴16内の流体32の深さ64の変化に応じて、加圧された流体を通路60の開放端62から外向きに追い出すのに必要な通路60内の圧力もまた変化する。通路60内の圧力の変化に基づいて、制御器76は駆動モータ78を介してポンプユニット12の動作パラメータを調整する。従って、井戸穴16内の流体32の深さ64が減るに従って、加圧された流体を開放端62から外向きに追い出すのに必要とされる通路60内の圧力もまた対応して減少する。通路60内の圧力の減少に応じて、制御器76は駆動モータ78によって与えられる駆動シャフト44の回転率を自動的に減少させ、それにより井戸穴16から取り除かれる流体32の流速を低下させる。このように、駆動シャフト44の回転率は井戸穴16内の流体32のレベルの低下に応じて減少又は停止され、それにより井戸穴16から出て外向きに流れる流体32の速度を低下させ、適切な潤滑なしでのポンプユニット12の動作を実質的に防止する。更に、井戸穴16内の流体32のレベルに基づいてポンプユニット12の動作パラメータを調整することにより、本発明はまた井戸穴16内で略一定の流体32のレベルを維持する手段を与える。
【0026】
従って、システム10はまた、井戸穴16内の流体32の深さ64の増加に応じて駆動シャフト44の回転率を増加させるためにも使用されえ、それにより井戸穴16からの流体32の流速を高める。例えば、流体32の深さ64が井戸穴16内で増加すると、通路60の開放端62から外向きに流体を追い出すのに必要な圧力もまた増加する。通路60内の圧力の増加に応じて、制御器76は、駆動シャフト44に更なる回転力を与えるために駆動モータ78を調整し、それにより流体32の増加したポンプ体積を表面14へ与える。
【0027】
従って、本発明は、井戸穴16内の流体32の量又は深さ64に基づいて井戸穴16から表面14への流体32のポンプ動作の制御を高める。流体32の深さ64が増加又は減少すると、制御器76は駆動モータ78を介してポンプユニット12の動作パラメータを調整し、それにより駆動シャフト44の回転速度の対応する増加又は減少を夫々生じさせる。従って、本発明は、井戸穴16内の流体32のレベルが増加するのに応じて流体32のポンプ動作を高めるため、及び/又は、井戸穴16内の流体32の量が減少するのに応じて井戸穴16からの流体32のポンプ動作を減少又は停止させるために使用されうる。
【0028】
本発明はまた、ポンプユニット12の入口36における物質の蓄積を実質的に防止又は排除するために、流体空洞13内での流体32のフラッシュ(勢いよく流すこと)又は混合を与えうる。例えば、入口36における物質の蓄積を実質的に防止し、流体32内で物質の懸濁を維持するため、通路60を通って下向きにポンプユニット12の吸引端34の近くで外向きに周期的な流体圧力バーストを与えるために電磁弁96又は他の適当な装置が使用されうる。
【0029】
図2は、本発明の他の実施例による流体制御されたポンプシステム100を示す図であり、図3は、本発明の実施例による井戸穴104内の流体102レベルの低下の後の図2のシステムを示す図である。この実施例では、システム100は、井戸穴104内の流体102を表面へポンプするために井戸穴104内に配置されたポンプユニット106を含む。図2及び図3に示すポンプユニット106は、プログレッシブ・キャビティ・ポンプ108を含む。しかしながら、本発明の教示による他の種類のポンプユニット106もまた使用されうることが理解されるべきである。
【0030】
図1に関して上述したように、プログレッシブ・キャビティ・ポンプ108は、井戸穴104内の流体102を表面へ揚げるための固定子/回転子部分110を含む。例えば、図2及び図3に示すように、固定子/回転子部分110はポンプ108の固定子116内で回転可能な駆動シャフト114に結合される回転子112を含む。従って、固定子116に対する回転子112の回転は、固定子116に対する回転子112のコルクスクリュー状の動きが固定子/回転子部分110を通して流体102を揚げ、固定子/回転子部分110の出口120から外向きに流体102を追い出すよう、固定子/回転子部分110の入口118を通して流体102を引き出す。次に、流体102は固定子/回転子部分110の放出端122から駆動シャフト114とポンプユニット106のハウジング126の間に形成される環状部124を介して表面へ上向きに進む。
【0031】
この実施例では、システム100はまた、ポンプユニット106のハウジング126の回りに配置された弁140と、ポンプユニット106の吸引端144の近くに配置された逆止め弁142とを含む。弁140は、井戸穴104内の流体102レベルの変化がポンプユニット106に対する弁140の対応する上向き又は下向きの動きを生じさせるよう、ポンプユニット106のハウジング126に摺動可能に結合される。更に、この実施例では、弁140は、弁140が流体102内でポンプユニット106に対して浮動するよう、流体102の密度よりも実質的に小さい密度を有する流体、泡、又は他の物質で満たされうる。従って、例えば、内部室146は、窒素、二酸化炭素、泡、又は、流体102の密度よりも実質的に小さい密度を有する他の適当な流体又は物質で満たされうる。図2及び図3に示す実施例では、2つの内部室146が示されているが、ポンプユニット106に対して弁140が浮動するようにするためにより少ない又はより多い内部室146が使用されうることが理解されるべきである。弁140はポンプユニット106の回りに一緒に固定された2以上の部品から構成されてもよく、又は弁140は一体型ユニットとして構成されてもよい。例えば、逆止め弁142は、ポンプユニット106の回りの弁140の配置に従うようハウジング126(図示せず)に着脱可能に結合されうる。しかしながら、ポンプユニット106に対して弁140を位置決めするために他の適当な組み立法が使用されうることが理解されるべきである。
【0032】
図2及び図3に示す実施例では、ハウジング126は一体に形成された上方止め部150と下方止め部152を含む。止め部150及び152は、井戸穴104内の流体102レベルの変化に応じてポンプユニット106に対する所定の位置への弁140の上向き及び下向きの動きを制限する。例えば、図2に示すように、井戸穴104内の流体102のレベルが高くなるにつれ、弁140は弁140の上端154が止め部150に達するまでポンプユニット106に対して上向きに浮動する。同様に、図3を参照するに、井戸穴104内の流体102のレベルが低くなるのに応じて、弁140は弁140の下端156が止め部152に達するまでポンプユニット106に対して浮動する。従って、以下詳述するように、止め部150及び152は、ポンプされる流体102の循環を容易とするよう、弁140を所定の位置でポンプユニット106に対して位置決めするようポンプユニット106上に配置される。
【0033】
図2及び図3に示すように、弁140は、弁140上端162から弁140の下端164まで延びる通路160を含む。通路160は、井戸穴104内の流体102レベルが低下するのに応じてポンプされる流体102のうちの全て又は一部を固定子/回転子部分110の放出端122から固定子/回転子部分110の入口118へ循環させるための連通路を与える。ポンプされる流体102の循環については、図3を参照して以下詳述する。
【0034】
システム100はまた、弁140をポンプユニット106に対して所定の各位置に解除可能に固定するロックシステム170を含む。この実施例では、ロックシステム170はバネ174を介してハウジング126へ向かって弁120に対して内向きに付勢されたロック素子172を含む。ハウジング126は、弁140をポンプユニット106に対して所定の各位置に解除可能に固定するためにロック素子172を受容するよう構成される一体に形成された凹部176及び178を含む。例えば、図2に示すように、井戸穴104内の流体102のレベルの上昇に応じて、弁140は、ロックシステム170が弁140を解除可能に固定する上向きに移動された位置までポンプユニット106に対して上向きに浮動する。以下詳述するように、ロックシステム170は、井戸穴104内の流体102の乱流又は井戸穴104内の流体102の小さな変化の結果として、ポンプユニット106に対する弁140の望ましくない動きを実質的に防止する。ロックシステム170はまた、ポンプユニット106を作動するために必要な力を実質的に減少させるために弁140をポンプユニット106に対して所定の位置に固定する機構を与える。
【0035】
図3に示すように、井戸穴104内の流体102のレベルが低下するのに応じて、弁140は、ロックシステムが弁140を解除可能に固定する下向きに移動された位置まで動く。ロックシステム170は流体102によって支持されない弁140の重さが内向きのバネ174の力よりも大きいよう構成されえ、それにより井戸穴104内の流体102のレベルの低下に応じて上向きに移動した位置から弁140の解放を生じさせる。このように、以下詳述するように、ロックシステム170は、ポンプされる流体102の循環を容易とするため、又はポンプされる流体102の循環を停止するため、弁140をポンプユニット106に対する所定の位置に解除可能に固定する。
【0036】
図2及び図3に示すように、ポンプユニット106は、固定子/回転子部分110の放出端122の近くにハウジング126の壁192に形成されたポート190を含む。ポンプユニット106はまた、固定子/回転子部分110の入口118の近くにハウジング126の壁192に形成されたポート194を含む。Oリングのエラストマーシール又は他の適当なシール部材といったシール198は、弁140に対するポート190及び194の回りの流体102の望ましくない漏れを防止するために、ポート190及び194の両側に配置される。
【0037】
逆止め弁142は、逆止め弁142の内部領域202内に配置された逆止め弁142の入口204の寸法よりも大きい寸法のボール又は球体200を含み、球体200は、内部領域202から入口204を通る流体102の通過を実質的に防止するよう逆止め弁142の座領域206によって受容されうる。しかしながら、内部領域202から入口204を通る流体102の通過を実質的に防止するために、卵形等の他の適当な形状又はフラッパ等の装置が使用されうることが理解されるべきである。以下詳述するように、逆止め弁142は、循環される流体102を入口118へ導くためにポンプユニット106の固定子/回転子部分110の入口118の近くに配置される。
【0038】
動作上、井戸穴104内の流体102の概して高いレベル又は高くされたレベルは、図2に示すように、弁140をポンプユニット106に対して上向きに移動させる。ロックシステム170は、弁140の通路160がポート190及び194と一致しないよう上向きに移動した位置に弁140を解除可能に固定し、それにより流体102が固定子/回転子部分110の出口120から放出されることを防止する。従って、動作上、固定子116に対する回転子112の回転は、流体102を逆止め弁142の入口204を通って内向きに、また、逆止め弁142の内部領域202の中へ引き出す。流体102は更に、固定子/回転子部分110の入口118へ引き入れられ、上述のように出口120から放出される。上向きに移動した位置では、弁140の通路160はポート190に合わされておらず、従ってポンプされる流体102が環状部124を介して表面へ上向きに進むことを可能とする。ロックシステム170は、井戸穴104内での流体120のレベルの小さい変動又は乱れに応ずる弁140の望ましくない動きを防止するよう上向きに移動された位置に弁140を解除可能に固定する。更に、止め部150は弁140の更なる上向きの動きを防止し、ロックシステム170の係合に適応する。
【0039】
井戸穴104内の流体102のレベルが低下すると、図3に示すように、弁140は、ロックシステム170が部140を下向きに移動した位置に解除可能に固定する位置までポンプユニット106に対して下向きに進む。図3に示す弁140の位置では、通路160の入口208はポート190に合っており、従って固定子/回転子部分110の放出端122から通路160へのポンプされる流体102のうちの全て又は一部を受ける。更に、図3に示す下向きに移動された弁140の位置では通路160の出口210はポート194に合っており、従って通路160内の流体を逆止め弁142の内部領域202及び入口118へと連通させる。
【0040】
図3に示すように、表面への上向きの流体102の流速が低下することにより、球体200は下向きに動き、逆止め弁142の座領域206に対して着座し、それによりポート194を通って受け取る循環される流体102が入口204から出ることを実質的に防止する。従って、ロックシステム170は、流体102の循環を夫々行わせるか停止させるために、及び、ポンプユニット106に対する弁140の調節を実質的に減少させるか、なくすために、開位置又は閉位置への弁140の確実な配置を与える。更に、ロックシステム170は、弁140を完全に開いた位置へ解除可能に固定し、それにより流体102の循環を生じさせることによって、例えば回転子112を回転させるのに必要な電力といったポンプユニット106を動作させるのに必要な電力を実質的に減少させる。
【0041】
従って、井戸穴104内の流体102のレベルの低下に応じて、弁140は、固定子/回転子部分110の放出端122からのポンプされる流体102のうちの全て又は一部を固定子/回転子部分110の入口118へ戻るよう循環させるために弁140はポンプユニット106に対して下向きに動き、それによりポンプユニット106が「乾いた」非潤滑状況で動作することを実質的に防止するよう、流体102の入口118への連続的なループを与える。弁140の通路160は、図3に示す下向きに移動した位置において放出端122と入口118の間に流体連通路を与え、それにより井戸穴104内での流体102のレベルの低下に応じて、ポンプされた流体102を固定子/回転子部分110の入口へ循環させる。通路160と、ポート190及び194は、流体102の全て又は一部を循環させるような寸法とされうる。
【0042】
同様に、井戸穴104内の流体102のレベルが高くなると、弁140はポンプユニット102に対して上向きに図2に示す上向きに移動した位置まで進む。上述のように、ロックシステム170は、井戸穴104内の流体102のレベルの上昇により、バネ174からの通常内向きの力よりも大きい上向きの力を弁140に生じさせ、それより弁140は下向きに移動した位置から取り外される。弁140がポンプユニット106に対して上向きに進むか浮動すると、通路160はポート190及び194とは合わなくなり、それにより入口118への流体102の循環を停止する。シール189は、ポート190及び194を通る全ての望ましくない流体102の流れを実質的に防止する。従って、ポンプユニット106に対する弁140の上向きの動きは、ポンプされる流体102を表面へ上向きに再び向かわせる。
【0043】
このように、本発明は、井戸穴104内の流体102のレベルの変化に応じて、ポンプされる流体102をポンプユニット106の入口118へ自動的に循環させる流体レベル制御されたポンプシステムを提供する。従って、本発明は、井戸穴内の流体レベルが下がっている間ポンプ装置の潤滑状況を維持することにより従来技術のポンプシステムよりも高い信頼性を与え、それによりポンプ装置の寿命を長くする。更に、本発明は操作者又はユーザによる手動の介入とは独立に動作し、従って信頼性が高まり使い勝手がよい。
【0044】
図4は、本発明の実施例による流体レベル制御されたポンプ方法を示すフローチャートである。方法は、ポンプユニット12が井戸穴16内に配置されるステップ200から始まる。上述のように、ポンプユニット12は、プログレッシブ・キャビティ・ポンプ18又は他の適当な種類のポンプユニットを含みうる。ステップ202において、圧力源72は、流体の制御された体積を通路60を介して井戸穴へ下向きに押し進めるために用いられる。上述のように、図1に示すプログレッシブ・キャビティ・ポンプ18では、加圧された流体は通路60を介して回転子30を通って下向きに押し進められる。しかしながら、通路60はそうでなければ、通路60の端62がポンプユニット12の吸引端34の近くに配置されるよう、ポンプユニット12に対して配置又は構成されてもよい。
【0045】
ステップ204において、加圧された流体は、ポンプユニット12の吸引端34の近くの通路60の端62から外向きに追い出される。ステップ206において、制御器76は、センサ74から受信される信号を介して通路60内の圧力を監視する。上述のように、センサ74は通路60に結合され、井戸穴16内の流体32の深さ64に対応する通路60内の流体圧力を測定する。ステップ208において、制御器76は、通路60内で圧力の変化が生じたかどうかを判定し、井戸穴16内の流体32のレベルの変動を示す。制御器76は、対応する流体32のレベルの変動がポンプユニット12の動作パラメータの変化を保証する前に、通路60内の圧力の変動が所定の量を超えねばならないよう、命令を処理すること及び/又はプログラムすることを含みうる。しかしながら、別の方法としては、制御器76は、通路16内の圧力の変動に基づいてポンプユニット12の動作パラメータを自動的に調整するよう構成されうる。
【0046】
判定ステップ210において、通路60内の圧力が増加したかどうかが判定される。通路60内の圧力が増加した場合、方法はステップ210から、制御器76がポンプユニット12を介して流体32の流速の上昇を始めるステップ212へ進む。上述のように、制御器76はポンプ流速を高めるためにポンプユニット12の動作パラメータを調整するために駆動モータ78に対して制御信号を送信する。圧力の増加が生じていなければ、方法は、ステップ210からステップ214へ進む。
【0047】
判定ステップ214において、通路60内の圧力が減少したかどうかが判定される。通路60内の圧力が減少した場合、方法は、ステップ216から、制御器76がポンプユニット12を介して流体32の流速の低下を始めるステップ218へ進む。上述のように、制御器76は表面14へポンプされる流体32のポンプ流速を低下させるために駆動モータ78に対して制御信号を送信する。通路60内で圧力の減少が生じていなければ、方法は、ステップ216から、通路60内の圧力の更なる監視が必要であるかどうかが判定されるステップ220へ進む。更なる圧力監視が必要であれば、方法はステップ206へ戻る。更なる監視が必要でなければ、方法は完了する。
【0048】
このように、本発明は、「乾いた」又は非潤滑状況でポンプユニットが動作することを実質的に防止し、それによりポンプユニットの動作寿命を長くするために、効率的な流体制御されたポンプシステムを提供する。本発明は、また、最小限の手動での操作及び監視を必要とし、それによりポンプ動作の効率性を高める流体レベル制御されたポンプシステムを提供する。
【0049】
本発明について詳述したが、当業者に対して種々の変化及び変更が提案されうる。本発明は、添付の請求の範囲に含まれるかかる変化及び変更を包含するものであることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【0050】
【図1】本発明の一実施例による流体制御されたポンプシステムを示す図である。
【図2】本発明の他の実施例による流体制御されたポンプシステムを示す図である。
【図3】本発明の一実施例による流体空洞内の流体レベルに変化があった後の図2に示す流体制御されたポンプシステムを示す図である。
【図4】本発明の一実施例による流体レベル制御されたポンピングの方法を示すフローチャートである。【Technical field】
[0001]
The present invention relates generally to the field of fluid pump systems, and more particularly to fluid controlled pump systems and methods.
[Background Art]
[0002]
Pump units are used in a variety of applications for compressing, lifting and transferring fluids. For example, the pump unit may be used for municipal water and sewage business applications, mining and / or hydrocarbon utilization and production applications, hydraulic motor applications, and consumer product manufacturing applications. Pump units, such as progressive cavity pumps, centrifugal pumps, and other types of pumping devices, are typically located in a fluid and are compressed between different heights to compress the fluid, i.e., to increase the pressure of the fluid. Used to push fluids up or to transfer fluids between various destinations.
[0003]
However, conventional pump units have several disadvantages. For example, conventional pump units generally require some form of lubrication to remain usable. For example, progressive cavity pumps typically include a rotor disposed within a rubber stator. In operation, rotational force is imparted to the rotor, thereby creating a corkscrew-like effect between the rotor and stator to lift fluid from one level to another. In the case of a progressive cavity pump, the friction created by rotation of the rotor with respect to the stator without fluid lubrication often causes the progressive cavity pump to fail in a relatively short time. Generally, the fluid being pumped will provide the desired lubrication. However, changes in fluid level near the inlet of the pump unit can result in no fluid lubrication for the pump unit. Thus, maintaining proper fluid lubrication in the pump unit is important for pump operation performance and life. Further, in centrifugal pump applications, the absence of fluid to be pumped can cause cavitation.
DISCLOSURE OF THE INVENTION
[Problems to be solved by the invention]
[0004]
Therefore, there is a need for an improved pump system with improved control of the fluid lubrication of the pump unit. The present invention provides a fluid controlled pump system and method that addresses the shortcomings of the prior art pump systems and methods.
[Means for Solving the Problems]
[0005]
According to one embodiment of the present invention, a fluid controlled pump system includes a pump unit disposed within a fluid cavity. The pump unit includes a passage extending to the head of the pump unit. The system also includes a pressure source coupled to the passage and operable to push fluid outwardly from the head of the pump unit through the passage. The system also includes a pressure sensor coupled to the passage and operable to measure a pressure of the fluid in the passage. The system further includes a controller coupled to the pump unit and operable to adjust an operating parameter of the pump unit in response to the fluid pressure.
[0006]
According to another embodiment of the present invention, a method for fluid-controlled pump operation includes providing a pump unit disposed within a fluid cavity. The pump unit includes a passage extending to the head of the pump unit. The method also includes pushing fluid outwardly from the head of the pump unit through the passage and measuring the pressure of the fluid in the passage. The method also includes automatically adjusting an operating parameter of the pump unit in response to the fluid pressure.
[0007]
According to another embodiment of the present invention, a fluid controlled pump system includes a pump unit disposed within a fluid cavity. The pump unit includes an inlet operable to receive the fluid to be pumped from the fluid cavity. The system also includes a valve slidably coupled to the pump unit. The valve includes a passage for receiving pump fluid from the pump unit. The valve further moves with respect to the pump unit as the fluid level in the fluid cavity decreases to match the valve passage with the port of the pump unit to circulate pumped fluid to the inlet of the pump. It is operable to
[0008]
According to another embodiment of the present invention, a fluid-level controlled pump method includes providing a progressive cavity pump disposed within a fluid cavity. The pump includes a stator / rotor portion for pumping a fluid located within the fluid cavity. The stator / rotor section includes an inlet and an outlet. The method also includes providing a valve coupled to the pump. The valve is operable to receive fluid from the stator / rotor section. The method further includes automatically circulating fluid from the outlet to the inlet via the valve in response to a decrease in the fluid level in the fluid cavity.
[0009]
According to yet another embodiment of the present invention, a fluid level controlled pump system includes a progressive cavity pump disposed within a fluid cavity. The pump includes a stator / rotor portion for pumping a fluid located within the fluid cavity. The stator / rotor section includes an inlet and an outlet. The system also includes a valve coupled to the pump and positioned to communicate with the outlet. The valve is operable to circulate fluid from the outlet to the inlet in response to a decrease in fluid level in the fluid cavity.
[0010]
The present invention has several technical advantages. For example, in one embodiment of the invention, the system monitors a fluid pressure in the fluid cavity corresponding to a level of the fluid in the fluid cavity. Based on the fluid pressure, the system controls the operating parameters of the pump unit to ensure correct fluid lubrication during operation. Thus, as the fluid level decreases in the fluid cavity, the operating parameters of the pump unit can be changed. For example, in response to a decrease in the fluid level in the fluid cavity, the operating speed of the pump unit may also decrease, thereby maintaining a substantially constant fluid level in the fluid cavity to provide the desired pump unit lubrication. Further, operation of the pump unit can be stopped based on the fluid level in the fluid cavity to substantially prevent operation of the pump unit without fluid lubrication.
[0011]
Other technical advantages of the present invention include providing a flush function that substantially prevents accumulation of material at the inlet of the pump unit. For example, a progressive cavity pump may include an internal passage extending downward from a rotor of the pump and having an outlet located near an inlet of the pump. Fluid may be provided downward in the passageway outward from the passageway outlet to flush the accumulation of material from the inlet of the pump and, if desired, maintain the suspension of the material in the pumped fluid.
【The invention's effect】
[0012]
The present invention also offers several technical advantages. For example, in one embodiment of the invention, fluid lubrication of the pump unit is maintained by circulating pumped fluid to the pump unit inlet in response to changes in fluid level within the fluid cavity. For example, according to one embodiment of the present invention, the valve is located near the pump unit to circulate the pumped fluid to the inlet of the pump unit. Thus, as the fluid level falls within the fluid cavity, the valve circulates pumped fluid to the pump unit inlet to substantially prevent operation of the pump unit without fluid lubrication. In one embodiment, the valve may be slidably coupled to the pump unit, thereby providing movement of the valve relative to the pump unit in response to a change in fluid level in the fluid cavity.
[0013]
Other technical advantages of the present invention include increasing the reliability of the pump unit without requiring costly user intervention. For example, according to one embodiment of the invention, the valve is slidably coupled to the pump unit, thereby providing upward and downward movement of the valve in response to changes in fluid level within the fluid cavity. The valve circulates or returns pumped fluid to the pump unit inlet to ensure lubrication of the pump unit in response to a decrease in fluid level in the fluid cavity.
[0014]
Other technical advantages will be readily apparent to one skilled in the art from a reading of the drawings, detailed description, and claims.
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
[0015]
For a more complete understanding of the present invention and its advantages, the following description is provided in connection with the accompanying drawings. FIG. 1 is a diagram illustrating a fluid controlled
[0016]
[0017]
In operation, the
[0018]
The
[0019]
As shown in FIG. 1, the
[0020]
[0021]
In operation,
[0022]
[0023]
As further shown in FIG. 1,
[0024]
For example, as shown in FIG. 1, the
[0025]
Thus, in operation, the operating parameters of the
[0026]
Accordingly, the
[0027]
Accordingly, the present invention enhances control of the pumping of
[0028]
The present invention may also provide for flushing or mixing of the fluid 32 within the
[0029]
FIG. 2 is a diagram illustrating a fluid controlled pump system 100 according to another embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a diagram of FIG. 2 after a decrease in the level of fluid 102 in well hole 104 according to an embodiment of the present invention. FIG. In this embodiment, the system 100 includes a pump unit 106 disposed in the well 104 to pump the fluid 102 in the well 104 to a surface. Pump unit 106 shown in FIGS. 2 and 3 includes a progressive cavity pump 108. However, it should be understood that other types of pump units 106 according to the teachings of the present invention may also be used.
[0030]
As described above with respect to FIG. 1, the progressive cavity pump 108 includes a stator / rotor portion 110 for lifting the fluid 102 in the wellbore 104 to a surface. For example, as shown in FIGS. 2 and 3, the stator / rotor portion 110 includes a rotor 112 that is coupled to a drive shaft 114 that is rotatable within a stator 116 of the pump 108. Thus, rotation of rotor 112 relative to stator 116 is such that corkscrew-like movement of rotor 112 relative to stator 116 lifts fluid 102 through stator / rotor portion 110 and exits 120 of stator / rotor portion 110. Withdraw fluid 102 through inlet 118 of stator / rotor portion 110 to expel fluid 102 outwardly from. The fluid 102 then travels upward from the discharge end 122 of the stator / rotor portion 110 to the surface via an annulus 124 formed between the drive shaft 114 and the housing 126 of the pump unit 106.
[0031]
In this embodiment, the system 100 also includes a valve 140 located around the housing 126 of the pump unit 106, and a check valve 142 located near the suction end 144 of the pump unit 106. Valve 140 is slidably coupled to housing 126 of pump unit 106 such that a change in the level of fluid 102 in well hole 104 causes a corresponding upward or downward movement of valve 140 relative to pump unit 106. Further, in this embodiment, valve 140 is a fluid, foam, or other substance having a density substantially less than the density of fluid 102 such that valve 140 floats within fluid 102 relative to pump unit 106. Can be satisfied. Thus, for example, the
[0032]
In the embodiment shown in FIGS. 2 and 3, the housing 126 includes an upper stop 150 and a lower stop 152 integrally formed. Stops 150 and 152 limit upward and downward movement of valve 140 to a predetermined position relative to pump unit 106 in response to changes in the level of fluid 102 in well bore 104. For example, as shown in FIG. 2, as the level of fluid 102 in well hole 104 increases, valve 140 floats upward with respect to pump unit 106 until upper end 154 of valve 140 reaches stop 150. Similarly, referring to FIG. 3, as the level of fluid 102 in well hole 104 decreases, valve 140 floats with respect to pump unit 106 until lower end 156 of valve 140 reaches stop 152. . Accordingly, as described in more detail below, stops 150 and 152 are provided on pump unit 106 to position valve 140 in position relative to pump unit 106 to facilitate circulation of fluid 102 to be pumped. Be placed.
[0033]
As shown in FIGS. 2 and 3, the valve 140 includes a passage 160 extending from an upper end 162 of the valve 140 to a lower end 164 of the valve 140. Passage 160 allows all or a portion of fluid 102 to be pumped in response to a decrease in fluid 102 level in well hole 104 from discharge end 122 of stator / rotor portion 110 to stator / rotor portion. A communication path is provided for circulation to an inlet 118 of 110. The circulation of the pumped fluid 102 will be described in detail below with reference to FIG.
[0034]
The system 100 also includes a locking system 170 that releasably secures the valve 140 to each predetermined position with respect to the pump unit 106. In this embodiment, locking system 170 includes a locking element 172 biased inwardly against valve 120 toward housing 126 via spring 174. Housing 126 includes integrally formed recesses 176 and 178 configured to receive locking element 172 to releasably secure valve 140 in predetermined positions relative to pump unit 106. For example, as shown in FIG. 2, in response to an increase in the level of fluid 102 in well hole 104, valve 140 causes pump unit 106 to move upward to a position where locking system 170 releasably secures valve 140. Floating upwards. As will be described in more detail below, the locking system 170 substantially prevents unwanted movement of the valve 140 relative to the pump unit 106 as a result of turbulence or small changes in the fluid 102 in the well hole 104. To prevent. The locking system 170 also provides a mechanism to lock the valve 140 in place with respect to the pump unit 106 to substantially reduce the force required to operate the pump unit 106.
[0035]
As shown in FIG. 3, as the level of fluid 102 in well hole 104 decreases, valve 140 moves to a downwardly moved position where the locking system releasably secures valve 140. The locking system 170 may be configured such that the weight of the valve 140, which is not supported by the fluid 102, is greater than the force of the inward spring 174, thereby moving upward in response to a decrease in the level of the fluid 102 in the well hole 104. This causes release of valve 140 from the position. Thus, as will be described in greater detail below, the locking system 170 may operate the valve 140 with respect to the pump unit 106 to facilitate the circulation of the pumped fluid 102 or to stop the circulation of the pumped fluid 102. And releasably fixed in position.
[0036]
As shown in FIGS. 2 and 3, the pump unit 106 includes a port 190 formed in the wall 192 of the housing 126 near the discharge end 122 of the stator / rotor portion 110. Pump unit 106 also includes a port 194 formed in wall 192 of housing 126 near inlet 118 of stator / rotor portion 110. Seals 198, such as O-ring elastomeric seals or other suitable sealing members, are located on both sides of ports 190 and 194 to prevent unwanted leakage of fluid 102 around ports 190 and 194 to valve 140.
[0037]
The non-return valve 142 includes a ball or
[0038]
In operation, the generally high or elevated level of fluid 102 in well hole 104 causes valve 140 to move upward relative to pump unit 106, as shown in FIG. The locking system 170 releasably locks the valve 140 in the upwardly-moved position such that the passage 160 of the valve 140 does not coincide with the ports 190 and 194 so that the fluid 102 can be removed from the outlet 120 of the stator / rotor portion 110. Prevent release. Thus, in operation, rotation of rotor 112 relative to stator 116 draws fluid 102 inwardly through
[0039]
When the level of fluid 102 in wellbore 104 decreases, valve 140 moves pump unit 106 to a position where locking system 170 releasably secures portion 140 in the down-moved position, as shown in FIG. Proceed downward. In the position of the valve 140 shown in FIG. 3, the
[0040]
As shown in FIG. 3, the decrease in the flow rate of the upward fluid 102 to the surface causes the
[0041]
Thus, in response to a decrease in the level of fluid 102 in well hole 104, valve 140 causes all or a portion of pumped fluid 102 from discharge end 122 of stator / rotor portion 110 to move to stator / rotor. Valve 140 moves downward relative to pump unit 106 to circulate back to inlet 118 of rotor portion 110, thereby substantially preventing pump unit 106 from operating in a "dry", unlubricated condition. As such, it provides a continuous loop of the fluid 102 to the inlet 118. The passage 160 of the valve 140 provides a fluid communication path between the discharge end 122 and the inlet 118 in the downwardly-moved position shown in FIG. 3 so that, in response to a decrease in the level of the fluid 102 in the well hole 104, Circulated pumped fluid 102 to the inlet of stator / rotor section 110. Passage 160 and ports 190 and 194 may be sized to circulate all or a portion of fluid 102.
[0042]
Similarly, as the level of fluid 102 in well hole 104 increases, valve 140 advances upward relative to pump unit 102 to the position shown in FIG. As described above, the locking system 170 causes the rising level of the fluid 102 in the well bore 104 to produce an upward force on the valve 140 that is greater than the normal inward force from the spring 174, which causes the valve 140 to Removed from the position where it moved downward. As valve 140 moves upward or floats with respect to pump unit 106, passage 160 will no longer match ports 190 and 194, thereby stopping circulation of fluid 102 to inlet 118. Seal 189 substantially prevents any unwanted flow of fluid 102 through ports 190 and 194. Thus, the upward movement of valve 140 relative to pump unit 106 causes pumped fluid 102 to be redirected upward to the surface.
[0043]
Thus, the present invention provides a fluid level controlled pump system that automatically circulates the pumped fluid 102 to the inlet 118 of the pump unit 106 in response to changes in the level of the fluid 102 in the well hole 104. I do. Thus, the present invention provides higher reliability than prior art pump systems by maintaining the lubrication status of the pumping device while the fluid level in the wellbore drops, thereby extending the life of the pumping device. Further, the present invention operates independently of manual intervention by an operator or user, and is therefore more reliable and easier to use.
[0044]
FIG. 4 is a flowchart illustrating a fluid level controlled pump method according to an embodiment of the present invention. The method starts at
[0045]
In
[0046]
In
[0047]
At
[0048]
Thus, the present invention provides an efficient fluid controlled to substantially prevent the pump unit from operating in "dry" or non-lubricated situations, thereby extending the operating life of the pump unit. Provide a pump system. The present invention also provides a fluid level controlled pump system that requires minimal manual operation and monitoring, thereby increasing the efficiency of the pump operation.
[0049]
Although the present invention has been described in detail, various changes and modifications may be suggested to one skilled in the art. The present invention is intended to cover such changes and modifications that fall within the scope of the appended claims.
[Brief description of the drawings]
[0050]
FIG. 1 illustrates a fluid controlled pump system according to one embodiment of the present invention.
FIG. 2 illustrates a fluid controlled pump system according to another embodiment of the present invention.
3 illustrates the fluid controlled pump system shown in FIG. 2 after a change in fluid level in the fluid cavity according to one embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a flowchart illustrating a method of fluid-level controlled pumping according to one embodiment of the present invention.
Claims (92)
前記通路に結合され、前記ポンプユニットの前記吸引端の近くで前記通路から外向きに流体を押し出すよう動作可能な圧力源と、
前記通路に結合され、前記通路内の流体圧力を測定するよう動作可能な圧力センサと、
前記ポンプユニットに結合され、前記流体圧力を用いて前記ポンプユニットの動作パラメータを調整するよう動作可能な制御器とを含む、
流体制御されたポンプシステム。A pump unit disposed within the fluid cavity and having a passage extending to a suction end of the pump unit;
A pressure source coupled to the passage and operable to push fluid outwardly from the passage near the suction end of the pump unit;
A pressure sensor coupled to the passage and operable to measure fluid pressure in the passage;
A controller coupled to the pump unit and operable to adjust an operating parameter of the pump unit using the fluid pressure.
Fluid controlled pump system.
固定子と、
前記固定子の内側に配置され、前記流体空洞内の流体を第1の位置から第2の位置へポンプするために前記固定子に対して回転するよう動作可能な回転子とを含み、
前記通路は前記回転子の内部通路を含む、請求項1記載のシステム。The pump unit includes:
A stator,
A rotor disposed inside the stator and operable to rotate relative to the stator to pump fluid in the fluid cavity from a first position to a second position;
The system of claim 1, wherein the passage comprises an interior passage of the rotor.
前記ポンプユニットの前記吸引端の近くで前記通路から外向きに流体を押し出す段階と、
前記通路内の流体圧力を測定する段階と、
前記流体圧力を用いて前記ポンプユニットの動作パラメータを自動的に調整する段階とを含む、
流体制御されたポンプ方法。Providing a pump unit having a passage disposed within the fluid cavity and extending to a suction end of the pump unit;
Forcing fluid outwardly from the passage near the suction end of the pump unit;
Measuring a fluid pressure in the passage;
Automatically adjusting operating parameters of the pump unit using the fluid pressure.
Fluid controlled pumping method.
前記通路に結合され、前記ポンプの前記吸引端の近くで前記通路から下向きに流体を押すよう動作可能な圧力源と、
前記通路内の流体圧力を測定するよう動作可能な圧力センサと、
前記通路内の前記流体圧力を用いて前記回転子の回転速度を調整するよう動作可能な制御器とを含む、
流体レベル制御されたポンプシステム。A progressive cavity pump having a stator disposed within the fluid cavity and having a rotor having an internal passage extending to a suction end of the pump;
A pressure source coupled to the passage and operable to push fluid downwardly from the passage near the suction end of the pump;
A pressure sensor operable to measure a fluid pressure in the passage;
A controller operable to adjust a rotational speed of the rotor using the fluid pressure in the passage.
Fluid level controlled pump system.
前記通路を通って下向きに、前記ポンプの前記吸引端の近くで前記通路から外向きに流体を押し出す段階と、
前記通路内の流体圧力を測定する段階と、
前記通路内の前記流体圧力を用いて前記回転子の回転速度を自動的に調整する段階とを含む、
流体レベル制御されたポンプ方法。Providing a progressive cavity pump having a stator disposed within the fluid cavity and having a rotor having an internal passage extending to a suction end of the pump;
Forcing fluid downwardly outwardly from the passage near the suction end of the pump, downwardly through the passage;
Measuring a fluid pressure in the passage;
Automatically adjusting the rotational speed of the rotor using the fluid pressure in the passage.
Fluid level controlled pumping method.
前記ポンプユニットの前記吸引端の近くの、前記空洞内の前記空洞流体の深さに対応する圧力を測定する段階と、
前記測定された圧力を用いて前記ポンプユニットを介して前記空洞流体の流速を自動的に調整する段階とを含む、
流体レベル制御されたポンプ方法。Providing a pump unit in the cavity having a suction end operable to draw the cavity fluid into the pump unit to transfer the cavity fluid from the first position to the second position;
Measuring a pressure corresponding to a depth of the cavity fluid in the cavity, near the suction end of the pump unit;
Automatically adjusting the flow rate of the hollow fluid through the pump unit using the measured pressure.
Fluid level controlled pumping method.
流体の制御された体積を、前記ポンプユニットの前記吸引端に近い出口を有する通路から外向きに押し出す段階と、
前記通路内の前記圧力を測定する段階とを含む、請求項36記載の方法。Measuring the pressure comprises:
Forcing a controlled volume of fluid outwardly from a passage having an outlet near the suction end of the pump unit;
Measuring the pressure in the passage.
前記圧力を示す圧力センサから第1の信号を受信する段階と、
前記ポンプユニットに結合され前記ポンプユニットの流速を制御するよう動作可能な駆動モータへ第2の信号を送信する段階とを含む、請求項35記載の方法。The step of adjusting the flow rate comprises:
Receiving a first signal from a pressure sensor indicating the pressure;
Transmitting a second signal to a drive motor coupled to the pump unit and operable to control a flow rate of the pump unit.
前記通路に結合され、前記ポンプの前記吸引端の近くで前記通路から下向きに流体を押すよう動作可能な圧力源と、
前記流体空洞内の流体レベルを示す前記通路内の流体圧力を測定するよう動作可能なセンサとを含む、
ポンプシステム。A progressive cavity pump having a stator disposed within the fluid cavity and having a rotor having an internal passage extending to a suction end of the pump;
A pressure source coupled to the passage and operable to push fluid downwardly from the passage near the suction end of the pump;
A sensor operable to measure a fluid pressure in the passage indicative of a fluid level in the fluid cavity.
Pump system.
前記流体圧力に基づいて前記回転力を調整するために前記回転子へ制御信号を送信するよう動作可能な制御器とを更に含む、請求項41記載のシステム。A motor coupled to the rotor and operable to impart rotational force to the rotor;
42. The system of claim 41, further comprising: a controller operable to send a control signal to the rotor to adjust the rotational force based on the fluid pressure.
前記ポンプユニットに摺動可能に結合され、前記ポンプユニットの出口からポンプされた流体を受ける通路を有するバルブとを有し、
前記流体空洞内の流体レベルの低下に応じて、前記ポンプユニットに対する前記弁の動きは前記ポンプされる流体を前記出口から前記入口へ循環させるよう前記通路を前記ポンプユニットのポートに合わせる、
流体レベル制御されたポンプシステム。A pump unit disposed within the fluid cavity and having an inlet operable to receive fluid to be pumped from the fluid cavity;
A valve slidably coupled to the pump unit and having a passage for receiving fluid pumped from an outlet of the pump unit;
In response to a decrease in the fluid level in the fluid cavity, movement of the valve relative to the pump unit adjusts the passage to a port of the pump unit to circulate the pumped fluid from the outlet to the inlet.
Fluid level controlled pump system.
前記弁に配置されたロック素子と、
前記ロック素子を受容するよう構成される前記ポンプユニット上に配置された凹部とを含む、請求項51記載のシステム。The locking system comprises:
A locking element disposed on the valve;
A recess disposed on said pump unit configured to receive said locking element.
前記弁の近くに配置され、前記弁の上向きの動きを前記ポンプユニットに対する第2の所定の位置へ制限するよう動作可能な上方止め部とを更に含む、請求項47記載のシステム。A lower stop disposed near the valve and operable to limit downward movement of the valve to a first predetermined position relative to the pump unit;
48. The system of claim 47, further comprising an upper stop located near the valve and operable to limit upward movement of the valve to a second predetermined position relative to the pump unit.
前記ポンプに摺動可能に結合される弁とを含み、
前記流体空洞内の流体レベルの低下に応じて、前記ポンプに対する前記弁の動きは、前記流体を前記出口から前記入口へ循環させるために、前記弁の通路を前記ポンプのポートに合わせる、
流体レベル制御されたポンプシステム。A stator / rotor portion disposed within the fluid cavity for pumping fluid in the fluid cavity from a first position to a second position, the stator / rotor portion having an inlet and an outlet; A progressive cavity pump,
A valve slidably coupled to the pump;
In response to a decrease in the fluid level in the fluid cavity, movement of the valve relative to the pump causes the valve passage to align with the pump port to circulate the fluid from the outlet to the inlet.
Fluid level controlled pump system.
ロック素子と、
前記ロック素子を受容するよう構成され、前記ポンプユニット上に配置された凹部と、
前記ロック素子を前記凹部へ向けて付勢するよう動作可能なバネとを含む、請求項61記載のシステム。The locking system comprises:
A locking element,
A recess configured to receive the locking element and disposed on the pump unit;
63. The system of claim 61, further comprising a spring operable to bias the locking element toward the recess.
前記弁の近くに配置され、前記弁の上向きの動きを前記ポンプに対する第2の所定の位置へ制限するよう動作可能な上方止め部とを更に含む、請求項58記載のシステム。A lower stop disposed near the valve and operable to limit downward movement of the valve to a first predetermined position relative to the pump;
59. The system of claim 58, further comprising an upper stop located near the valve and operable to limit upward movement of the valve to a second predetermined position relative to the pump.
前記ポンプ上に配置され、前記ロック素子を受容するよう構成される複数の凹部とを更に含み、
前記凹部は前記弁を前記ポンプに対する所定の位置に解除可能に固定するよう前記ポンプ上に位置決めされる、請求項58記載のシステム。A locking element disposed biased inward from the valve toward the pump;
A plurality of recesses disposed on the pump and configured to receive the locking element;
59. The system of claim 58, wherein the recess is positioned on the pump to releasably secure the valve in place with respect to the pump.
前記ポンプに摺動可能に結合され、前記流体空洞内の流体レベルの変化に応じて前記弁の通路を前記ポンプのポートに合わせるよう動作可能な弁を含み、
前記通路は、前記入口における流体の不足を実質的に防止するために前記流体を前記出口から前記入口へ導くよう動作可能である、流体レベル制御されたポンプシステム。A stator / rotor portion disposed within the fluid cavity for pumping fluid in the fluid cavity from a first position to a second position, the stator / rotor portion having an inlet and an outlet; A progressive cavity pump,
A valve slidably coupled to the pump and operable to adjust a passage of the valve to a port of the pump in response to a change in fluid level in the fluid cavity;
A fluid level controlled pump system, wherein the passage is operable to direct the fluid from the outlet to the inlet to substantially prevent a lack of fluid at the inlet.
前記弁から内向きに前記ポンプへ向かって付勢されて配置されるロック素子と、
前記ポンプ上に配置され、前記ロック素子を受容するよう構成される複数の凹部とを更に含み、
前記凹部は前記弁を前記ポンプに対する所定の位置に解除可能に固定するよう前記ポンプ上に位置決めされる、請求項75記載のシステム。The locking system comprises:
A locking element disposed biased inward from the valve toward the pump;
A plurality of recesses disposed on the pump and configured to receive the locking element;
76. The system of claim 75, wherein the recess is positioned on the pump to releasably secure the valve in place with respect to the pump.
前記弁の近くに配置され、前記弁の上向きの動きを前記ポンプユニットに対する第2の所定の位置へ制限するよう動作可能な上方止め部とを更に含む、請求項70記載のシステム。A lower stop disposed near the valve and operable to limit downward movement of the valve to a first predetermined position relative to the pump unit;
71. The system of claim 70, further comprising an upper stop located near the valve and operable to limit upward movement of the valve to a second predetermined position relative to the pump unit.
前記ポンプに結合され、前記出口と連通して配置され、前記流体空洞内の流体レベルの低下に応じて前記流体を前記出口から前記入口へ循環させるよう動作可能な弁とを含む、流体レベル制御されたポンプシステム。A progressive cavity pump disposed within the fluid cavity and having a stator / rotor portion for pumping fluid within the fluid cavity, the stator / rotor portion having an inlet and an outlet;
A valve coupled to the pump and disposed in communication with the outlet, the valve being operable to circulate the fluid from the outlet to the inlet in response to a decrease in fluid level in the fluid cavity. Pump system.
前記流体空洞内の前記流体レベルの上昇に応ずる前記弁の上向きの動きを前記ポンプに対する第1の所定の位置へ制限するよう動作可能な上方止め部と、
前記流体空洞内の前記流体レベルの低下に応ずる前記弁の下向きの動きを前記ポンプに対する第2の所定の位置へ制限するよう動作可能な下方止め部とを含む、請求項84記載のシステム。The plurality of stoppers,
An upper stop operable to limit upward movement of the valve in response to an increase in the fluid level within the fluid cavity to a first predetermined position relative to the pump;
85. The system of claim 84, further comprising a lower stop operable to limit downward movement of the valve in response to a decrease in the fluid level within the fluid cavity to a second predetermined position relative to the pump.
前記ポンプに結合され、前記固定子/回転子部分からの前記流体を受けるよう動作可能な弁を与える段階と、
前記流体空洞内の流体レベルの低下に応じて前記流体を前記弁を介して前記出口から前記入口へ循環させる段階とを含む、
流体レベル制御されたポンプ方法。Providing a progressive cavity pump disposed within a fluid cavity and having a stator / rotor portion for pumping fluid located within the fluid cavity, the stator / rotor portion having an inlet and an outlet. Stages and
Providing a valve coupled to the pump and operable to receive the fluid from the stator / rotor portion;
Circulating said fluid from said outlet to said inlet via said valve in response to a decrease in fluid level in said fluid cavity.
Fluid level controlled pumping method.
前記流体空洞内の前記流体レベルの上昇に応ずる前記弁の上向きの動きを前記ポンプに対する第1の所定の位置へ制限するよう動作可能な第1の止め部を与える段階と、
前記流体空洞内の前記流体レベルの低下に応ずる前記弁の下向きの動きを前記ポンプに対する第2の所定の位置へ制限するよう動作可能な第2の止め部を与える段階とを含む、請求項89記載の方法。The step of providing the plurality of stops includes:
Providing a first stop operable to limit upward movement of the valve in response to an increase in the fluid level in the fluid cavity to a first predetermined position relative to the pump;
Providing a second stop operable to limit downward movement of the valve in response to a decrease in the fluid level in the fluid cavity to a second predetermined position relative to the pump. The described method.
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