專利名稱：多級(jí)高壓泵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及多級(jí)高壓泵，尤其涉及處理C02或H2S等超臨界流體的多 級(jí)高壓泵。
背景技術(shù)：
石油作為液體存在于被堅(jiān)固的巖盤覆蓋著的油田中。并且，天然氣作 為氣體存在于地殼內(nèi)形成的氣田中。石油的采掘用鉆探裝置在巖盤上開采 取孔，從該采取孔中采掘石油。在新的油田中，石油利用油田內(nèi)部的壓力 自動(dòng)噴出，但老化的油田用泵抽取石油。此時(shí)，由于不能采取油田中所有 的石油，因此往油田中注入高壓水等進(jìn)行石油開采。
在開采石油或天然氣時(shí)，伴隨有C02 (二氧化碳)和H2S (硫化氫) 等氣體(低壓氣體)。C02由于會(huì)引起地球變暖，因此要求盡可能抑制其排 出，但以前沒有處理就直接排放到大氣中了。并且，H2S由于是有害氣體， 以往用脫硫處理裝置捕捉，而被埋設(shè)處理。
最近進(jìn)行這樣的處理回收這些C02或H2S，用壓縮機(jī)加壓后進(jìn)行冷 卻使其變成液體或超臨界流體，再用高壓泵加壓，將C02和H2S重新注入 巖盤下。為了使C02和H2S變成超臨界狀態(tài)而固定在巖盤下面等，需要高 的壓力，從容量或軸密封結(jié)構(gòu)等來看，多級(jí)高壓泵最適合作為該壓力源。 如果采用這種方法，不僅能夠穩(wěn)定地開采石油以及天然氣，而且能夠?qū)02 和H2S回注到巖盤下。因此可以說該方法為不僅能夠有效地利用C02和 H2S，而且對(duì)地球環(huán)境有益的方法。，

發(fā)明內(nèi)容
另一方面，由于液化H2S腐蝕性和毒性強(qiáng)，因此高壓泵需要具有絕不 能讓高壓超臨界流體泄漏到外部的結(jié)構(gòu)。因此，本發(fā)明的目的就是要提供 一種高壓流體不會(huì)泄漏到外部的多級(jí)高壓泵。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施形態(tài)為一種多級(jí)高壓泵，其特征在于，具備旋轉(zhuǎn)軸；多個(gè)葉輪，固定在上述旋轉(zhuǎn)軸上；殼體，收容上 述多個(gè)葉輪；機(jī)械密封；密封室，收容上述機(jī)械密封；油存儲(chǔ)部，儲(chǔ)存油； 供油管道，使上述油存儲(chǔ)部和上述密封室連通；油泵，將上述油存儲(chǔ)部內(nèi) 的油加壓并提供給上述密封室；壓力保持機(jī)構(gòu)，保持上述密封室內(nèi)的油的 壓力；以及，排油管道，從上述密封室排出油；上述密封室內(nèi)的油的壓力 比上述流體的壓力高。
本發(fā)明的優(yōu)選形態(tài)的特征在于，上述壓力保持機(jī)構(gòu)具有止回閥，位 于上述油泵與上述密封室之間，設(shè)置在上述供油管道上；至少一個(gè)存儲(chǔ)器， 配置在上述止回閥與上述密封室之間；以及，關(guān)閉閥，設(shè)置在上述排油管 道上。
本發(fā)明的優(yōu)選形態(tài)的特征在于，上述機(jī)械密封具有互相滑動(dòng)接觸的 第1旋轉(zhuǎn)側(cè)密封部件和第1固定側(cè)密封部件；以及，互相滑動(dòng)接觸的第2 旋轉(zhuǎn)側(cè)密封部件和第2固定側(cè)密封部件。
如果采用本發(fā)明，即使在停電等緊急時(shí)油泵停止，由于保持密封室內(nèi) 的油的壓力，因此流體不會(huì)進(jìn)入密封室內(nèi)。結(jié)果，能夠防止流體(例如超 臨界流體)從旋轉(zhuǎn)側(cè)與固定側(cè)之間泄漏。


圖1為表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式涉及的泵的剖視圖； 圖2為表示圖1所示的軸密封單元的圖。
具體實(shí)施例方式
下面參照

本發(fā)明的實(shí)施方式。圖1為表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施 方式涉及的離心式多級(jí)泵的剖視圖。該泵具有旋轉(zhuǎn)自由地支持在徑向軸 承8A、 8B和推力軸承9上的旋轉(zhuǎn)軸1，串聯(lián)配置在該旋轉(zhuǎn)軸1上的多個(gè)葉 輪3，收容這些葉輪3的多個(gè)內(nèi)殼2A，收容這些內(nèi)殼2A的桶形外殼2B。 由該內(nèi)殼2A和外殼2B構(gòu)成具有雙重殼體結(jié)構(gòu)的殼體2。
多片葉輪3朝同一個(gè)方向排列，各葉輪3—一收容在各內(nèi)殼2A中。在 內(nèi)殼2A與導(dǎo)流葉片14之間安裝有銷4，由這些銷固定內(nèi)殼2A與導(dǎo)流葉片 14的相對(duì)位置。而且，各內(nèi)殼2A用沿旋轉(zhuǎn)軸1延伸的多根貫穿螺栓5互 相固定。在外殼2B上形成有吸入口 6和排出口 7。旋轉(zhuǎn)軸1的端部連結(jié)在圖中沒有表示的驅(qū)動(dòng)裝置(例如馬達(dá))上，由該驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)葉輪3旋轉(zhuǎn)。
上述結(jié)構(gòu)中，當(dāng)葉輪3旋轉(zhuǎn)時(shí)，從吸入口 6吸入流體(本例中為超臨 界流體)導(dǎo)向葉輪3，由各葉輪3依次升壓。內(nèi)殼2A與外殼2B之間的空 間被升壓后的流體充滿，流體從排出口7排出。這種雙重殼體結(jié)構(gòu)具有外 殼2B承受升壓后的流體的壓力和拉伸應(yīng)力、內(nèi)殼2A僅承受壓縮應(yīng)力的優(yōu) 點(diǎn)。 一方面，如果殼體為一個(gè)的話，同時(shí)滿足最適合壓縮流體的形狀和耐 高壓的形狀的殼體結(jié)構(gòu)就變得復(fù)雜了。在這一點(diǎn)上，如果是雙重殼體結(jié)構(gòu)， 能夠分別設(shè)計(jì)、制作內(nèi)殼和外殼，使內(nèi)殼為最適合壓縮流體的形狀、外殼 為保持壓力的形狀(容易密封的形狀，流體不會(huì)泄漏到外面的安全性高的 形狀)。另外，在本實(shí)施形態(tài)中，內(nèi)殼2A、外殼2B和葉輪3等與液體接觸 的結(jié)構(gòu)部件用具有耐腐蝕性的材料形成。
殼體蓋13固定在殼體2的排出一側(cè)的端部，而且，在殼體蓋13的一 側(cè)端部固定有填料箱12A。并且，在殼體2的吸入一側(cè)的端部固定有填料 箱12B。在殼體2 (圖1的例子為外殼2B)與殼體蓋13之間設(shè)置有O形 圈15A,同樣，在殼體蓋13與填料箱12A之間設(shè)置有0形圈15B。并且， 在殼體2(圖1的例子為外殼2B)與填料箱12B之間也設(shè)置有0形圈15C。
在殼體2與殼體蓋13的接觸面、殼體蓋13與填料箱12A的接觸面以 及殼體2與填料箱12B的接觸面上，分別形成有環(huán)形槽16A、 16B、 16C。 這些環(huán)形槽16A、 16B、 16C分別與壓力檢測(cè)口 17A、 17B、 17C連通。這 些壓力檢測(cè)口 17A、 17B、 17C分別與圖中沒有表示的壓力傳感器連接，而 且各壓力傳感器與圖中沒有表示的警報(bào)裝置連結(jié)。這些警報(bào)裝置采用當(dāng)壓 力傳感器的輸出值上升達(dá)到規(guī)定的值時(shí)發(fā)出警報(bào)的結(jié)構(gòu)。
在上述結(jié)構(gòu)中，當(dāng)流體從殼體2泄漏時(shí)，壓力傳感器的輸出值上升。 當(dāng)該壓力傳感器的輸出值達(dá)到上述規(guī)定值時(shí)，由警報(bào)裝置發(fā)出警報(bào)，由此 檢測(cè)到流體泄漏。因此，通過采用上述結(jié)構(gòu)，能夠提供安全性高的泵。
在殼體2的排出側(cè)，設(shè)置有平衡吸入側(cè)與排出側(cè)的壓力差引起而產(chǎn)生 的推力載荷的平衡室10。更詳細(xì)為，在殼體蓋13內(nèi)形成平衡室10。該平 衡室10的形狀為圍繞旋轉(zhuǎn)軸1，通過連通管道11與吸入口6連通。因此， 平衡室10內(nèi)的壓力與吸入口 6的壓力(吸入壓力)相同。超臨界流體的比 重一般隨壓力而變化。作為獲取軸向推力載荷平衡的結(jié)構(gòu)，可以列舉背靠背地配置葉輪、沿同一個(gè)方向排列葉輪并且安裝平衡活塞等，但在處理超
臨界流體的泵中，本實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)(即平衡室IO和連通管道ll)最合適。
如圖1所示，在殼體2的吸入側(cè)和排出側(cè)分別配置有機(jī)械密封20。這 些機(jī)械密封20分別配置在填料箱12A、 12B內(nèi)。下面參照?qǐng)D2說明包括機(jī) 械密封20的軸密封單元。
圖2為表示圖1所示的包含機(jī)械密封的軸密封單元的放大圖。如圖2 所示，本實(shí)施方式的機(jī)械密封20為基本上由2對(duì)旋轉(zhuǎn)側(cè)密封部件和固定側(cè) 密封部件構(gòu)成雙機(jī)械密封。詳細(xì)為，機(jī)械密封20具有與旋轉(zhuǎn)軸l一體旋 轉(zhuǎn)的2個(gè)密封環(huán)(第1和第2旋轉(zhuǎn)側(cè)密封件)21A、 21B，分別與這些密封 環(huán)21A、 21B滑動(dòng)接觸的2個(gè)密封環(huán)主體(第1和第2固定側(cè)密封部件) 22A、 22B，分別將這些密封環(huán)主體22A、 22B擠壓在密封環(huán)21A、 21B上 的彈簧(擠壓機(jī)構(gòu))23、 23。
套筒24固定在旋轉(zhuǎn)軸1上，上述密封環(huán)21A、 21B固定在該套筒24 的外周面上。上述密封環(huán)主體22A、 22B固定在固定側(cè)部件上。2對(duì)密封環(huán) 21A、 21B和密封環(huán)主體22A、 22B關(guān)于垂直于旋轉(zhuǎn)軸1的平面對(duì)稱地配置。
機(jī)械密封20配置在密封室25內(nèi)。供油管道26連結(jié)在該密封室25上， 其端部連接在油箱(油存儲(chǔ)部)30上。在供油管道26上設(shè)置有油泵31和 止回閥32，所述油泵31將從油箱30提供來的油加壓并移送到密封室25 中，所述止回闊32位于油泵31與密封室25之間。而且，供油管道26上 連接有分支管道33，該分支管道33上并列連接有3個(gè)存儲(chǔ)器34。供油管 道26與分支管道33的連接點(diǎn)位于止回閥32與密封室25之間。
在各存儲(chǔ)器34的內(nèi)部設(shè)置有圖中沒有表示的隔板(隔壁)，氮?dú)獾葰?體封存在其中。移送到密封室25內(nèi)的油的一部分通過分支管道33導(dǎo)入3 個(gè)存儲(chǔ)器34內(nèi)，儲(chǔ)存在存儲(chǔ)器34內(nèi)。儲(chǔ)存在存儲(chǔ)器34內(nèi)的油被上述氣體 的壓力加壓。因此，存儲(chǔ)器34具有保持提供給密封室25的油的壓力的功 能。
另外，雖然在本實(shí)施方式中設(shè)置3個(gè)存儲(chǔ)器34，但本發(fā)明并不局限于 此。例如，既可以設(shè)置單個(gè)存儲(chǔ)器，或者也可以設(shè)置2個(gè)或4個(gè)以上的存 儲(chǔ)器。總而言之，重要的是由存儲(chǔ)器保持的油的壓力比被葉輪3(參照?qǐng)D1) 旋轉(zhuǎn)升壓后的超臨界流體的壓力高。止回閥32只允許油從油箱30向密封室25的方向流動(dòng)。密封室25上 還連接有排油管道27，該排油管道27與油箱30連通。通過采用這種結(jié)構(gòu)， 油從油箱30提供給密封室25，在填滿該密封室25后通過排油管道27再返 回油箱30中。如此這般，使油在油箱30與密封室25之間循環(huán)。排油管道 27中設(shè)置有緊急關(guān)閉閥35，在停電等緊急情況下，關(guān)閉該緊急關(guān)閉閥35， 停止油的循環(huán)。
提供給密封室25的油的壓力設(shè)定為比被泵升壓后的流體(本實(shí)施方式 為超臨界流體)的壓力高。例如，當(dāng)流體被泵升壓到大概15MPa時(shí)，密封 室25內(nèi)油的壓力維持在16MPa左右。這樣一來，由于密封室25內(nèi)的油壓 比流體的壓力高，因此少量的油通過密封環(huán)21A、 21B與密封環(huán)主體22A、 22B之間流出到密封室25的外部。因此，被旋轉(zhuǎn)的葉輪3升壓后的流體不 會(huì)進(jìn)入密封室25內(nèi)，防止流體泄漏到泵的外部。另外，通過密封環(huán)21A、 21B與密封環(huán)主體22A、 22B之間的油從圖中沒有表示的排泄口排出到泵 的外部。
當(dāng)停電等引起油泵31停止時(shí)，緊急關(guān)閉閥35關(guān)閉，油的流通停止。 在此狀態(tài)下，雖然油泵31停止對(duì)油加壓，但止回閥32與緊急關(guān)閉閥35之 間的油的壓力(即密封室25內(nèi)的油壓)被存儲(chǔ)器34維持住。因此，即使 在油泵31停止的情況下，升壓后的超臨界流體也不進(jìn)入密封室25內(nèi)，防 止超臨界流體泄漏到泵的外部。
這樣一來，上述本發(fā)明實(shí)施方式涉及的泵適合作為用來處理C02和H2S 等超臨界流體的高壓泵使用。雖然此前說明了本發(fā)明的實(shí)施方式，但本發(fā) 明并不局限于上述實(shí)施方式，在其技術(shù)思想的范圍內(nèi)當(dāng)然可以以各種不同 的方式進(jìn)行實(shí)施。
產(chǎn)業(yè)上的可利用性
本發(fā)明能夠用于處理C02和H2S等超臨界流體的多級(jí)高壓泵。
權(quán)利要求
1.一種多級(jí)高壓泵，其特征在于，具備旋轉(zhuǎn)軸；多個(gè)葉輪，固定在上述旋轉(zhuǎn)軸上；殼體，收容上述多個(gè)葉輪；機(jī)械密封；密封室，收容上述機(jī)械密封；油存儲(chǔ)部，儲(chǔ)存油；供油管道，使上述油存儲(chǔ)部和上述密封室連通；油泵，將上述油存儲(chǔ)部內(nèi)的油加壓并提供給上述密封室；壓力保持機(jī)構(gòu)，保持上述密封室內(nèi)的油的壓力；以及，排油管道，從上述密封室排出油；上述密封室內(nèi)的油的壓力比上述流體的壓力高。
2. 如權(quán)利要求1所述的多級(jí)高壓泵，其特征在于， 上述壓力保持機(jī)構(gòu)具有止回閥，位于上述油泵與上述密封室之間，設(shè)置在上述供油管道上；至少一個(gè)存儲(chǔ)器，配置在上述止回閥與上述密封室之間；以及， 關(guān)閉閥，設(shè)置在上述排油管道上。
3. 如權(quán)利要求1所述的多級(jí)高壓泵，其特征在于，上述機(jī)械密封具有互相滑動(dòng)接觸的第1旋轉(zhuǎn)側(cè)密封部件和第1固定 側(cè)密封部件；以及，互相滑動(dòng)接觸的第2旋轉(zhuǎn)側(cè)密封部件和第2固定側(cè)密 封部件。
全文摘要
本發(fā)明提供一種多級(jí)高壓泵，具有旋轉(zhuǎn)軸(1)，固定在旋轉(zhuǎn)軸上的多個(gè)葉輪(3)，收容多個(gè)葉輪的殼體(2)，機(jī)械密封(20)，收容機(jī)械密封(20)的密封室(25)，儲(chǔ)存油的油存儲(chǔ)部(30)，使油存儲(chǔ)部(30)和密封室(25)連通的供油管道(26)，將油存儲(chǔ)部(30)內(nèi)的油加壓并提供給密封室(25)的油泵(31)，保持密封室(25)內(nèi)的油的壓力的壓力保持機(jī)構(gòu)(32、34、35)，以及，從密封室(25)排出油的排油管道(27)。密封室(25)內(nèi)的油的壓力設(shè)定為比流體的壓力高。
文檔編號(hào)F04D1/08GK101589236SQ20088000283
公開日2009年11月25日 申請(qǐng)日期2008年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月22日
發(fā)明者寺垣彰夫 申請(qǐng)人:株式會(huì)社荏原制作所