專利名稱：螺旋式泵或馬達(dá)的制作方法
螺旋式泵或馬達(dá)本發(fā)明涉及流體泵和馬達(dá)的領(lǐng)域。更具體地，本發(fā)明涉及泵組件，或在反向操作方式下的馬達(dá)，其具有用于在烴探測(cè)(hydrocarbon exploration)的領(lǐng)域中普遍地發(fā)現(xiàn)的高粘度和/或多相流體的特別應(yīng)用。當(dāng)探測(cè)烴時(shí)，經(jīng)常需要向流體提供人工提升，例如當(dāng)從油床抽出油時(shí)，當(dāng)油藏的壓力不足以把油帶至地表時(shí)，可能需要的是采用泵的輔助。多種泵設(shè)計(jì)是本領(lǐng)域中已知的并且所采用的最普遍的類型的簡(jiǎn)要概述在下文提供。螺桿泵(PCP)或正排量泵作為在轉(zhuǎn)子和定子之間形成的當(dāng)轉(zhuǎn)子被在定子內(nèi)旋轉(zhuǎn)時(shí)沿著泵前進(jìn)的分立的空室的結(jié)果操作。這樣的泵和它們的應(yīng)用的實(shí)例可以在美國(guó)專利第US4, 386，654 號(hào)和第 US5, 097，902 號(hào)中發(fā)現(xiàn)。這些泵的容積容量是空室容積乘以這些空室以其沿著泵的長(zhǎng)度前進(jìn)的速率的直接函數(shù)。泵水力學(xué)遵循與應(yīng)用于活塞泵的原理相似的原理。典型地，PCP的定子由使它們易受熱、原油中的芳香族物質(zhì)的損害的彈性體制造，并且也限制可以被施加的動(dòng)力(由于廢熱生成等等)。PCP還較不適合于使用含有固體的氣體或流體的操作。然而，已知的是，逆轉(zhuǎn)PCP的操作，使得其可以作為馬達(dá)操作。離心泵通過多個(gè)葉輪以高速度的旋轉(zhuǎn)來操作，從而向流體賦予很大的徑向速度(動(dòng)能)。流體被通過擴(kuò)散器朝向旋轉(zhuǎn)的轂或軸再導(dǎo)向回去，使得擴(kuò)散器作用以把被葉輪產(chǎn)生的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為勢(shì)能(壓力/壓頭)，同時(shí)把流體朝向中心軸線導(dǎo)向回去并且導(dǎo)向入下一個(gè)葉輪的入口中。這種過程可以在多級(jí)離心泵中重復(fù)。這樣的泵和它們的應(yīng)用的實(shí)例可以在美國(guó)專利第US7, 094，016號(hào)和第US5, 573，063號(hào)中發(fā)現(xiàn)。由于離心機(jī)構(gòu)的固有的設(shè)計(jì)，離心泵將把流體在同一個(gè)方向泵送，與葉輪的旋轉(zhuǎn)的方向無關(guān)。離心泵易受氣鎖的損害。氣鎖在輪葉內(nèi)具有高百分比的自由氣體時(shí)發(fā)生，其使正在被泵送的流體的液體和氣體分離，具有所導(dǎo)致的能量轉(zhuǎn)移效率的降低。當(dāng)足夠的氣體已經(jīng)積聚時(shí)，泵進(jìn)行氣鎖并且阻止進(jìn)一步的流體運(yùn)動(dòng)。由于對(duì)于“離心”泵送液壓機(jī)理是基本的彎路徑和突然加速，離心泵還易受固體和侵蝕破壞的損害。軸流泵或壓縮泵的工作，以它們的最簡(jiǎn)單的形式，相似于輪船或飛行器上的推進(jìn)器。在更精密的設(shè)計(jì)中，它們以與在現(xiàn)代飛行器渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)的前部端部或感應(yīng)端部處的風(fēng)扇相似的方式被使用。通常，它們包括被容納在具有實(shí)質(zhì)上平滑的內(nèi)表面的圓柱形殼體內(nèi)的具有在其外表面上形成的一個(gè)或多個(gè)螺旋狀輪葉或葉片的轉(zhuǎn)子。作為這種設(shè)計(jì)的結(jié)果，這些泵經(jīng)常被稱為單螺旋線泵，并且這樣的泵和它們的應(yīng)用的實(shí)例可以在美國(guó)專利第 US5, 375，976 號(hào)；第 US5, 163，827 號(hào)；第 US5, 026，264 號(hào)；第 US4, 997，352 號(hào)；第US4, 365，932 號(hào)；第 US2, 106，600 號(hào)；和第 USl, 624，466 號(hào)；英國(guó)專利第 GB2, 239，675 號(hào)和第GB804，289號(hào)；和法國(guó)專利第FR719，967號(hào)中發(fā)現(xiàn)。軸流泵或壓縮泵的操作可以被逆轉(zhuǎn)，從而允許其作為馬達(dá)操作。雙螺旋線軸流泵或壓縮泵與上文描述的軸流泵或壓縮泵共有多個(gè)共同的特征。這些泵設(shè)計(jì)的主要差異是，除了轉(zhuǎn)子具有被形成在其的外表面上的一個(gè)或多個(gè)螺旋狀輪葉之夕卜，定子還包括被形成在其的內(nèi)表面上的互補(bǔ)的螺旋狀輪葉。這樣的泵和它們的應(yīng)用的實(shí)例可以在美國(guó)專利第US5，275，238號(hào)和第US551，853號(hào)；德國(guó)專利公布第DE2，311，461號(hào)；和PCT公布第W099/27256號(hào)中發(fā)現(xiàn)。定子上的螺旋狀輪葉的存在引入當(dāng)與軸流泵或壓縮泵相比時(shí)的多個(gè)操作的差異。在第一個(gè)例子中，雙螺旋線軸流泵展示當(dāng)與單螺旋線軸流泵相比時(shí)的改進(jìn)的泵性能。作為雙螺旋線布置的結(jié)果，在轉(zhuǎn)子和定子之間可以容許比用于具有可比較的尺寸的單螺旋線軸流泵大的工作間隙。雙螺旋線軸流泵還提供在它們的理論操作范圍的前60 %范圍上更高的數(shù)量級(jí)的性能和效率，其中前60% (tOp60%)被定義為在任何具體的操作速度下流速范圍的前60%。通常需要在烴探測(cè)期間被人工地提升的流體經(jīng)常在本質(zhì)上具有高粘度或多相。多相流體是包含至少一個(gè)氣相或一個(gè)液相或以下的成分中的兩個(gè)或更多個(gè)的寬范圍的混合物的流體(a)氣相;(b)液相；(c)高度粘性相；(d)蒸汽相；(e)夾帶的固體，例如砂、銹或有機(jī)沉積物(潛在地高至60% )。氣相可以是烴氣和非烴雜質(zhì)例如氮?dú)夂投趸嫉幕旌衔?。液相可以是正常的原油和水的混合物，水可以是采出水或由于其他的原因被弓I入井中的水。高度粘性相可以是具有高比例的夾帶固體的重質(zhì)原油或超重原油或乳液或這些中的任何，使得高度粘性材料展示很大的塑性粘度和/或非常高的凝膠強(qiáng)度。在實(shí)踐中，目前的轉(zhuǎn)筒式動(dòng)態(tài)泵，包括井下油井泵，通常包括連續(xù)的多個(gè)壓縮級(jí)，典型地五至十五級(jí)(但是可以是許多更多的)，每個(gè)包括如上文概括的泵設(shè)計(jì)。然而，當(dāng)用于泵送高粘度或多相流體時(shí)，這些泵被發(fā)現(xiàn)不能夠操作或在僅僅短時(shí)期操作之后失效。當(dāng)多相流體呈現(xiàn)高固體含量或所含有的固體顆粒是大的時(shí)，這是特別地實(shí)際的。此外，如果多相流體包含蒸汽相，那么這對(duì)于常規(guī)的井下泵增加另外的困難。例如，以及如上文描述的，常規(guī)的PCP的彈性體不在這樣的高操作溫度幸存。此外，現(xiàn)有技術(shù)泵可以經(jīng)常被汽泡塌陷的傾向震動(dòng)破壞。因此，已知的轉(zhuǎn)筒式動(dòng)態(tài)泵中沒有一個(gè)具有以可行的或有效的方式壓縮和泵送高度可變的多相混合物的能力；它們是無效的、低效率的或被流體條件破壞。在本發(fā)明中意識(shí)到，提供能夠泵送高粘度和/或多相流體的泵將獲得很大的優(yōu)點(diǎn)。還意識(shí)到，提供能夠被高粘度和/或多相流體驅(qū)動(dòng)的馬達(dá)將獲得很大的優(yōu)點(diǎn)。因此，本發(fā)明的一個(gè)方面的目的是避免或至少緩和本領(lǐng)域中已知的用于泵送高粘度和/或多相流體的泵和馬達(dá)的前述的缺點(diǎn)。發(fā)明概述根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供泵組件，包括定子和轉(zhuǎn)子，每一個(gè)設(shè)置有具有相對(duì)于另一個(gè)上的一個(gè)或多個(gè)輪葉的螺紋的相反旋轉(zhuǎn)的螺紋的一個(gè)或多個(gè)輪葉，并且被布置為使得徑向縫隙位于一個(gè)或多個(gè)定子輪葉和一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)子輪葉之間，定子和轉(zhuǎn)子配合以在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)提供用于使流體縱向地在它們之間運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)，其中流體密封部(fluid seal)被形成為跨過徑向縫隙。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供馬達(dá)組件，包括定子和轉(zhuǎn)子，每一個(gè)設(shè)置有具有相對(duì)于另一個(gè)上的一個(gè)或多個(gè)輪葉的螺紋的相反旋轉(zhuǎn)的螺紋的一個(gè)或多個(gè)輪葉，并且被布置為使得徑向縫隙位于一個(gè)或多個(gè)定子輪葉和一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)子輪葉之間，定子和轉(zhuǎn)子配合以在流體在它們之間縱向地運(yùn)動(dòng)時(shí)提供轉(zhuǎn)子和定子的相對(duì)旋轉(zhuǎn)，其中流體密封部被形成為跨過徑向縫隙。大于或等于O. 254mm的徑向縫隙可以被設(shè)置在一個(gè)或多個(gè)定子輪葉和一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)子輪葉之間。優(yōu)選地，大于或等于1. 28_的徑向縫隙被設(shè)置在一個(gè)或多個(gè)定子輪葉和一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)子輪葉之間。流體密封部的存在不導(dǎo)致泵或馬達(dá)效率的劣化，即使當(dāng)徑向縫隙顯著地大于
O.254mm時(shí)。此外，徑向縫隙的存在使泵/馬達(dá)組件對(duì)于使用高粘度和/或多相流體的部署是理想的。流體內(nèi)含有的沉降物和碎屑將不被堵塞在轉(zhuǎn)子和定子之間，但是出人意料地，縫隙的存在不顯著地降低裝置的效率。徑向縫隙可以在1. 28mm至5mm的范圍內(nèi)。這樣的實(shí)施方案在把具有不小于5%液體的液相比的氣體壓縮在泵入口時(shí)是優(yōu)選的。徑向縫隙可以在5mm至IOmm的范圍內(nèi)。這樣的實(shí)施方案在壓縮和泵送具有液相、高度粘性流體、高固體含量或例如在直徑上高至IOmm的大顆粒的氣體時(shí)是優(yōu)選的。徑向縫隙的尺寸可以被配置為沿著組件的長(zhǎng)度增加或減少。優(yōu)選地，轉(zhuǎn)子輪葉被布置在轉(zhuǎn)子的外部表面上從而形成一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)子通道。以相似的方式，定子輪葉被布置在定子的內(nèi)部表 面上從而形成一個(gè)或多個(gè)定子通道。優(yōu)選地，轉(zhuǎn)子通道的容積與橫截面積的比率等于或大于200mm。優(yōu)選地，定子通道的容積與橫截面積的比率等于或大于200mm。由轉(zhuǎn)子輪葉形成的螺旋線可以具有大于60°但是小于90°的平均導(dǎo)程角(a)。然而，優(yōu)選的是，平均導(dǎo)程角(α)在70°至76°的范圍內(nèi)。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，平均導(dǎo)程角(α)是73。。由定子輪葉形成的螺旋線可以具有大于60°但是小于90°的平均導(dǎo)程角(β)。然而，優(yōu)選的是，平均導(dǎo)程角(β)在70°至76°的范圍內(nèi)。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，平均導(dǎo)程角(β)是73°。最優(yōu)選地，該一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)子輪葉的高度大于該一個(gè)或多個(gè)定子輪葉的高度。轉(zhuǎn)子輪葉高度與定子輪葉高度的比率可以在1.1至20的范圍內(nèi)。優(yōu)選地，轉(zhuǎn)子輪葉高度與定子輪葉高度的比率在3. 5至4. 5的范圍內(nèi)。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，轉(zhuǎn)子輪葉高度與定子輪葉高度的比率是4.2。轉(zhuǎn)子外徑與轉(zhuǎn)子導(dǎo)程的比率可以在O. 5至1. 5的范圍內(nèi)。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，轉(zhuǎn)子外徑與轉(zhuǎn)子導(dǎo)程的比率是1. O。定子內(nèi)徑與定子導(dǎo)程的比率可以在O. 5至無窮大(定子導(dǎo)程=O)的范圍內(nèi)。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，定子內(nèi)徑與定子導(dǎo)程的比率是1. O。一個(gè)或多個(gè)抗旋轉(zhuǎn)凸臺(tái)可以位于定子的每個(gè)端部處。泵/馬達(dá)組件還可以包括圓柱形殼體，轉(zhuǎn)子和定子位于圓柱形殼體內(nèi)。
可選擇地，轉(zhuǎn)子借助于中心軸連接于馬達(dá)，使得馬達(dá)的操作引起轉(zhuǎn)子和定子之間的相對(duì)旋轉(zhuǎn)。泵/馬達(dá)組件優(yōu)選地包括界定用于裝置的入口的第一軸承。優(yōu)選地，泵/馬達(dá)組件還包括界定用于裝置的出口的與第一軸承縱向地間隔開的第二軸承。最優(yōu)選地，定子輪葉厚度大于轉(zhuǎn)子輪葉厚度。這樣的布置被發(fā)現(xiàn)顯著地增加泵/馬達(dá)組件的操作壽命。轉(zhuǎn)子可以被抗侵蝕的、抗腐蝕的和/或抗拖曳(drag resistant)的覆層包覆。定子也可以被抗侵蝕的、抗腐蝕的和/或抗拖曳的覆層包覆。根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供多級(jí)泵，其中多級(jí)泵包括兩個(gè)或更多個(gè)根據(jù)本發(fā)明的第一方面的泵組件?！獋€(gè)或多個(gè)泵組件可以被部署在中央孔的相對(duì)的側(cè)上。流體可以因此被拉動(dòng)穿過中央孔并且被泵送至位于裝置的相對(duì)的端部處的出口。兩個(gè)或更多個(gè)泵組件的直徑可以沿著多級(jí)泵的長(zhǎng)度不同。這提供用于補(bǔ)償由當(dāng)流體上的壓力被增加時(shí)的氣相的塌陷(collapse)導(dǎo)致的容積減小的影響的手段。根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供多級(jí)馬達(dá)，其中多級(jí)馬達(dá)包括兩個(gè)或更多個(gè)根據(jù)本發(fā)明的第二方面的馬達(dá)組件。一個(gè)或多個(gè)馬達(dá)組件可以被部署在中央孔的相對(duì)的側(cè)上。流體可以因此被拉動(dòng)穿過中央入口從而驅(qū)動(dòng)馬達(dá)組件的分別的臂。根據(jù)本發(fā)明的第五方面，提供泵組件或馬達(dá)組件，包括定子和轉(zhuǎn)子，每一個(gè)設(shè)置有具有相對(duì)于另一個(gè)上的一個(gè)或多個(gè)輪葉的螺紋的相反旋轉(zhuǎn)的螺紋的一個(gè)或多個(gè)輪葉，定子和轉(zhuǎn)子配合以在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)提供用于使流體縱向地在它們之間運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)，其中一個(gè)或多個(gè)定子輪葉的厚度大于一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)子輪葉的厚度。在一個(gè)或多個(gè)定子輪葉的厚度和一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)子輪葉的厚度之間的這樣的布置被發(fā)現(xiàn)顯著地增加泵組件或馬達(dá)組件的操作壽命?？蛇x擇地，大于或等于O. 254mm的徑向縫隙被設(shè)置在一個(gè)或多個(gè)定子輪葉和一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)子輪葉之間。大于或等于1. 28mm的徑向縫隙可以被設(shè)置在一個(gè)或多個(gè)定子輪葉和一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)子輪葉之間。本發(fā)明的第五方面的實(shí)施方案可以包括本發(fā)明的第一至第四方面的優(yōu)選的或可選擇的特征，反之亦然。根據(jù)本發(fā)明的第六方面，提供泵組件或馬達(dá)組件，包括定子和轉(zhuǎn)子，每一個(gè)設(shè)置有具有相對(duì)于另一個(gè)上的一個(gè)或多個(gè)輪葉的螺紋的相反旋轉(zhuǎn)的螺紋的一個(gè)或多個(gè)輪葉，定子和轉(zhuǎn)子配合以在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)提供用于使流體縱向地在它們之間運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)，其中一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)子輪葉的高度大于一個(gè)或多個(gè)定子輪葉的高度。在一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)子輪葉的高度和一個(gè)或多個(gè)定子輪葉的高度之間的這樣的布置被發(fā)現(xiàn)降低泵的性能的粘度依賴性。轉(zhuǎn)子輪葉高度與定子輪葉高度的比率可以大于或等于1.1?？蛇x擇地，轉(zhuǎn)子輪葉高度與定子輪葉高度的比率大于或等于1. 6?？蛇x擇地，轉(zhuǎn)子輪葉高度與定子輪葉高度的比率大于或等于3. 5?？蛇x擇地，大于或等于O. 254mm的徑向縫隙被設(shè)置在一個(gè)或多個(gè)定子輪葉和一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)子輪葉之間。大于或等于1. 28mm的徑向縫隙可以被設(shè)置在一個(gè)或多個(gè)定子輪葉和一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)子輪葉之間。本發(fā)明的第六方面的實(shí)施方案可以包括本發(fā)明的第一至第五方面的優(yōu)選的或可選擇的特征，反之亦然。根據(jù)本發(fā)明的第七方面，提供泵送多相或高粘度流體的方法，方法包括以下步驟-根據(jù)待被泵送的流體的組成來選擇泵組件的定子和轉(zhuǎn)子之間的徑向縫隙；-對(duì)于泵組件選擇足以提供跨過徑向縫隙的流體密封部的操作速度。所選擇的徑向縫隙可以大于或等于O. 254mm。優(yōu)選地，徑向縫隙大于或等于1.28mm?？蛇x擇地，徑向縫隙在1. 28mm至5mm的范圍內(nèi)?？蛇x擇地，徑向縫隙在5mm至IOmm的范圍內(nèi)。所選擇的操作速度可以在500rpm至20，OOOrpm的范圍內(nèi)。優(yōu)選地，操作速度在500rpm至4，800rpm的范圍內(nèi)。本發(fā)明的第七方面的實(shí)施方案可以包括本發(fā)明的第一至第六方面的優(yōu)選的或可選擇的特征，反之亦然。根據(jù)本發(fā)明的第八方面，提供泵組件，包括設(shè)置有一個(gè)或多個(gè)定子輪葉的定子、設(shè)置有一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)子輪葉的具有均一直徑的軸的轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子輪葉和定子輪葉具有相反旋轉(zhuǎn)的螺紋，使得定子和轉(zhuǎn)子配合以在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)提供用于使流體縱向地在它們之間運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)，其中一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)子輪葉的高度大于一個(gè)或多個(gè)定子輪葉的高度。本發(fā)明的第八方面的實(shí)施方案可以包括本發(fā)明的第一至第七方面的優(yōu)選的或可選擇的特征，反之亦然。附圖簡(jiǎn)述當(dāng)閱讀下文的詳細(xì)描述時(shí)并且當(dāng)參照以下的附圖時(shí)，本發(fā)明的方面和優(yōu)點(diǎn)將變得明顯，在附圖中

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的泵組件的轉(zhuǎn)子和定子組件的分解視圖；圖2示出了圖1的轉(zhuǎn)子和定子組件的裝配視圖；圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的泵組件的橫截面裝配視圖；圖4示出了圖3的泵組件的橫截面分解視圖；圖5示出了 (a)用于圖3的泵組件的軸承的分解視圖；以及(b)用于圖3的泵組件的可選擇軸承的分解視圖；圖6示出了泵組件的在圖3內(nèi)標(biāo)記為A的區(qū)的進(jìn)一步的細(xì)節(jié)；圖7示出了 (a)轉(zhuǎn)子的俯視圖；(b)轉(zhuǎn)子的側(cè)視圖；(c)已組裝的轉(zhuǎn)子和定子組件的橫截面圖，示出了在泵組件的操作期間的流體流動(dòng)路徑，以及(d)定子的橫截面圖；圖8 不出了 四個(gè)性能曲線，圖不了以 2，000rpm>3, 000rpm>4, OOOrpm 和 4，800rpm操作的圖3的泵的泵送速率或流量(capacity)相對(duì)于壓力差；圖9示出了三個(gè)性能圖，圖示了對(duì)于以下情況的圖3的泵的泵送速率或流量相對(duì)于壓力差(a)轉(zhuǎn)子輪葉高度/定子輪葉高度等于1.1 ;(b)轉(zhuǎn)子輪葉高度/定子輪葉高度等于1. 6 ；(c)轉(zhuǎn)子輪葉高度/定子輪葉高度等于4. 2。圖10示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的多級(jí)泵組件的橫截面裝配視圖；圖11示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的可選擇多級(jí)泵組件的橫截面裝配視圖；以及圖12示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的另外可選擇的多級(jí)泵組件的橫截面裝配視圖。詳細(xì)描述現(xiàn)在將參照?qǐng)D1至6描述根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的泵組件或馬達(dá)組件。具體地，圖1和2示出了泵組件I的轉(zhuǎn)子和定子組件2的分別的示意性的分解視圖和裝配視圖。轉(zhuǎn)子和定子組件2可以被看到包括轉(zhuǎn)子3，轉(zhuǎn)子3被布置為與轉(zhuǎn)子3同軸并且圍繞轉(zhuǎn)子3延伸的環(huán)形定子4圍繞。轉(zhuǎn)子3通過提供位于其的外部表面上的三個(gè)轉(zhuǎn)子輪葉5被在外部以右旋形式形成螺紋。定子4相應(yīng)地通過提供位于其的內(nèi)部表面上的三個(gè)定子輪葉6被在內(nèi)部以左旋形式形成螺紋。轉(zhuǎn)子輪葉5和定子輪葉6被形成螺紋，從而呈現(xiàn)相等的節(jié)距并且具有徑向的高度，使得它們足夠近地接近彼此，從而提供流體可以在轉(zhuǎn)子3的旋轉(zhuǎn)時(shí)被束縛在其內(nèi)以進(jìn)行縱向的運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子通道7和定子通道8。在現(xiàn)在描述的實(shí)施方案中，轉(zhuǎn)子通道7全部具有相同的長(zhǎng)度和橫截面積。相似地，定子通道8全部具有相同的長(zhǎng)度和橫截面積。三個(gè)抗旋轉(zhuǎn)凸臺(tái)9位于定子4的每個(gè)端部處?？剐D(zhuǎn)凸臺(tái)9提供用于防止由操作性反作用扭矩導(dǎo)致的軸承14的外殼15和轉(zhuǎn)子和定子組件2中的任何一個(gè)部件或整個(gè)軸承14和轉(zhuǎn)子和定子組件堆疊物的旋轉(zhuǎn)的手段。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將意識(shí)到，在可選擇的實(shí)施方案中，被結(jié)合入轉(zhuǎn)子和定子組件2內(nèi)的轉(zhuǎn)子輪葉5和/或定子輪葉6的數(shù)量可以變化，即可選擇的螺紋扣數(shù)可以被設(shè)置在轉(zhuǎn)子3和/或定子4上。在另外的可選擇的實(shí)施方案中，轉(zhuǎn)子輪葉5和定子輪葉6的螺紋可以被逆轉(zhuǎn)，即轉(zhuǎn)子3可以被在外部以左旋形式形成螺紋，而定子4被在內(nèi)部以右旋形式形成螺紋。此外，轉(zhuǎn)子3和定子4之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)是對(duì)于泵組件I的操作來說重要的。因此，在可選擇的實(shí)施方案中，泵組件I可以允許定子4圍繞固定轉(zhuǎn)子3旋轉(zhuǎn)。泵組件I的進(jìn)一步的細(xì)節(jié)在圖3至6內(nèi)示出。具體地，圖3示出了泵組件I的橫截面裝配視圖，并且圖4示出了分解視圖從而強(qiáng)調(diào)泵組件I的分別的部件。除了上文描述的轉(zhuǎn)子和定子組件2之外，泵組件I可以被看到還包括其余的部件位于其內(nèi)的圓柱形殼體10。轉(zhuǎn)子3被借助于中心軸11連接于馬達(dá)(未示出)，使得馬達(dá)的操作誘導(dǎo)轉(zhuǎn)子3和定子4之間的相對(duì)旋轉(zhuǎn)。泵組件I的入口 12和出口 13被被沿著裝置的縱向軸線分離的兩個(gè)軸承的位置界定。軸承14輔助把轉(zhuǎn)子和定子組件2固定在圓柱形殼體10內(nèi)，并且降低在正常的操作期間的機(jī)械振動(dòng)對(duì)其的影響。入口 12和出口 13明顯地被泵組件I以其被操作的取向確定，即，參照?qǐng)D3，流體流是實(shí)質(zhì)上沿著正向的z軸，但是可以是逆向的，取決于轉(zhuǎn)子3的旋轉(zhuǎn)是順時(shí)針的還是逆時(shí)針的。軸承14被用于調(diào)節(jié)來自中心軸11的徑向載荷和由(在任意一個(gè)方向)壓縮或泵送流體導(dǎo)致的軸向載荷二者。軸承14的進(jìn)一步的細(xì)節(jié)可以在圖5的分解視圖內(nèi)看到。每個(gè)軸承14包括提供與圓柱形殼體10的內(nèi)徑的過盈配合的外殼15。位于外殼15內(nèi)的是包括被安裝在中心支撐轂18上的三個(gè)固定支撐輪葉17的軸承轂16。固定支撐輪葉17可以被豎直地取向，如圖5(b)中所示的。可選擇地，固定支撐輪葉17可以是有角度的，如圖5(a)中所示的，以與在入口 12和出口 13處的流體流的方向和角度對(duì)準(zhǔn)，從而最小化在這些點(diǎn)處的湍流的影響。固定支撐輪葉17可以被在相對(duì)于前進(jìn)的流體的方向10° -89°的范圍內(nèi)成角度。優(yōu)選地，固定支撐輪葉17被在相對(duì)于流體的前進(jìn)的方向65°至85°之間的范圍內(nèi)成角度。固定襯套19和旋轉(zhuǎn)襯套20位于中心支撐轂18的內(nèi)徑和泵組件I的中央驅(qū)動(dòng)軸11之間。從圖4可以看到，定子輪葉6的內(nèi)徑由參考數(shù)字21表示，并且轉(zhuǎn)子輪葉5的外徑由參考數(shù)字22表示。圖6示出了在圖3內(nèi)標(biāo)記為“A”的區(qū)域的進(jìn)一步的細(xì)節(jié)并且被示出以提供對(duì)泵組件I的多個(gè)其他的物理參數(shù)的理解的清楚性。具體地，轉(zhuǎn)子輪葉的厚度和高度分別地由參考數(shù)字23和24表示，并且定子輪葉的厚度和高度分別地由參考數(shù)字25和26表示。如將從以下的討論變得明顯的，在轉(zhuǎn)子輪葉5和定子輪葉6之間的由參考數(shù)字27表示的徑向縫隙進(jìn)行在泵組件I的實(shí)施方案的性能中的重要的功能。本領(lǐng)域中的通常的實(shí)踐是設(shè)計(jì)徑向縫隙27從而提供在轉(zhuǎn)子3和定子4之間的工作間隙。因此徑向縫隙27將典型地具有O. 254mm的數(shù)量級(jí)。在現(xiàn)在描述的實(shí)施方案中，轉(zhuǎn)子3和定子4被設(shè)計(jì)為使得具有大于通常的工作間隙的徑向縫隙27，例如徑向縫隙27可以具有1. 28mm的數(shù)量級(jí)。將預(yù)見的是，引入這樣的徑向縫隙27將看到泵組件I的泵效率和性能的相應(yīng)的劣化。在某種程度上出人意料地，使用徑向縫隙27的這樣的尺寸，沒有發(fā)現(xiàn)泵效率的顯著的減弱。實(shí)際上，高至IOmm的徑向縫隙27已經(jīng)被結(jié)合入泵組件I內(nèi)，而沒有觀察到泵效率的任何顯著的劣化。以解釋的方式，圖7(a)和(b)示出了轉(zhuǎn)子3的分別的俯視圖和側(cè)視圖。圖7(c)示出了轉(zhuǎn)子和定子組件2的示意性的橫截面圖，示出了被認(rèn)為在泵組件I的操作期間正在發(fā)生的流體流動(dòng)路徑28。圖7(d)示出了定子4的橫截面圖。流體流動(dòng)路徑28大體上遵循轉(zhuǎn)子通道7的路徑并且沿著組件的縱向軸線前進(jìn)(即在正向的z軸)。當(dāng)流體圍繞螺旋狀路徑盤旋時(shí)，作用在流體流上使得切向的流體流分量29被引入(即在x-y面中的流)的徑向力被產(chǎn)生。相信，正在被泵組件泵送的流體的這種徑向的和切向的流29有效地作為跨過徑向縫隙27的密封部起作用。作為結(jié)果，泵組件I能夠保持泵效率和性能，即使非顯著的徑向縫隙27存在。這種機(jī)理已經(jīng)通過在泵組件I上進(jìn)行的侵蝕和忍耐測(cè)試期間建立的對(duì)磨損型式的分析以及通過使用不同的轉(zhuǎn)子和定子輪葉幾何構(gòu)型的測(cè)試被確認(rèn)。徑向縫隙27的存在也是在允許泵組件I用于多相流體上重要的。流體內(nèi)含有的沉降物和碎屑將在具有轉(zhuǎn)子3和定子4之間的相對(duì)旋轉(zhuǎn)時(shí)被與流體共同地泵送經(jīng)過組件I。然而，當(dāng)相對(duì)旋轉(zhuǎn)被停止時(shí)，沉降物和碎屑趨于分別聚集在轉(zhuǎn)子3和定子4的表面30和31上。在不存在徑向縫隙27時(shí)，沉降物和碎屑迅速地被容納在轉(zhuǎn)子3和定子4之間，從而防止當(dāng)泵組件I被再激活時(shí)在這些部件之間的進(jìn)一步的相對(duì)旋轉(zhuǎn)。然而，徑向縫隙27的存在顯著地減少轉(zhuǎn)子3和定子4堵塞的發(fā)生，從而使泵組件I特別地良好地適合用于多相流體。此外，因?yàn)閺较蚩p隙27可以被增加至IOmm和更多，所以含有顯著地更大的碎屑顆粒的多相流體現(xiàn)在可以被泵送，而沒有泵效率的任何顯著的劣化。轉(zhuǎn)子3和定子4可以由非彈性體性的材料形成，從而減少泵組件的對(duì)熱和原油中的芳香族物質(zhì)的易損性并且除去任何關(guān)于可以被施加的動(dòng)力的限制。例如，轉(zhuǎn)子3和定子4可以由金屬、塑料或陶瓷材料制造。在實(shí)踐中，徑向縫隙27的尺寸取決于待被泵送的流體被選擇。例如，當(dāng)壓縮包含沒有液相比的干燥氣體時(shí)，縫隙被選擇為具有1. 28mm的數(shù)量級(jí)。當(dāng)把具有不小于5 %液體的液相比的氣體壓縮在泵入口 12處時(shí)徑向縫隙27可以被增加高至5mm。可選擇地，當(dāng)壓縮和泵送具有液相、高度粘性流體、高固體含量或例如在直徑上高至IOmm的大顆粒的氣體時(shí)徑向縫隙27可以被增加高至10_。徑向縫隙27優(yōu)選地被制造為大于任何預(yù)期經(jīng)過泵組件I的固體材料(例如卵石)的顆?；蛩槠淖畲蟮闹睆?。與徑向縫隙27的尺寸無關(guān)，S卩即使當(dāng)其被選擇為僅提供工作間隙時(shí)，發(fā)現(xiàn)，泵組件I的性能也受上文描述的部件的多個(gè)其他的物理參數(shù)影響，例如轉(zhuǎn)子通道7和定子通道8的橫截面積和長(zhǎng)度；轉(zhuǎn)子輪葉5和定子輪葉6的節(jié)距和螺旋線角度；以及轉(zhuǎn)子和定子組件2的總體的長(zhǎng)度。通道7和8的長(zhǎng)度和橫截面積可以變化，取決于泵組件I的意圖的應(yīng)用。然而，優(yōu)選的是，通道7和8的容積與橫截面積的比率等于或大于200mm。轉(zhuǎn)子輪葉5形成的螺旋線可以具有滿足以下的不等式的平均導(dǎo)程角(α ):60° 彡 α < 90。(I)然而，優(yōu)選的是，平均導(dǎo)程角(α)在70°至76°的范圍內(nèi)。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，平均導(dǎo)程角是73°。 以相似的方式，定子輪葉6形成的螺旋線可以具有滿足以下的不等式的平均導(dǎo)程角⑷60。彡 β < 90。(2)再次地，優(yōu)選的是，平均導(dǎo)程角(β)在70°至76°的范圍內(nèi)。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，平均導(dǎo)程角(β)是73°。轉(zhuǎn)子輪葉高度24與定子輪葉高度26的比率可以在1.1至20的范圍內(nèi)。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，轉(zhuǎn)子輪葉高度24與定子輪葉高度26的比率是4. 2。轉(zhuǎn)子外徑22與轉(zhuǎn)子導(dǎo)程(即當(dāng)轉(zhuǎn)子3旋轉(zhuǎn)經(jīng)過360°時(shí)被沿著縱向軸線前進(jìn)的距離)的比率可以在O. 5至1. 5的范圍內(nèi)。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，轉(zhuǎn)子外徑22與轉(zhuǎn)子導(dǎo)程的比率是1.0。定子內(nèi)徑21與定子導(dǎo)程(即當(dāng)轉(zhuǎn)子3旋轉(zhuǎn)經(jīng)過360°時(shí)被沿著定子4前進(jìn)的距離)的比率可以在0.5至無窮大的范圍內(nèi)，即定子的平均導(dǎo)程角(β)趨向于90°。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，定子內(nèi)徑21與定子導(dǎo)程的比率是1. O。圖8示出了用于根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施方案中的一個(gè)的泵(如上文詳細(xì)示出的)的四個(gè)性能曲線，圖示了以四個(gè)不同的操作速度，即2，000rpm32、3，000rpm33、4，000rpm34和4，800rpm35，操作的圖3的泵的泵送速率(或流量)相對(duì)于壓力差(或壓頭)。泵送速率可以被看到對(duì)于所有的泵速度來說與泵上的壓力差線性地成比例。作為結(jié)果，泵組件I允許在比用于離心泵送(常規(guī)的電動(dòng)潛油泵，ESP)或常規(guī)的PCP的速度更寬的速度的范圍內(nèi)的有效的泵送。泵組件I已經(jīng)使用寬范圍的流體在速度范圍500rpm-4, 800rpm內(nèi)被廣泛地測(cè)試。概括地說，泵組件I被發(fā)現(xiàn)在500rpm是堅(jiān)固的和有效的(在此以該速度的操作是對(duì)于流體條件最優(yōu)的)并且在高至20，OOOrpm是有效的(在此操作是對(duì)于高蒸汽組分的多相流體最優(yōu)的)。以較高的操作速度的操作也是有益的，在此徑向縫隙27是顯著的或非常大的并且液相和氣相之間的密度差是非常小的。在這些情況下，較高的旋轉(zhuǎn)速度提供有保障的在徑向縫隙27上的流體密封部。在實(shí)踐中，轉(zhuǎn)子3和定子4之間的徑向縫隙27將取決于需要被泵送的多相或高粘度流體的組成被選擇。泵組件I然后被以對(duì)于流體條件來說被優(yōu)化的并且足以提供跨過徑向縫隙27的流體密封部的速度操作。多個(gè)特征也可以被包括在泵組件I內(nèi)從而增加其的操作壽命并且進(jìn)一步改進(jìn)其的性能。當(dāng)圖3的泵組件I被用于把具有高砂含量的流體實(shí)質(zhì)上沿著z軸泵送時(shí)，被發(fā)現(xiàn)最受影響的泵磨損表面是定子的面向前的輪葉面36，即那些垂直于縱向軸線并且面向流體的前進(jìn)的方向的面。相應(yīng)的轉(zhuǎn)子的面向前的輪葉面37不被影響至相同的程度。因此，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，對(duì)于泵組件I的操作有益的是，定子輪葉厚度25大于轉(zhuǎn)子輪葉厚度23。使用這樣的布置，泵組件I的操作壽命被增加，因?yàn)槎ㄗ虞喨~6的比轉(zhuǎn)子輪葉5大的對(duì)于侵蝕影響的易損性被直接地補(bǔ)償。還被發(fā)現(xiàn)的是對(duì)于泵組件I的操作有益的是，抗侵蝕的、抗腐蝕的和/或抗拖曳的覆層被用在轉(zhuǎn)子3和定子4的表面上。這些將包括向基材材料中的覆層分子尺度擴(kuò)散(例如硼化、氮化等等)和被施用于轉(zhuǎn)子和/或定子材料的表面的覆層。相對(duì)于圖3的泵組件1，當(dāng)這樣的覆層被施用于轉(zhuǎn)子3和定子4的分別的表面30和31時(shí)，發(fā)現(xiàn)對(duì)于操作壽命和性能的特別的改進(jìn)。使用以上的布置，泵組件I的侵蝕速率隨著旋轉(zhuǎn)速度近似線性地增加(即不隨著旋轉(zhuǎn)速度提升至3次乘方，如被現(xiàn)有技術(shù)的泵例如ESP證實(shí)的)。因此，與本領(lǐng)域中已知的那些泵相比，當(dāng)使用泵組件I泵送侵蝕性的流體時(shí)，增加的旋轉(zhuǎn)速度可以被采用。轉(zhuǎn)子輪葉高度24與定子輪葉高度26的比率的變化也提供了在某種程度上非預(yù)期的并且出乎意料的結(jié)果。通常，預(yù)期，當(dāng)被用于泵的流體的粘度增加時(shí)泵的性能將降低。這特別地是對(duì)于包括ESP的離心泵的情況，并且實(shí)際上這樣的泵設(shè)計(jì)在約2，OOOcP和更大的粘度時(shí)完全地停止工作。然而在轉(zhuǎn)子輪葉高度24被制造為大于定子輪葉高度26時(shí)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)對(duì)于泵組件I來說有益的結(jié)果。圖9示出了對(duì)于泵組件I的當(dāng)被用于泵送水和具有5，OOOcp的粘度的流體時(shí)的性能曲線的圖。具體地，圖9(a)示出了其中轉(zhuǎn)子輪葉高度24與定子輪葉高度26比率等于1.1的結(jié)果，并且在圖9(b)中該值等于1.6。雖然圖9(a)和9 (b)的圖示出了泵性能的降低，但是性能的這種損失顯著地比使用ESP實(shí)現(xiàn)的慢。此外，圖9(c)示出了對(duì)于轉(zhuǎn)子輪葉高度24與定子輪葉高度26比率等于4. 2的性能曲線。出人意料地，水曲線和5，OOOcp粘度流體的梯度是相等的。使用這樣的布置，泵組件I的性能實(shí)際上獨(dú)立于正在被泵送的流體的粘度。廣泛的測(cè)試已經(jīng)證實(shí)，當(dāng)轉(zhuǎn)子輪葉高度24與定子輪葉高度26比率是3. 5至4. 5時(shí)提供這種效果，并且預(yù)期，這種效果將對(duì)于即使更大的比率值也能保持。
泵組件I還已經(jīng)使用呈現(xiàn)O. OOlpa. s (IcP)至6. 5pa. s (6，500cP)的動(dòng)態(tài)粘度的流體被廣泛地測(cè)試以確定最優(yōu)的設(shè)計(jì)參數(shù)。使用呈現(xiàn)在IOpa. s (10，OOOcP)至20pa.s (20, OOOcP)之間的動(dòng)態(tài)粘度的流體的更有限的測(cè)試也已經(jīng)被進(jìn)行以表明在這些條件下的泵組件I的效果。設(shè)想，泵組件I將是在高至200pa. s(200，OOOcP)有效的，其中流體的有效的動(dòng)態(tài)粘度是粘性液體和高比例的夾帶的固體(其顯著地增加有效粘度)二者的組合產(chǎn)物。泵組件I還已經(jīng)被在具有高比例的自由氣體的高度粘性液體的環(huán)境中測(cè)試并且證明有效。這是由存在的顯著的徑向縫隙27導(dǎo)致的出乎意料的結(jié)果并且再次地被跨過徑向縫隙27的流體密封部的存在所解釋。泵組件I的NPSH(凈正吸入壓頭)也是出乎意料的。泵組件I已經(jīng)使用寬范圍的流體以及高于和低于大氣壓力的進(jìn)氣壓力被測(cè)試，而沒有對(duì)泵性能或泵可靠性的不利影響。這些非常低的進(jìn)氣壓力條件將通常導(dǎo)致ESP和PCP中的嚴(yán)重的和破壞性的振動(dòng)或定子彈性體分裂。泵組件I不遭受這樣的問題。這種特別的特征提供采用使用在某種應(yīng)用內(nèi)的泵技術(shù)的組合的泵組件I從而改進(jìn)總體的烴井生產(chǎn)速率的機(jī)會(huì)。多種布置可以被在泵組件I內(nèi)采用從而補(bǔ)償由氣相的塌陷導(dǎo)致的流體容積減小的影響。例如，這可以通過當(dāng)流體上的壓力被增加時(shí)變化中心軸11和轉(zhuǎn)子轂3或轉(zhuǎn)子24的直徑以及遍及組件I長(zhǎng)度的定子輪葉高度26來實(shí)現(xiàn)。泵組件I的靈活性被以下事實(shí)表明，即其可以被配置為壓縮和泵送具有以下的多相流體(a)高至95%的氣相；(b)高至100%的液相；(c)高至100%并且優(yōu)選地1，000-10, OOOcP的高度粘性相；(d)高至95%的蒸汽相；(e)以重量計(jì)1%-5%并且高至60%固體的夾帶固體(砂、銹、有機(jī)沉積物)含量;(f)具有高至200，OOOcP的有效粘度的粘性相、固體和水乳液的組合。圖10中的實(shí)施方案示出了根據(jù)本發(fā)明的可選擇的實(shí)施方案的多級(jí)泵組件lb(以及當(dāng)被反向地操作時(shí)，多級(jí)馬達(dá))。在本實(shí)施方案中，多級(jí)泵組件Ib包括轉(zhuǎn)子和定子組件2的陣列，轉(zhuǎn)子和定子組件2被包括推力軸承39和流體可以經(jīng)過其的星形軸承38的中間軸承豎直地從彼此間隔開。流體被轉(zhuǎn)子3的旋轉(zhuǎn)泵送經(jīng)過外管40。可選擇地，如果陣列將被用作馬達(dá)，那么流體可以被驅(qū)動(dòng)經(jīng)過管40以驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子3相對(duì)于定子4的旋轉(zhuǎn)。將意識(shí)到，包括多個(gè)轉(zhuǎn)子和定子組件2的另外的可選擇的泵或馬達(dá)設(shè)計(jì)可以被構(gòu)建。例如，一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)子和定子組件2的組可以被部署在中央孔的可選擇的側(cè)上。多級(jí)泵Ic的示例性的實(shí)施方案在圖12中提供?？梢钥吹?，兩個(gè)轉(zhuǎn)子和定子組件2位于中央孔41的相對(duì)的側(cè)上。殼體中的另外的孔42提供用于中央孔41和轉(zhuǎn)子和定子組件2之間的流體連通的手段。流體可以因此被拉動(dòng)穿過中央孔41并且被泵送至位于裝置的相對(duì)端部處的出口?？蛇x擇地，可以提供其中陣列的轉(zhuǎn)子和定子組件2可以包括可變的直徑的多級(jí)泵ld，如圖12中所示的。在本實(shí)施方案中，多級(jí)泵Id作用以補(bǔ)償由當(dāng)流體上的壓力被增加時(shí)的氣相的塌陷導(dǎo)致的容積減小的影響。本發(fā)明的上文描述的實(shí)施方案不限于海底或井下用途，而是可以在表面上或在海床上作為泵組件或馬達(dá)組件使用或被定位在常規(guī)的油田管中。轉(zhuǎn)子的組件可以被水平地、豎直地或以任何合適的配置安裝。本發(fā)明的另外的實(shí)施方案可以被表面或陸地安裝并且可以作為泵和馬達(dá)組件操作。泵組件可以被與任何其他的類型的泵或壓縮機(jī)共同地部署以增強(qiáng)該泵或壓縮機(jī)的性能或可操作性或以增加井生產(chǎn)率。概括地說，當(dāng)與本領(lǐng)域中已知的那些泵相比時(shí)，泵組件I提供許多顯著的優(yōu)點(diǎn)。特別地，泵組件是有效的、可靠的并且被設(shè)計(jì)為抵抗所有的這樣的與多相流體以及特別地在烴探測(cè)領(lǐng)域內(nèi)發(fā)現(xiàn)的那些相關(guān)聯(lián)的應(yīng)用和極端環(huán)境。泵組件I可以提供相似于簡(jiǎn)單的單螺旋線軸向多級(jí)泵的壓縮性能的壓縮性能，但是呈現(xiàn)-更高的泵效率；對(duì)固體的更大的忍耐水平；-由固體的存在導(dǎo)致的減少的磨損；-即使在大的徑向縫隙的存在下也被保持的泵性能；-對(duì)非常低的進(jìn)氣壓力的格外的忍耐；-旋轉(zhuǎn)速度的較寬有用的操作范圍；以及-更大的設(shè)計(jì)靈活性，從而滿足更寬的范圍的工作條件。描述了包括具有相反旋轉(zhuǎn)的螺紋布置的輪葉的定子和轉(zhuǎn)子的泵組件。徑向縫隙位于定子輪葉和轉(zhuǎn)子輪葉之間，使得轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)使定子和轉(zhuǎn)子配合，以提供用于使流體縱向地在它們之間運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)。泵的操作導(dǎo)致流體密封部被形成為跨過徑向縫隙。當(dāng)流體被導(dǎo)向以縱向地在定子和轉(zhuǎn)子之間運(yùn)動(dòng)時(shí)，所描述的設(shè)備也可以被作為馬達(dá)組件操作。流體密封部的存在不導(dǎo)致泵或馬達(dá)效率的劣化，即使當(dāng)徑向縫隙顯著地大于通常的工作間隙值時(shí)。此外，徑向縫隙的存在使泵/馬達(dá)組件對(duì)于使用高粘度和/或多相流體的部署是理想的。本發(fā)明的上文的描述已經(jīng)為了例證和描述的目的被提出并且不意圖是排他性的或把本發(fā)明限制于所公開的精確的形式。所描述的實(shí)施方案被選擇和描述以最好地解釋本發(fā)明的原理以及其的實(shí)際的應(yīng)用，以由此使本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠以多種實(shí)施方案以及使用多種適合于所設(shè)想的具體用途的修改最好地使用本發(fā)明。因此，另外的修改或改進(jìn)可以被結(jié)合，而不偏離本發(fā)明的如被所附的權(quán)利要求限定的范圍。
權(quán)利要求
1.一種泵組件，包括定子和轉(zhuǎn)子，每一個(gè)設(shè)置有具有相對(duì)于另一個(gè)上的一個(gè)或多個(gè)輪葉的螺紋的相反旋轉(zhuǎn)的螺紋的一個(gè)或多個(gè)輪葉，并且被布置為使得徑向縫隙位于一個(gè)或多個(gè)定子輪葉和一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)子輪葉之間，所述定子和所述轉(zhuǎn)子配合以在所述轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)提供用于使流體縱向地在所述定子和所述轉(zhuǎn)子之間運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)，其中流體密封部被形成為跨過所述徑向縫隙。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的泵組件，其中所述徑向縫隙大于或等于O.254mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的泵組件，其中所述徑向縫隙大于或等于1.28mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的泵組件，其中所述徑向縫隙在1.28mm至5mm的范圍內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的泵組件，其中所述徑向縫隙在5mm至IOmm的范圍內(nèi)。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的泵組件，其中所述徑向縫隙的尺寸被配置為沿著所述組件的長(zhǎng)度增加或減少。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的泵組件，其中所述轉(zhuǎn)子輪葉被布置在所述轉(zhuǎn)子的外部表面上從而形成一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)子通道。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的泵組件，其中所述轉(zhuǎn)子通道的容積與橫截面積的比率等于或大于200_。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的泵組件，其中所述定子輪葉被布置在所述定子的內(nèi)部表面上從而形成一個(gè)或多個(gè)定子通道。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的泵組件，其中所述定子通道的容積與橫截面積的比率等于或大于200_。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的泵組件，其中由所述轉(zhuǎn)子輪葉形成的螺旋線具有大于60°但是小于90°的平均導(dǎo)程角(α)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的泵組件，其中所述平均導(dǎo)程角(α)在70°至76°的范圍內(nèi)。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或權(quán)利要求12所述的泵組件，其中所述平均導(dǎo)程角(α)是73°。
14.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的泵組件，其中由所述定子輪葉形成的螺旋線具有大于60°但是小于90°的平均導(dǎo)程角(β)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的泵組件，其中所述平均導(dǎo)程角(β)在70°至76。的范圍內(nèi)。
16.根據(jù)權(quán)利要求14或權(quán)利要求15所述的泵組件，其中所述平均導(dǎo)程角(β)是73°。
17.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的泵組件，其中所述一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)子輪葉的高度大于所述一個(gè)或多個(gè)定子輪葉的高度。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的泵組件，其中轉(zhuǎn)子輪葉高度與定子輪葉高度的比率在1.1 至20的范圍內(nèi)。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的泵組件，其中轉(zhuǎn)子輪葉高度與定子輪葉高度的比率在3.5 至4. 5的范圍內(nèi)。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的泵組件，其中轉(zhuǎn)子輪葉高度與定子輪葉高度的比率是4.2。
21.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的泵組件，其中轉(zhuǎn)子外徑與轉(zhuǎn)子導(dǎo)程的比率在O.5至1. 5的范圍內(nèi)。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的泵組件，其中所述轉(zhuǎn)子外徑與所述轉(zhuǎn)子導(dǎo)程的比率是1.O。
23.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的泵組件，其中定子內(nèi)徑與定子導(dǎo)程的比率在 O. 5至無窮大的范圍內(nèi)。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的泵組件，其中所述定子內(nèi)徑與所述定子導(dǎo)程的比率是1.O。
25.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的泵組件，其中一個(gè)或多個(gè)抗旋轉(zhuǎn)凸臺(tái)位于所述定子的每個(gè)端部處。
26.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的泵組件，其中所述組件還包括圓柱形殼體，所述轉(zhuǎn)子和所述定子位于所述圓柱形殼體內(nèi)。
27.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的泵組件，其中所述轉(zhuǎn)子借助于中心軸連接于馬達(dá)，使得所述馬達(dá)的操作引起所述轉(zhuǎn)子和所述定子之間的相對(duì)旋轉(zhuǎn)。
28.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的泵組件，其中所述組件還包括界定用于所述裝置的入口的第一軸承。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的泵組件，其中所述組件還包括界定用于所述裝置的出口的第二軸承，所述第二軸承與所述第一軸承縱向地間隔開。
30.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的泵組件，其中定子輪葉厚度大于轉(zhuǎn)子輪葉厚度。
31.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的泵組件，其中所述轉(zhuǎn)子被抗侵蝕的、抗腐蝕的和 /或抗拖曳的覆層包覆。
32.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的泵組件，其中所述定子被抗侵蝕的、抗腐蝕的和 /或抗拖曳的覆層包覆。
33.一種多級(jí)泵，其中所述多級(jí)泵包括根據(jù)權(quán)利要求1至32中任一項(xiàng)所述的兩個(gè)或更多個(gè)泵組件。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的多級(jí)泵，其中所述兩個(gè)或更多個(gè)泵組件被部署在中央入口孔的相對(duì)的側(cè)上。
35.根據(jù)權(quán)利要求33或權(quán)利要求34所述的多級(jí)泵，其中所述兩個(gè)或更多個(gè)泵組件的直徑沿著所述多級(jí)泵的長(zhǎng)度不同。
36.一種馬達(dá)組件，包括定子和轉(zhuǎn)子，每一個(gè)設(shè)置有具有相對(duì)于另一個(gè)上的一個(gè)或多個(gè)輪葉的螺紋的相反旋轉(zhuǎn)的螺紋的一個(gè)或多個(gè)輪葉，并且被布置為使得徑向縫隙位于一個(gè)或多個(gè)定子輪葉和一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)子輪葉之間，所述定子和所述轉(zhuǎn)子配合以在流體在所述定子和所述轉(zhuǎn)子之間縱向地運(yùn)動(dòng)時(shí)提供所述轉(zhuǎn)子和所述定子的相對(duì)旋轉(zhuǎn)，其中流體密封部被形成為跨過所述徑向縫隙。
37.根據(jù)權(quán)利要求36所述的馬達(dá)組件，其中所述徑向縫隙大于或等于O.254mm。
38.根據(jù)權(quán)利要求36所述的馬達(dá)組件，其中所述徑向縫隙大于或等于1.28mm。
39.一種多級(jí)馬達(dá)，其中所述多級(jí)馬達(dá)包括根據(jù)權(quán)利要求36至38中任一項(xiàng)所述的兩個(gè)或更多個(gè)馬達(dá)組件。
40.根據(jù)權(quán)利要求39所述的多級(jí)馬達(dá)，其中所述一個(gè)或多個(gè)馬達(dá)組件被部署在中央入口孔的相對(duì)的側(cè)上。
41.一種泵組件或馬達(dá)組件，包括定子和轉(zhuǎn)子，每一個(gè)設(shè)置有具有相對(duì)于另一個(gè)上的一個(gè)或多個(gè)輪葉的螺紋的相反旋轉(zhuǎn)的螺紋的一個(gè)或多個(gè)輪葉，所述定子和所述轉(zhuǎn)子配合以在所述轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)提供用于使流體縱向地在所述定子和所述轉(zhuǎn)子之間運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)，其中所述一個(gè)或多個(gè)定子輪葉的厚度大于所述一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)子輪葉的厚度。
42.根據(jù)權(quán)利要求41所述的泵組件或馬達(dá)組件，其中大于或等于O.254mm的徑向縫隙被設(shè)置在所述一個(gè)或多個(gè)定子輪葉和所述一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)子輪葉之間。
43.根據(jù)權(quán)利要求41所述的泵組件或馬達(dá)組件，其中大于或等于1.28mm的徑向縫隙被設(shè)置在所述一個(gè)或多個(gè)定子輪葉和所述一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)子輪葉之間。
44.一種泵組件或馬達(dá)組件，包括定子和轉(zhuǎn)子，每一個(gè)設(shè)置有具有相對(duì)于另一個(gè)上的一個(gè)或多個(gè)輪葉的螺紋的相反旋轉(zhuǎn)的螺紋的一個(gè)或多個(gè)輪葉，所述定子和所述轉(zhuǎn)子配合以在所述轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)提供用于使流體縱向地在所述定子和所述轉(zhuǎn)子之間運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)，其中所述一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)子輪葉的高度大于所述一個(gè)或多個(gè)定子輪葉的高度。
45.根據(jù)權(quán)利要求44所述的泵組件或馬達(dá)組件，其中轉(zhuǎn)子輪葉高度與定子輪葉高度的比率大于或等于1.1。
46.根據(jù)權(quán)利要求44所述的泵組件或馬達(dá)組件，其中轉(zhuǎn)子輪葉高度與定子輪葉高度的比率大于或等于1.6。
47.根據(jù)權(quán)利要求44所述的泵組件或馬達(dá)組件，其中轉(zhuǎn)子輪葉高度與定子輪葉高度的比率大于或等于3. 5。
48.根據(jù)權(quán)利要求44至47中任一項(xiàng)所述的泵組件或馬達(dá)組件，其中大于或等于0.254mm的徑向縫隙被設(shè)置在所述一個(gè)或多個(gè)定子輪葉和所述一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)子輪葉之間。
49.根據(jù)權(quán)利要求44至47中任一項(xiàng)所述的泵組件或馬達(dá)組件，其中大于或等于1.28mm的徑向縫隙被設(shè)置在所述一個(gè)或多個(gè)定子輪葉和所述一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)子輪葉之間。
50.一種泵送多相流體或高粘度流體的方法，所述方法包括以下步驟-根據(jù)待被泵送的流體的組成來選擇泵組件的定子和轉(zhuǎn)子之間的徑向縫隙；-對(duì)于所述泵組件選擇足以提供跨過所述徑向縫隙的流體密封部的操作速度。
51.根據(jù)權(quán)利要求50所述的泵送多相流體或高粘度流體的方法，其中所選擇的徑向縫隙大于或等于O. 254mm。
52.根據(jù)權(quán)利要求50所述的泵送多相流體或高粘度流體的方法，其中所選擇的徑向縫隙大于或等于1. 28mm。
53.根據(jù)權(quán)利要求50所述的泵送多相流體或高粘度流體的方法，其中所選擇的徑向縫隙在1. 28mm至5mm的范圍內(nèi)。
54.根據(jù)權(quán)利要求50所述的泵送多相流體或高粘度流體的方法，其中所選擇的徑向縫隙在5mm至IOmm的范圍內(nèi)。
55.根據(jù)權(quán)利要求50至54中任一項(xiàng)所述的泵送多相流體或高粘度流體的方法，其中所選擇的操作速度在500rpm至20，OOOrpm的范圍內(nèi)。
56.根據(jù)權(quán)利要求55所述的泵送多相流體或高粘度流體的方法，其中所選擇的操作速度在500rpm至4，800rpm的范圍內(nèi)。
全文摘要
描述了包括具有相反旋轉(zhuǎn)的螺紋布置的輪葉的定子和轉(zhuǎn)子的泵組件。徑向縫隙位于定子輪葉和轉(zhuǎn)子輪葉之間，使得轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致定子和轉(zhuǎn)子配合，以提供用于使流體縱向地在它們之間運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)。泵的操作導(dǎo)致流體密封部被形成為跨過徑向縫隙。當(dāng)流體被導(dǎo)向以縱向地在定子和轉(zhuǎn)子之間運(yùn)動(dòng)時(shí)，所描述的設(shè)備也可以被作為馬達(dá)組件操作。流體密封部的存在不會(huì)導(dǎo)致泵或馬達(dá)效率的劣化，即使當(dāng)徑向縫隙顯著地大于正常的工作間隙值時(shí)。此外，徑向縫隙的存在使泵/馬達(dá)組件對(duì)于使用高粘度和/或多相流體的部署是理想的。
文檔編號(hào)F04D7/00GK103052805SQ201180037485
公開日2013年4月17日 申請(qǐng)日期2011年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月30日
發(fā)明者阿拉斯泰爾·辛普森 申請(qǐng)人:夏維斯帕姆普斯公司