專利名稱：離心式灌注泵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種用于輸送含固相顆粒的鉆井泥漿灌注泵，特別是與3NB系列三缸鉆井泵配套使用的離心式灌注泵。
目前廣泛使用的石油鉆機(jī)用泥漿灌注泵，其主葉輪，壓水室和吸水室多采用一元束流流動理論進(jìn)行設(shè)計。由于這種理論是在假定了葉輪流道內(nèi)的流動與無限多葉片葉道內(nèi)理想流體的流動相似，流動特性只沿葉道中心線變化，不考慮流動損失的情況下進(jìn)行設(shè)計的，顯然這種設(shè)計方法與實際有限多葉片葉道內(nèi)的三元粘性流動是不相符合的。特別是泥漿灌注泵這種輸送含有固相顆粒的離心泵內(nèi)更加復(fù)雜的流動狀態(tài)，用一元束流流動理論進(jìn)行設(shè)計，顯然存在著致命的缺點葉輪葉道內(nèi)的流動狀態(tài)惡劣，存在很大的進(jìn)口沖擊損失，脫流、二次流及出口分離損失。必然造成這類泵效率比較低，工作性能不穩(wěn)定，工況適應(yīng)范圍窄，影響與三缸鉆井泵有效的配套使用。
另外，眾所周知，目前使用的泥漿灌注泵均采用的是填料函密封方式，這種密封方式存在著嚴(yán)重的不足；即它無法阻止泥漿與填料接觸，特別是在使用高比重泥漿的情況下，泥漿顆粒不可避免地進(jìn)入填料密封內(nèi)，隨著運行時間的增加，填料受到磨損破壞造成泥漿的噴漏。更為嚴(yán)重的是，由此發(fā)生的固相顆粒在填料內(nèi)直接磨損泵軸，是造成泵壽命降低的主要原因之一。
針對上述問題，本實用新型的目的是要提供一種結(jié)構(gòu)合理，葉輪水力效率高，性能穩(wěn)定，密封不易漏失，既使是在泥漿比重變化和變工況的條件下輸送泥漿，仍穩(wěn)定可靠地工作的離心式灌注泵。
本實用新型的任務(wù)是這樣實現(xiàn)的由吸水室、壓水室、主葉輪、后護(hù)板、減壓蓋體、副葉輪、抵壓彈簧、密封環(huán)、泵軸、泵座、軸套、填料函、軸承支撐、清水箱和旋塞閥等組成的離心式灌注泵。其特征之處在于壓水室、主葉輪和吸水室過流通道的結(jié)構(gòu)，具有良好的水力特性和良好的匹配性。流動損失小，效率高，壽命長的特點；浮動式動力組合密封裝置具有良好的密封效果保證了泥漿不漏失，不磨損泵軸及相應(yīng)部件。
圖1、本實用新型整體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2、本實用新型壓水室結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3、本實用新型主葉輪的左視圖。
圖4、本實用新型主葉輪主視圖。
圖5、本實用新型主葉輪右視圖。
圖6、本實用新型浮動式動力密封機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖。
以下結(jié)合
本實用新型如附圖2主葉輪外緣到壓水室的隔舌的徑向距離為15－25毫米。隔舌基圓直徑為主葉輪直徑的1.15－1.17倍。壓水室內(nèi)腔壁為蝸形，具有這種結(jié)構(gòu)特征的壓水室充分滿足了泥漿的流動特性，減少了徑向力，改善了壓水室的耐磨性能，提高了泵的使用壽命。
如附圖1，本實用新型的主葉輪4位于壓水室1內(nèi)、吸水室2和后護(hù)板3之間，并套裝在泵軸20的前端。如圖3、4、5，主葉輪4上的主葉片21為后彎半開式(既由前后兩弧面構(gòu)成，其前弧面的曲率大于后弧面，兩弧面分別向內(nèi)傾斜，其一端靠軸心處相交，前弧面外端與主葉輪輪緣界線相切)，主葉片沿徑向均布，葉片數(shù)為3－7片。其結(jié)構(gòu)形狀由固－液兩相介質(zhì)三元流動理論設(shè)計計算而成，具有適宜的進(jìn)、出口角，葉片寬度為40－45毫米，葉片厚度最厚處為30－50毫米，其具有良好的通流和耐磨性能。主葉輪的背面有8～12條徑向均布的副葉片22。采用上述結(jié)構(gòu)的主葉輪配合相應(yīng)結(jié)構(gòu)的壓水室，減少主葉輪所受到的軸向力和徑向力。使泵效提高并保證灌注泵的特性不出現(xiàn)鴕峰，減少三缸泵吸入壓力波動對灌注泵工作性能的影響。利用固－液兩相介質(zhì)三元流動理論設(shè)計而成的主葉輪，把流道內(nèi)的流動損失減小到最低值，有利于含固相顆粒的鉆井泥漿的輸送，主葉輪背面的副葉片可降低后護(hù)板3軸心處的液體壓力。
如附圖1及附圖6，本實用新型采用的是浮動式動力組合密封機(jī)構(gòu)。副葉輪6通過鍵與設(shè)置在泵軸20上的軸套8相連接，并可沿軸向滑動。具有一定擠壓力的抵壓彈簧7設(shè)置于副葉輪6與軸套8內(nèi)端面之間，副葉輪6與后護(hù)板3近軸心相對應(yīng)位置的連接處安裝有金屬密封環(huán)11、12。該機(jī)構(gòu)位于減壓蓋5的腔內(nèi)，其腔內(nèi)充滿清水，填料函10放置于減壓蓋5與軸套9之間。填料函采用的是一般的浸油石棉盤根，填料函由填料壓蓋13壓緊。當(dāng)泵運轉(zhuǎn)時，副葉輪6與主葉輪4同速旋，其產(chǎn)生的軸向力擠壓彈簧7，使副葉輪6向遠(yuǎn)離主葉輪的方向運動，兩金屬密封環(huán)11、12不再接觸，這時副葉輪6所在空腔內(nèi)的清水壓力在副葉輪6和后護(hù)板3近軸心的相連接處與壓水室內(nèi)泥漿的壓力相平衡量，這樣“抵住”了泥漿向減壓蓋內(nèi)和填料函的進(jìn)入，保證了運轉(zhuǎn)時的密封。當(dāng)停泵時，由于副葉輪6所產(chǎn)生的軸向力消失，抵壓彈簧7又抵住副葉輪使其向主葉輪方向運動而使兩金屬密封環(huán)11、12接觸，保證了在停泵的情況下的密封，減壓蓋內(nèi)清水的補(bǔ)充是通過管路由安裝在腔外的清水箱17提供，清水的補(bǔ)充量由旋塞閥16的開度來控制。
本實用新型之實施例一種用于輸送含固相顆粒鉆井泥漿的離心式灌注泵，是采用上述各組件的結(jié)構(gòu)形式和連接關(guān)系裝配而成的。主要由壓水室1、吸水室2、主葉輪4、后護(hù)板3、減壓蓋5、副葉輪6、抵壓彈簧7、泵軸20、軸套8、9、填料函10、密封環(huán)11、12、軸承支撐18及泵座14等組成，吸水室2通過螺栓與壓水室1連接，壓水室1通過螺栓與泵座14連接，位于壓水室1內(nèi)的主葉輪4通過蓋形螺母裝在泵軸20的前端，后護(hù)板3與泵座14及減壓蓋5相連接。副葉輪6裝在減壓蓋5內(nèi)并通過鍵與軸套8相連接，軸套8通過鍵套裝在泵軸20上，抵壓彈簧7套裝在副葉輪6根部與軸套8的內(nèi)端面之間，軸套9套裝在泵軸20上，其與減壓蓋5之間裝有填料函10，泵軸20由前、后軸承組成的軸承支撐18所支撐。該軸承支撐還保證了主葉輪4與后護(hù)板3之間的間隙。當(dāng)本實施例離心式灌注泵工作時，由于主葉輪的旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生離心作用，主葉輪4中心處形成低壓區(qū)，含固相顆粒的泥漿通過吸水室不斷地被吸入泵體并在主葉輪的作用下徑向地向外流動的同時，獲得的動能大部分轉(zhuǎn)換成壓力能，并以一定的壓力實現(xiàn)鉆井泥漿的灌注。與主葉輪4同軸同速轉(zhuǎn)動的副葉輪6產(chǎn)生的清水壓力平衡了主葉輪及后蓋板根部處的泥漿壓力達(dá)到阻止泥漿進(jìn)入密封函的目的。
綜上所述，采用如附圖1、2、3、4、5、6所示的結(jié)構(gòu)形式，由固、液兩相介質(zhì)三元流動理論設(shè)計的壓水室、主葉輪、浮動式動力組合密封機(jī)構(gòu)為主要特征的離心式灌注泵，具有結(jié)構(gòu)合理，性能好，泵效高，密封可靠，使用壽命長，易拆卸和維修方便等特點。浮動式動力組合密封機(jī)構(gòu)與現(xiàn)有灌注泵相比，密封效果增強(qiáng)?？梢杂行У姆乐鼓酀{的泄漏，并且具有運轉(zhuǎn)可靠，幾乎不用更換填料函的特點，確保了灌注泵的長期使用。滿足在偏離額定工況，特別是在比重變化的條件下輸送含固相顆粒鉆井泥漿的需要。與3NB系列鉆機(jī)相匹配，改善了鉆井泵的吸入條件，保證了其在額定沖數(shù)下穩(wěn)定的工作。具有這種結(jié)構(gòu)，特別是本實用新型所含的浮動式動力組合密封系統(tǒng)的灌注泵也可以用作石油礦場泥漿固控設(shè)備的砂泵及化學(xué)工業(yè)、造紙、輕工業(yè)用雜質(zhì)泵。
權(quán)利要求1.一種離心式灌注泵，主要由壓水室、吸水室、后護(hù)板、主葉輪、減壓室、填料函、密封環(huán)、泵座、軸承、泵軸構(gòu)成，其特征在于吸水室2通過螺栓與壓水室1連接，壓水室1通過螺栓與泵座14連接，主葉輪4位于壓水室1內(nèi)并套裝在泵軸20的前端，后護(hù)板3與泵座14及減壓蓋5連接，副葉輪6設(shè)置在減壓蓋5內(nèi)并通過鍵與軸套8連接，軸套8通過鍵套裝在泵軸20上，抵壓彈簧7套裝在副葉輪6根部與軸套8內(nèi)端面之間，軸套9套裝在泵軸20上其與減壓蓋5之間裝有填料函10，泵軸20于由前、后軸承18組成的軸承支撐之上；其中主葉輪4的外緣至壓水室1的隔舌的徑向距離為15～25毫米，隔舌基圓直徑為主葉輪4直徑的1.15～1.17倍；主葉輪4的主葉片21為后彎半開式，即由前后兩弧面構(gòu)成，其前弧面的曲率大于后弧面兩弧面分別向內(nèi)傾斜，其靠軸心處相交，前弧面外端與主葉輪輪緣界線相切，主葉片21沿徑向均布；主葉輪的另一面是副葉片22，副葉片22沿徑向均布；浮動式動力組合密封機(jī)構(gòu)為副葉輪6通過鍵與設(shè)置在泵軸20上的軸套8相連接，并可沿軸向滑動，抵壓彈簧7設(shè)置在副葉輪6與軸套8內(nèi)端面之間，副葉輪6與后護(hù)板3近軸心相對應(yīng)位置的連接處安裝有金屬密封環(huán)11、12，整個機(jī)構(gòu)設(shè)置在減壓蓋5的腔內(nèi)，其腔內(nèi)充滿清水，填料函放置于減壓蓋5與軸套9之間并由壓蓋13壓緊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的離心式灌注泵，其特征在于主葉輪4上的主葉片21為3～7片，其寬度為40～45毫米、最厚處為30～50毫米，副葉片22為8～12片。
專利摘要離心式灌注泵是鉆機(jī)三缸泵的配套設(shè)備。主要特點是設(shè)計出的主葉輪，壓水室和吸水室等過流部件結(jié)構(gòu)，可使主葉輪，壓水室以及吸水室具有較好的水力性能和相互的匹配，減少了主葉輪徑向力和軸向力，提高了泵效軸封系統(tǒng)采用了浮動式動力組合密封結(jié)構(gòu)，密封效果好，可靠性強(qiáng)，免除了泥漿進(jìn)入密封問題。該泵可在泥漿比重變化比較大和變工況的條件下有效地輸送泥漿。并可以推廣到其他型式雜質(zhì)泵的軸密封系統(tǒng)中。
文檔編號F04D7/04GK2110730SQ9122568
公開日1992年7月22日 申請日期1991年9月30日 優(yōu)先權(quán)日1991年9月30日
發(fā)明者孟慶昆, 陳香凱, 閻旭 申請人:石油勘探開發(fā)科學(xué)研究院機(jī)械所