[发明专利]改进型泵

说明书

技术领域

本发明涉及一种改进的泵，并且特别地并不排除再生泵。本发明还涉及一种在泵中使用的改进的叶轮，泵可以是诸如流速泵，例如用在再生泵中。本发明还涉及改进的泵的使用，诸如在电子潜水泵（ESP）中的再生泵，用于例如燃气轮机、涡轮机齿轮箱中的油泵、用于例如汽车中的燃油泵、用于例如药物分析制造或者石化处理中的工业处理应用和/或用于例如车辆灭火泵（也称为供水车）中的水泵。

背景技术

泵是在欧盟地区的工业中的电力的单个最大用户，并且在那些泵中，离心泵占据了所有泵的类型中的接近73％。

离心泵是转子动力泵，其使用转动的叶轮来增加流体的压强。在离心泵中，典型地具有4到8个叶片的叶轮转动并且增加泵送的流体的动能。然后动能通过静态的涡壳或者扩散管转换为压能。

施加到流体上的能量的数量是与叶轮的尖端的速度成比例的。叶轮转动地越快，然后在叶轮尖端的流体的速度也越快并且更大的能量传递到流体。从叶轮排出的流体的动能通过对流动产生阻力得到转化。第一阻力通过挡住流体的泵涡壳产生并且泵涡壳降低流体流速。在此排出区域，流体进一步减速并且其速度根据Bennoulli’s原理转换为压强。因此，形成的压强（当以流体的高度为单位来定义时，通常称为“水头”）与在叶轮的周边的动能大致相等。

典型地，小型（少于500gpm容量）离心泵很大程度上是低效率的，理论上这是因为当这样的泵由通常可以使用的驱动装置诸如1725rpm和3450rpm（50Hz-60Hz）的电机驱动的时候，传递到流体的速度较低。

与离心泵一样，再生泵是动力泵。然而，再生泵可以在多种应用中提供更有效的替换。

在离心泵中，流体仅仅通过离心叶轮一次。相反地，在再生泵中，流体多次通过叶轮的叶片。再生泵使用具有涡轮类型的桨叶（turbine-type blades）的叶轮，桨叶安装在沿着环绕叶轮毂盘（impeller hub）的周边的环形通路的周边。在已知的设计中，叶轮具有加工到叶轮的周边中的径向的叶片并且流体穿过开口的环形通路并通过叶轮叶片重复循环。

将排出区域从泵的抽吸部分分离的在壳体上的隔板（barrier），也称为分离板（stripper），在泵的高压和低压侧之间产生液体密封。在流动过程中或者“多级”中重复的流体循环理论上允许再生泵在相对较低的特定速度下可以产生高的水头。虽然具有模拟变容真空泵的操作特征，（包括直接与水头成比例的动力，其在切断时具有最大的动力，和水头容量的陡曲线），再生泵是动能泵，即动能通过一系列脉冲施加到流体，脉冲通过转动的叶轮叶片施加到流体。在入口，流体分开到叶轮的两侧并且在叶轮和通路之间持续循环流通。当在叶轮上的循环流体和在通路的周边流体联合，所产生的动量改变，从而产生螺线或者螺旋流体运动。

再生泵的一个主要特征是在低流速的时候可以产生高排出压强。典型地，再生泵与具有可比较的叶轮尺寸的离心泵相比明显地产生更高的水头。

有时候再生泵也称为周边泵、涡轮泵、摩擦泵、汽轮泵、牵引泵、侧槽泵、牵引泵或者涡动泵。

在要求高性能的应用中，将串联的几个再生泵连接提供多级再生泵是有利的。然而多级再生泵的构造和效率通过这样的方式描述和限定，即构成多级泵组件的不同单元可以相互连接。典型地，在再生泵中，将流体搬运到叶轮区域以及从叶轮区域搬运出液体的入口和出口从叶轮的转动轴线径向延伸。设计和功能限制传递到得到的多级泵组件上，这不仅在构造和尺寸方面，而且在性能方面，例如在将流体从一个泵单元的出口传递到另一个泵单元的入口的过程中可能会损失动能。

因此，本发明已经确定了这样的需求，需要提供一种再生泵，其具有改善的重量/尺寸比率和/或性能特征，并且其特别适于作为多级泵布置。

在使用改善的再生泵的应用例子中可以是特别重要的，其包括用于残油回收泵、用于燃气轮机的油泵和/或用于涡轮机齿轮箱的油泵，例如风力涡轮机的齿轮箱的电子潜水泵（ESP）。

在从油井中进行残油回收的过程中，起初油通过多个自然机构推进到表面。这组成了最初的回收阶段。这些机构包括在储油箱上部附近的天然气的膨胀、原油中溶解的气体的膨胀、在储油器中的重力排水和油通过自然水的向上排出。然而，最初的回收阶段一般提供了原油的接近5-15％的回收因子。

当地下压力变得不足以将油推动到油井的表面的时候，通过应用第二回收方法可以增加回收因子。典型地，这些方法包括在诸如天然气或者水的压力下或者在诸如电子潜水泵（ESP）的人工举升系统（ALS）的使用下注入流体，其中电子潜水泵插入到井底。第二回收技术的使用一般包括将回收因子增加到大约15－40％。