本发明专利技术涉及一种螺杆泵(6)，包括外壳(19)、包括螺旋圆筒(10)的螺旋定子(8)，以及螺旋转子(7)，其能够在所述螺旋圆筒(10)的内部旋转。该螺旋定子(8)也包括至少一个补偿器(11)，其被布置在所述外壳(19)中，位于所述外壳(19)和所述螺旋圆筒(10)之间；所述螺旋圆筒(10)和所述补偿器(11)在垂直于该外壳的纵轴线(X-X)的方向上可变形。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】螺杆泵 本专利技术涉及一种用于螺杆式容积泵的结构，能显著的增大泵的可靠性和性能。 该螺杆泵在下面也以缩写形式称为PCP，由勒内?姆瓦诺于1930年专利技术并且当前 工业中的PCP仍然符合该基本原理。 为了描述根据本专利技术的PCP的结构，我们从显示传统PCP的操作开始，同时强调影 响了该泵的可靠性和性能的过程。 然后我们呈现根据本专利技术的PCP，以及它的操作和它的改进可靠性和性能的能力。 传统PCP的结构包括位于螺旋定子内部的金属螺旋转子，螺旋定子是弹性的（弹 性体制成）或刚性的（金属、复合材料制成）。 图2A显示根据现有技术的带有弹性螺旋定子的传统PCP的纵向横截面。图2B显 示图2A中表示的箱形区域B的放大图。 如可以在图2A和2B中看到的，带有弹性定子的传统PCPl包括位于螺旋定子3内 部的金属螺旋转子2,螺旋定子3通常为弹性体并被容纳在外壳5中。PCP的几何形状导致 在转子2和定子3之间限定了一组隔离的、固定容积的腔4,其中转子2从入口或进口（低 压力）朝着排出口或出口（高压力）移置。 在这种意义上讲，PCP是一种正向移置泵，能够传送各种产品：或多或少的粘性液 体、多相混合物（液体、气体、固体颗粒）。 弹性体的定子3在它的凹进部分具有径向厚度Hl且在它的凸出部分具有径向厚 度H2。例如，具有7cm的外径的定子3其Hl厚度为2. 5而H2厚度为1. 5。 为了确保PCPl以基本上不透流体的密封在腔4之间压缩该流体（液体和气体）， 转子2以其螺线旋转在定子3的弹性体上施加压力。考虑到定子3的受损风险，在这些泵 的工业应用中，PCP的可靠性是主要问题。 例如，石油工业在深井中使用PCP来泵抽油、水和气体的混合物，混合物中携带有 固体颗粒。在该井下的泵抽情况下，经受了复杂的热、化学以及机械过程（动态力和压力） 的定子3的弹性体膨胀，并且因此增加了由转子2施加在定子3上的力。 因此，传统PCP的使用寿命显著地降低。 使用图2A和2B中的示意图，我们可以描述传统PCP的定子3受到由转子2以它 的螺旋运动施加的力的行为。 传统PCPl的操作包括紧密接触，通过转子2和弹性材料的定子3之间的干涉配 合，这确保了两个组合的功能： -提供为泵抽该腔4所必需的从入口（低压力）到排出口（高压力）的相对不透 液体性， -通过定子3集中并传递力到外壳5。 因此，为了使腔4之间的渗漏最小，转子2在定子3上施加压缩力P1，定子3沿着过 盈长度Ll以高度hi变形，通常被称作过盈。在如上所述的情况下，此长度Ll大约为4cm。 因此，转子2和定子3之间的过盈hi提供了实质上不透流体的腔4,因此限制了渗 漏。 同时，转子2的螺旋运动在定子3上产生剪切力Ql。过盈hi越大，压缩力Pl和剪 切力Ql越大，并且定子3的受损风险越大。 实际中，采用转子2和定子3之间的初始过盈hi ;这是在可接受的应力和相对不 透流体以限制泄漏之间折衷的结果。例如，对于具有7厘米外径的上述定子3,采用0. 5_ 的初始过盈hi。 然而，在油井的井下条件下，定子3经历变化，该变化导致定子3的厚度Hl和H2 以及转子2和定子3之间的过盈hi增大。 若干现象可以导致定子3的厚度Hl和H2以及过盈hi增大。 ?第一，热力学过程导致定子3的膨胀。特别地： -井下的石油产品经常具有高温， -PCP中的气体压缩导致温度上升，特别在接近该泵抽出口的部分（高压力）， -转子2和定子3之间的摩擦也导致温度升高， -定子3的大厚度Hl限制热消散到外部，进一步促使定子3的膨胀。 ?定子3的弹性体与该泵抽流体（液体和气体）的化学反应经常导致定子3肿胀。 ?由于该泵中的压力、气体的存在导致定子3的肿胀；事实上，在该泵中的压力变 动期间，压缩气体穿透该弹性体并且作用于定子3上。 ?最后，作为过盈hi和其他因素的函数，转子2的螺旋运动和振动在定子3上产生 动态力。 在这些条件下，过盈hi是在不透流体性与转子2和定子3之间的接触力之间取得 平衡的决定性因素。 过盈hi对于压缩力Pl和剪切力Ql的影响的分析显示了定子3的受损风险。 对于此，我们采用下列符号： -E，弹性体的弹性模数（定子3) -R，转子2的半径（图2A) -C，常数 -V，转子2的转速（转数/分钟）。 通常，函数f (V)被用来指示转子2的转速V对压缩力Pl和剪切力Ql、以及转子2 和定子3之间的过盈hi的影响。 因此该解析公式表明了过盈hi和压缩力Pl以及剪切力Ql之间的关系；为了便于 解释，其他参数被集中在一起。 如可以在图2B中看到的，由转子2施加的压缩力Pl引起定子3的过盈hi。 将压缩力Pl和过盈hi关联，该粘弹性模型（Bowden)得到表达式（1、2): Pl = Cl. fl(V).hl3/2. E. R1/2 (I) hi = C2. f2 (V) · (Pl/E)2/3· ΙΓ1/3 (2) 线性近似（弹性模型，Boussinesq)有助于解释（表达式3、4): Pl = C3. f3(V). hi. R. E (3) hi = C4. f4(V). P1/(R. E) (4) 这些方程（1、2、3、4)表明当过盈hi很大时，压缩力Pl显著。另外，这些力集中在 接触表面Sl (图2B)的紧邻近处的体积内。 所以，定子的肿胀3增大了过盈hi并导致集中到接触面SI的显著压缩力P1。图 2A和2B中示出的这些接触表面S1，是定子3的弹性体的内面的表面，位置与转子2的凸出 部分相对。 方程（3、4)描述了作为压缩力Pl的结果的定子3的弹性压缩（Boussinesq)。如 果我们将弹性材料定子的刚度标识为Ks，我们发现定子3的行为等效于在常数转子转速V 时的弹簧的响应： Pl = Ks. hi hi = Pl/Ks Ks = C3. E. R (5) 转子2的螺旋运动产生剪切力Ql，其也取决于过盈hi (图2B)。该弹塑性逼近（斜 坡）引出该方程： Ql = C5. f5 (V). hi (1-hl/Hl). E. R (6) 施加于定子3的剪切力Ql是过盈hi的函数，Ql = F (hi);过盈hi越大，定子的受 损风险越大。然而，正如前面提到的那样，传统的PCPl必须具有初始的0. 5mm左右的过盈 hi来保护不透流体的腔4。考虑到油井的生产条件（热力学-化学-动态力学），该定子经 历大约5到10%的厚度Hl和H2的增加，并且，取决于弹性体的属性，过盈增加约Imm意味 着其乘以2。在这些条件下，压缩力Pl和剪切力Ql也乘以2。如由转子2的螺线旋转施加 于定子3的动态力一样，这些取决于泵的转速V ;为了在有成本效益的情况下生产（流动和 压力），PCP以200-500rpm的速度旋转。考虑到在井中的泵抽条件，弹性材料的定子3的使 用寿命被显著地减少；经验示出平均是一年，但是在3月的操作之后已经观察到定子受损。 转子的振动2取决于转子2的固有频率2和该泵的转速并且可以是非常显著的， 特别是在转子2和该转速（频率）之间发生谐振时。转子2垂直于该轴线X-X振动的幅度， 产生了增大的过盈hl，并且因此施加于定子3上的压缩力Pl和剪切力Ql也增大了。 因此，传统PCPl的操作关注转子2和定子3之间接触处的力，并且经常导致定子 3本文档来自技高网...
【技术保护点】
螺杆泵(6、20、22、27)包括：‑圆筒形外壳(19)，具有纵轴(X‑X)；所述外壳(19)在一个端部设有进口孔(14)，并且在它的相对端部设有出口孔(15)，‑螺旋定子(8、28)，被容纳在所述外壳(19)的内部；所述螺旋定子(8、28)包括具有与所述外壳(19)的所述纵轴线(X‑X)重合的中心轴线(Y‑Y)的螺旋圆筒(10、29)；‑螺旋转子(7)，适于在所述螺旋圆筒(10、29)的内部旋转，从而将流体从所述进口孔(14)朝着所述出口孔(15)移动，其特征在于所述螺旋定子(8、28)进一步包括至少一个补偿器(11、18、21、23)，所述至少一个补偿器被布置在所述外壳(19)的内部并位于所述外壳(19)和所述螺旋圆筒(10、29)之间；所述螺旋圆筒(10、29)和所述补偿器(11、18、21、23)被适配为在垂直于所述纵轴线(X‑X)的方向上变形。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.05.29 FR 12/015191. 螺杆泵（6、20、22、27)包括： -圆筒形外壳（19)，具有纵轴（X-X);所述外壳（19)在一个端部设有进口孔（14)，并且 在它的相对端部设有出口孔（15)， -螺旋定子（8、28)，被容纳在所述外壳（19)的内部；所述螺旋定子（8、28)包括具有与 所述外壳（19)的所述纵轴线（X-X)重合的中心轴线（Y-Y)的螺旋圆筒（10、29); -螺旋转子（7)，适于在所述螺旋圆筒（10、29)的内部旋转，从而将流体从所述进口孔 (14)朝着所述出口孔（15)移动， 其特征在于所述螺旋定子（8、28)进一步包括至少一个补偿器（11、18、21、23)，所述至 少一个补偿器被布置在所述外壳（19)的内部并位于所述外壳（19)和所述螺旋圆筒（10、 29)之间；所述螺旋圆筒（10、29)和所述补偿器（11、18、21、23)被适配为在垂直于所述纵 轴线（X-X)的方向上变形。2. 根据权利要求1所述的螺杆泵出、20、22、27)，其中所述螺旋转子（7)被适配为以旋 转频率旋转，并且其中所述至少一个补偿器（11、18、21、23)能够将所述螺旋转子（7)和螺 旋定子（8、28)组合件的固有频率从所述螺旋转子（7)的旋转频率解耦合；所述至少一个补 偿器（11、18、21、23)由刚性系数（K)定义，其满足下列关系： Ko ^ (1/9). M.W2 其中： -W是所述螺旋转子（7)的旋转频率， -M是所述螺旋转子（7)和所述螺旋定子（8、28)的总质量。3. 根据权利要求1和2中任一项所述的螺杆泵（6、20、22、27)，其中所述至少一个补偿 器（11、18、2...
【专利技术属性】
技术研发人员：克里斯蒂安·布拉蒂，
申请(专利权)人：克里斯蒂安·布拉蒂，
类型：发明
国别省市：法国;FR
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