專利名稱：旋轉(zhuǎn)式泥漿泵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種非容積式工業(yè)泵，確切地說，涉及一種葉輪不旋轉(zhuǎn)，而由葉輪外側(cè)的筒體作高速旋轉(zhuǎn)的泥漿泵。
地質(zhì)勘探和油田生產(chǎn)時鉆井用的泥漿是固體顆粒和水的混和體，其輸出壓力一般在12～25兆帕(MPa)范圍內(nèi)?，F(xiàn)在通常使用的旋轉(zhuǎn)式工業(yè)泵是不能適應這種工作條件的，而單級、低速，具有較大密封環(huán)間隙的離心式泥漿泵可以泵送泥漿，但它達不到鉆井所需要的工作壓力;多級、高速離心泵可以達到鉆井所需要的工作壓力，卻又不能適應泵送這種介質(zhì)。因此，國內(nèi)外鉆井至今都仍然使用著用缸套和橡皮活塞的往復式泥漿泵。這種泵體積龐大，結(jié)構(gòu)復雜、笨重、易損件多，維修工作量大，維修的化費也大。為了維持鉆井過程的不間斷連續(xù)作業(yè)，每一套鉆機必須配備2臺泥漿泵，以防備其中一臺損壞時可以經(jīng)常進行維修而讓備用的一臺頂替正常工作。
本發(fā)明的目的是提供一種既能泵送泥漿這種介質(zhì)，又能達到鉆井所要求的工作壓力，并且結(jié)構(gòu)簡單、容易操作維護的新型結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)式泥漿泵。
本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理可結(jié)合附圖來說明之。
附

圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖2是本發(fā)明靜止柱式葉輪的結(jié)構(gòu)示意圖及液體流向示意圖。
附圖3是本發(fā)明內(nèi)外函道結(jié)構(gòu)示意圖。
如圖中所示，本發(fā)明主要由殼體1、旋轉(zhuǎn)筒體2和靜止柱式葉輪3等部件組成。其中旋轉(zhuǎn)筒體2是一個兩端分別為其轉(zhuǎn)軸和圓形通孔的中間凸出的圓柱形中空筒體，在該筒體空腔里同軸裝有靜止的圓柱狀葉輪3，在葉輪的柱狀表面有一道螺旋狀裂口一噴嘴4，噴嘴后側(cè)是呈蝸殼狀的螺旋擴壓通道(內(nèi)函道)5，葉輪3和旋轉(zhuǎn)筒體2之間的孔隙為外函道6，噴嘴的末端在葉輪中心處向外引伸構(gòu)成泵的出口7，整個筒體2被封裝在附有泵的入口8的殼體1內(nèi)。圖1還表明了本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)筒體2是由屏蔽電機9(或采用普通電機經(jīng)磁力偶合屏蔽)驅(qū)動高速旋轉(zhuǎn)，而葉輪3則固定不轉(zhuǎn)。
本發(fā)明的工作機理是在旋轉(zhuǎn)筒體一側(cè)的中心位置，由于中間有引出的出口管道，形成了泵的環(huán)形入口(其結(jié)構(gòu)與離心泵葉輪的環(huán)形入口相類似)，泥漿由泵的入口8進入泵體，再由此環(huán)形入口被吸入旋轉(zhuǎn)筒體內(nèi)，并被筒體內(nèi)的端部流道引流到筒體腔內(nèi)外壁，和被加速到筒體一樣的旋轉(zhuǎn)速度，該過程類似于離心泵中葉輪流道的加速作用。液體在泵體內(nèi)的流程分為兩種在旋轉(zhuǎn)筒體2內(nèi)形成外函道6，在靜止葉輪3內(nèi)構(gòu)成內(nèi)函道5。由于離心力的作用，泥漿在外函道由旋轉(zhuǎn)中心向筒體外壁流動時，其壓力逐漸增大，且隨其旋轉(zhuǎn)曲率半徑增大，使離心力造成的壓力也越大，并在外函中與筒體同步高速旋轉(zhuǎn)，也是隨其半徑的增大，而獲得極高的線速度以至泥漿在外函道中其絕對切向速度大體上與筒體在該位置的旋轉(zhuǎn)速度相近似。由于泥漿泵的流量大，本發(fā)明靜止葉輪制造成圓柱狀，柱面上的噴嘴也演變成一道螺旋狀的裂口(參見圖2)，其形狀與金屬切削設(shè)備上使用的圓柱形銑刀極為相似，其工作狀態(tài)也與圓周形棍銑刀切削筒狀內(nèi)圓孔時極其相象噴嘴的入口就象柱狀銑刀的刀刃，充滿了泥漿的外函就象一個高速旋轉(zhuǎn)的工件，而噴嘴凸出于圓柱面，就象銑刀刀刃切入工件的內(nèi)孔，液環(huán)在外函高速旋轉(zhuǎn)時，被切入噴嘴口的泥漿就被噴嘴“切削”下來。一區(qū)別在于銑削時是柱形銑刀高速旋轉(zhuǎn)，而工件被卡在工作臺上靜止不動的，這里卻是工件(外函里的泥漿液環(huán))高速旋轉(zhuǎn)，而柱狀銑刀(靜止柱狀葉輪)卻是固定不動的。但其相對運動的結(jié)果是同樣的被切削下來的泥漿“柱面”進入葉輪噴嘴后側(cè)的蝸殼狀內(nèi)函后，因內(nèi)函的入口到出口是逐漸開放擴大的，便把入口處的高速均勻、平緩、光滑地過渡到出口處較低的流速，根據(jù)水力學的能量轉(zhuǎn)換，將速頭差轉(zhuǎn)換成壓頭，也就是提高了泵的揚程。這樣，泥漿流出內(nèi)函，從泵的出口流出時就獲得了鉆井所需要的工作壓力。
由于噴嘴是一條螺旋形長溝，單位噴嘴截面液體與噴嘴的接觸面積較小，入口的的水力損失要比圓形或橢園形噴嘴相對要小一些。外函道內(nèi)泥漿液環(huán)與泵的芯體(即靜止葉輪的外周)之間的相對速度很高，如果液環(huán)與泵芯體直接摩擦，其摩阻是很大的。但在工作時，混合在泥漿中的氣體被逐漸游離出來，由于氣體沒有泄出口，而封閉在外函道的中心，在離心力的作用下，使外函道中的泥漿液環(huán)與芯體之間被一層氣墊11(參見圖3所示)隔開，從而有效地減少了摩擦損耗。
因為這種泵沒有密封口環(huán)，在工作介質(zhì)中允許存在粒度不大的固體顆粒，所以可以泵送泥漿。又因為在外函中液環(huán)與函道外壁的相對流速不高，不會對流道產(chǎn)生明顯的磨蝕;相對流速較大的部位只是內(nèi)柱體的柱面和噴嘴，以及內(nèi)函道的入口處，因為這些部位都是靜止的部位，工作條件比較簡單，這些部位另件的機械加工工藝也比較容易處理，只要把這些部位的表面耐蝕性處理得當，本發(fā)明就沒有什么易損件和維修工作量。與傳統(tǒng)泵作比較常規(guī)的泥漿泵有皮帶輪傳動付、齒輪傳動付、曲軸連桿機構(gòu)、拉桿十安頭及滑板機構(gòu)、缸套及活塞、進排水閥裝置(每個缸有4套閥)，共有六個運動機構(gòu)和相應的部件，而旋轉(zhuǎn)泥漿泵只有一個主要運動部件，并由屏蔽電機直接驅(qū)動之，結(jié)構(gòu)特別簡單。傳統(tǒng)的泥漿泵重量為20～30噸，一臺鉆機配裝兩臺，連同傳動裝置共約近百噸！而本發(fā)明使用時只要配裝一臺泵，重量僅為5～6噸。常規(guī)泥漿泵的易損件有三角皮帶、活塞、缸套、閥部件、拉桿、拉桿盤更、中間拉桿盤更等。這些部件除了三角皮帶和缸套外，多數(shù)都要每周進行更換，而本發(fā)明只有噴嘴是需要更換的維修部件，每次更換至少可用一年。而在安裝上本發(fā)明也體現(xiàn)其優(yōu)勢可用電機直接驅(qū)動，而不需特別的傳動機構(gòu)裝置。所以，本發(fā)明尤其適合為今后的數(shù)控電動鉆機配套，可直接采用數(shù)控電機驅(qū)動，不僅簡化了鉆機的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)免去了復雜的皮帶傳動，還可比較容易地發(fā)展成數(shù)控變工況鉆井的重要附屬裝備，為鉆井的機電一體化技術(shù)進步作出貢獻。
權(quán)利要求
1.一種旋轉(zhuǎn)式泥漿泵，其特征是由殼體、旋轉(zhuǎn)筒體和靜止柱式葉輪等部件構(gòu)成，其中旋轉(zhuǎn)筒體是一個兩端分別為其轉(zhuǎn)軸和圓形通孔的中間凸出的圓柱形中空筒體，在該筒體空腔里同軸裝有靜止的圓柱狀葉輪，在葉輪的柱狀表面有一道螺旋狀裂口一噴嘴，噴嘴后側(cè)是呈蝸殼狀的螺旋擴壓通道(內(nèi)函道)，葉輪和旋轉(zhuǎn)筒體之間的孔隙為外函道，噴嘴的末端在葉輪中心處向外引伸構(gòu)成泵的出口，整個筒體被封裝在附有泵的入口的殼體內(nèi)。
全文摘要
一種旋轉(zhuǎn)式泥漿泵，是由殼體、旋轉(zhuǎn)筒體和靜止柱式葉輪等部件組成。泥漿流入泵體后，先進入靜止葉輪與旋轉(zhuǎn)筒體的外涵道，獲得高速，并被凸出柱狀葉輪表面的螺旋狀噴嘴“切削”而進入葉輪的蝸殼狀內(nèi)涵道擴壓降速和由其軸心處出口排出泵體。屬于非容積式工業(yè)泵，既能泵送帶有粒度不大固體顆粒的泥漿，又能獲得鉆井所需的工作壓力；并且結(jié)構(gòu)簡單，維護使用方便，重量輕，易損件少，便于與數(shù)控電機配套，是傳統(tǒng)往復式泥漿泵的更新?lián)Q代產(chǎn)品。
文檔編號F04D7/00GK1065512SQ9110182
公開日1992年10月21日 申請日期1991年4月4日 優(yōu)先權(quán)日1991年4月4日
發(fā)明者石行, 曹博, 劉殿奎 申請人:北京市西城區(qū)新開通用試驗廠