专利名称：离心式灌注泵的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用于输送含固相颗粒的钻井泥浆灌注泵，特别是与3NB系列三缸钻井泵配套使用的离心式灌注泵。
目前广泛使用的石油钻机用泥浆灌注泵，其主叶轮，压水室和吸水室多采用一元束流流动理论进行设计。由于这种理论是在假定了叶轮流道内的流动与无限多叶片叶道内理想流体的流动相似，流动特性只沿叶道中心线变化，不考虑流动损失的情况下进行设计的，显然这种设计方法与实际有限多叶片叶道内的三元粘性流动是不相符合的。特别是泥浆灌注泵这种输送含有固相颗粒的离心泵内更加复杂的流动状态，用一元束流流动理论进行设计，显然存在着致命的缺点叶轮叶道内的流动状态恶劣，存在很大的进口冲击损失，脱流、二次流及出口分离损失。必然造成这类泵效率比较低，工作性能不稳定，工况适应范围窄，影响与三缸钻井泵有效的配套使用。
另外，众所周知，目前使用的泥浆灌注泵均采用的是填料函密封方式，这种密封方式存在着严重的不足；即它无法阻止泥浆与填料接触，特别是在使用高比重泥浆的情况下，泥浆颗粒不可避免地进入填料密封内，随着运行时间的增加，填料受到磨损破坏造成泥浆的喷漏。更为严重的是，由此发生的固相颗粒在填料内直接磨损泵轴，是造成泵寿命降低的主要原因之一。
针对上述问题，本实用新型的目的是要提供一种结构合理，叶轮水力效率高，性能稳定，密封不易漏失，既使是在泥浆比重变化和变工况的条件下输送泥浆，仍稳定可靠地工作的离心式灌注泵。
本实用新型的任务是这样实现的由吸水室、压水室、主叶轮、后护板、减压盖体、副叶轮、抵压弹簧、密封环、泵轴、泵座、轴套、填料函、轴承支撑、清水箱和旋塞阀等组成的离心式灌注泵。其特征之处在于压水室、主叶轮和吸水室过流通道的结构，具有良好的水力特性和良好的匹配性。流动损失小，效率高，寿命长的特点；浮动式动力组合密封装置具有良好的密封效果保证了泥浆不漏失，不磨损泵轴及相应部件。
图1、本实用新型整体结构示意图。
图2、本实用新型压水室结构示意图。
图3、本实用新型主叶轮的左视图。
图4、本实用新型主叶轮主视图。
图5、本实用新型主叶轮右视图。
图6、本实用新型浮动式动力密封机构结构示意图。
以下结合
本实用新型如附图2主叶轮外缘到压水室的隔舌的径向距离为15－25毫米。隔舌基圆直径为主叶轮直径的1.15－1.17倍。压水室内腔壁为蜗形，具有这种结构特征的压水室充分满足了泥浆的流动特性，减少了径向力，改善了压水室的耐磨性能，提高了泵的使用寿命。
如附图1，本实用新型的主叶轮4位于压水室1内、吸水室2和后护板3之间，并套装在泵轴20的前端。如图3、4、5，主叶轮4上的主叶片21为后弯半开式(既由前后两弧面构成，其前弧面的曲率大于后弧面，两弧面分别向内倾斜，其一端靠轴心处相交，前弧面外端与主叶轮轮缘界线相切)，主叶片沿径向均布，叶片数为3－7片。其结构形状由固－液两相介质三元流动理论设计计算而成，具有适宜的进、出口角，叶片宽度为40－45毫米，叶片厚度最厚处为30－50毫米，其具有良好的通流和耐磨性能。主叶轮的背面有8～12条径向均布的副叶片22。采用上述结构的主叶轮配合相应结构的压水室，减少主叶轮所受到的轴向力和径向力。使泵效提高并保证灌注泵的特性不出现鸵峰，减少三缸泵吸入压力波动对灌注泵工作性能的影响。利用固－液两相介质三元流动理论设计而成的主叶轮，把流道内的流动损失减小到最低值，有利于含固相颗粒的钻井泥浆的输送，主叶轮背面的副叶片可降低后护板3轴心处的液体压力。
如附图1及附图6，本实用新型采用的是浮动式动力组合密封机构。副叶轮6通过键与设置在泵轴20上的轴套8相连接，并可沿轴向滑动。具有一定挤压力的抵压弹簧7设置于副叶轮6与轴套8内端面之间，副叶轮6与后护板3近轴心相对应位置的连接处安装有金属密封环11、12。该机构位于减压盖5的腔内，其腔内充满清水，填料函10放置于减压盖5与轴套9之间。填料函采用的是一般的浸油石棉盘根，填料函由填料压盖13压紧。当泵运转时，副叶轮6与主叶轮4同速旋，其产生的轴向力挤压弹簧7，使副叶轮6向远离主叶轮的方向运动，两金属密封环11、12不再接触，这时副叶轮6所在空腔内的清水压力在副叶轮6和后护板3近轴心的相连接处与压水室内泥浆的压力相平衡量，这样“抵住”了泥浆向减压盖内和填料函的进入，保证了运转时的密封。当停泵时，由于副叶轮6所产生的轴向力消失，抵压弹簧7又抵住副叶轮使其向主叶轮方向运动而使两金属密封环11、12接触，保证了在停泵的情况下的密封，减压盖内清水的补充是通过管路由安装在腔外的清水箱17提供，清水的补充量由旋塞阀16的开度来控制。
本实用新型之实施例一种用于输送含固相颗粒钻井泥浆的离心式灌注泵，是采用上述各组件的结构形式和连接关系装配而成的。主要由压水室1、吸水室2、主叶轮4、后护板3、减压盖5、副叶轮6、抵压弹簧7、泵轴20、轴套8、9、填料函10、密封环11、12、轴承支撑18及泵座14等组成，吸水室2通过螺栓与压水室1连接，压水室1通过螺栓与泵座14连接，位于压水室1内的主叶轮4通过盖形螺母装在泵轴20的前端，后护板3与泵座14及减压盖5相连接。副叶轮6装在减压盖5内并通过键与轴套8相连接，轴套8通过键套装在泵轴20上，抵压弹簧7套装在副叶轮6根部与轴套8的内端面之间，轴套9套装在泵轴20上，其与减压盖5之间装有填料函10，泵轴20由前、后轴承组成的轴承支撑18所支撑。该轴承支撑还保证了主叶轮4与后护板3之间的间隙。当本实施例离心式灌注泵工作时，由于主叶轮的旋转而产生离心作用，主叶轮4中心处形成低压区，含固相颗粒的泥浆通过吸水室不断地被吸入泵体并在主叶轮的作用下径向地向外流动的同时，获得的动能大部分转换成压力能，并以一定的压力实现钻井泥浆的灌注。与主叶轮4同轴同速转动的副叶轮6产生的清水压力平衡了主叶轮及后盖板根部处的泥浆压力达到阻止泥浆进入密封函的目的。
综上所述，采用如附图1、2、3、4、5、6所示的结构形式，由固、液两相介质三元流动理论设计的压水室、主叶轮、浮动式动力组合密封机构为主要特征的离心式灌注泵，具有结构合理，性能好，泵效高，密封可靠，使用寿命长，易拆卸和维修方便等特点。浮动式动力组合密封机构与现有灌注泵相比，密封效果增强。可以有效的防止泥浆的泄漏，并且具有运转可靠，几乎不用更换填料函的特点，确保了灌注泵的长期使用。满足在偏离额定工况，特别是在比重变化的条件下输送含固相颗粒钻井泥浆的需要。与3NB系列钻机相匹配，改善了钻井泵的吸入条件，保证了其在额定冲数下稳定的工作。具有这种结构，特别是本实用新型所含的浮动式动力组合密封系统的灌注泵也可以用作石油矿场泥浆固控设备的砂泵及化学工业、造纸、轻工业用杂质泵。
权利要求1.一种离心式灌注泵，主要由压水室、吸水室、后护板、主叶轮、减压室、填料函、密封环、泵座、轴承、泵轴构成，其特征在于吸水室2通过螺栓与压水室1连接，压水室1通过螺栓与泵座14连接，主叶轮4位于压水室1内并套装在泵轴20的前端，后护板3与泵座14及减压盖5连接，副叶轮6设置在减压盖5内并通过键与轴套8连接，轴套8通过键套装在泵轴20上，抵压弹簧7套装在副叶轮6根部与轴套8内端面之间，轴套9套装在泵轴20上其与减压盖5之间装有填料函10，泵轴20于由前、后轴承18组成的轴承支撑之上；其中主叶轮4的外缘至压水室1的隔舌的径向距离为15～25毫米，隔舌基圆直径为主叶轮4直径的1.15～1.17倍；主叶轮4的主叶片21为后弯半开式，即由前后两弧面构成，其前弧面的曲率大于后弧面两弧面分别向内倾斜，其靠轴心处相交，前弧面外端与主叶轮轮缘界线相切，主叶片21沿径向均布；主叶轮的另一面是副叶片22，副叶片22沿径向均布；浮动式动力组合密封机构为副叶轮6通过键与设置在泵轴20上的轴套8相连接，并可沿轴向滑动，抵压弹簧7设置在副叶轮6与轴套8内端面之间，副叶轮6与后护板3近轴心相对应位置的连接处安装有金属密封环11、12，整个机构设置在减压盖5的腔内，其腔内充满清水，填料函放置于减压盖5与轴套9之间并由压盖13压紧。
2.根据权利要求1所述的离心式灌注泵，其特征在于主叶轮4上的主叶片21为3～7片，其宽度为40～45毫米、最厚处为30～50毫米，副叶片22为8～12片。
专利摘要离心式灌注泵是钻机三缸泵的配套设备。主要特点是设计出的主叶轮，压水室和吸水室等过流部件结构，可使主叶轮，压水室以及吸水室具有较好的水力性能和相互的匹配，减少了主叶轮径向力和轴向力，提高了泵效轴封系统采用了浮动式动力组合密封结构，密封效果好，可靠性强，免除了泥浆进入密封问题。该泵可在泥浆比重变化比较大和变工况的条件下有效地输送泥浆。并可以推广到其他型式杂质泵的轴密封系统中。
文档编号F04D7/04GK2110730SQ9122568
公开日1992年7月22日 申请日期1991年9月30日 优先权日1991年9月30日
发明者孟庆昆, 陈香凯, 阎旭 申请人:石油勘探开发科学研究院机械所