具有曲柄驱动装置的流程泵的制作方法

本发明涉及具有曲柄机构的流程泵。具体地，本发明涉及具有多个机筒的流程泵，每个机筒具有作为到连杆的连接元件的十字头，其中，该十字头经由连杆功能性地连接至曲轴。

背景技术：

通常，这种具有多个机筒的流程泵被用于大泵送速率泵送和/或高压泵送。这种流程泵的一个问题是相对大的空间需求，因为尤其在隔膜泵头被使用时泵头在构建方面需要彼此间隔一定的距离。流程泵是指具有固定的行程长度的摆动式容积泵。

对于已知的具有曲柄机构的流程泵，机筒被平行地串联布置并且被沿着曲轴支撑。在这种情况下，用于泵头的连接区域中的大的机筒距离还意味曲轴上大的支承跨距。对于多个机筒和大的泵头而言，并且尤其是对于隔膜泵头而言，曲轴必须相应地长。进而，这要求曲轴的特殊性能，尤其是要考虑稳定性和弯曲强度。因为上述原因以及由于高的空间要求，将产生高昂的生产和储存费用。

为了解决这一问题，ep1736666b1中建议的是，机筒彼此以扇状方式布置，使得机筒之间的竖向偏移非常小，或根本不存在竖向偏移。具体地，ep1736666b1建议将三个机筒分布在围绕曲轴的四分之一圆周上，其中，机筒彼此间具有大约为连杆的厚度的竖向偏移。替代性地，ep1736666b1中建议使用带有曲柄的连杆，使得所有机筒都位于垂直于曲轴的平面中。通过这种机筒布置，能够大幅减小针对具有这种曲柄机构的泵的空间需求，其中，同时还能够减小生产成本。

这种流程泵固有地在泵送的流体中产生高的质量加速度，使得在出于流程相关的原因的情况下旨在获得均匀的泵特性。对于多机筒泵，其为产生的总泵送速率，也就是多个单体的机筒的泵送速率产生的总泵送速率。大致均匀的总泵送速率有利地作用于泵驱动装置的扭矩特性以及尤其是有利地作用于后续组件(例如，管道)中的压力和泵送速率波动。因此，由于所述方案，合适的泵驱动装置的成本能够被保持在可管理的范围内。同时，通过节约措施来优化管道也能够使成本降低，因为可以使用较小的振动阻尼器或共振器或甚至可以完全省去它们。

ep1736666b1中建议的方案已经非常适合在所谓的fpso(floatingproductionstorage&offloading，浮式生产储存卸货)单元上使用，fpso例如在钻井船上，所述钻井船同时还处理并临时储存泵送的原油。但是，在如此使用的泵中，存在越来越要求更高的每单位面积的泵送性能。具体地，对于非常大的泵，移动部件的不平衡能够尤其有害，因为产生的动态激励能够产生问题，尤其是对于船。举例而言，这里会提到由于振动而使疲劳失效的可能性增加。

技术实现要素：

因此，本发明的目标是提供一种具有曲柄机构的流程泵，所述流程泵能够获得产生的总的泵送速率的高的均匀性，并且同时充分避免了不平衡。

上述问题通过根据权利要求1的流程泵解决。进一步有益的扩展在从属权利要求中描述。

根据本发明的流程泵具有曲柄机构以及至少三个机筒。当围绕曲柄机构观察时，这些机筒表示第一机筒、第二机筒和第三机筒。曲柄机构具有曲轴以及针对每个机筒的十字头和连杆，每个连杆具有用于接纳曲轴的大的连杆顶端。十字头经由连杆功能性地连接至所述曲轴。

相比本文开头提及的现有技术，根据本发明的流程泵的特征在于，所述曲轴形成为具有第一偏心部和第二偏心部的偏心轴，其中，所述第一机筒的连杆和第三机筒的连杆被布置在所述第一偏心部上，并且其中，所述第二机筒的连杆被布置在所述第二偏心部上，使得所述第一机筒的连杆的大的连杆顶端以及所述第三机筒的连杆的大的连杆顶端具有公共的中心轴线。换言之，第二机筒的连杆的大的连杆顶端被支撑在第二偏心部上，并且第一机筒的连杆的大的连杆顶端和第三机筒的连杆的大的连杆顶端被支撑在第一偏心部上，使得所述第一机筒的连杆的大的连杆顶端以及所述第三机筒的连杆的大的连杆顶端能够围绕公共的中心轴线枢转。

这种布置具有如下优点：对于大的流程泵以及相应高的泵性能或相应高的压力，同样获得均匀的泵送速率，并且，相比现有技术中已知的方案，由于运动部件的不平衡而产生的振动被显著减小。因此，根据本发明的流程泵在需要时仅需相对小的平衡配重来消除或最小化所产生的振动。因此，该流程泵尤其适合使用在fpso单元上并且考虑了领域内日渐增长的需求。

能够看出，根据本发明的流程泵的进一步的优点在于使用的部件能够是标准化的。这样，除了驱动链之外，曲柄机构的大致所有部件(例如，偏心轴、连杆以及十字头)都与所采用的泵头独立，并且因此不需要进行专门的改造。呈未经改变的方式的曲柄机构能够既能够用于单作用泵头也能够用于双作用泵头。这使得根据本发明的流程泵的成本显著降低，因为必要数量的单体部件适合于多种不同类型的泵。

优选地，所述流程泵具有恰好三个机筒。这样，能够获得特定的简单构造并同时实现减轻不平衡。

相配地，所述流程泵具有如下控制顺序：第一机筒-第三机筒-第二机筒。在这种情况下，如果相邻机筒的轴线彼此具有60°的角度偏移，则同样是有利的。因此，在三个机筒的情况下，产生了120°的布置，即，彼此相离最远的两个机筒的轴线之间的最大角度为120°。这里，机筒的轴线应当意指机筒的中心轴线，该中心轴线以大致垂直于曲轴或偏心轴的旋转轴线的方式延伸。具体地，如果偏心轴的两个偏心部彼此偏移180°，则这种布置具有下述优点：形成了每个机筒的单体泵送速率的120°的最优相位偏移，从而形成了产生的非常均匀的总的泵送速率。这里，轴线之间的各自的角度或角度偏移应当被理解为确定这些轴线，这些轴线被投影到布置成垂直于偏心轴的旋转轴线的公共平面，使得不考虑沿着偏心轴的可能的高的偏移。

这里，如果第一机筒的轴线和第三机筒的轴线之间的角度偏移为120°，则是有利的。因此，在第一机筒-第三机筒-第二机筒这种控制顺序的情况下，中间机筒能够被布置在最低位置，因此，除了上文体积的优点之外，尤为紧凑并且节省空间的曲柄机构以及相应的流程泵能够被实现。

优选地，两个偏心部中的至少一个(优选地，两个)被形成为偏心盘。偏斜盘具有如下优点：在运行期间，它们允许曲轴或偏心轴内的良好的力分布，使得不会发生永久疲劳断裂或类似情况。

如果第一偏心部和第二偏心部以180°的偏移布置在偏心轴上，则同样是有利的。这种类型的布置减轻了运行期间曲柄机构中的不平衡，实现了单体机筒的产生的部分泵送速率的均匀的相位偏移，并且此外，还实现了甚至更为紧凑的设计。

相配地，所述连杆各自具有连杆杆部以及用于与所述十字头功能性连接的小的连杆顶端，其中，各连杆的大的连杆顶端、连杆杆部和小的连杆顶端被形成为一体式的。这样具有下述优点：一方面，能够以合理的价格制造连杆，因为它们仅为一体式的。另一方面，还产生了易于安装的优点，因为连杆仅必须在偏心轴上的为之设置的支承表面上滑动。此外，在双作用泵头的运行期间，一体式连杆具有优点，因为，与分离式连杆不同，没有连接螺栓被装载，而连接螺栓会经历疲劳断裂。当然，这里还能设想附加地使用相应的轴承构件来对连杆进行最优的支撑，所述轴承构件例如为滚动轴承(诸如球轴承或滚子轴承)或还可以是滑动轴承。另外，连杆彼此间的轴向距离能够通过合适的滑动盘来调节。

在进一步的扩展中，偏心轴被形成为一体式。一体式偏心轴具有如下优点：导致偏心轴内的更好的力分布，因为该偏心轴不需要两个轴部件的刚性连接。另外，出于维护的目的，曲柄机构能够更容易且快速地安装和拆卸。最后，以这种方式，曲柄机构或流程泵的制造还是低成本的。

在进一步的扩展中，平衡配重被布置在所述偏心轴上。所述平衡配重用于进一步减轻或消除运行期间的不平衡，并且因此减轻或消除运行期间产生的振动。另外，通过这种方式，偏心轴的轴承的磨损也能够被减小。这里，试验显示，平衡配重能够将运行期间沿x方向和y方向(即，沿垂直于偏心轴的旋转轴线延伸的方向)产生的不平衡力减小至50％。能够设想的是，平衡配重能够经由齿系统或类似物相对于偏心轴沿径向位置设置。为了沿轴向方向设置平衡配重，可以使用合适的夹持或固定构件。尤其有利的是，如果沿偏心轴的轴向方向观察时平衡配重在第一机筒的上游布置在偏心轴的一端上，使得有关平衡配重的可能的改造能够快速且容易地完成而不需要拆卸整个曲柄机构。

合适的是，根据本发明的流程泵具有至少一个泵头，所述泵头能够根据需要而被形成为单作用或双作用泵头。优选地，所有机筒都设置有单作用或双作用泵头。单作用泵头相比双作用泵头具有下述优点：所需要的空间略微减小。因此，在针对流程泵的狭小的设置条件的情况下，这些泵头尤为合适。双作用泵头的优点在于：它们实现了双重泵送速率，因为它们沿着活塞杆的两个运动方向产生泵送动作。

优选地，至少一个泵头被形成为隔膜泵头，但是也可以设想使用活塞泵头。活塞泵头还可被设计成单作用或双作用。具体地，隔膜泵头具有的优点在于，泵送的流体被相对大气紧密地密封，并且因此防止了泵送的流体与外界环境或泵驱动装置的部件接触。当使用双作用泵头(尤其是双作用隔膜泵头)时，同时可以取得大的总泵送速率。

附图说明

在下文中，在附图中示出的示例的帮助下对本发明进行了详细的阐述。这里：

图1示意性地示出了根据本发明的具有双作用泵头的流程泵的透视图；

图2示意性地示出了贯穿图1所示的流程泵的一部分的截面；

图3示意性地示出了根据本发明的曲柄机构以及相应的连杆和十字头的透视图；

图4示意性地示出了图3所示的曲柄机构的平面图；

图5示意性地示出了贯穿图3所示的曲柄机构的截面；

图6示意性地示出了根据本发明的曲柄机构的偏心轴的侧视图；

图7示意性地示出了根据本发明的具有双作用泵头的流程泵的原理的图示；

图8示意性地示出了针对图7所示的原理的泵送速率图；

图9示意性地示出了根据本发明的具有单作用泵头的流程泵的原理的图示；以及

图10示意性地示出了图9所示的原理的泵送速率图。

具体实施方式

图1中示出了根据本发明的流程泵100。流程泵100具有三个机筒2、3、4，当顺时针或逆时针观察时分别表示为第一机筒2(图1中最靠后方的机筒)，第二机筒3(图1中的中间机筒)以及第三机筒4(图1中的前方机筒)。在下文中，被冠以“第一”、“第二”、“第三”或类似前缀的组件意味着与相应的机筒2、3、4对应。

此外，如图1所示，流程泵100具有除机筒2、3、4以外的双作用泵头102、103、104，每个双作用泵头具有两个泵盖106，通向抽吸或输送线路的管道被安装至泵盖。此外，流程泵100具有驱动装置101(例如，电动马达101a和减速器101b)以及壳体105。

图2中示出了贯穿壳体105的截面(未示出驱动装置101)。图中可看出在流程泵100的安装和工作状态下曲柄机构1如何被支撑在壳体105内。现在于下文中更加详细地阐述曲柄机构1的细节。

在图3至图5中，根据本发明的曲柄机构1分别被以不同的视图示出，并且作为一个部段。曲柄机构1具有形成为偏心轴5的一体式曲轴，三个机筒2、3、4通过该一体式曲轴驱动。在图4中，机筒2、3、4以虚线指示。机筒2、3、4各自具有活塞6、9、12，所述活塞具有活塞杆6a、9a、12a(参见图7和图9)，每个活塞杆通过十字头7、10、13连接至各个一体式连杆8、11、14。枢转连杆8、11、14通过十字头7、10、13与仅能够线性移动的活塞6、9、12连接，使得由偏心轴5的初始旋转运动引起活塞6、9、12的线性运动。如从图3至图5中能够很好地看出的，连杆8、11、14以及相配的十字头7、10、13被相同地构造。

也就是说，当围绕曲柄机构1或偏心轴5分别顺时针或逆时针观察时，即，当沿着偏心轴5的中心或旋转轴线19观察时，存在具有第一活塞6的第一机筒2，所述第一活塞通过第一十字头7和第一连杆8功能性地连接至偏心轴5。当顺时针或逆时针观察时，接下来的是具有第二活塞9的第二机筒3，第二活塞通过第二十字头10和第二连杆11功能性地连接至偏心轴5。然后，当顺时针或逆时针观察时，再接下来的是具有第三活塞12的第三机筒4，第三活塞通过第三十字头13和第三连杆14功能性地连接至偏心轴5。

连杆8、11、14各自具有大的连杆顶端8a、11a、14a、连杆杆部8b、11b、14b以及小的连杆杆部8c、11c、14c，相应的十字头7、9、11利用螺栓25布置在小的连杆杆部上。例如，这可以从根据图2和图5的截面图明显看出，其中，在这里仅针对第二机筒3示出的这种布置对于第一机筒2和第三机筒4可以相同地实现。

偏心轴5具有偏心盘形式的第一偏心部15和第二偏心部16，如图6所示。第一偏心部15和第二偏心部16以180°的偏移布置在偏心轴5上。第一连杆8的大的连杆顶端8a以及第三连杆14的大的连杆顶端14a被支撑在第一偏心部15上。仅仅第二连杆11的大的连杆顶端11a被支撑在第二偏心部16上。正如例如图5中明显看出的，通过滚动轴承(在本示例中通过圆柱滚动轴承)，大的连杆顶端8a、11a、14a被支撑在偏心轴5上，并且分别被支撑在第一偏心部15或第二偏心部16上。也可以设想使用滑动轴承。

正如尤其从图5中明显看出的，第一机筒2的连杆8与第三机筒4的连杆14之间沿着偏心轴5的轴向的距离很小并且是由滑动盘26产生。

根据本发明，第一偏心部15和第二偏心部16分别具有从偏心轴5的旋转或中心轴线19偏移的旋转轴线17和18，参见例如图5或图6。如上所述，第一机筒2和第三机筒4被第一偏心部15驱动，使得第一机筒2的连杆8和第三机筒3的连杆14具有公共的中心轴线17。

根据本发明，机筒2、3、4相对于彼此被布置成：它们的轴线20、21、22(参见图4)相对于彼此分别呈60°的角度偏移。在此处，第一机筒2与直接相邻的第二机筒3呈60°的角度偏移w1-2，其中第三机筒4与直接相邻的第二机筒3还呈60°的角度偏移w2-3。这使得第一机筒2和第三机筒3呈总共120°的角度偏移w1-3。这还导致机筒的控制顺序如下：当偏心轴5进行一圈旋转时，在控制重新开始之前，首先，第一机筒2被控制，随后第三机筒4被控制并且接下来是第二机筒3被控制。

为了应对运行期间产生的不平衡，曲柄机构1具有布置在偏心轴5上的平衡配重24。如图2所示，用于接纳平衡配重24的偏心轴5具有齿系统23，当沿轴向观察时，所述齿系统位于第一机筒2的上游。如图2所示，平衡配重24能够被放置到该齿系统23上。在曲柄机构1的安装状态，平衡配重24被置于所述齿系统23上，所述平衡配重例如能够具有拥有径向作用紧固元件的开槽端部，以将平衡配重24固定在偏心轴5上的轴向位置。此外，通过偏心轴5的齿系统23，曲柄机构1也能够被驱动。

正如图2所示的，由于一体式的偏心轴5和一体式的连杆8、11、14，曲柄机构1能够被容易地安装。为此，首先，第二机筒3的连杆11和十字头10被安装。随后，偏心轴5被安装到壳体105中，使得之后第三机筒4的连杆14和十字头13能够被安装，接下来第一机筒2的连杆8和十字头7能够被安装，最后平衡配重24能够被安装。随后，壳体105被封闭，并且根据本发明的流程泵100的其余部件被安装。

在根据本发明的流程泵100中，双作用泵头102、103、104(参见图7)或单作用泵头102a、103a、104a(参见图9)能够被用作泵头，并且尤其呈隔膜泵头的形式。根据本发明的流程泵100的优点在于：由于控制顺序“第一机筒2-第三机筒4-第二机筒3”，单作用泵头102a、103a、104a和双作用泵头102、103、104都能够被使用而无需更换曲柄机构1，并且依然实现局部泵送速率各自的120°的相位偏移。双作用泵头102、103、104的相应的原理示意性地示出在图7中，单作用泵头102a、103a、104a的相应的原理示意性地示出在图9中。

设置有双作用泵头102、103、104的机筒2、3、4中的每个的单体泵送速率以及所产生的总泵送速率在图8中示出。在横坐标上以度[°]给出了偏心轴5的位置，在纵坐标上给出泵送速率，该泵送速率通常具有单位量或每单位时间的体积[m3/h]。第一机筒2的泵送速率被示出为实线，第二机筒3的泵送速率被示出为长虚线，并且第三机筒4的泵送速率被示出为短虚线。由单体泵送速率产生的总的泵送速率被示出为粗实线。这里，能够看出，所产生的总的泵送速率是大致均匀的。

设置有单作用泵头102a、103a、104a的机筒2、3、4中的每个的单体泵送速率以及所产生的总泵送速率的相应的曲线图在图10中示出。该图示与图8中的图示大致相同，并且其可参照上文理解。并且，对于单作用泵头，能够看出，图中以灰色粗实线示出的所产生的总泵送速率非常均匀并且仅具有很小的波动。

附图标记列表

1曲柄机构

2第一机筒

3第二机筒

4第三机筒

5偏心轴

6第一机筒的活塞

6a活塞杆

7第一机筒的十字头

8第一机筒的连杆

8a大的连杆顶端

8b连杆杆部

8c小的连杆顶端

9第二机筒的活塞

9a活塞杆

10第二机筒的十字头

11第二机筒的连杆

11a大的连杆顶端

11b连杆杆部

11c小的连杆顶端

12第三机筒的活塞

12a活塞杆

13第三机筒的十字头

14第三机筒的连杆

14a大的连杆顶端

14b连杆杆部

14c小的连杆顶端

15第一偏心部

16第二偏心部

17第一机筒和第三机筒的连杆的大的连杆顶端的中心轴线/第一偏心部的中心轴线

18第二机筒的连杆的大的连杆顶端的中心轴线/第二偏心部的中心轴线

19偏心轴的中心或旋转轴线

20第一机筒的轴线

21第二机筒的轴线

22第三机筒的轴线

23齿系统

24平衡配重

25螺栓

26滑动盘

100流程泵

101驱动装置

101a电动马达

101b减速器

102第一机筒的泵头(双作用)

102a第一机筒的泵头(单作用)

103第二机筒的泵头(双作用)

103a第二机筒的泵头(单作用)

104第三机筒的泵头(双作用)

104a第三机筒的泵头(单作用)

105壳体

106泵盖

w1-2第一机筒和第二机筒之间的角度偏移

w2-3第二机筒和第三机筒之间的角度偏移

w1-3第一机筒和第三机筒之间的角度偏移