在多级泵中平衡轴向力的中心衬套的制作方法

本申请要求于2016年3月8日提交的序列号为62,305,305的临时申请(代理人文件号为f-b&g-x0024//911-19.24-1)的权益，其以整体内容通过引用并入本文。

本发明涉及多级泵；更具体地，涉及用于多级泵的中心衬套。

背景技术

在多级泵中，例如，如图1所示，正常的中心衬套用作泵的不同级之间的受控泄漏点，并且用于最小化所产生的轴向推力。有时，中心衬套用作不同级之间的分隔，并且仅允许最小的平衡，尽管旋转元件和静止元件之间的泄漏点很小。存在许多轴向推力平衡方法，允许较高的力穿过中心衬套到较低的压力侧。

为了有助于平衡轴向力，较高的压力必须能够流到较低压力的区域，例如，经由平衡孔、泵出叶片，或者可以允许该压力被减小的其他类似的减少推力的设计。这些通道的引入增加了级之间的泄漏，这可能对效率产生负面影响。如果这些力没有被减小，则它可以导致轴承系统的尺寸增大。较大的轴承/框架系统可能花费更多，并且这些较大的轴承可能使用更多的功率，因此降低了整体效率。

目前，在8200系列多级泵中，总共存在八(8)个部件需要被组装以帮助减少轴向力；并且这些部件如下：

表i：8200系列多级泵的部件

由于部件的复杂性，组装和可维护性都相当困难。

有鉴于此，需要更好的方法来平衡多级泵内所产生的不均匀轴向力，例如，以便允许较高的压力流到较低压力的位置。

技术实现要素：

总之，本发明提供了新型独特的中心衬套，其在固定元件和旋转元件之间仍然具有小的受控泄漏。本发明将通过向中心衬套引入槽袋来增加泵的较高压力部分中的轴向力。在高压级的后侧上的速度被降低，这将在相应级的后侧上局部地增加压力。由于这个部分的压力正在增加，因此新的平衡方法被引入。由于高压侧上的压力由于速度降低而被增加，这有助于在不同级之间建立轴向力平衡。当多级泵设计者计算轴向力时，结果是具有大小和方向的力。取决于轴向力的方向，本发明将是在方向上可互换的。取决于推力的方向，本发明将允许放置，因此它总是可以位于所需侧上，以帮助增加局部压力，这将有助于平衡轴向力。中心衬套或设备将只需要被固定在一个位置以防止旋转，并且随着在中心衬套或设备与泵壳体之间运行紧密公差，这些紧密间隙允许去除有助于防止泄漏的o形圈特征或设备。通过使中心衬套或设备的直径与磨损圈的直径相同，直径差异不会被引入，该直径差异可以建立让轴向力作用的另一位置。而且，通过去除钻穿中心衬套的、有助于抵消轴向力的附加平衡孔，因而泄漏路径较少。通过减少泄漏路径，效率可以被提高。通过平衡轴向力，推力吸引轴承系统可以被减小。如果轴承系统被保持不减少，它将提高可靠性。如果轴承系统被减小，轴承的成本和轴承内的功率损耗都将被减少。功率的降低可以导致效率的增加。

本文所公开的原始和备选的中心衬套配置被设计为降低高压级后面的速度，这将成比例地增加相应级后面的压力。这种压力增加可以有助于抵消由于跨越级的压力升高而产生的较大轴向力，这将有助于平衡最终的轴向力。

特定实施例的示例

根据一些实施例，本发明可以采用多级泵的形式，其特征在于：

泵，具有不同级，被配置为将流体从泵吸入口泵送到泵排出口；以及

被配置在不同级之间的中心衬套，具有中心衬套侧，中心衬套侧配置有槽袋，以平衡多级泵的不同级之间的轴向力。

根据本发明的多级泵可以包括以下特征中的一个或多个：

径向形成的肋条槽袋

槽袋可以包括或者采用径向形成的肋条槽袋的形式。

通过示例的方式，中心衬套侧可以包括中心衬套表面，该中心衬套表面具有内壁、外壁和多个径向壁，所有径向壁均从中心衬套表面延伸，每个径向形成的肋条槽袋具有内壁部分、对应的外壁部分和连接内壁部分和对应的外壁部分的相邻径向壁的组合。

内壁可以包括围绕中心衬套的内边缘延伸的内圆形壁或形成其一部分。

外壁可以包括围绕中心衬套的外边缘延伸的外圆形壁或形成其一部分。

弯曲的肋条槽袋

槽袋可以包括或者采用弯曲的肋条槽袋的形式。

通过示例的方式，中心衬套表面可以包括内壁、外壁和多个弯曲的肋条壁，所有肋条壁均从中心衬套表面延伸，每个径向形成的肋条槽袋具有内壁部分、对应的外壁部分和连接内壁部分和对应的外壁部分的相邻弯曲肋条壁的组合。

挤制圆或圆形槽袋

槽袋可以包括或者采用挤制圆或圆形槽袋的形式，例如，其被形成为具有外圆柱形壁和顶表面的升高的圆柱形突起。

全长肋条槽袋

槽袋可以包括或者采用全长肋条槽袋的形式。

通过示例的方式，中心衬套表面可以包括内壁、外壁和多个全长肋条壁，所有全长肋条壁均从中心衬套表面延伸，每个径向形成的肋条槽袋具有内壁部分、对应的外壁部分和连接内壁部分和对应的外壁部分的相邻全长肋条壁的组合。

其他特征

不同级可以具有较高压力的区域/位置和对应的较低压力的区域/位置；并且槽袋可以被配置为增加较高压力的区域/位置中的轴向力。

中心衬套侧可以包括高压侧，该高压侧配置有面向较高压力的区域/位置的槽袋。

多级泵可以包括配置有孔的固定元件；并且中心衬套可以包括外圆周边缘，该外圆周边缘配置有销，以耦合到固定元件的孔中，以防止中心衬套的旋转。

固定元件可以配置有具有内径的圆周表面；并且外圆周边缘可以包括外径，该外径在尺寸上基本上与固定元件的圆周表面的内径相对应，以便基本上减少或防止不同级之间的泄漏。

不同级可以包括：

第一级，配置有较低压力的区域/位置，以及

第二级，配置有对应的较高压力的区域/位置；并且

中心衬套侧具有高压侧，该高压侧配置有面向对应的较高压力的区域/位置的槽袋。

根据一些实施例，本发明可以采用多级设备的形式，其特征在于，具有不同级的设备，被配置为提供流体；以及中心衬套被配置在不同级之间，具有中心衬套侧，该中心衬套侧配置有槽袋，以平衡多级设备的不同级之间的轴向力。多级设备可以包括或采用多级泵、风扇、鼓风机或压缩机的形式。槽袋可以包括或被配置为径向形成的肋条槽袋、或弯曲的肋条槽袋、或挤制圆或圆形槽袋、或全长肋条槽袋。

本发明的优点

通过示例的方式，本发明的优点可以包括以下：

通过允许较高的压力流到较低压力的位置，新型独特的中心衬套有助于平衡多级泵内所产生的不均匀轴向力。因此，轴向推力可以被减小并降低到可以由轴承系统处理的水平。

附图说明

不一定按比例绘制的附图，包括以下附图：

图1示出了多级泵的示意图，其在本领域中是已知的。

图2示出了根据本发明的一些实施例的具有中心衬套的多级泵的图。

图3包括图3a和图3b，其示出了根据本发明的一些实施例的具有径向形成的肋条槽袋的中心衬套的不同透视图。

图4a示出了根据本发明的一些实施例的具有弯曲的肋条槽袋的中心衬套的图。

图4b示出了根据本发明的一些实施例的具有挤制圆形肋条槽袋的中心衬套的图。

图4c示出了根据本发明的一些实施例的具有全长肋条槽袋的中心衬套的图。

附图包括附图标记和引线，它们被包括以在下面详细描述每个附图。在附图中，各图中的类似元件用类似的附图标记和引线来标记。此外，并非每个元素在每个图中都用附图标记和引线来显示和/或标记，以减少整个图形中的混乱。

具体实施方式

图2：基本发明

根据一些实施例，本发明可以采用通常被示为10的多级泵的形式，其特征在于：

具有不同级的泵，例如级泵1和级泵2，被配置为从泵吸入口ps泵送流体到泵排出口pd；以及

被配置在不同级之间的中心衬套cb，具有被标记为cbs1、cbs2、cbs3、cbs4(参见图3和图4a、图4b、图4c)的中心衬套侧，中心衬套侧配置有被标记为pkt、crp、ecp、flrp的槽袋(参见图3和图4a、图4b、图4c)，以平衡多级泵10的不同级(例如，级1和级2)之间的轴向力。

不同级可以具有如图2中所示出和所指示的较高压力的区域/位置以及如图2中所示出和所指示的对应的较低压力的区域/位置；并且槽袋(参见图3和图4a、图4b、图4c)可以被配置为增加较高压力的区域/位置中的轴向力。

中心衬套侧cbs1可以包括配置有面向较高压力的区域/位置的槽袋(例如，诸如pkt(图3)、crp(图4a)、ecp(图4b)、flrp(图4c))的高压侧，例如，对于图2中所示的多级泵，其朝向左侧。

不同级可以包括：

第一级(级1)，配置有较低压力的区域/位置，以及

第二级(级2)，配置有对应的较高压力的区域/位置；并且

中心衬套侧cbs1，包括配置有面向对应的较高压力的区域/位置的槽袋(例如，诸如pkt(图3)、crp(图4a)、ecp(图4b)、flrp(图4c))的高压侧。

图3：径向形成的肋条槽袋(pkt)

通过示例的方式，槽袋(pkt)可以被配置为径向形成的肋条槽袋。图3a、图3b示出了中心衬套cb1的中心衬套侧cbs1，其可以包括具有内壁iw、外壁ow和多个径向壁rw的中心衬套表面cbs'，多个径向壁rw都从中心衬套表面cbs'向外延伸，如图所示。通过示例的方式，每个径向形成的肋条槽袋pkt可以由内壁iw的内壁部分/段、对应的外壁ow的外壁部分/段以及连接内壁部分和对应的外壁部分的相邻径向壁rw1、rw2的组合形成。

内壁iw可以包括围绕中心衬套的内边缘延伸的内圆形壁或形成其一部分，例如，与图3a和图3b中所示的内圆形壁一致。

外壁ow可以包括围绕中心衬套的外边缘延伸的外圆形壁或形成其一部分，例如，与图3a和图3b中所示的外圆形壁一致。

通过示例的方式，在图3中，中心衬套cb1被示出配置有十二(12)个径向形成的肋条槽袋pkt。然而，本发明的范围不旨在被限于任何特定数量的径向形成的肋条槽袋。例如，本发明的范围旨在包括，并且实施例预想使用具有多于或少于十二(12)个径向形成的肋条槽袋的中心衬套，例如，包括十三(13)个径向形成的肋条槽袋、或十四(14)个径向形成的肋条槽袋等；或者备选地，十一(11)个径向形成的肋条槽袋、或十(10)个径向形成的肋条槽袋等。

图4a：弯曲的肋条槽袋crps

图4a示出了中心衬套cb2，其具有被配置为弯曲的肋条槽袋crp的槽袋。通过示例的方式，中心衬套表面可以包括内壁、外壁和多个弯曲壁，所有弯曲壁都从中心衬套表面延伸。每个弯曲的肋条槽袋可以包括内壁部分、对应的外壁部分和连接内壁部分和对应的外壁部分的相邻弯曲壁的组合。

通过示例的方式，在图4a中，中心衬套cb2被示出配置有十二(12)个弯曲的肋条槽袋。然而，本发明的范围不旨在被限于任何特定数量的弯曲的肋条槽袋。例如，本发明的范围旨在包括，并且实施例预想使用具有多于或少于十二(12)个弯曲的肋条槽袋的中心衬套，例如，包括十三(13)个弯曲的肋条槽袋、或十四(14)个弯曲的肋条槽袋等；或者备选地，十一(11)个弯曲的肋条槽袋、或十(10)个弯曲的肋条槽袋等。

图4b：挤制圆或圆形槽袋ecps

图4b示出了中心衬套cb3，其具有被配置为挤制圆形槽袋ecp形式的挤制槽袋的槽袋。通过示例的方式，在图4b中，中心衬套cb3被示出配置有三十六(36)个挤制圆或圆形槽袋，例如，被布置成十二(12)对挤制圆或圆形槽袋ecps的图案，每个被布置在中心衬套表面周围等距离，并且由被布置在其间的相应的单个挤制圆或圆形槽袋分开。然而，本发明的范围不旨在被限于任何特定数量的挤制圆或圆形槽袋。例如，本发明的范围旨在包括，并且实施例预想使用具有多于或少于三十六(36)个挤制圆或圆形槽袋的中心衬套，例如，包括三十七(37)个挤制圆或圆形槽袋、或三十八(38)个挤制圆或圆形槽袋等；或者三十五(35)个挤制圆或圆形槽袋、或三十四(34)个挤制圆或圆形槽袋等。

此外，本发明的范围不旨在被限于挤制圆或圆形槽袋的任何特定图案。例如，本发明的范围旨在包括，并且实施例预想使用具有其他类型或种类的图案的中心衬套，例如，像十八(18)对挤制圆或圆形槽袋的图案，每个都被布置成围绕中心衬套表面等距离，或者像十二(12)个三元组挤制圆或圆形槽袋的图案，每个都被布置成围绕中心衬套表面等距离，等等。

通过示例的方式，挤制槽袋ecps被示出为圆柱形突起；然而，本发明的范围不旨在被限于挤制槽袋的任何特定几何形状。本发明的范围旨在包括，并且实施例预想，挤制槽袋采用其他几何形状的形式，诸如挤制3侧或三角形槽袋、挤制4侧或矩形槽袋、挤制5侧或五角形槽袋等，以及其他挤制单侧槽袋，像椭圆形槽袋。

图4c：全长肋条槽袋flrps

图4c示出了中心衬套cb4，其具有被配置为全长肋条槽袋flrps的槽袋。通过示例的方式，在图4c中，中心衬套cb4被示出配置有六(6)个全长肋条槽袋flrps。然而，本发明的范围不旨在被限于任何特定数量的全长肋条槽袋。例如，本发明的范围旨在包括，并且实施例预想使用具有多于或少于六(6)个全长肋条槽袋的中心衬套，例如，包括七(7)个全长肋条槽袋、或八(8)个全长肋条槽袋等；或者备选地，五(5)个全长肋条槽袋、或四(4)个全长肋条槽袋等。

销p

多级泵10可以包括固定元件，例如泵壳体c的一些部分，配置有孔；并且中心衬套cb可以包括配置有销p的外圆周边缘或壁ow(图2)，以耦合到固定元件的孔中以防止中心衬套cb的旋转。

根据一些实施例，固定元件或泵壳体c的一部分可以配置有具有内径的圆周表面；并且外圆周边缘可以包括外径，该外径在尺寸上基本上与固定元件的圆周表面的内径相对应，以便基本上减少或防止不同级之间的泄漏。

槽袋的尺寸

本发明的范围不旨在被限于槽袋pkt(图3)、crp(图4a)、ecp(图4b)或flrp(图4c)的任何特定尺寸，例如，包括其长度、宽度、直径和/或深度，如本领域技术人员所理解的，这将取决于具体应用。通过示例的方式，对于多级泵应用的一种类型，槽袋pkt、crp、ecp或flrp可以配置有给定长度、宽度、直径和/或深度的一种组合；而对于多级泵应用的另一种类型，槽袋pkt、crp、ecp或flrp可以配置有相同的给定长度、宽度、直径和/或深度的另一组合。

可能的应用：

通过示例的方式，除了多级泵之外，本发明的其他可能的应用可以包括或采用风扇、鼓风机和压缩机的形式。

本发明的范围

应该理解，除非在本文中另有说明，关于本文的特定实施例所描述的任何特征、特性、备选或修改也可以被应用、使用或结合本文所描述的任何其他实施方式。而且，本文的附图不一定按比例绘制。

尽管本发明已经关于本发明的示例性实施例来描述和说明，但是在不脱离本发明的精神和范围的情况下，前述和各种其他添加和省略可以在其中进行。