專利名稱：離心泵和離心泵用的葉輪的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型通常涉及用于油田操作的潛水泵。特別地，實(shí)施例涉 及用于使流體移動通過電潛水泵的一個或多個級的方法和裝置。
背景技術(shù)：
由電機(jī)驅(qū)動的泵系統(tǒng)用于抽取或移動流體和氣體。在諸如礦井環(huán)
境的地下操作中，典型地，電潛水泵(ESP)系統(tǒng)被用于生產(chǎn)烴基流 體。不同于傳統(tǒng)的地面操作的電機(jī)，潛水泵系統(tǒng)中使用的電機(jī)需要淹沒 在井產(chǎn)流體中。該潛水泵利用電機(jī)保護(hù)裝置與周圍井產(chǎn)流體密封。
圖1中顯示了一種現(xiàn)有技術(shù)潛水泵系統(tǒng)(美國專利申請發(fā)布第 20050074331號)。該泵系統(tǒng)100位于包含諸如油的流體的地質(zhì)地層 104中的井筒12中。該井筒102由外殼106保護(hù)，外殼具有流體從 地層104流入井筒102經(jīng)過的孔108。該泵系統(tǒng)100包括具有入 口 112的離心泵110;潛水式電機(jī)114;和電機(jī)保護(hù)器116。該系統(tǒng) 100利用布置系統(tǒng)118懸掛在井筒102內(nèi)。電纜120為潛水式電機(jī) 122提供電力。當(dāng)泵取時(shí)，井筒流體被引導(dǎo)入入口單元112，并且被傳 送入離心泵110上的入口，并且出來到油管柱，用于排放到地球表 面。
在圖1中，該泵部件100位于電機(jī)部件114上方。也存在其它 配置的泵系統(tǒng)。例如，供給泵部件可采用串聯(lián)泵結(jié)構(gòu)連接到離心泵20 前。ESP系統(tǒng)還能夠具有位于電機(jī)部件下的泵部件。
除了使用泵將油泵到地面，離心泵還能夠以顛倒的位置位于井筒 中，以將流體泵到井底，例如在井筒清潔期間。

實(shí)用新型內(nèi)容
在一個方面，這里公開的實(shí)施例涉及離心泵。根據(jù)本實(shí)用新型的 一個實(shí)施例的離心泵包括旋轉(zhuǎn)軸；和附于旋轉(zhuǎn)軸的至少一個葉輪，其 中至少一個葉輪包括頂板和底板，和包圍在頂板與底板之間的多個葉片，其中多個葉片的至少一個具有尾端，包括第一表面，大致在 頂板的外部邊緣處鄰接頂板；和第二表面，大致與底板的軸向向外表面 平齊。
在另一個方面，這里公開的實(shí)施例涉及離心泵用的葉輪。根據(jù)本 實(shí)用新型的一個實(shí)施例的葉輪包括頂板和底板；和包圍在頂板與底板 之間的多個葉片，其中多個葉片的至少一個，具有尾端，包括第 一表面，大致在頂板的外部邊緣處鄰接頂板；和第二表面，大致與底板 的軸向向外表面平齊。
在另一個方面，這里公開的實(shí)施例涉及泵送流體的方法。根據(jù)本 實(shí)用新型的一個實(shí)施例的方法包括利用離心泵泵送流體，其中離心 泵，包括旋轉(zhuǎn)軸；和附于旋轉(zhuǎn)軸的至少一個葉輪，其中至少一個葉 輪包括頂板和底板；和包圍在頂板與底板之間的多個葉片，其中多 個葉片的至少一個，具有尾端，包括第一表面，大致在頂板的外部 邊緣處鄰接頂板；和第二表面，大致與底板的軸向向外表面平齊。
從下述描述和所附權(quán)利要求，本實(shí)用新型的其它方面和優(yōu)點(diǎn)將變 得明顯。


圖1顯示了現(xiàn)有技術(shù)的泵系統(tǒng)。
圖2顯示了離心泵的橫截面視圖。
圖3A顯示了現(xiàn)有技術(shù)半開葉輪的俯視圖。
圖3B顯示了封閉的葉輪。
圖4顯示了現(xiàn)有技術(shù)葉輪的側(cè)視圖。
圖5顯示了具有延伸葉片結(jié)構(gòu)的現(xiàn)有技術(shù)葉輪的部分的側(cè)視圖。 圖6顯示了根據(jù)本實(shí)用新型一個實(shí)施例的具有轂葉片結(jié)構(gòu)的葉輪 的部分的側(cè)視圖。
圖7顯示了說明傳統(tǒng)葉片、延伸葉片和轂葉片之間差別的示意圖。
應(yīng)該理解附圖僅用于說明的目的，并且作為本實(shí)用新型的范圍 或邊界的定義，其范圍將僅由所附權(quán)利要求確定。
具體實(shí)施方式
在下述描述中，許多細(xì)節(jié)被列出以提供本實(shí)用新型的理解。然 而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解到本實(shí)用新型可以沒有這些細(xì)節(jié)實(shí)踐， 并且從描述實(shí)施例的許多變化或修改是可能的。
在說明書和所附權(quán)利要求中術(shù)語"連接到"、"連接"、"與.... 連接"和"連接的"被用于意味著"與...直接連接"或"通過其它元件 與...連接"；并且術(shù)語"裝置"被用于意味著"一個元件"或"一個以 上元件"。如這里使用的，術(shù)語"上"和"下"、"上面的"和"下面 的"、"向上"禾B"向下"、"上游"和"下游"、"上方"或"下 面"和其它類似術(shù)語代表給定點(diǎn)或元件上或下的相對位置，在這種描述 中用于更清晰地描述本實(shí)用新型的一些實(shí)施例。然而，當(dāng)應(yīng)用于用于偏 離或水平的井中的設(shè)備和方法時(shí)，這種術(shù)語可指左到右、右到左或其它 適合的關(guān)系。
本實(shí)用新型的實(shí)施例涉及離心泵的部件。該離心泵可適合定位在 井筒中，或者在用于泵取流體到井上的正常位置中，或在泵取流體到井
下的顛倒位置。該離心泵可以是電潛水泵(ESP)系統(tǒng)的一部分。該離 心泵通常包括泵外殼；位于泵外殼內(nèi)的旋轉(zhuǎn)軸；位于泵外殼內(nèi)的至少 一個泵級，每個泵級包括連接到并相對于軸固定的葉輪；和固定擴(kuò)散 器；和上推軸承組件，其位于泵外殼內(nèi)，并包括連接到軸的旋轉(zhuǎn)止推盤
(thrust plate),所述旋轉(zhuǎn)止推盤與支撐到泵外殼的固定止推盤配合。 現(xiàn)在將參照附圖描述本實(shí)用新型的具體實(shí)施例。為了保持一致，多個圖 中的類似元件將由類似標(biāo)號指示。
參照圖2，根據(jù)本實(shí)用新型的一個實(shí)施例，離心泵200具有泵機(jī) 殼或外殼202。外殼202的第一端204具有凸緣206，適合連接到電 機(jī)保護(hù)器(如圖1中116所示)或電機(jī)(如圖1中114所示)。該 泵外殼202的第二端208包括諸如螺絲的互聯(lián)設(shè)備210，用于連接到 流體排放導(dǎo)管(未示出)。
旋轉(zhuǎn)軸212優(yōu)選地同軸地延伸經(jīng)過泵外殼202。該旋轉(zhuǎn)軸212 在一端包括花鍵214，用于與電機(jī)保護(hù)器、電機(jī)和/或串聯(lián)泵(未示 出)的軸動力傳輸相互連接。利用設(shè)置在外殼202中與第一端204鄰 近的第一縱向軸承216以及設(shè)置在外殼202中鄰近第二端208的第 二縱向軸承218，該軸212定中心并軸頸支撐用于旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。
至少一個泵級220被設(shè)置在第一端204與第二端208之間的外 殼202內(nèi)。該泵級220具有固定擴(kuò)散器222和合作旋轉(zhuǎn)葉輪224。 使用配合入軸212的外部表面中的縱向狹槽228中的銷或鍵226，該 葉輪224被連接到軸212，從而它們隨軸212旋轉(zhuǎn)。使用銷或鍵，該 葉輪224也被固定到軸212，以便葉輪224將通常保持在軸212 上的相同縱向位置中。
圖2中所示的泵配置被稱作固定葉輪設(shè)計(jì)，其與浮動葉輪設(shè)計(jì)不 同，其中葉輪被允許相對于軸縱向移動。該葉輪224優(yōu)選地利用套 爪環(huán)230相對于軸212固定，所述套爪環(huán)230被剛性連接到軸212 以鄰接第一 (最上部)葉輪224和下部壓緊螺帽232。
雖然該泵200顯示以沿由箭頭指示的方向向井下泵送流體，本領(lǐng) 域的技術(shù)人員將認(rèn)識到本實(shí)用新型的實(shí)施例還能夠被用于向井上泵取 流體。
圖3A顯示了現(xiàn)有技術(shù)葉輪300的俯視圖。該葉輪300包括以 出口角度304排放流體的多個葉片302。該葉輪300具有位于葉片 302之間的平衡孔306，典型地位置比到每個葉片302的壓力或凸起 側(cè)310更接近后或凹陷側(cè)308。圖3A中所示的葉輪300是半一打 開葉輪，其具有附于底板309的葉片。圖3B顯示了封閉葉輪的可選 結(jié)構(gòu)，其中葉片由頂板311和底板312包圍。在第三配置(未顯 示)中，葉輪可不具有板，并且葉片被附于中央轂上。
該旋轉(zhuǎn)葉片加速流體，并以高速排放流體，產(chǎn)生壓差以使流體運(yùn) 動到泵的下游。根據(jù)相對于旋轉(zhuǎn)軸的流動方向，離心泵可以被分成徑向 流泵、軸向流泵和混合流泵。
圖4顯示了通常用于井下離心泵中的傳統(tǒng)葉輪400的側(cè)視圖。 該葉輪400是封閉葉輪，具有頂板420和底板430。"頂部"和"底
部"如它們出現(xiàn)在圖中。多個葉片402被安裝在轂上(未顯示)。該
轂被固定到旋轉(zhuǎn)驅(qū)動軸(如圖2中的212所示)。如所示，該頂板 420具有內(nèi)部邊緣406和外部邊緣408，并且底部板430具有內(nèi)部邊 緣410。這里使用的"邊緣"指兩個平面相交的地方，并且"內(nèi)部"指 更接近葉片的側(cè)。該葉片402具有尾端412。葉片的"尾端"指離開 中央轂的端部，即軸向向外的端部。"軸向向外"意味著離開中央轂 (或軸)。如圖4所示，該尾端412可具有軸向面向外的表面。然 而，如果葉片在該端漸縮，該尾端412將是無表面的邊緣(其中兩側(cè) 表面匯合)。該尾端412在內(nèi)邊緣406處鄰接頂板420，并且在內(nèi)邊 緣410處鄰接底板430。
圖5顯示了具有"延伸"葉片502的改進(jìn)葉輪500。該葉輪502 尾端具有第一表面512和第二表面514。該兩個表面在邊緣530處鄰 接。圖4中的葉輪400和圖5中的葉輪500之間的一個差別在于 葉輪500中的附加表面514。該表面514與底板530的軸向向外表 面531大致平齊。注意與如這里使用的表面"平齊"指大致在相同 平面上的兩個表面。
圖6顯示了根據(jù)本實(shí)用新型的一個實(shí)施例的葉輪600。該葉輪 600包括封閉在頂板620和底板630之間的多個葉片602。該頂板 620具有內(nèi)部邊緣606和外部邊緣608，并且底部板具有內(nèi)部邊緣 610。該葉片602尾端具有第一表面612和第二表面614。在這個實(shí) 施例中，第一表面612經(jīng)過內(nèi)部邊緣606，并匯合頂板620的外部邊 緣608。更確切地說，第一表面612大致在外部邊緣608處鄰接頂板 620。此外，第二表面614大致與底板630的軸向向外表面631平 齊，即在相同的表面上。這種配置稱作"轂葉片"配置。
根據(jù)本實(shí)用新型的一些其它實(shí)施例，如圖6所示，第一表面612 和第二表面614不形成邊緣630。更確切地說，第一表面612和第二 表面614平滑鄰接，并且有效地變成一個彎曲表面。該單個"彎曲" 表面可鄰接頂板620的外部邊緣608和軸向向外表面631或者底板 630。
圖7顯示了說明對于圖4一6中所示的三種不同配置，葉片表面
區(qū)域變化的方式的示意圖。該頂板720具有內(nèi)部邊緣706和外部邊緣 708，并且底部板730具有內(nèi)部邊緣710。在傳統(tǒng)的葉片結(jié)構(gòu)中，葉片 702的尾表面701鄰接頂板720的內(nèi)邊緣706以及底板730的內(nèi)邊 緣710。
在延伸葉片結(jié)構(gòu)中，該葉片702具有第一表面703和第二表面 705。該第一表面703鄰接頂板720的內(nèi)邊緣706。該第二表面705 大致與底板730的軸向向外表面731平齊。
在轂葉片配置中，第一表面707經(jīng)過內(nèi)邊緣706，并鄰接頂板 720的外邊緣708;并且該第二表面705與底板730的軸向向外表面 731平齊。注意雖然這種所示實(shí)例具有第一表面707和第二表面 705，如果葉片漸縮以在該端上變?yōu)楸“澹@兩個表面可變?yōu)閮蓚€"邊 緣"。在這種場合中，這里兩個表面的描述期望包括兩個邊緣。
與傳統(tǒng)葉片結(jié)構(gòu)相比，這種延伸葉片結(jié)構(gòu)具有增加的葉片(刃) 區(qū)域709。該轂葉片配置具有進(jìn)一步增加的葉片區(qū)域711。該增加的葉 片(刃)區(qū)域?qū)⒃谶\(yùn)動流體中更有效。實(shí)際上，在實(shí)驗(yàn)研究中，與延伸 葉片配置相比，具有轂葉片結(jié)構(gòu)的葉輪在升力上具有演示的 6%的改 進(jìn)，沒有犧牲泵效率。
上面描述的實(shí)用新型具有多個優(yōu)點(diǎn)。例如，該轂葉片配置具有接 近葉片的尾端的增加的葉片(刃)區(qū)域，其中葉輪在產(chǎn)生升力最有效。 此外，本實(shí)用新型的實(shí)施例改進(jìn)了制作葉輪中涉及機(jī)加工容易性和后續(xù) 清潔操作。此外，與傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)相比，本實(shí)用新型的一些實(shí)施例可改進(jìn) 葉輪強(qiáng)度。
雖然本實(shí)用新型已關(guān)于有限數(shù)目的實(shí)施例進(jìn)行了描述，通過這個 公開，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識到可以想到不背離這里描述的范圍的 其它實(shí)施例。因此，本實(shí)用新型的范圍將僅由所附權(quán)利要求書限制。
權(quán)利要求1. 一種離心泵，其特征在于，所述離心泵包括旋轉(zhuǎn)軸；和附于旋轉(zhuǎn)軸的至少一個葉輪，其中所述至少一個葉輪包括頂板和底板；和包圍在所述頂板與所述底板之間的多個葉片，其中多個葉片的至少一個具有尾端，所述尾端包括第一表面，所述第一表面大致在頂板的外部邊緣處鄰接所述頂板；和第二表面，所述第二表面大致與所述底板的軸向向外表面平齊。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的離心泵，其特征在于所述第一表面和 所述第二表面在所述尾端處匯合以形成邊緣。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的離心泵，其特征在于所述第一表面和 所述第二表面在所述尾端處匯合以形成彎曲表面。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的離心泵，其特征在于所述葉輪的頂板 或底板包括多個平衡孔。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的離心泵，其特征在于所述泵是電潛水 泵的部分。
6. —種離心泵用的葉輪，其特征在于，所述葉輪包括 頂板和底板，和包圍在所述頂板與所述底板之間的多個葉片， 其中所述多個葉片的至少一個具有尾端，包括第一表面，所述第一表面大致在頂板的外部邊緣處鄰接所述頂板；和第二表面，所述第 二表面大致與所述底板的軸向向外表面平齊。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的離心泵用的葉輪，其特征在于所述第 一表面和所述第二表面在所述尾端處匯合以形成邊緣。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的離心泵用的葉輪，其特征在于所述第 一表面和所述第二表面在所述尾端處匯合以形成彎曲表面。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的離心泵用的葉輪，其特征在于所述頂 板或所述底板包括多個平衡孔。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種離心泵和離心泵用的葉輪。其中離心泵包括旋轉(zhuǎn)軸；和附于旋轉(zhuǎn)軸的至少一個葉輪，其中至少一個葉輪包括頂板和底板；和包圍在頂板與底板之間的多個葉片，其中多個葉片的至少一個具有尾端，包括第一表面，大致在頂板的外部邊緣處鄰接頂板；和第二表面，大致與底板的軸向向外表面平齊。
文檔編號F04D29/24GK201209589SQ200820007208
公開日2009年3月18日 申請日期2008年3月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月3日
發(fā)明者大衛(wèi)·密爾頓·伊斯林格, 諾伍德·R·哈熱爾, 馬修·R·哈克沃斯 申請人:普拉德研究及開發(fā)股份有限公司