專利名稱：低溫往復(fù)泵中間間隔件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及低溫往復(fù)泵中間間隔件(intermediate distance piece)。
背景技術(shù)：
為低溫液體設(shè)計的容積式往復(fù)泵或低溫往復(fù)泵通常在用于油田服務(wù)和工業(yè)應(yīng)用的便攜式設(shè)備上使用，在這些應(yīng)用中，氮作為低溫液體被輸送、泵送到更高壓力，汽化，且然后被注入到井、管線、容器中或以其它方式輸送以用于最終用途。商業(yè)制造的設(shè)計中許多由熱端、并聯(lián)的多個冷端以及將每個冷端連接到熱端的中間間隔件構(gòu)成。熱端進一步由外殼、曲軸(crankshaft)、連桿和十字頭(crosshead)構(gòu)成,十字頭將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)橛糜诶涠说木€性運動。冷端是泵主體，其包括柱塞或活塞、氣缸、氣缸頭、吸入閥和排出閥。中間間隔件將熱端與冷端熱絕緣，同時對齊冷端活塞與熱端十字頭。普通的商用冷端設(shè)計具有活塞填料密封件，其剛好位于離冷端氣缸活塞沖程長度以外?；钊盍厦芊饧乐沟蛪旱蜏氐孤┑酱髿獠⒖赡軐⒌蜏氐獓姷讲荒苋淌艿蜏氐臒岫耸诸^油封上。冷端活塞在水的冰點以下操作，因此，在中間間隔件內(nèi)暴露于環(huán)境空氣的冷端活塞的部分上可形成冰。也稱為刮擦器(wiper)的金屬刮板可以定位成鄰近與冷端氣缸相對的活塞填料密封件，以從活塞清潔污染物，主要是冰。刮擦器旨在保護活塞填料密封件不受源自積冰和其它污染物的物理損壞。當?shù)蜏赝鶑?fù)泵在其設(shè)計包絡(luò)的上部中以某一速度操作時，已證明刮擦器是有效的，但當?shù)蜏赝鶑?fù)泵以低速度操作時，已證明刮擦器是無效的?；钊盍厦芊饧３Ｊ撬苄圆牧希ǔ榫鬯姆蚁?PTFE)和諸如玻璃纖維或碳的結(jié)構(gòu)改性劑的共混物。這些材料適于在低溫下使用，但具有比活塞填料密封件所圍繞的冷端活塞大得多的熱收縮率。熱收縮之差增加了在低溫下活塞填料密封件中的應(yīng)力，從而導(dǎo)致增加的冷流變形。許多商用低溫往復(fù)泵的設(shè)計是對許多應(yīng)用的適當折衷，特別是當泵在允許除霜之前操作時間顯著少于10小時時，或者當泵在其設(shè)計速度范圍的上半部中旋轉(zhuǎn)時。然而，當泵在低速度下長時間操作時，它們的設(shè)計導(dǎo)致常見的問題。在連續(xù)操作中，冷端和中間間隔件上的冰形成物在一段時間內(nèi)繼續(xù)積聚。冰的積聚將冷端和中間間隔件圍繞活塞填料密封件的部分絕緣，并且在開始繼續(xù)操作之后幾小時內(nèi)，活塞填料密封件的溫度繼續(xù)降低。在低溫下延長的持續(xù)時間有助于活塞填料密封件中的變形，這種變形防止它們在再次變熱時密封。此外，當在足夠的速度下操作時，已經(jīng)證明普通的刮擦器對于從活塞清除因暴露于環(huán)境水蒸氣而產(chǎn)生的所有冷凝物和霜而言是有效的措施，但即使在良好的狀態(tài)下，刮擦器也往往不能除去在較低泵速度下形成于活塞上的硬白霜。此前的冷端設(shè)計已包括用于使活塞填料密封件保持明顯熱于泵送流體的裝置。各種設(shè)計的此類特征包括:伸長的維度，用于減少從活塞填料傳導(dǎo)的熱量；圍繞活塞填料的翅片，用于增加從環(huán)境空氣到活塞填料的熱傳遞；絕緣段，用于將活塞填料與泵送室內(nèi)的寒冷溫度熱絕緣；以及活塞填料密封件加熱流體夾套，其一體化到圍繞活塞填料密封件的外殼。這些特征的缺點在于，它們通常增加了低溫往復(fù)泵的尺寸，這對于安裝在卡車或拖車上而言是不可取的，并且它們使冷端的更換更加麻煩。傳統(tǒng)低溫往復(fù)泵設(shè)計的一些特征強調(diào)在泵送低溫流體時減少傳遞到該低溫流體中的熱量，以便減少必須返回到低溫儲罐的蒸氣。返回到儲罐的蒸氣增加了所儲存的低溫流體的溫度，從而減小了低溫往復(fù)泵可用的凈正吸升力(suction head)。由于低溫儲罐的操作壓力，返回的蒸氣也可直接排到大氣。這些特征限制了從熱端傳遞到冷端中的熱量，并且有時減少了直接從環(huán)境空氣通過冷端外殼傳遞到帶有真空絕緣段的泵送室的熱量。由制造商(例如，AO)、NOV HydraRi g、CS&P Technologies)指定用于油田服務(wù)應(yīng)用的許多商用低溫往復(fù)泵不使用類似的設(shè)計特征來限制到冷端中的熱傳遞，因為包括低溫往復(fù)泵的設(shè)備通常也包括低溫離心泵以增加低溫往復(fù)泵可用的凈正吸升力。此外，當在低溫往復(fù)泵內(nèi)生成的蒸氣被排到大氣時，相比面向油田應(yīng)用銷售的許多低溫往復(fù)泵的相對較高的設(shè)計速率，該量是極少的。面向油田服務(wù)應(yīng)用銷售的低溫往復(fù)泵的冷端常常允許冷端外殼內(nèi)的液氮與活塞填料密封件直接接觸。這些泵設(shè)計成防止通過中間間隔件從熱端到冷端中的過度熱傳遞，以防止熱端內(nèi)的潤滑油凍結(jié)，但這些設(shè)計不包括用于使活塞填料密封件保持在遠高于低溫流體的溫度的任何機構(gòu)或特征。面向油田服務(wù)銷售的冷端的這些設(shè)計也不允許擴大的熱傳遞表面積或在冷端上用于活塞填料密封件的加熱夾套，因為活塞填料密封件安裝在直接被中間間隔件圍繞的冷端外殼的段中。因此，用于油田應(yīng)用的低溫往復(fù)泵的活塞填料密封件在被冷端內(nèi)的相鄰構(gòu)件限制的同時經(jīng)受反復(fù)的熱膨脹和收縮，并且活塞填料密封件變形?；钊盍厦芊饧械淖冃斡袚p密封冷端外殼內(nèi)的流體的能力。因此，在本領(lǐng)域中需要一種用于加熱低溫往復(fù)泵冷端中的活塞填料密封件的裝置，其中活塞填料密封件緊密靠近低溫流體，并且其中不存在用于改善冷端以加熱活塞填料密封件的裝置。當在低操作速度下連續(xù)操作時，需要加熱活塞填料密封件的裝置來增加活塞填料密封件的壽命。

發(fā)明內(nèi)容
通過提供適于加熱活塞填料密封件的中間間隔件，以及用于當由于在低泵送速度下操作而使刮擦器不夠用時防止冰在冷端活塞上積聚的裝置，所公開的實施例滿足了本領(lǐng)域中的需求。在一個實施例中，公開了一種中間間隔件，其包括:加熱元件，用于傳遞熱量通過低溫往復(fù)泵冷端外殼以加熱活塞填料密封件；密封罩，用于將熱端十字頭機械聯(lián)接到冷端活塞本來需要的中間間隔件的進入窗；以及吹掃連接，用于通過用干熱蒸氣吹掃中間間隔件來消除中間間隔件內(nèi)的環(huán)境水蒸氣。


當結(jié)合附圖閱讀時，將更好地理解以上概述以及示例性實施例的下列詳細描述。出于說明實施例的目的，在附圖中示出了示例性構(gòu)造；然而，本發(fā)明不限于所公開的具體方法和儀器。在附圖中:
圖1是包括熱端、冷端和中間間隔件的示例性的完整的低溫往復(fù)泵組件的圖； 圖2是圖1的示例性冷端的局部剖視 圖3A是根據(jù)本發(fā)明公開的示例性中間間隔件的輪廓圖，且圖3B是圖3A中所示的相同中間間隔件的端視 圖4是根據(jù)本發(fā)明的示例性設(shè)備的圖；以及 圖5是包括根據(jù)本發(fā)明公開的中間間隔件的系統(tǒng)的示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明的實施例涉及用于低溫往復(fù)泵的中間間隔件，其包括加熱元件，該加熱元件定位成結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)的特征將熱量通過冷端的外殼傳導(dǎo)到活塞填料密封件中，現(xiàn)有技術(shù)的特征包括密封通過中間間隔件的進入窗的空氣流的蓋和用于引入干氣源以防止?jié)駳馇秩胫虚g間隔件的內(nèi)部體積的端口。密封吹掃的使用在一些低溫泵上是常見的，特別是對用于備用或連續(xù)操作的低溫離心泵而言，當外殼較冷時，這種泵必須防止在泵表面密封處形成冰。密封吹掃通過防止形成冰(其使密封件變得磨損)而提高密封件的壽命。與離心泵相反，低溫往復(fù)泵通常僅使用直接定位在填料密封件的大氣側(cè)上的塑料或金屬刮擦器，其具有鋒利邊緣以清除諸如污垢和冰的污染物來保護活塞填料密封件。由于一些原因，刮擦器在低泵送速度下移除硬白霜時變得不太有效。在更低泵送速度下，冷端活塞在吸入沖程結(jié)束時暴露于環(huán)境空氣更長時間。暴露于環(huán)境空氣更長時間增加了在活塞上冷凝的濕氣的量，并且在活塞的暴露部分行進通過刮擦器之前為結(jié)冰提供了更長的時間。較低的活塞速度相比較高的速度產(chǎn)生更少的摩擦熱，于是冷端活塞、氣缸和活塞填料密封件全部達到穿過泵的低溫流體的溫度。同樣，在低泵送速度下，泵的熱端在類似的排出壓力下比高速時傳遞更少的功率。在較低的功率吞吐量下，泵熱端將不會在遠高于環(huán)境溫度下操作，并且將通過中間間隔件傳導(dǎo)更少的熱量至活塞填料密封件。除了在低泵送速度下操作之外，低溫往復(fù)泵在低排出壓力下的操作減小了在經(jīng)過活塞環(huán)時閃蒸為蒸氣的低溫流體的比率。這種蒸氣被稱為竄漏蒸氣，并且在活塞和與冷端頭部相對的泵氣缸的端部之間流動。竄漏蒸氣必須通過冷端氣缸后部的端口離開與活塞填料密封件相鄰的區(qū)域，然后沿氣缸套的頂部行進通過縱向凹槽到排氣口。通過防止穿過冷端氣缸套周圍的凹槽的低溫液體通過氣缸套后部的端口而進給，竄漏蒸氣的充分生成在一定程度上使活塞填料密封件與密度更大的低溫液體絕緣。制造成用于油田服務(wù)的三缸和四缸構(gòu)型的低溫往復(fù)泵在中間間隔件的設(shè)計中享有類似的基礎(chǔ)，而只有極少不同。共同的設(shè)計方案需要通過在冷端外殼后半部的外徑上和中間間隔件的鼻部處的內(nèi)孔上的配合螺紋而將冷端連接到中間間隔件。當基于冷端活塞頭間隙和冷端流體端口的方向而將冷端設(shè)置在正確位置時，冷端外殼的外徑上的帶螺紋螺母緊固靠著中間間隔件的鼻部。每個中間間隔件具有隔著中間間隔件的軸線定位的兩個窗口。窗口為人員提供了通路以將冷端活塞物理聯(lián)接到熱端的十字頭。大部分泵設(shè)計不提供用于中間間隔件的窗口的制造商提供的蓋；然而，可以簡單地通過用厚塑料片纏繞在窗口上來密封窗口，或者通過將窗口蓋板制造成具有閉孔泡沫橡膠密封件而更永久地密封。用于油田服務(wù)用低溫往復(fù)泵的大部分中間間隔件設(shè)計具有鄰近熱端十字頭油封的一個或更多放泄孔。當安裝在熱端上時，放泄孔位于中間間隔件的底部，并且用來放泄任何殘余的油和水。備選地，設(shè)計有在十字頭的端部豎直對面的窗口的中間間隔件可以不具有放泄孔，因為下部窗口將放泄殘余的油和水。當帶有放泄孔的中間間隔件的窗口被密封時，不需要方便設(shè)施來排放吹掃氣體或填料泄漏物。如果不帶有放泄孔的中間間隔件被覆蓋，則下部窗口蓋必須具有端口以放泄油和水，排放吹掃氣體并在活塞填料密封件發(fā)生泄漏時防止過壓。活塞填料密封件包括多個塑料密封件，其旨在防止冷端外殼內(nèi)部的壓力通過活塞逸出。各個塑料密封件通常由金屬隔離物彼此分離。圍繞金屬隔離物的一個或更多彈性體O形環(huán)防止冷端外殼內(nèi)部的壓力在填料密封件和冷端外殼之間逸出。活塞填料密封件的所有構(gòu)件被一個或多個彈簧加載以便當材料在變冷而收縮時保持構(gòu)件密封。對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言并非顯而易見的是，增加活塞填料密封件的操作溫度將延長壽命，因為通常所用的塑性密封材料被認為適合低溫。塑料密封件通常是用諸如玻璃纖維或碳的結(jié)構(gòu)改性劑共混的PTFE，但PTFE基密封件仍然易受到稱為蠕變或冷流的現(xiàn)象的影響，在該現(xiàn)象中，由于連續(xù)的應(yīng)力，在一段時間內(nèi)緩慢地發(fā)生變形。此外，對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言并非顯而易見的是，向中間間隔件施加熱量將在活塞填料密封件的操作溫度中形成顯著的增加，因為填料密封件與循環(huán)的低溫流體緊密連通，并且冷端的不銹外殼相比鋁或銅合金或低合金鋼而言不是熱的良導(dǎo)體。活塞填料密封件中使用的塑性密封材料具有顯著高于其所密封的不銹鋼活塞的熱膨脹系數(shù)。當活塞和活塞填料密封件的溫度降低時，自由的塑料密封件的尺寸比活塞收縮更多。這增加了在操作期間活塞填料密封件內(nèi)的應(yīng)力。與降低的溫度相對應(yīng)，應(yīng)力的增加導(dǎo)致活塞填料密封件的變形率增加。在一組活塞填料密封件超出100小時的冷操作之后，活塞填料密封件在較冷時與活塞保持密封接觸，但是，當冷端停止工作并允許加熱時，活塞填料密封件的內(nèi)徑可以不與活塞連續(xù)周向接觸，并且將可能泄漏，直到再次被冷卻。最佳的是在低溫操作期間增加填料的溫度，使得活塞填料密封件在較熱時在活塞上保持密封。然而，申請人驚奇地發(fā)現(xiàn)，通過使柴油發(fā)動機冷卻劑以180度循環(huán)到鉆入中間間隔件鼻部中的孔中而向中間間隔件施加熱量，在一定程度上加熱了活塞填料區(qū)域，使得填料壓蓋的溫度在連續(xù)操作期間遠高于32 °F，這可從沒有霜和冷凝物明顯看出。申請人:還驚奇地發(fā)現(xiàn)，當泵在低速下操作兩小時以上時，加熱中間間隔件導(dǎo)致冷端活塞上的積冰增加。中間間隔件內(nèi)的局部環(huán)境的空氣中具有比中間間隔件被冰覆蓋時更高的水蒸氣含量，從而連續(xù)地冷卻緊鄰活塞的空氣并將濕氣在中間間隔件的表面上冷凝成霧或霜，活塞上的積冰增加被認為是上述情況的結(jié)果。在冷端外殼旋入中間間隔件內(nèi)的泵設(shè)計中，沒有一種提供任何措施來以高效地傳遞熱量到活塞填料密封件的方式將熱量施加到冷端。將加熱夾套在冷端外殼螺母前面添加到冷端外殼將可能導(dǎo)致顯著增加的熱量被傳遞到泵的頭部處和泵送室內(nèi)的低溫流體，從而增加氣蝕的可能性。中間間隔件必須承受力的范圍從大約15，000磅(66，723N)至超出60，000磅(266, 893N)的循環(huán)拉伸載荷。中間間隔件常常具有肋以增強沒有窗口的構(gòu)件的段。最常見的肋為鑄鐵。在窗口前面的中間間隔件的鼻部常常具有遠遠超出承受來自操作的循環(huán)載荷所需的最少量的金屬，并且該材料中的一些可以被除去而無損構(gòu)件的結(jié)構(gòu)完整性。
所公開的發(fā)明的實施例涉及為了插入加熱元件的目的而鉆入中間間隔件的鼻部中的孔。通過中間間隔件的鼻部傳導(dǎo)的熱量在對于加熱活塞填料密封件幾乎最佳的位置通過機械螺紋連接而傳導(dǎo)到冷端外殼。利用低溫往復(fù)泵的氮抽送器由一個或更多柴油發(fā)動機提供動力，這些發(fā)動機必須通過散熱器將多余的熱量從發(fā)動機冷卻劑散失到大氣。由于在正常操作期間溫度是穩(wěn)定的，并且溫度將不超過構(gòu)成活塞填料密封件的塑料和彈性體的額定溫度，因此發(fā)動機冷卻劑對于中間間隔件而言是合適的加熱介質(zhì)。優(yōu)選地，可以組裝簡單的設(shè)備以將熱的發(fā)動機冷卻劑噴射和循環(huán)到鉆孔中。來自發(fā)動機水泵排放口的熱冷卻劑可以被分流，其中小部分經(jīng)管道輸送至歧管以將冷卻劑分布至中間間隔件中的孔，而大部分則循環(huán)通過發(fā)動機冷卻劑道。循環(huán)通過中間間隔件的孔的冷卻劑可以在較低壓力下返回到一段發(fā)動機冷卻劑回路，例如發(fā)動機冷卻劑恒溫器外殼。備選地，可以將電阻加熱元件插入鉆孔中。相對于中間間隔件的鼻部內(nèi)的金屬的體積，孔提供了大量的熱傳遞面積。此外，將冷端連接到中間間隔件的機械螺紋提供了大量的表面積以將熱量從中間間隔件傳遞到冷端外殼的后部。冷端外殼后部處的熱量通過傳導(dǎo)傳遞到填料壓蓋中，并且通過輻射熱而傳遞到分隔活塞填料密封件的金屬隔離物。加熱中間間隔件而不鉆出加熱元件孔的其它備選措施包括但不限于:燃燒燃料的輻射加熱器、催化輻射加熱器、包括熱燈的電輻射加熱器以及電感應(yīng)加熱。圖1示出設(shè)計用于油田服務(wù)的常規(guī)三缸低溫往復(fù)泵100。熱端102通過三個中間段106連接到三個并聯(lián)的冷端104。為簡化起見，圖1僅示出一個冷端104和中間段106，相同的構(gòu)件與第一個構(gòu)件一致地組裝。熱端102將旋轉(zhuǎn)功率從曲軸108傳遞至十字頭110中的往復(fù)線性運動。熱端102為油潤滑的，并且油封112防止?jié)櫥鸵蛲鶑?fù)式十字頭110而逸出。低溫液體進入冷端104的吸入口(suction port) 114。大部分低溫液體通過吸入閥(未示出)進入泵送室(未示出)。在泵送室內(nèi)，活塞116遠離熱端102的運動增加了泵送室內(nèi)的低溫液體的壓力，并且液體流過排出閥(未示出)并通過排出口(dischargeport) 118離開冷端104。進入吸入口 114的小部分液體與經(jīng)活塞環(huán)(未示出)逸出的竄漏蒸氣在冷端104內(nèi)結(jié)合并通過排氣口(vent port) 120離開而返回到低溫液體儲罐(未示出)。十字頭110將往復(fù)運動通過機械聯(lián)接夾具122傳遞到活塞116。圖2示出了包括冷端104和中間間隔件106的低溫往復(fù)泵100的局部立體剖視圖。冷端104具有縱向軸線105。外殼124具有陽型機械螺紋126，其固定冷端104在中間間隔件106中的位置。外殼螺母128被擰緊以緊固機械螺紋126抵靠中間間隔件106的接合。氣缸襯套130包含泵送室132。在外殼124的內(nèi)部內(nèi)的端口 133和沿著氣缸襯套130的外部的縱向凹槽134將進入冷端104的吸入口(未示出)的小部分低溫流體引導(dǎo)至氣缸襯套130周圍以用于冷卻?；钊?16坐落在氣缸襯套130內(nèi)?；钊?16由熱端十字頭(未示出)驅(qū)動。十字頭(未示出)將用于使活塞116移動到頭部(未示出)的運動直接傳遞到旋鈕136中。十字頭(未示出)通過夾持聯(lián)接適配器138的斜緣的機械聯(lián)接夾具(未示出)而拉動活塞116遠離頭部(未示出)。旋鈕136和聯(lián)接適配器138之間的徑向和軸向公差允許有限的移動自由，使得徑向載荷不從十字頭(未示出)傳遞到活塞116。
活塞116在氣缸襯套130內(nèi)被兩個導(dǎo)向帶140引導(dǎo)。圖2示出兩個導(dǎo)向帶140均位于活塞環(huán)142的相對端上；然而，在其它實施例中，導(dǎo)向帶140也可以沿活塞116定位在其它位置處?；钊h(huán)142抵靠氣缸襯套130密封活塞116，以防止泵送室132中的低溫液體在較高壓力下流過活塞116。經(jīng)過活塞環(huán)142的泄漏通常形成流入環(huán)形空間144中的低溫液體和蒸氣的混合物。環(huán)形空間144內(nèi)的壓力被活塞填料密封件146密封而不泄漏到大氣?；钊盍厦芊饧?46抵靠活塞116上的硬鉻鍍層148進行密封?；钊盍厦芊饧?46被填料壓蓋150 (packing gland)抵靠填料彈簧152緊固。填料彈簧152保持活塞填料密封件146密封，因為它們在從環(huán)境溫度冷卻至低溫溫度時比外殼124收縮得更多。由于冷凝、凍結(jié)和升華而聚集在硬鉻鍍層148上的濕氣以及來自空氣的其它顆粒污染物可能對活塞填料密封件146造成損壞。保持在填料壓蓋150內(nèi)的刮擦器154旨在當活塞116被十字頭(未示出)推動時清除硬鉻鍍層148的濕氣和污染物。環(huán)形空間144內(nèi)的低溫液體和蒸氣的混合物必須穿過氣缸襯套130的端部上的限制開口 156而進入氣缸襯套130周圍的縱向凹槽134中。在縱向凹槽134內(nèi)，來自端口 133的冷卻流體與來自環(huán)形空間144的流體混合，并且通過排氣口 120離開外殼124并返回到低溫液體儲罐(未示出)。圖3A和圖3B不出了根據(jù)本發(fā)明的中間間隔件106。圖3A是根據(jù)本發(fā)明公開的不例性中間間隔件的輪廓圖。圖3B是根據(jù)本發(fā)明公開的示例性中間間隔件的端視圖。中間間隔件106包括凸緣158，其帶有安裝孔160以經(jīng)由螺栓連接(未示出)將中間間隔件106安裝到熱端(未示出)。冷端(未示出)通過孔162安裝到中間間隔件106內(nèi)并用陰型機械螺紋164固連。中間間隔件106還包括在中間間隔件106的相對側(cè)上的兩個窗口 166和168，其允許進入以將冷端活塞(未示出)聯(lián)接到熱端十字頭(未示出)。肋170加強中間間隔件106以在從十字頭(未示出)到冷端活塞(未示出)的循環(huán)載荷下操作。所示的中間間隔件106具有在十字頭油封(未示出)下方的放泄孔172和174。放泄孔172和174防止來自十字頭油封(未示出)的油滲和在中間間隔件106內(nèi)部冷凝的濕氣匯聚在中間間隔件106的底部中。加熱口 176和178為彼此的鏡像，并且由凹孔180、內(nèi)孔182和錐管螺紋184構(gòu)成。凹孔180被銑削成提供與等分窗口 166和168的平面相平行的平坦表面以用于鉆出內(nèi)孔182。內(nèi)孔182在中間間隔件106的鼻部的最寬部分附近鉆出，并且垂直于等分中間間隔件106的窗口 166和168的平面。內(nèi)孔182被定位成使得它們延伸遠超出等分窗口 166和168的平面而不鉆通中間間隔件106的鼻部，并且不與用于安裝冷端(未示出)的孔162相交。在鉆出內(nèi)孔182之后，在內(nèi)孔182的頂部攻出錐管螺紋184，以允許安裝用于內(nèi)孔182內(nèi)的冷卻劑循環(huán)的配件組件(未示出)。圖4示出根據(jù)本發(fā)明的配件組件186。配件組件186由90度金屬螺紋管彎頭188組成。彎頭188具有孔190，孔190鉆成與一個軸線同心且直徑略大于金屬管192。金屬管192被插入通過鉆入彎頭188中的孔190，并且兩個構(gòu)件通過例如硬釬焊或焊接而接合，這具體取決于所用合金。帶螺紋的管接頭194旋入彎頭188的端口中，管192已通過該端口被固定，并且通過例如焊接或硬釬焊而將螺紋連接密封。粗線196以螺旋圖案纏繞在從彎頭188的端口突出的管192的端部周圍，并且線196的兩端通過例如硬釬焊或焊接而接合到管192。通過例如將螺紋管密封劑施加到管接頭194的暴露螺紋，并且將配件組件186旋入加熱口 176中，從而將一個配件組件186連接到在低溫往復(fù)泵上的中間間隔件的圖3B的每個加熱口 176。圖5示出了使用發(fā)動機冷卻劑作為在根據(jù)本發(fā)明的中間間隔件加熱口中的加熱流體的系統(tǒng)200。功率單元202包括帶有冷卻劑泵206的柴油發(fā)動機204、恒溫器外殼220和散熱器222。中間間隔件106的剖視圖示出為貫穿加熱口 176和178的軸線。來自冷卻劑泵206的發(fā)動機冷卻劑流被分成流過發(fā)動機冷卻劑通道(未示出)的大部分、通過冷卻劑供應(yīng)軟管208輸送的小部分以及通過柔性軟管240輸送的小部分。來自冷卻劑供應(yīng)軟管208的小部分發(fā)動機冷卻劑供給分配歧管210，以在中間間隔件106以及低溫往復(fù)泵的所有平行的相同中間間隔件(未示出)的兩個加熱口 176和178之間分開發(fā)動機冷卻劑流。分配歧管210用柔性軟管211連接到配件組件186并用柔性軟管212連接到配件組件187。發(fā)動機冷卻劑流在加熱口 176的底部從配件組件186排出，在底部，冷卻劑流的方向反轉(zhuǎn)而沿加熱口 176的壁流動。在與加熱口 176的較冷壁接觸的同時，冷卻劑將熱量傳遞到中間間隔件106的鼻部中。冷卻劑通過配件組件186流回到柔性軟管214中。冷卻劑以與加熱口 176相同的方式流過配件組件187和加熱口 178，并且被排出至柔性軟管224。來自柔性軟管214和224的冷卻劑流入合并的歧管216中。合并的歧管216使所有冷卻劑通過冷卻劑返回軟管218返回，以在恒溫器外殼220處返回到功率單元202。在恒溫器外殼220內(nèi)，返回的冷卻劑與循環(huán)通過柴油發(fā)動機204的冷卻劑流混合，并且被引導(dǎo)到散熱器222或直接到冷卻劑泵206。低溫儲罐226包含低溫液氮并具有冷氣態(tài)氮的蒸氣空間。在一些實施例中，低溫儲罐226可以是用來將低溫流體引入系統(tǒng)100中的相同低溫流體源，或者可以使用單獨的低溫儲罐。在該實施例中，冷氮蒸氣通過管道228從低溫儲罐226的蒸氣空間流至換熱器230。流過柔性軟管240的小部分發(fā)動機冷卻劑在換熱器230中將熱量傳遞到冷氮蒸氣中，在這里，冷氮蒸氣被加熱到環(huán)境溫度以上。發(fā)動機冷卻劑通過柔性軟管242從換熱器230返回到恒溫器外殼220。離開換熱器230的熱氮蒸氣通過柔性軟管232流入窗口蓋236的吹掃口 234并進入中間間隔件106內(nèi)的開放空間中。中間間隔件106的相對窗口用窗口蓋238密封。中間間隔件106的開放空間內(nèi)的環(huán)境水蒸氣用熱氮蒸氣通過放泄孔(未示出)并通過中間間隔件106的機械螺紋(未示出)吹出到大氣。環(huán)境水蒸氣和熱氮蒸氣也可通過窗口蓋236和238與中間間隔件106的鄰接表面之間的缺陷逸出。熱氮蒸氣稀釋中間間隔件106中的開放空間內(nèi)的水蒸氣的濃度，以防止水蒸氣在于中間間隔件106內(nèi)往復(fù)運動的冷端活塞(未示出)的表面上冷凝、升華和凍結(jié)。本發(fā)明的另外的方面。方面I。一種用于泵送低溫流體的往復(fù)泵組件，該組件包括:熱端，其具有曲軸和十字頭；至少一個冷端，每個冷端具有活塞、泵送室、吸入口、排氣口和排出口 ；至少一個聯(lián)接器，每個聯(lián)接器將熱端連接到至少一個冷端中的一個；以及至少一個中間間隔件，該至少一個中間間隔件中的每一個連接到熱端且連接到至少一個冷端中的一個，與至少一個冷端中的一個的一部分重疊，并且具有至少部分地包含在其中的至少一個加熱元件，該至少一個加熱元件可操作地設(shè)置成允許流體循環(huán)通過至少一個加熱元件。方面2。根據(jù)方面I所述的往復(fù)泵組件，其中，至少一個冷端中的每一個還包括至少一個活塞填料密封件，并且其中，至少一個加熱元件中的每一個位于第一縱向位置，該第一縱向位置與至少一個活塞填料密封件的第二縱向位置至少部分地重疊，第一和第二縱向位置沿至少一個冷端的縱向軸線定位。方面3。根據(jù)方面2所述的往復(fù)泵組件，其中，至少一個加熱元件包括第一加熱元件和第二加熱元件，并且其中，至少一個活塞填料密封件的至少一部分位于第一加熱元件和第二加熱元件之間。方面4。根據(jù)方面I至3中的任一項所述的往復(fù)泵組件，其中，至少一個中間間隔件中的每一個還包括形成于其中的至少一個窗口和用于至少一個窗口中的每一個的蓋，該至少一個窗口使得能夠從至少一個中間間隔件外部進入至少一個聯(lián)接器中的一個。方面5。根據(jù)方面I至4中的任一項所述的往復(fù)泵組件，還包括具有冷卻系統(tǒng)的內(nèi)燃機，其中，流體為循環(huán)通過內(nèi)燃機的冷卻系統(tǒng)的冷卻劑。方面6。根據(jù)方面5所述的往復(fù)泵組件，其中，內(nèi)燃機可操作地設(shè)置成驅(qū)動曲軸。方面7。根據(jù)方面I至6中的任一項所述的往復(fù)泵組件，還包括位于至少一個中間間隔件中的每一個上的吹掃口，該吹掃口連接到低溫流體供應(yīng)，其中，至少一個中間間隔件中的每一個限定內(nèi)部體積，并且吹掃口可操作地設(shè)置成將低溫流體噴入內(nèi)部體積中。方面8。根據(jù)方面I至7中的任一項所述的往復(fù)泵組件，還包括:位于至少一個中間間隔件中的每一個上的吹掃口，該吹掃口與低溫流體供應(yīng)流動連通；以及換熱器，其可操作地設(shè)置成對抗冷卻劑加熱低溫流體；其中，至少一個中間間隔件中的每一個限定內(nèi)部體積，并且吹掃口可操作地設(shè)置成將低溫流體噴入內(nèi)部體積中。方面9。一種方法，包括:(a)使用往復(fù)泵組件泵送第一低溫流體，該往復(fù)泵組件包括:熱端，其具有曲軸和十字頭；至少一個冷端，每個冷端具有活塞、泵送室、吸入口、排氣口和排出口 ；至少一個聯(lián)接器，其將熱端連接到至少一個冷端中的一個；至少一個中間間隔件，該至少一個中間間隔件中的每一個連接到熱端和至少一個冷端中的一個，并且與熱端的一部分和冷端的一部分重疊；以及(b)在步驟(a)的執(zhí)行的至少一部分期間，使流體循環(huán)通過位于至少一個中間間隔件中的每一個中的至少一個加熱元件。方面10。根據(jù)方面9所述的方法，其中，步驟(b)包括使具有高于環(huán)境溫度的溫度的流體循環(huán)通過位于至少一個中間間隔件中的每一個中的至少一個加熱元件。方面11。根據(jù)方面9或10中的任一項所述的方法，還包括:(C)在步驟(a)正在執(zhí)行的同時，覆蓋位于至少一個中間間隔件中的每一個上的任何窗口。方面12。根據(jù)方面9至11中的任一項所述的方法，還包括:(d)使流體循環(huán)通過內(nèi)燃機的冷卻系統(tǒng)。方面13。根據(jù)方面12所述的方法，還包括:(e)用內(nèi)燃機驅(qū)動曲軸。方面14。根據(jù)方面9至13中的任一項所述的方法，還包括:(f)使用第二低溫流體吹掃由至少一個中間間隔件中的每一個限定的內(nèi)部體積。方面15。根據(jù)方面12所述的方法，還包括:(g)使用第二低溫流體吹掃由至少一個中間間隔件中的每一個限定的內(nèi)部體積；以及(h)在步驟(g)中使用第二低溫流體之前對抗冷卻劑加熱第二低溫流體。方面16。一種包括用于泵送低溫流體的往復(fù)泵組件的系統(tǒng)，該組件包括:熱端，其具有曲軸和十字頭；至少一個冷端，每個冷端具有活塞、至少一個活塞填料密封件、泵送室、吸入口、排氣口、排出口和縱向軸線；至少一個聯(lián)接器，每個聯(lián)接器將熱端連接到至少一個冷端中的一個；以及至少一個中間間隔件，其具有形成于其中的至少一個窗口和用于至少一個窗口中的每一個的蓋，該至少一個窗口使得能夠從至少一個中間間隔件外部進入至少一個聯(lián)接器中的一個，該至少一個中間間隔件中的每一個連接到熱端且連接到至少一個冷端中的一個，與至少一個冷端中的一個的一部分重疊，并且在縱向位置處具有至少部分地包含在其中的第一和第二加熱元件，該縱向位置至少部分地與至少一個活塞填料密封件的縱向位置重疊；以及內(nèi)燃機，其具有與至少一個加熱元件中的每一個流動連通的冷卻系統(tǒng)，以使得冷卻劑流體能夠循環(huán)通過內(nèi)燃機的冷卻系統(tǒng)和至少一個加熱元件中的每一個，內(nèi)燃機可操作地設(shè)置成驅(qū)動曲軸。方面17。根據(jù)方面16所述的系統(tǒng)，還包括位于至少一個中間間隔件中的每一個上的吹掃口，吹掃口連接到低溫流體供應(yīng)，其中，至少一個中間間隔件中的每一個限定內(nèi)部體積，并且吹掃口可操作地設(shè)置成將低溫流體噴入內(nèi)部體積中。方面18。根據(jù)方面16或17中任一項所述的系統(tǒng)，還包括換熱器，其可操作地設(shè)置成對抗冷卻劑流體加熱低溫流體。示例。A⑶3-LMPD三缸低溫往復(fù)泵的三個中間間隔件中的一個通過在中間間隔件的鼻部中銑入兩個直徑7/8" (22.2mm)的凹孔而被修改。從凹孔中的每一個鉆出兩個直徑23/32" (18.3mm)的孔，從凹孔的底部起直到深度2-1/2" (63.5mm)處。每個孔的頂部攻出1/2〃 NPS (15DN)的 NPT 螺紋。由直徑3/8〃 (9.5mm)的304不銹鋼無縫管、1/2〃 NPS (15DN) NPTF陰型螺紋90度黃銅彎頭以及1/2〃 NPS (15DN) Schedule 80紅黃銅兩端螺紋管接頭構(gòu)成兩個配件組件。通過銀硬釬焊來接合配件。3/8" (9.5_)管延伸超出螺紋接口大約3" (76.2_)。配件被組裝到中間間隔件加熱器口中并用PTFE螺紋密封劑進行密封。將中間間隔件安裝在氮抽送單元的3-LMPD熱端上。將冷端安裝在帶有加熱口和配件組件的中間間隔件中。在前測試期間，經(jīng)確定，在低速和低排出壓力下操作2小時內(nèi)，冷端開始從活塞填料密封件循環(huán)地泄漏冷氮蒸氣。此時，當?shù)樗推鞯牟裼桶l(fā)動機起動時，發(fā)動機冷卻劑循環(huán)通過中間間隔件的加熱口和配件組件。冷端冷卻并開始以50 rpm的低速率和小于100psig(689 kPa)的低排出壓力泵送。在I小時內(nèi)，觀察到冷氮蒸氣從活塞填料密封件循環(huán)泄漏。在沒有加熱中間間隔件的情況下，在活塞的硬鉻鍍層上可見的白霜比在前操作期間更快地形成；然而，在中間間隔件的內(nèi)表面上既未觀察到霜，也未觀察到冷凝物。在不加熱中間間隔件的情況下，在冷端填料壓蓋附近的中間間隔件的整個內(nèi)表面通常被霜覆蓋。在關(guān)閉泵并允許其加熱至環(huán)境溫度之后，通過將涂有乙烯的聚酯織物蓋施加到帶有加熱口和配件組件的中間間隔件的窗口而進一步進行試驗。用粘合帶在窗口的邊緣周圍密封蓋。來自氮抽送單元上的低溫儲罐的氮蒸氣通過硬釬焊板式換熱器而被熱的發(fā)動機冷卻劑加熱到環(huán)境溫度以上。加熱的氮蒸氣行進通過管進入窗口蓋中的一個中而吹掃中間間隔件的內(nèi)部。吹掃氮氣的流率被控制在I至5 SCFM (28.4至142.1 SLPM)之間。然后將冷端冷卻并在相同的速率和壓力下再次操作四小時。在此時段期間，定期揭開窗口蓋以檢查冷端的后部。在活塞的硬鉻鍍層上無白霜形成，并且不存在通過活塞填料密封件泄漏的可見的氮。
下表I呈現(xiàn)了試驗的結(jié)果:
表 I
權(quán)利要求
1.一種用于泵送低溫流體的往復(fù)泵組件，所述組件包括: 熱端，其具有曲軸和十字頭； 至少一個冷端，每個冷端具有活塞、泵送室、吸入口、排氣口和排出口； 至少一個聯(lián)接器，每個聯(lián)接器將所述熱端連接到所述至少一個冷端中的一個；以及 至少一個中間間隔件，所述至少一個中間間隔件中的每一個連接到所述熱端且連接到所述至少一個冷端中的一個，與所述至少一個冷端中的所述一個的一部分相重疊，并且具有至少部分地包含在其中的至少一個加熱元件，所述至少一個加熱元件可操作地設(shè)置成允許流體循環(huán)通過所述至少一個加熱元件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的往復(fù)泵組件，其特征在于，所述至少一個冷端中的每一個還包括至少一個活塞填料密封件，并且其中，所述至少一個加熱元件中的每一個位于第一縱向位置，所述第一縱向位置與所述至少一個活塞填料密封件的第二縱向位置至少部分地重疊，所述第一和第二縱向位置沿所述至少一個冷端的縱向軸線定位。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的往復(fù)泵組件，其特征在于，所述至少一個加熱元件包括第一加熱元件和第二加熱元件，并且其中，所述至少一個活塞填料密封件的至少一部分位于所述第一加熱元件和所述第二加熱元件之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的往復(fù)泵組件，其特征在于，所述至少一個中間間隔件中的每一個還包括形成于其中的至少一個窗口和用于所述至少一個窗口中的每一個的蓋，所述至少一個窗口使得能夠從所述至少一個中間間隔件外部進入所述至少一個聯(lián)接器中的一個。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的往復(fù)泵組件，其特征在于，還包括具有冷卻系統(tǒng)的內(nèi)燃機，其中，所述流體為循環(huán)通過所述內(nèi)燃機的冷卻系統(tǒng)的冷卻劑。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的`往復(fù)泵組件，其特征在于，所述內(nèi)燃機可操作地設(shè)置成驅(qū)動所述曲軸。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的往復(fù)泵組件，其特征在于，還包括位于所述至少一個中間間隔件中的每一個上的吹掃口，所述吹掃口連接到低溫流體供應(yīng)，其中，所述至少一個中間間隔件中的每一個限定內(nèi)部體積，并且所述吹掃口可操作地設(shè)置成將所述低溫流體噴入所述內(nèi)部體積中。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的往復(fù)泵組件，其特征在于，還包括: 吹掃口，其位于所述至少一個中間間隔件中的每一個上，所述吹掃口與低溫流體供應(yīng)流動連通；以及 換熱器，其可操作地設(shè)置成對抗所述冷卻劑加熱所述低溫流體； 其中，所述至少一個中間間隔件中的每一個限定內(nèi)部體積，并且所述吹掃口可操作地設(shè)置成將所述低溫流體噴入所述內(nèi)部體積中。
9.一種方法，包括: (a)使用往復(fù)泵組件泵送第一低溫流體，所述往復(fù)泵組件包括:熱端，其具有曲軸和十字頭；至少一個冷端，每個冷端具有活塞、泵送室、吸入口、排氣口和排出口 ；至少一個聯(lián)接器，其將所述熱端連接到所述至少一個冷端中的一個；至少一個中間間隔件，所述至少一個中間間隔件中的每一個連接到所述熱端，到所述至少一個冷端中的一個，并且與所述熱端的一部分和所述冷端的一部分重疊；以及 (b)在步驟(a)的執(zhí)行的至少一部分期間，使流體循環(huán)通過位于所述至少一個中間間隔件中的每一個中的至少一個加熱元件。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，步驟(b)包括使具有高于環(huán)境溫度的溫度的流體循環(huán)通過位于所述至少一個中間間隔件中的每一個中的至少一個加熱元件。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，還包括: (C)在步驟(a)正在執(zhí)行的同時，覆蓋位于所述至少一個中間間隔件中的每一個上的任何窗口。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，還包括: (d)使所述流體循環(huán)通過內(nèi)燃機的冷卻系統(tǒng)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，還包括: (e)用所述內(nèi)燃機驅(qū)動所述曲軸。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，還包括: (f)使用第二低溫流體吹掃由所述至少一個中間間隔件中的每一個限定的內(nèi)部體積。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，還包括: (f)使用第二低溫流體吹掃由所述至少一個中間間隔件中的每一個限定的內(nèi)部體積；以及 (g)在步驟(f)中使 用所述第二低溫流體之前對抗所述冷卻劑加熱所述第二低溫流體。
16.—種系統(tǒng),包括: 用于泵送低溫流體的往復(fù)泵組件，所述組件包括:熱端，其具有曲軸和十字頭；至少一個冷端，每個冷端具有活塞、至少一個活塞填料密封件、泵送室、吸入口、排氣口、排出口以及縱向軸線；至少一個聯(lián)接器，每個聯(lián)接器將所述熱端連接到所述至少一個冷端中的一個；和至少一個中間間隔件，其具有形成于其中的至少一個窗口和用于所述至少一個窗口中的每一個的蓋，所述至少一個窗口使得能夠從所述至少一個中間間隔件外部進入所述至少一個聯(lián)接器中的一個，所述至少一個中間間隔件中的每一個連接到所述熱端且連接到所述至少一個冷端中的一個，與所述至少一個冷端中的所述一個的一部分相重疊，并且在縱向位置處具有至少部分地包含于其中的第一和第二加熱元件，所述縱向位置至少部分地與所述至少一個活塞填料密封件的縱向位置重疊；以及內(nèi)燃機，其具有冷卻系統(tǒng)，所述冷卻系統(tǒng)與所述至少一個加熱元件中的每一個流動連通，以使得冷卻劑流體能夠循環(huán)通過所述內(nèi)燃機的冷卻系統(tǒng)以及所述至少一個加熱元件中的每一個，所述內(nèi)燃機可操作地設(shè)置成驅(qū)動所述曲軸。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括位于所述至少一個中間間隔件中的每一個上的吹掃口，所述吹掃口連接到低溫流體供應(yīng)，其中，所述至少一個中間間隔件中的每一個限定內(nèi)部體積，并且所述吹掃口可操作地設(shè)置成將所述低溫流體噴入所述內(nèi)部體積中。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括換熱器，其可操作地設(shè)置成對抗所述冷卻劑流體加熱所述低溫流體。
全文摘要
本發(fā)明涉及低溫往復(fù)泵中間間隔件。更具體而言，本發(fā)明教導(dǎo)在低溫往復(fù)泵的中間間隔件的鼻部內(nèi)提供加熱元件，以便加熱泵的活塞填料密封件。加熱元件增加了活塞填料密封件的溫度，以在泵操作時限制密封件的變形。此外，可以向中間間隔件的內(nèi)部提供干熱蒸氣吹掃以減少或消除白霜對活塞填料密封件的影響。
文檔編號F04B53/00GK103104476SQ20121044618
公開日2013年5月15日 申請日期2012年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月11日
發(fā)明者J.C.斯特里特 申請人:氣體產(chǎn)品與化學(xué)公司