本發(fā)明涉及泵領(lǐng)域，具體涉及一種自平衡裝置及增壓輸送用雙螺桿泵螺桿。

背景技術(shù)：

在油田地面建設(shè)過(guò)程中，需要用到撬裝設(shè)備，而其中，泵撬設(shè)備由于其增壓明顯且壓力可控使用較多，常用的泵如螺桿泵等，隨著泵的應(yīng)用和發(fā)展，主軸轉(zhuǎn)速越來(lái)越高。然而泵主軸組零件在制造過(guò)程中，不可避免會(huì)因材質(zhì)不均勻、形狀不對(duì)稱、加工裝配誤差而導(dǎo)致重心偏離旋轉(zhuǎn)中心，使泵產(chǎn)生振動(dòng)和振動(dòng)力，引起泵噪聲、軸承發(fā)熱等。這種主軸不平衡，隨著轉(zhuǎn)速升高，引起泵設(shè)備的的劇烈振動(dòng)。

目前，對(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)械的不平衡而引起振動(dòng)等問(wèn)題，通常需要對(duì)旋轉(zhuǎn)軸做動(dòng)平衡測(cè)試試驗(yàn)，其成本較高且復(fù)雜，因此也采用加裝自動(dòng)平衡裝置，如滾球式自動(dòng)平衡裝置、擺錘式自動(dòng)平衡裝置、充液式自動(dòng)平衡裝置，通過(guò)自由移動(dòng)補(bǔ)償質(zhì)量的形式彌補(bǔ)質(zhì)量不均衡而引起的振動(dòng)。而其中充液式自動(dòng)平衡裝置因結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、通用性強(qiáng)而受到青睞。

充液式自動(dòng)平衡裝置是由內(nèi)裝部分液體的轉(zhuǎn)子構(gòu)成，由于慣性離心力作用，液體被拋向回轉(zhuǎn)盤外沿，中部附近出現(xiàn)空洞，在過(guò)臨界轉(zhuǎn)速下運(yùn)行時(shí)，偏心質(zhì)量與軸線彎曲方向相反，從而使液體起到衰減振幅的作用。

現(xiàn)有技術(shù)中，傳統(tǒng)的內(nèi)裝液體的轉(zhuǎn)子僅有一個(gè)腔室或是離轉(zhuǎn)子中心等距離設(shè)置多個(gè)腔室，在自平衡裝置跟隨泵軸轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候，隨著轉(zhuǎn)速的變化，由于腔室的外壁與轉(zhuǎn)子中心的距離一定，自平衡裝置無(wú)法適應(yīng)不同轉(zhuǎn)速下的使用需求，通用性較差。尤其針對(duì)轉(zhuǎn)速在不同階段有較大調(diào)整的設(shè)備，其減震效果更差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種具有高通用性的自平衡裝置及增壓輸送用雙螺桿泵。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種自平衡裝置，包括呈圓柱形的轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子中心為沿轉(zhuǎn)子的軸向貫穿至轉(zhuǎn)子兩端面的安裝孔，所述安裝孔與螺桿泵的泵軸相配合。所述轉(zhuǎn)子內(nèi)部為空心結(jié)構(gòu)且同軸設(shè)置多層環(huán)形隔板，所述環(huán)形隔板將轉(zhuǎn)子內(nèi)部由內(nèi)至外依次分隔為多層環(huán)形的儲(chǔ)液腔。所述轉(zhuǎn)子上以安裝孔為中心均勻設(shè)置多個(gè)進(jìn)液口和多個(gè)出液口，所述出液口位于轉(zhuǎn)子的周面上且與位于轉(zhuǎn)子最外層的儲(chǔ)液腔連通，所述進(jìn)液口位于轉(zhuǎn)子一端面上且與位于轉(zhuǎn)子最內(nèi)層的儲(chǔ)液腔連通。每層環(huán)形隔板上以安裝孔為中心均勻設(shè)置多個(gè)過(guò)液孔，所述過(guò)液孔沿轉(zhuǎn)子徑向延伸且連通環(huán)形隔板兩側(cè)的儲(chǔ)液腔。相鄰兩層環(huán)形隔板上的過(guò)液孔相互交錯(cuò)。

所述轉(zhuǎn)子外壁朝內(nèi)的表面上和每個(gè)環(huán)形隔板朝內(nèi)的表面上均設(shè)置多個(gè)封口組件，所述封口組件與過(guò)液孔一一對(duì)應(yīng)，所述封口組件包括導(dǎo)向筒、螺旋彈簧和封孔塞，所述導(dǎo)向筒的一端固定設(shè)置在轉(zhuǎn)子外壁朝內(nèi)的表面或環(huán)形隔板朝內(nèi)的表面上且開(kāi)口朝向過(guò)液孔，所述封孔塞的一端位于導(dǎo)向筒內(nèi)且端面與導(dǎo)向筒的底部之間設(shè)置螺旋彈簧，另一端伸入過(guò)液孔內(nèi)構(gòu)成密封。

優(yōu)選的，所述轉(zhuǎn)子內(nèi)部由兩層環(huán)形隔板分隔為三層儲(chǔ)液腔。

優(yōu)選的，所述封孔塞與過(guò)液孔相對(duì)的一端及過(guò)液孔均呈由外至內(nèi)依次變小的錐形。

優(yōu)選的，所述每層環(huán)形隔板上的過(guò)液孔的數(shù)量至少為3個(gè)。

優(yōu)選的，利用所述自平衡裝置的增壓輸送用雙螺桿泵，包括并排設(shè)置的主動(dòng)螺桿和從動(dòng)螺桿，所述主動(dòng)螺桿和從動(dòng)螺桿的中部分別設(shè)置螺旋部，主動(dòng)螺桿和從動(dòng)螺桿上的螺旋部相互嚙合，所述螺旋部外套設(shè)螺旋套。所述主動(dòng)螺桿和從動(dòng)螺桿上分別設(shè)置兩個(gè)自平衡裝置，所述自平衡裝置通過(guò)安裝孔套設(shè)在螺桿上且分別位于螺旋套的兩端。所述自平衡裝置的進(jìn)液口位于轉(zhuǎn)子遠(yuǎn)離螺旋套的端面上。

所述主動(dòng)螺桿和從動(dòng)螺桿的內(nèi)部中心沿軸向設(shè)置輸液孔，所述主動(dòng)螺桿和從動(dòng)螺桿上靠近進(jìn)液口處對(duì)應(yīng)進(jìn)液口的數(shù)量均勻設(shè)置多個(gè)進(jìn)液管，所述進(jìn)液管的一端與輸液孔連通，另一端與進(jìn)液口連通。所述主動(dòng)螺桿和從動(dòng)螺桿的一端設(shè)置相互嚙合的齒輪，另一端分別通過(guò)旋轉(zhuǎn)接頭及管路與儲(chǔ)液箱連通。所述轉(zhuǎn)子外套設(shè)集液箱，所述集液箱通過(guò)回流管道與儲(chǔ)液箱連通，所述回流管道上設(shè)置回流泵。

優(yōu)選的，所述自平衡裝置內(nèi)充入的液體為水銀。

本發(fā)明的有益效果集中體現(xiàn)在，在不同轉(zhuǎn)速下均具有極好的自平衡效果，極大的提高自平衡裝置的通用性。具體來(lái)說(shuō)，本發(fā)明在使用過(guò)程中，自平衡裝置通過(guò)安裝孔安裝在螺桿泵的泵軸上，轉(zhuǎn)子內(nèi)部可通過(guò)進(jìn)液口補(bǔ)充液體或通過(guò)出液口排出液體，液體從進(jìn)液口輸送至儲(chǔ)液腔中，由于液體的黏性作用，當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子內(nèi)液體的轉(zhuǎn)速逐漸提高，最后達(dá)到與泵軸同步的轉(zhuǎn)速。與此同時(shí)，液體受到離心力的作用被甩向儲(chǔ)液腔外沿，在轉(zhuǎn)子中心附近將出現(xiàn)空洞，形成液體的偏心質(zhì)量，此時(shí)，儲(chǔ)液腔內(nèi)液體的偏心質(zhì)量與泵軸軸線的彎曲方向相反，從而使液體起到衰減振幅的作用。由于泵軸在不同轉(zhuǎn)速下需求的液體偏心質(zhì)量不同，而本發(fā)明設(shè)置有多層儲(chǔ)液腔，在泵軸低速旋轉(zhuǎn)時(shí)，液體受到的離心力較小，封孔塞受到螺旋彈簧的彈力作用，并在導(dǎo)向筒的導(dǎo)向下封堵過(guò)液孔。此時(shí)液體在內(nèi)層的儲(chǔ)液腔內(nèi)回轉(zhuǎn)，即可滿足偏心質(zhì)量需求。伴隨著泵軸轉(zhuǎn)速的提高，為到達(dá)平衡所需求的偏心質(zhì)量增大。此時(shí)，由于轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)，封孔塞受到液體的壓力增大，克服螺旋彈簧的彈力將封孔塞頂開(kāi)，液體經(jīng)過(guò)液孔進(jìn)入外層的儲(chǔ)液腔中，在外層儲(chǔ)液腔中回轉(zhuǎn)，從而滿足較大的偏心質(zhì)量需求。因此，本發(fā)明能夠滿足不同轉(zhuǎn)速下的自平衡需求，具有極強(qiáng)的通用性，尤其適合調(diào)速運(yùn)轉(zhuǎn)的增壓螺桿泵。

附圖說(shuō)明

圖1是自平衡裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是圖1中I部放大圖；

圖3是圖1中所示結(jié)構(gòu)的A-A向視圖；

圖4是增壓輸送用雙螺桿泵的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是螺旋部的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

結(jié)合圖1-5所示的一種自平衡裝置，包括呈圓柱形的轉(zhuǎn)子1，所述轉(zhuǎn)子1中心為沿轉(zhuǎn)子1的軸向貫穿至轉(zhuǎn)子1兩端面的安裝孔2，所述安裝孔2與螺桿泵的泵軸相配合，轉(zhuǎn)子1通過(guò)安裝孔2與泵軸固接，通常轉(zhuǎn)子1直接通過(guò)螺栓與泵軸固接，當(dāng)然也可以利用擋圈壓緊在泵軸外，由于固定的方式較多，此處不再贅述。所述轉(zhuǎn)子1內(nèi)部為空心結(jié)構(gòu)且同軸設(shè)置多層環(huán)形隔板3，所述環(huán)形隔板3將轉(zhuǎn)子1內(nèi)部由內(nèi)至外依次分隔為多層環(huán)形的儲(chǔ)液腔4，如圖1所示，所述環(huán)形隔板3的數(shù)量為兩層，將轉(zhuǎn)子1內(nèi)部分隔為三層環(huán)形的儲(chǔ)液腔4。當(dāng)然，所述環(huán)形隔板3的數(shù)量也可以是3個(gè)或4個(gè)等，則對(duì)應(yīng)的儲(chǔ)液腔4的層數(shù)就為4層或5層。環(huán)形隔板3的數(shù)量越多，則通用性越強(qiáng)。

所述轉(zhuǎn)子1上以安裝孔2為中心均勻設(shè)置多個(gè)進(jìn)液口5和多個(gè)出液口6，如圖1所示，進(jìn)液口5的數(shù)量為兩個(gè)，出液口6的數(shù)量為四個(gè)，且以安裝孔2為中心對(duì)稱分布，當(dāng)然，也可以設(shè)置更多個(gè)，只要以安裝孔2為中心對(duì)稱分布即可。所述出液口6位于轉(zhuǎn)子1的周面上且與位于轉(zhuǎn)子1最外層的儲(chǔ)液腔4連通，所述進(jìn)液口5位于轉(zhuǎn)子1一端面上且與位于轉(zhuǎn)子1最內(nèi)層的儲(chǔ)液腔4連通。液體可從進(jìn)液口5處進(jìn)入轉(zhuǎn)子1內(nèi)部，內(nèi)部的液體又可從出液口6處排出。每層環(huán)形隔板3上以安裝孔2為中心均勻設(shè)置多個(gè)過(guò)液孔7，所述過(guò)液孔7沿轉(zhuǎn)子1徑向延伸且連通環(huán)形隔板3兩側(cè)的儲(chǔ)液腔4。如圖1中所示，過(guò)液孔7的數(shù)量為四個(gè)，也可以是5個(gè)、6個(gè)等，通常最少設(shè)置有3個(gè)，以便于液體均勻的從內(nèi)層儲(chǔ)液腔4排入外層儲(chǔ)液腔4中。所述轉(zhuǎn)子1外壁朝內(nèi)的表面上和每個(gè)環(huán)形隔板3朝內(nèi)的表面上均設(shè)置多個(gè)封口組件，所述封口組件與過(guò)液孔7一一對(duì)應(yīng)，如圖1中所示，位于最外層的轉(zhuǎn)子1的側(cè)壁的內(nèi)表面設(shè)置有封口組件，同時(shí)位于內(nèi)層的環(huán)形隔板3的內(nèi)表面也設(shè)置有封口組件，封口組件的位置與過(guò)液孔7的位置相對(duì)。封口組件用于控制過(guò)液孔7的啟閉，為了便于封口組件的安裝，相鄰兩層環(huán)形隔板3上的過(guò)液孔7相互交錯(cuò)。

所述封口組件包括導(dǎo)向筒8、螺旋彈簧9和封孔塞10，所述導(dǎo)向筒8的一端固定設(shè)置在轉(zhuǎn)子1外壁朝內(nèi)的表面或環(huán)形隔板3朝內(nèi)的表面上且開(kāi)口朝向過(guò)液孔7，封孔塞10的形狀與導(dǎo)向筒8及過(guò)液孔7均一致，尺寸正好滿足封孔塞10可在導(dǎo)向筒8內(nèi)導(dǎo)向滑動(dòng)，也可以向過(guò)液孔7移動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)過(guò)液孔7的封堵。所述封孔塞10的一端位于導(dǎo)向筒8內(nèi)且端面與導(dǎo)向筒8的底部之間設(shè)置螺旋彈簧9，另一端伸入過(guò)液孔7內(nèi)構(gòu)成密封。為了提高封孔塞10對(duì)過(guò)液孔7的封堵性能，更好的做法是所述封孔塞10與過(guò)液孔7相對(duì)的一端及過(guò)液孔7均呈由外至內(nèi)依次變小的錐形。如圖2所示，過(guò)液孔7的外段和封孔塞10的端部呈相匹配的錐臺(tái)狀。

本發(fā)明在使用過(guò)程中，自平衡裝置通過(guò)安裝孔2安裝在螺桿泵的泵軸上，轉(zhuǎn)子1內(nèi)部可通過(guò)進(jìn)液口5補(bǔ)充液體或通過(guò)出液口6排出液體，液體從進(jìn)液口5輸送至儲(chǔ)液腔4中，由于液體的黏性作用，當(dāng)轉(zhuǎn)子1旋轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子1內(nèi)液體的轉(zhuǎn)速逐漸提高，最后達(dá)到與泵軸同步的轉(zhuǎn)速。與此同時(shí)，液體受到離心力的作用被甩向儲(chǔ)液腔4外沿，在轉(zhuǎn)子1中心附近將出現(xiàn)空洞，形成液體的偏心質(zhì)量，此時(shí)，儲(chǔ)液腔4內(nèi)液體的偏心質(zhì)量與泵軸軸線的彎曲方向相反，從而使液體起到衰減振幅的作用。由于泵軸在不同轉(zhuǎn)速下需求的液體偏心質(zhì)量不同，而本發(fā)明設(shè)置有多層儲(chǔ)液腔4，在泵軸低速旋轉(zhuǎn)時(shí)，液體受到的離心力較小，封孔塞10受到螺旋彈簧9的彈力作用，并在導(dǎo)向筒8的導(dǎo)向下封堵過(guò)液孔7。此時(shí)液體在內(nèi)層的儲(chǔ)液腔4內(nèi)回轉(zhuǎn)，即可滿足偏心質(zhì)量需求。伴隨著泵軸轉(zhuǎn)速的提高，為到達(dá)平衡所需求的偏心質(zhì)量增大。此時(shí)，由于轉(zhuǎn)子1高速旋轉(zhuǎn)，封孔塞10受到液體的壓力增大，克服螺旋彈簧9的彈力將封孔塞10頂開(kāi)，液體經(jīng)過(guò)液孔7進(jìn)入外層的儲(chǔ)液腔4中，在外層儲(chǔ)液腔4中回轉(zhuǎn)，從而滿足較大的偏心質(zhì)量需求。因此，本發(fā)明能夠滿足不同轉(zhuǎn)速下的自平衡需求，具有極強(qiáng)的通用性，尤其適合調(diào)速運(yùn)轉(zhuǎn)的增壓螺桿泵。

本發(fā)明所述的自平衡裝置不僅適用于單螺桿泵，也能廣泛適用在雙螺桿泵或三螺桿泵上，此處以雙螺桿泵為例：結(jié)合圖3-5所示，增壓輸送用雙螺桿泵，包括并排設(shè)置的主動(dòng)螺桿11和從動(dòng)螺桿12，所述主動(dòng)螺桿11和從動(dòng)螺桿12的中部分別設(shè)置螺旋部，主動(dòng)螺桿11和從動(dòng)螺桿12上的螺旋部相互嚙合，所述螺旋部外套設(shè)螺旋套13，此為常規(guī)技術(shù)手段，此處不再贅述。所述主動(dòng)螺桿11和從動(dòng)螺桿12上分別設(shè)置兩個(gè)自平衡裝置，所述自平衡裝置通過(guò)安裝孔2套設(shè)在螺桿上且分別位于螺旋套13的兩端。為配合自平衡裝置的使用，所述自平衡裝置的進(jìn)液口5位于轉(zhuǎn)子1遠(yuǎn)離螺旋套13的端面上。如圖4中所示，位于螺旋套13左側(cè)的自平衡裝置的進(jìn)液口5位于轉(zhuǎn)子1的左端面，位于螺旋套13右側(cè)的自平衡裝置的進(jìn)液口5位于轉(zhuǎn)子1的右端面。

所述主動(dòng)螺桿11和從動(dòng)螺桿12的內(nèi)部中心沿軸向設(shè)置輸液孔14，所述主動(dòng)螺桿11和從動(dòng)螺桿12上靠近進(jìn)液口5處對(duì)應(yīng)進(jìn)液口5的數(shù)量均勻設(shè)置多個(gè)進(jìn)液管15，如圖3所示，每個(gè)轉(zhuǎn)子1進(jìn)液口5的數(shù)量為兩個(gè)，則進(jìn)液管15的數(shù)量也為兩個(gè)。所述進(jìn)液管15的一端與輸液孔14連通，另一端與進(jìn)液口5連通。所述主動(dòng)螺桿11和從動(dòng)螺桿12的左端設(shè)置相互嚙合的齒輪21，主動(dòng)螺桿11在通過(guò)原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)后，通過(guò)齒輪21帶動(dòng)從動(dòng)螺桿12同步旋轉(zhuǎn)，右端分別通過(guò)旋轉(zhuǎn)接頭16及管路與儲(chǔ)液箱17連通。所述轉(zhuǎn)子1外套設(shè)集液箱18，所述的集液箱18為罩在轉(zhuǎn)子1外的一個(gè)箱體，不跟隨轉(zhuǎn)子1轉(zhuǎn)動(dòng)，起到收集從轉(zhuǎn)子1中排出的液體的作用，所述集液箱18通過(guò)回流管道19與儲(chǔ)液箱17連通，所述回流管道19上設(shè)置回流泵20。在使用時(shí)，儲(chǔ)液箱17內(nèi)儲(chǔ)存的液體依次經(jīng)過(guò)管路、旋轉(zhuǎn)接頭16、輸液孔14、進(jìn)液管15、進(jìn)液口5進(jìn)入轉(zhuǎn)子1內(nèi)部，并根據(jù)轉(zhuǎn)速進(jìn)行自平衡調(diào)節(jié)。從轉(zhuǎn)子1的出液口6排出后，又可通過(guò)集液箱18進(jìn)行收集，經(jīng)回流管道19返回至集液箱18中，實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用。所述自平衡裝置內(nèi)充入的液體可以是水或其他液體，更好的做法是該液體為水銀。由于水銀的密度較高，能夠提供較大的偏心質(zhì)量。

為了進(jìn)一步驗(yàn)證本發(fā)明的減振效果，主動(dòng)螺桿11與最大轉(zhuǎn)速為3000r/min的電機(jī)連接，驅(qū)動(dòng)電機(jī)，對(duì)雙螺桿泵設(shè)備在未加裝自平衡裝置和加裝后的振動(dòng)進(jìn)行測(cè)試，在不同轉(zhuǎn)速下，重復(fù)試驗(yàn)三次，得到主軸振動(dòng)速度信息如下表1所示。

表1振動(dòng)測(cè)試信息表

從表1可以看出，在不同轉(zhuǎn)速下，加裝自平衡裝置后，較加裝前主軸的振動(dòng)速度均有明顯的減弱，也就是說(shuō)，加裝自平衡裝置后，設(shè)備振動(dòng)減小，同時(shí)，在高轉(zhuǎn)速下，自平衡裝置的減振效果更好。

雖然以上描述了本發(fā)明的具體實(shí)施方式，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在不背離本發(fā)明的原理和實(shí)質(zhì)的前提下，可以對(duì)這些實(shí)施方式做出多種變更或修改，但這些變更和修改均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。