專利名稱：旋轉式泥漿泵的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種非容積式工業泵，確切地說，涉及一種葉輪不旋轉，而由葉輪外側的筒體作高速旋轉的泥漿泵。
地質勘探和油田生產時鉆井用的泥漿是固體顆粒和水的混和體，其輸出壓力一般在12～25兆帕(MPa)范圍內。現在通常使用的旋轉式工業泵是不能適應這種工作條件的，而單級、低速，具有較大密封環間隙的離心式泥漿泵可以泵送泥漿，但它達不到鉆井所需要的工作壓力;多級、高速離心泵可以達到鉆井所需要的工作壓力，卻又不能適應泵送這種介質。因此，國內外鉆井至今都仍然使用著用缸套和橡皮活塞的往復式泥漿泵。這種泵體積龐大，結構復雜、笨重、易損件多，維修工作量大，維修的化費也大。為了維持鉆井過程的不間斷連續作業，每一套鉆機必須配備2臺泥漿泵，以防備其中一臺損壞時可以經常進行維修而讓備用的一臺頂替正常工作。
本發明的目的是提供一種既能泵送泥漿這種介質，又能達到鉆井所要求的工作壓力，并且結構簡單、容易操作維護的新型結構的旋轉式泥漿泵。
本發明的結構原理可結合附圖來說明之。
附
圖1是本發明結構示意圖。
附圖2是本發明靜止柱式葉輪的結構示意圖及液體流向示意圖。
附圖3是本發明內外函道結構示意圖。
如圖中所示，本發明主要由殼體1、旋轉筒體2和靜止柱式葉輪3等部件組成。其中旋轉筒體2是一個兩端分別為其轉軸和圓形通孔的中間凸出的圓柱形中空筒體，在該筒體空腔里同軸裝有靜止的圓柱狀葉輪3，在葉輪的柱狀表面有一道螺旋狀裂口一噴嘴4，噴嘴后側是呈蝸殼狀的螺旋擴壓通道(內函道)5，葉輪3和旋轉筒體2之間的孔隙為外函道6，噴嘴的末端在葉輪中心處向外引伸構成泵的出口7，整個筒體2被封裝在附有泵的入口8的殼體1內。圖1還表明了本發明的旋轉筒體2是由屏蔽電機9(或采用普通電機經磁力偶合屏蔽)驅動高速旋轉，而葉輪3則固定不轉。
本發明的工作機理是在旋轉筒體一側的中心位置，由于中間有引出的出口管道，形成了泵的環形入口(其結構與離心泵葉輪的環形入口相類似)，泥漿由泵的入口8進入泵體，再由此環形入口被吸入旋轉筒體內，并被筒體內的端部流道引流到筒體腔內外壁，和被加速到筒體一樣的旋轉速度，該過程類似于離心泵中葉輪流道的加速作用。液體在泵體內的流程分為兩種在旋轉筒體2內形成外函道6，在靜止葉輪3內構成內函道5。由于離心力的作用，泥漿在外函道由旋轉中心向筒體外壁流動時，其壓力逐漸增大，且隨其旋轉曲率半徑增大，使離心力造成的壓力也越大，并在外函中與筒體同步高速旋轉，也是隨其半徑的增大，而獲得極高的線速度以至泥漿在外函道中其絕對切向速度大體上與筒體在該位置的旋轉速度相近似。由于泥漿泵的流量大，本發明靜止葉輪制造成圓柱狀，柱面上的噴嘴也演變成一道螺旋狀的裂口(參見圖2)，其形狀與金屬切削設備上使用的圓柱形銑刀極為相似，其工作狀態也與圓周形棍銑刀切削筒狀內圓孔時極其相象噴嘴的入口就象柱狀銑刀的刀刃，充滿了泥漿的外函就象一個高速旋轉的工件，而噴嘴凸出于圓柱面，就象銑刀刀刃切入工件的內孔，液環在外函高速旋轉時，被切入噴嘴口的泥漿就被噴嘴“切削”下來。一區別在于銑削時是柱形銑刀高速旋轉，而工件被卡在工作臺上靜止不動的，這里卻是工件(外函里的泥漿液環)高速旋轉，而柱狀銑刀(靜止柱狀葉輪)卻是固定不動的。但其相對運動的結果是同樣的被切削下來的泥漿“柱面”進入葉輪噴嘴后側的蝸殼狀內函后，因內函的入口到出口是逐漸開放擴大的，便把入口處的高速均勻、平緩、光滑地過渡到出口處較低的流速，根據水力學的能量轉換，將速頭差轉換成壓頭，也就是提高了泵的揚程。這樣，泥漿流出內函，從泵的出口流出時就獲得了鉆井所需要的工作壓力。
由于噴嘴是一條螺旋形長溝，單位噴嘴截面液體與噴嘴的接觸面積較小，入口的的水力損失要比圓形或橢園形噴嘴相對要小一些。外函道內泥漿液環與泵的芯體(即靜止葉輪的外周)之間的相對速度很高，如果液環與泵芯體直接摩擦，其摩阻是很大的。但在工作時，混合在泥漿中的氣體被逐漸游離出來，由于氣體沒有泄出口，而封閉在外函道的中心，在離心力的作用下，使外函道中的泥漿液環與芯體之間被一層氣墊11(參見圖3所示)隔開，從而有效地減少了摩擦損耗。
因為這種泵沒有密封口環，在工作介質中允許存在粒度不大的固體顆粒，所以可以泵送泥漿。又因為在外函中液環與函道外壁的相對流速不高，不會對流道產生明顯的磨蝕;相對流速較大的部位只是內柱體的柱面和噴嘴，以及內函道的入口處，因為這些部位都是靜止的部位，工作條件比較簡單，這些部位另件的機械加工工藝也比較容易處理，只要把這些部位的表面耐蝕性處理得當，本發明就沒有什么易損件和維修工作量。與傳統泵作比較常規的泥漿泵有皮帶輪傳動付、齒輪傳動付、曲軸連桿機構、拉桿十安頭及滑板機構、缸套及活塞、進排水閥裝置(每個缸有4套閥)，共有六個運動機構和相應的部件，而旋轉泥漿泵只有一個主要運動部件，并由屏蔽電機直接驅動之，結構特別簡單。傳統的泥漿泵重量為20～30噸，一臺鉆機配裝兩臺，連同傳動裝置共約近百噸！而本發明使用時只要配裝一臺泵，重量僅為5～6噸。常規泥漿泵的易損件有三角皮帶、活塞、缸套、閥部件、拉桿、拉桿盤更、中間拉桿盤更等。這些部件除了三角皮帶和缸套外，多數都要每周進行更換，而本發明只有噴嘴是需要更換的維修部件，每次更換至少可用一年。而在安裝上本發明也體現其優勢可用電機直接驅動，而不需特別的傳動機構裝置。所以，本發明尤其適合為今后的數控電動鉆機配套，可直接采用數控電機驅動，不僅簡化了鉆機的傳統結構免去了復雜的皮帶傳動，還可比較容易地發展成數控變工況鉆井的重要附屬裝備，為鉆井的機電一體化技術進步作出貢獻。
權利要求
1.一種旋轉式泥漿泵，其特征是由殼體、旋轉筒體和靜止柱式葉輪等部件構成，其中旋轉筒體是一個兩端分別為其轉軸和圓形通孔的中間凸出的圓柱形中空筒體，在該筒體空腔里同軸裝有靜止的圓柱狀葉輪，在葉輪的柱狀表面有一道螺旋狀裂口一噴嘴，噴嘴后側是呈蝸殼狀的螺旋擴壓通道(內函道)，葉輪和旋轉筒體之間的孔隙為外函道，噴嘴的末端在葉輪中心處向外引伸構成泵的出口，整個筒體被封裝在附有泵的入口的殼體內。
全文摘要
一種旋轉式泥漿泵，是由殼體、旋轉筒體和靜止柱式葉輪等部件組成。泥漿流入泵體后，先進入靜止葉輪與旋轉筒體的外涵道，獲得高速，并被凸出柱狀葉輪表面的螺旋狀噴嘴“切削”而進入葉輪的蝸殼狀內涵道擴壓降速和由其軸心處出口排出泵體。屬于非容積式工業泵，既能泵送帶有粒度不大固體顆粒的泥漿，又能獲得鉆井所需的工作壓力；并且結構簡單，維護使用方便，重量輕，易損件少，便于與數控電機配套，是傳統往復式泥漿泵的更新換代產品。
文檔編號F04D7/00GK1065512SQ9110182
公開日1992年10月21日 申請日期1991年4月4日 優先權日1991年4月4日
發明者石行, 曹博, 劉殿奎 申請人:北京市西城區新開通用試驗廠