CN1287593A - 用在钻孔中的潜水泵装置 - Google Patents

Abstract

潜水泵装置包括一传动装置(10)和一均衡器(24)。传动装置(10)具有一充满润滑液的壳体(12),壳体中安装着一可传动的输入轴(14 102,120)和一用于驱动泵的输出轴(16)。为了减慢输入轴(14,102,120)的旋转运动设置了一传动链(22)。均衡器(24)平衡壳体(12)中的润滑液压力和环境压力。为了将传动链(22)中产生的热经由润滑液分散,在壳体(12)内的传动链(22)旁设置了一均衡器(24)。

Description

用在钻孔中的潜水泵装置

本发明涉及一种如权利要求1前序部分所述的潜水泵装置。

由US-3677665公开了一所述类型的潜水泵装置，该装置包括一马达、一均衡器、一传动装置和一泵，尤其是一偏心蜗轮泵。马达驱动传动装置的输入轴，传动装置的输出轴驱动偏心蜗轮泵的转子。潜水泵装置下降到钻井中，使马达从地表面看位于潜水泵装置的下端。而位于潜水泵装置上端的偏心蜗轮泵则送入一管道中，该管道通向地表面。传动装置至少具有一传动链，以便将马达的转速降到减小了的泵转子的转速。该传动链通过冷却液和润滑液进行冷却和润滑。也可在偏心蜗轮泵或马达内部采用冷却液和润滑液，以耗散在马达中产生的损耗热和/或减少偏心蜗轮泵中运动零部件的磨损。均衡器用于平衡润滑液压力和环境压力，被安置在传动装置和马达之间，该均衡器具有一自身的壳体并这样与传动装置和马达相连，即可以实现润滑液之间的压力平衡。其中，润滑液的交换是微不足道的。

所述潜水泵装置的零部件如马达、传动装置或泵各自具有自己的壳体，壳体的直径明显小于其长度。损耗热出现在有限的区域，例如传动链，因此，在已知类型的潜水泵装置中只能在纵向延伸的壳体中作不充分的散热。

由DE3509023C2和US3794447已知使用一蜗杆泵作为泵送润滑液的泵装置，该蜗杆泵至少具有一输送螺纹，以便沿着泵转子的旋转轴方向产生液流。

由DE1913397C3公开了一用于使冷却介质、润滑介质或制动介质循环的具有一蜗杆泵的转动环密封，用来密封壳体中的轴通孔并使得转动环的压力与待密封的轴的转速和转动方向有关。

本发明的目的旨在改进所述类型的潜水泵装置，使在其中产生的损耗热均匀分散。

上述目的按照本发明是由权利要求1的特征实现的。

通过按本发明布置的均衡器就可以将在传动链中产生的热直接分散到均衡器的润滑液体积中并附加通过均衡器的外表面传给环境。

按照权利要求2在传动链和均衡器中产生润滑液流改善了热交换。

权利要求3中所述的布置两个泵装置，导致两股润滑液流，各液流的流动阻力减小了。

权利要求4的结构利用了离心力，该离心力在轴旋转时作用在一起旋转的润滑液上。由此支持了润滑液的流动。

权利要求5中所述的改进结构使两个流量的润滑液在一距离范围内混合，从而改善了热交换。

按照权利要求6和7的改进结构使得潜水泵装置的结构尤其紧凑。

按照权利要求8的结构可以在均衡器和传动链之间支撑输入轴，同时可以在两者之间实现润滑液交换。

按照权利要求9的本发明的轴承布置改善了轴的轴承的润滑。

下面借助于附图详细说明本发明的实施例。在图1-6中表示了本发明潜水泵装置的传动装置的竖直轴剖图。其中图1-6表示了从下端至上端的传动装置，相应于在钻井中布置的顺序。

传动装置10具有一壳体12，该壳体形成一纵向延伸的管状圆筒。在壳体12中安装一具有周面15的输入轴14和一具有周面17的输出轴16。输入轴14通过一安装在壳体10下端的未示出的马达驱动。输出轴16驱动设置在传动装置10上端的未示出的泵，尤其是一偏心蜗轮泵。输入轴14的轴线18与输出轴16的轴线对准。在这两根轴14和16之间设置一两级串联的行星齿轮系22，以便将由马达传动的输入轴14的转速减小到泵所需的输出轴16的转速。

壳体12基本上充满了润滑液，润滑液不仅用于润滑易磨损的零件而且也用于摩擦热的导热和分散。由于钻井中的环境压力明显要高于地表面的，可以高至70巴，又由于润滑液由于壳体内部的加热而膨胀，因此必定可以实现润滑液和环境之间的压力平衡。为此，传动装置10具有一均衡器24，该均衡器沿着朝传动装置10的下端的方向设置在两级串联的行星齿轮系22旁。均衡器24整合在传动装置10的壳体12中。

在图1中表示了壳体12的第一壳体段26，其下端具有在圆周上径向凸出的法兰28。法兰28用于固定马达或马达均衡器。在第一壳体段26上连接着第二壳体段30，第二壳体段拧入第一壳体段26中。壳体段26和30用密封环34相互密封，其它的壳体段用类似方式密封。在第一壳体段26中倾斜于其纵轴线设计一具有一拧入的加注阀38的加注螺纹孔36，用于将润滑液注入壳体12中。加注是在装入钻井中之前在地表面从下方进行，传动装置12中所含的空气被向上挤压并排出。

输入轴14在下端部具有一多槽型面40，用于连接在马达或马达均衡器上。在多槽型面40上连接一简单的转动环密封42，将输入轴14对着第一壳体段26密封。在转动环密封42旁，在第一壳体段26上支撑一径向滑动轴承44用于引导输入轴14。在第一壳体段26内至少一个轴向孔45平行于径向滑动轴承44延伸。沿轴向，在径向轴承44旁是一轴向固定在输入轴14上的轴向压盘46，后者向下通过一滑块48，向上通过一滑块50轴向支撑在第一壳体段26或支撑在拧入第一壳体段的紧固螺母51上。轴向压盘46位于输入轴14的凸肩52上，因此起着输入轴14的轴向轴承的作用。

图2的下方表示第一壳体段26的上部。其上连接一第二壳体段30和一第三壳体段54。第二壳体段30以拧入第一壳体段26中的相同的方式拧入第三壳体段中。这一拧紧可这样防止松开，即在所述的壳体段26、30和54上焊上一薄壁的接片56。输入轴14延伸通过第二壳体段30、第三壳体段54和在图3和4中所示的第四壳体段84。

沿轴向在轴向压盘46旁将一泵盘58推到输入轴14上并轴向固定，该泵盘58在周面具有一在工作中旋转的输送螺纹60。在第一壳体段26的与旋转的输送螺纹60相对的一侧形成一固定的输送螺纹62，该螺纹与旋转的输送螺纹60方向相反。这两个输送螺纹60和62形成一螺杆泵，用于润滑液的循环。

在泵盘58旁，在输入轴14上的设置一支撑在第二壳体段30上的径向轴承64。在第二壳体段30中平行于径向轴承64至少形成一孔66，润滑液可以通过该孔沿轴向流动。第二壳体段30除了径向轴承64外包括一连接环68，一均衡器软管70推到连接环的外圆周上并在其内圆周上沿径向和轴向支撑一支撑管72。

均衡器软管70通过夹紧环73密封地固定在连接环68的圆周上并平行于第三壳体段54的壳壁延伸。该软管界定一内腔74和一外腔76，所述外腔位于均衡器软管70和第三壳体段54之间。外腔76通过一孔77与环境相通。至少一个孔78穿过连接环68，形成孔66和内腔74之间的导液连接。

在输入轴14中形成一轴向孔80，该孔从输入轴14的上端延伸到泵盘58的后面。在输入轴14的下端部81的泵盘58和轴向压盘46之间形成有一径向孔82，该孔也穿过泵盘58，并在轴向孔80和输送螺纹60和62之间形成导液连接。

图3表示第三壳体段54、均衡器软管70、内腔74、支撑管72和具有轴向孔80的输入轴14的延续。在第三壳体段54中拧入已提及的第四壳体段84。在第四壳体段84中固定一连接环86，均衡器软管70的上端部推到该连接环的周面上并用一夹紧环88密封地固定。在连接环86上沿轴向和径向支撑着支撑管72。在第四壳体段84的一轴向螺纹孔90中拧入一单向阀92。至少有一斜孔93穿过连接环86并在内腔74和螺纹孔90之间形成导液连接。在开启状态，单向阀92将内腔74与外腔76相连。另一孔94穿过第三壳体段54，在环境和外腔76之间形成另一导液连接。

内腔74基本上充满润滑液。润滑液在传动装置运行时加热，从而使均衡器软管70膨胀至一最大允许的体积。然后，均衡器软管70用外部肋95贴紧在第三壳体段54的内周面上。在达到最大允许体积时，内腔74中的压力剧急升高，单向阀92开启，润滑液从内腔74流入外腔76中。单向阀92在一定的差压时开启，因此，在内腔74中相对于外腔76和环境形成一超压。

如果传动装置10停止，则润滑液在内腔74中冷却，同时收缩。由于外腔76通过孔77和94与环境液体连通，因此，在外腔76中作用着环境压力而挤压均衡器软管70，在环境和内腔74之间调整压力平衡。支撑管72将均衡器软管70固定在离输入轴14一定距离处，这样，在再次启动输入轴14时，软管不会损坏。均衡器软管70的尺寸做成这样，即它能够补偿加热时润滑液的体积膨胀。例如，均衡器软管70的长度约为480毫米，在连接环68、86处的内径约为90毫米。

图4下方表示第四壳体段84和输入轴14的上端部。第四壳体段84拧入第五壳体段96中。第四壳体段84和第三壳体段54和第五壳体段96的拧紧通过焊接的薄壁接片98而防止意外松动。在输入轴14的上端设置一支撑在第四壳体段84上的径向滑动轴承104。至少有一个孔106在第四壳体段84中轴向延伸，该孔平行于径向滑动轴承104而形成通流通道。在输入轴14上沿轴向在径向滑动轴承104旁形成有一多槽型面100，一中间轴702的相应套筒式多槽型面推到上述多槽型面上。中间轴102也可以与输入轴设计成一体。

中间轴102轴向向下支撑在输入轴14上并由一轴向孔107穿过。该中间轴在其上端具有一齿轮108，该轮齿形成第一行星齿轮系的太阳轮。平行设置的行星齿轮对110与齿轮108啮合并通过双列的滚针轴承12安装在行星轴114上。行星轴114固定在行星齿轮架116上。该行星齿轮架通过齿轮118轴向固定在本例中设计为中心轴的传动轴120上并与该传动轴传扭相连。传动轴120向下支撑在中间轴102上并由一轴向孔121穿过。平行设置的行星齿轮对122与传动轴120的齿轮118啮合，并通过双列滚针轴承124安装到行星轴126上。行星轴126固定在行星齿轮架128上。

图5下方表示第五壳体段96和行星齿轮架128的上端。行星齿轮架128具有一齿轮130。输出轴16的下端用其相应的外齿插入在上述齿轮130中。输出轴16通过以后要解释的轴向轴承这样支撑，即其下端132以离传动轴120的上端134的一定距离133固定。输出轴16与其余的轴120、102、14的分开可以选择成如图所示，或者在中心轴120和中间轴102之间。行星齿轮架128在这一范围具有一轴向孔136，因此，润滑液可以从图4中的行星齿轮对122通过孔136流到图4中的孔121、107并继续流到图3中的孔80。

第五壳体段96拧入在第六壳体段138中；其拧紧也是通过焊上的薄壁接片140来防止松动的。按照图5，在输出轴16上从下到上设置着结构型式N的一径向滚柱轴承141和两个轴向滚柱轴承142、144，后者向下支撑着输出轴16。图6表示第六壳体段138和输出轴16的上端部。轴向滚柱轴承146连接在图5的轴向滚柱轴承144上并且沿轴向向上支撑着输出轴16。一双列径向滚柱轴承148连接在轴向滚柱轴承146上。该径向轴承也具有德国工业标准5412号(DIN5412)的结构型式N，其中，其内轴瓦通过一中间环150支撑在输出轴16的凸肩152上，从而也用作轴向滚柱轴承142、144和146的支撑，因此，输出轴16如上所述被轴向向下支撑。

在输出轴16上除了凸肩152外形成一轴环154，该轴环在圆周上具有一输送螺纹156。在第六壳体段138的内径上在这一区域形成一输送螺纹158，该螺纹与输送螺纹156方向相反。在输出轴16中，一轴向孔160从图5的下端132延伸至轴环154之后。在输出轴16的上端部163中的至少一个径向孔162形成了在轴向孔160和输送螺纹156之间的导液连接。

在输出轴16的上端部163中形成一多槽型面164，用来连接一未示出的泵。在多槽型面164下方的输出轴16上固定一简单的转动环密封166，后者使输出轴16对着第六壳体段138密封。在简单的转动环密封166下面，一螺纹孔168穿过第六壳体段138的壁，一栓塞拧入该螺纹孔中。可以转动栓塞170在加注时对传动装置10排气或者在从螺纹孔168中排出润滑液时进行通气。第六壳体段138的上端部具有螺纹172，泵的壳体可以固定在该螺纹上。

在传动装置10运行时，输送螺纹60、62、156和158由于输送螺纹60和156的旋转而将润滑液从壳体12的外端部输送至中部，由此产生两股液流A和B，如图中箭头所示。

液流A从泵盘58沿着输入轴14的周面通过孔66和78流入内腔74中。在内腔74中，润滑液也经由均衡器软管70的整个表面附加放热，这些热由外腔76中的环境液体吸收。如果均衡器软管70贴紧在第三壳体段54的内侧上，则由于润滑液特别热因而膨胀特别严重，因此，润滑液的直接导热可以通过均衡器软管70和第三壳体段54的壁而传给环境。由此实现了特别良好的散热。

润滑液从内腔74通过孔93和106沿轴向继续沿着行星齿轮对110和122流动。其中，润滑液环绕冲洗两级串联的行星齿轮系22并吸收那儿产生的摩擦热。液流A通过孔136向内流入孔121、107和80中。润滑液轴向回流至径向孔82。尤其由于在旋转时产生的离心力，润滑液通过上述径向孔向外流至输送螺纹60和62。因此，液流A是一封闭的回流，在这一回路中吸收在两级串联的行星齿轮系22中产生的热并经由壳体12的整个长度并附加在均衡器上再次散发。

液流B在运行时由输送螺纹156和158产生。它沿着输出轴16的周面17流过径向滚柱轴承148、轴向滚柱轴承142、144和146以及径向滚柱轴承140。液流B的润滑液通过孔136和间距133向内到达轴向孔160，同时与液流A的润滑液混匀。流液B通过轴向孔160沿轴向向上到达径向孔162，并尤其由于离心力而通过径向孔162向外流入输送螺纹156和158。液流B改善了输出轴16的轴承的润滑。此外，液流B吸收液流A的热量并在传动装置10的上部散发，这样保证了在壳体12整个外表面上的改善了的热交换。

Claims (9)

1．用在钻孔中的潜水泵装置，具有一传动装置(10)和至少一均衡器(24)，用于平衡传动装置壳体(12)中的润滑液压力和环境压力，上述传动装置具有一充满润滑液的传动装置壳体(12)、一可传动的输入轴(14，102，120)、至少一用于减慢输入轴(14，102，120)的旋转运动的传动链(22)、一用于驱动一泵尤其是一偏心蜗轮泵的输出轴(16)，其特征为，均衡器(24)设置在传动装置壳体(12)内部的传动链(22)旁，并接入润滑液回路中。

2．如权利要求1的潜水泵装置，其特征为，至少一泵装置(60，62，156，158)使传动链(22)和均衡器(24)中的润滑液沿传动链(22)的轴向流动。

3．如权利要求2的潜水泵装置，具有一纵轴向延伸的传动装置壳体(12)，其特征为，在输入轴(14，102，120)和输出轴(16)的轴向外端部(81，163)分别设置一第一泵装置(60，62)或第二泵装置(156，158)，它们分别沿轴向向内输送润滑液至中间，因此，形成两股相反的液流(A，B)。

4．如权利要求3的潜水泵装置，其特征为，输入轴(14，102，120)和输出轴(16)对准，并至少在第一泵装置(60，62)和第二泵装置(156，158)之间具有纵向管路(80，107，121，160)，在第一泵装置(60，62)和第二泵装置(156，158)之外具有第一横向管路(82)或第二横向管路(162)，因此，润滑液可以从纵向管路(80，107，121，160)径向流至轴的周面(15，17)。

5．如权利要求4的潜水泵装置，其特征为，输入轴(14，102，120)和输出轴(16)在第一泵装置(60，62)和第二泵装置(156，158)之间沿轴向至少形成一间距区(133)，润滑液可以通过该间距区从轴的周面(15，17)径向流至纵向管路(80，107，121，160)。

6．如权利要求3-5中之一的潜水泵装置，其特征为，泵装置(60，62，156，158)设置在输入轴(14)或输出轴(16)上，每个至少具有一输送螺纹(60，62，156，158)。

7．如权利要求6的潜水泵装置，其特征为，泵装置(60，62，156，158)具有一旋转的输送螺纹(60，156)和一相反的固定的输送螺纹。

8．如前述权利要求之一的潜水泵装置，其特征为，在均衡器(24)和传动链(22)之间的输入轴(14)上设置一滑动轴承(104)，该轴承至少具有一轴向通流通道(106)。

9．如前述权利要求之一的潜水泵装置，其特征为，在输入轴(14，102，120)和/或输出轴(16)上设置一至少具有一轴向通流通道(45，66)的滑动轴承(44，64)，和/或至少一个滚动轴承(140，142，144，146，148)，该滚动轴承可以轴向流过润滑液。

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