專利名稱：提供動力和具有泵送作用的機(jī)械裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一般的電動機(jī)，特別是涉及泵送系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
根據(jù)最初歷史的記載，泵對于人類文明是非常重要的。人們幾乎總是具有一些需要，要將流體從一個地方傳送到另一個地方。人類可能因?yàn)橐喔惹f稼，和/或向居民居住區(qū)供給水，因此發(fā)明了第一臺泵。因?yàn)椋莻€時候，人們使用泵，通過泵傳送流體，以滿足另一個需要使用流體的場合，例如從井下取出石油，使冷卻劑在冷卻系統(tǒng)中循環(huán)，或者使壓縮空氣用于氣動系統(tǒng)，這僅僅是許多使用泵的場合中的很少幾個實(shí)施例。
所有的泵存在的共同問題是，對于具有給定的的容積或流量的泵，需要具有最大的、通過泵的流體流動速率，即，具有最大的泵送效率。為了推動流體流動，有三種普通類型的泵送作用(i)強(qiáng)制排量；(ii)離心作用；(iii)軸向流動。在任何一種泵送系統(tǒng)中，泵送的結(jié)果是推動流體朝著特定方向流動。
當(dāng)然，任何一種泵需要有馬達(dá)，即，需要某種機(jī)械裝置提供驅(qū)動作用力，以便在泵中產(chǎn)生正壓位移、離心作用或軸向移動。
一般泵送系統(tǒng)包括非整體馬達(dá)。即，馬達(dá)通過軸、齒輪、輥輪或其他機(jī)械裝置連接泵，以便提供驅(qū)動作用力，在泵中產(chǎn)生正位移、離心作用或軸向流動。在滿足許多應(yīng)用要求的同時，對于馬達(dá)與泵送系統(tǒng)中使流體流動的機(jī)械裝置相互連接的機(jī)構(gòu)，需要考慮成本和效率。例如，所有的連接結(jié)構(gòu)具有成本，所述連接結(jié)構(gòu)容易被破壞，而且，占據(jù)空間，增加泵送系統(tǒng)的重量，并且引起摩擦損耗。
已有的專利技術(shù)已經(jīng)公開了包括整體馬達(dá)的泵送結(jié)構(gòu)，例如，授予TRAVIS的美國專利US-3972653和授予SNEDDON的美國專利US-5017087。基本上講，上述結(jié)構(gòu)具有電動機(jī)，其中，轉(zhuǎn)子軸為空心軸。葉輪系統(tǒng)基本上安裝在轉(zhuǎn)子軸內(nèi)，當(dāng)電動機(jī)運(yùn)行時，葉輪隨著轉(zhuǎn)子軸轉(zhuǎn)動，從而引導(dǎo)流體流動通過空心軸。固定磁鐵安裝在電動機(jī)殼體上，其產(chǎn)生磁性作用力，從而引導(dǎo)空心軸轉(zhuǎn)動。
這種結(jié)構(gòu)的泵送系統(tǒng)存在著至少部分與非整體電動機(jī)的泵送系統(tǒng)相同的問題，這種整體的泵和電動機(jī)結(jié)構(gòu)沒有得到廣泛的商業(yè)認(rèn)可。例如，本發(fā)明人不知道在井下開采石油或水的操作中，采用過任何一種整體的泵和電動機(jī)裝置。這種整體的泵和電動機(jī)僅用于泵送水坑中的水，或用于農(nóng)業(yè)工程，例如，從灌溉源泵送水。
上述結(jié)構(gòu)在商業(yè)中沒有獲得成功的原因可能是由于一個主要的問題。非整體的馬達(dá)/泵系統(tǒng)控制著這個工業(yè)領(lǐng)域，并且具有相當(dāng)充分的理由。缺少清楚和可靠的優(yōu)點(diǎn)時，工業(yè)界很難向未確定的技術(shù)進(jìn)行投資。而前面專利所述的整體的馬達(dá)/泵結(jié)構(gòu)提供的技術(shù)或建議，沒有直接和清楚的超過已有泵送系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)。
此外，上述專利中所述的內(nèi)容中沒有公開，其所述的機(jī)械裝置容易與已有的泵送系統(tǒng)形成整體。特別是，上述專利中所述的結(jié)構(gòu)不能很好地與現(xiàn)有的非整體的馬達(dá)/泵結(jié)構(gòu)相結(jié)合。
因此，盡管這種設(shè)備可能具有其他優(yōu)點(diǎn)，但是，這種結(jié)構(gòu)不能在已有的市場中占據(jù)適當(dāng)?shù)奈恢?，即，這種機(jī)械裝置沒有“立足之地”。
本發(fā)明提供了一種經(jīng)過改進(jìn)的機(jī)械裝置，其涉及或與整體的馬達(dá)/泵結(jié)構(gòu)相聯(lián)系，特別是，這種機(jī)械裝置適合于特殊應(yīng)用場合。這種機(jī)械裝置提供直接清楚的超過已有泵送系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，并且，很容易與已有系統(tǒng)形成整體。
發(fā)明概述按照本發(fā)明的原理，其中一個優(yōu)選實(shí)施例提供一種機(jī)械裝置，其用于提供驅(qū)動作用力。此外，本發(fā)明的機(jī)械裝置特別適于泵送應(yīng)用，其具有與驅(qū)動系統(tǒng)形成整體的葉輪/泵送部分。由于這種結(jié)構(gòu)避免了現(xiàn)有技術(shù)的泵送系統(tǒng)中固有缺陷，其具有基本上分開的電動機(jī)和泵送部分，這種整體結(jié)構(gòu)改善了效率。而且，當(dāng)在使用電動機(jī)和機(jī)械裝置時，即，向另一臺設(shè)備提供驅(qū)動作用力時，這種整體結(jié)構(gòu)導(dǎo)致流體基本上通過驅(qū)動系統(tǒng)，并且對驅(qū)動系統(tǒng)進(jìn)行較大程度的冷卻。
這種機(jī)械裝置包括殼體和可轉(zhuǎn)動地裝在殼體中的管件。特別是，管件安裝在殼體內(nèi)，以便管件可圍繞其縱向軸線相對于殼體轉(zhuǎn)動。動力或驅(qū)動系統(tǒng)作用于管件，從而使管件相對于殼體轉(zhuǎn)動。
驅(qū)動系統(tǒng)包括多個安裝在殼體內(nèi)的磁鐵，所述磁鐵圍繞管件設(shè)置，以便產(chǎn)生磁性作用力，從而使管件轉(zhuǎn)動。特別是，磁鐵最好安裝到管件和殼體上。磁鐵產(chǎn)生相互作用的磁性力，如同常規(guī)的電動機(jī)，以便使管件轉(zhuǎn)動。在另一個優(yōu)選的實(shí)施例中，管件不需要包括磁鐵，借助裝在殼體中的磁鐵感應(yīng)，例如常規(guī)感應(yīng)電動機(jī)。
將一個或多個葉輪安裝到管件上。當(dāng)管件轉(zhuǎn)動時，葉輪使流體通過管件。因此，借助驅(qū)動系統(tǒng)使管件轉(zhuǎn)動，引導(dǎo)流體通過管件。流體通過位于殼體一端的入口進(jìn)入殼體，并且，通過位于殼體另一端的出口排出。在至少一個實(shí)施例中，入口和出口被設(shè)置在殼體的固定位置上，其相互分開，并且其不與管件的縱向軸線對準(zhǔn)。在另一個優(yōu)選的實(shí)施例中，在殼體內(nèi)，至少部分地沿著管件的外表面局部延伸，并且至少部分地通過管件形成流體流動路徑。
在另一個優(yōu)選的實(shí)施例中，至少管件的一端延伸通過殼體的外壁，以便使管件的端部連接另一臺設(shè)備。特別是，管件連接另一臺設(shè)備，以便向另一臺設(shè)備提供可轉(zhuǎn)動的機(jī)械能。即，作為另一臺設(shè)備的馬達(dá)。
在經(jīng)過修改的結(jié)構(gòu)中，在另一個優(yōu)選的實(shí)施例中，轉(zhuǎn)軸支承著管件。在此結(jié)構(gòu)中，殼體支撐著可轉(zhuǎn)動的軸，以便使管件轉(zhuǎn)動。至少一個軸的端部延伸穿過殼體的外壁，以便連接另一臺設(shè)備，作為所述設(shè)備的馬達(dá)起作用。
在另一個優(yōu)選的實(shí)施例中，泵送系統(tǒng)包括在上述設(shè)備中的管件，但是，不需要設(shè)置葉輪。這種機(jī)械裝置連接系統(tǒng)中的泵，作為泵的動力或驅(qū)動機(jī)構(gòu)。在運(yùn)行過程中，管件轉(zhuǎn)動，并且向泵提供機(jī)械能，以便使泵運(yùn)行。所述泵還連接管件，以便導(dǎo)通流體，當(dāng)系統(tǒng)泵送流體時，流體通過泵和管件。最好，泵的外端連接管件，以便流體首先流動通過泵，然后，通過管件。
在另一個優(yōu)選的實(shí)施例中，修改了在上述段落中所述的系統(tǒng)，其中包括第二泵，所述第二泵連接動力/驅(qū)動機(jī)構(gòu)的另一端。在動力/驅(qū)動機(jī)構(gòu)中的管件的一端，連接一個泵，管件的相對端部連接另一個泵。在此結(jié)構(gòu)中，動力/驅(qū)動機(jī)構(gòu)向兩個泵提供轉(zhuǎn)動的機(jī)械能。在運(yùn)行過程中，流體首先通過一個泵，然后通過動力/驅(qū)動機(jī)構(gòu)，最后通過另一個泵。
在上述兩個實(shí)施例中，動力/驅(qū)動機(jī)構(gòu)作為“可通過流體”的馬達(dá)起作用。即，動力/驅(qū)動機(jī)構(gòu)使一個泵或多個泵運(yùn)行，使流體流動通過動力/驅(qū)動機(jī)構(gòu)和一個或多個泵。但是，動力/驅(qū)動機(jī)構(gòu)不需要泵送流體。而由另一個在系統(tǒng)中的元件產(chǎn)生泵送作用，即，由一個或多個泵?？梢赃x擇，在動力/驅(qū)動機(jī)構(gòu)中的管件包括葉輪，因此，其可以泵送流體。
因此，本發(fā)明提供的機(jī)械裝置一般供給驅(qū)動作用力，特別是，這種機(jī)械裝置適用于泵送場合。
附圖的簡要說明參照附圖所示的實(shí)施例，可以更加清楚地理解本發(fā)明的上述各方面和本發(fā)明具有的許多優(yōu)點(diǎn)，附圖如下

圖1是局部剖開的立體圖，其表示在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中的管件系統(tǒng)一部分；圖2是本發(fā)明的管件的另一個優(yōu)選的實(shí)施例，用于代替圖1所示管件系統(tǒng)中的管件；圖3是通過本發(fā)明的機(jī)械裝置的剖視圖，其中所示的機(jī)械裝置與圖1的管件系統(tǒng)相結(jié)合；其具有立體圖顯示的部分該管件系統(tǒng)。
圖4是本發(fā)明的機(jī)械裝置的另一個實(shí)施例的局部剖視圖；圖5是沿著圖4中5-5線所示的橫截面視圖；圖6表示本發(fā)明的機(jī)械裝置的另一個優(yōu)選的實(shí)施例；圖7表示本發(fā)明系統(tǒng)的另一個優(yōu)選的實(shí)施例，其中具有流通馬達(dá)結(jié)構(gòu)；圖8其表示本發(fā)明的管件系統(tǒng)的另一個優(yōu)選的實(shí)施例，其中具有兩個連接流通馬達(dá)結(jié)構(gòu)的泵。
對優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述圖3表示本發(fā)明的機(jī)械裝置10的優(yōu)選的實(shí)施例。機(jī)械裝置10的作用一般是提供動力，其特別適用輸送應(yīng)用。如同下面詳細(xì)所述，機(jī)械裝置10可以與已有的泵送系統(tǒng)形成整體，所述的泵送系統(tǒng)具有非整體馬達(dá)。此外，機(jī)械裝置10提供便攜使用的作用，其優(yōu)點(diǎn)是不需要在泵送應(yīng)用中與已有的泵進(jìn)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)管路直線連接。
機(jī)械裝置10的主要元件包括(i)圓筒或管狀系統(tǒng)12；(ii)基本上包圍或封閉管狀系統(tǒng)12的殼體14；(iii)動力或驅(qū)動系統(tǒng)16。圖1表示管狀系統(tǒng)12，其中將管狀系統(tǒng)12從殼體14中取出。
管狀系統(tǒng)12包括圓筒或管件18，其具有葉輪20，所述的葉輪20沿著管件18的縱向，在管件18的內(nèi)部轉(zhuǎn)動。支承軸22延伸穿過管件18，所述的支承軸22基本上沿著管件18的縱向軸線延伸。將葉輪20安裝到管件18中和支承軸22上，葉輪20從支承軸22到管件18的內(nèi)表面，沿著管件18的長度螺旋延伸，形成螺旋輸送結(jié)構(gòu)。當(dāng)管件18圍繞其縱向軸線轉(zhuǎn)動時，同時葉輪20沿著管件18轉(zhuǎn)動，葉輪20的推動作用使流體流動通過管件18。
如圖1所示，驅(qū)動系統(tǒng)16的部件使管件18圍繞其縱向軸線轉(zhuǎn)動。驅(qū)動系統(tǒng)16包括多個磁鐵24，將磁鐵24裝在管件18的外圓周上。最好，磁鐵24是常規(guī)的電磁鐵，其具有鐵芯元件25和繞線28。磁鐵24圍繞管件18的外圓周，以基本上規(guī)則的間隔分開，如同普通的用于常規(guī)電動機(jī)轉(zhuǎn)子中的電磁鐵結(jié)構(gòu)。圍繞管件18的外圓周安裝換向器或滑環(huán)(未圖示)，以便管件18轉(zhuǎn)動時，向電磁鐵24提供電動力。換向器或滑環(huán)結(jié)構(gòu)連接繞線28，以便磁鐵24工作，這種結(jié)構(gòu)如同普通的用于換向器或滑環(huán)的結(jié)構(gòu)，從而向常規(guī)的電動機(jī)的轉(zhuǎn)子提供電能。
參照圖3，管狀系統(tǒng)12可轉(zhuǎn)動地安裝在殼體14內(nèi)。在殼體14的各端，由常規(guī)的軸承30支承著可轉(zhuǎn)動的軸22。軸22的端部延伸穿過殼體14的外壁，并且穿過軸承30，所述的軸承30可轉(zhuǎn)動地支承著軸22。此外，軸22的各端延伸穿過內(nèi)環(huán)形密封件26，所述的內(nèi)環(huán)形密封件26在殼體14中與各軸承30相對置。密封件26包圍軸22的外圓，從而形成圍繞軸22的密封件。當(dāng)軸22轉(zhuǎn)動時，密封件26圍繞軸22的外圓滑動，保持密封接觸軸22的外圓，以便基本上防止殼體14中的流體在殼體14和軸22的交界面之間泄漏，并且保護(hù)軸承30。軸22的端部還延伸穿過殼體14中位于各軸承30相對側(cè)的外環(huán)密封件27。
支腳或安裝基座31從殼體14的下表面延伸。由安裝基座31將機(jī)械裝置10支撐在一表面上。
殼體14的各端部設(shè)有開口32，以便使機(jī)械裝置10作為泵起作用。如上所述，當(dāng)管件18轉(zhuǎn)動時，葉輪20沿著管件18轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動的葉輪20促使流體流動通過管件18。開口32之一作為入口，接收流體進(jìn)入殼體14，并且進(jìn)入管件18。另一個開口32作為出口接收來自管件18的流體，并且從殼體14中泄出流體。另外，殼體14的頂部包括開口34，所述的開口34由可取出的塞子36密封。利用開口34可以灌注機(jī)械裝置10，其中，泵送流體可以是液體。即，開口34允許向殼體14的內(nèi)部填充足夠量的最初泵送流體。
殼體14的內(nèi)部包括設(shè)置在中央的圓筒狀或管狀凹陷部分38。該管狀凹陷部分38以同軸方式圍繞管件18的部分，磁鐵24安裝在管件18的這一部分，并且由管狀凹陷部分38包圍管件18的這一部分。特別是，環(huán)件或大的環(huán)形密封件40覆蓋管狀凹陷部分38的各端部。
管件18的各端部延伸穿過環(huán)形密封件40的中央，并且與密封件40的內(nèi)圓表面滑動配合，由環(huán)形密封件40密封管狀凹陷部分38的端部。當(dāng)管件18轉(zhuǎn)動時，密封件40的內(nèi)圓表面圍繞管件18的外圓表面滑動，并且保持與管件18的外圓表面密封接觸。當(dāng)泵送液體流動時，環(huán)形密封件40基本上防止通過殼體14和管件18泵送的流體，接觸驅(qū)動系統(tǒng)16的電元件。
固定磁鐵42安裝到殼體14中的管狀凹陷部分38內(nèi)，并且固定磁鐵42圍繞著管件18。固定磁鐵42還形成驅(qū)動系統(tǒng)16的部分，最好固定磁鐵42是常規(guī)的電磁鐵，其具有繞線43和鐵芯41。所述固定磁鐵42以基本上規(guī)則的排列方式，沿圓周間隔分布，圍繞著管狀凹陷部分38安裝。在操作過程中，固定磁鐵42和管狀磁鐵24產(chǎn)生相互作用的磁性力，由此引起管件18轉(zhuǎn)動。特別是固定磁鐵42靠近管狀磁鐵24安裝，如同常規(guī)的電動機(jī)結(jié)構(gòu)，其具有靠近電動機(jī)轉(zhuǎn)子的磁鐵安裝的固定磁鐵。
如上所述，在機(jī)械裝置10中的磁鐵24和42產(chǎn)生相互作用的磁性力，如同常規(guī)的電動機(jī)，使管件18轉(zhuǎn)動。隨著管件18轉(zhuǎn)動，葉輪20使流體流動通過管件18。機(jī)械裝置10作為整體電動機(jī)和泵系統(tǒng)起作用，其抽吸一個開口32處的流體，并且使流體通過另一個開口32排出。
這種機(jī)械裝置10的優(yōu)點(diǎn)是，其可以用于驅(qū)動另一臺設(shè)備，即機(jī)械裝置10可以作為電動機(jī)起作用。在這一方面，軸22的端部延過殼體14的外表面伸出，以連接另一臺設(shè)備。特別是，軸22的端部可以與另一臺設(shè)備機(jī)械連接，以便提供驅(qū)動力，即作為另一臺設(shè)備的馬達(dá)。
例如，軸22的端部可以連接常規(guī)的泵裝置，從而作為泵馬達(dá)起作用。在這種結(jié)構(gòu)中，這種機(jī)械裝置10可以與泵“分級”配合。即，從泵輸出的動力可以再輸入機(jī)械裝置10，或者反之亦然，從而使機(jī)械裝置10和泵結(jié)合產(chǎn)生比單獨(dú)設(shè)備更高容積和/或壓力的流動流體。這種結(jié)構(gòu)便于使整體的機(jī)械裝置10安裝在具有一個或多個非整體馬達(dá)的已有的泵系統(tǒng)中。
此外，無論何時機(jī)械裝置10被驅(qū)動運(yùn)行，由于葉輪20在管件18中轉(zhuǎn)動，使流體沿中央流動通過管件18。相對于已有類型的電動機(jī)，這種流動的流體改善了其冷卻效果?？紤]到將機(jī)械裝置10作為電動機(jī)使用，這種冷卻作用對于防止電動機(jī)過熱是非常重要的。
這種機(jī)械裝置10提供的另一個優(yōu)點(diǎn)是，其不必與已有的管線系統(tǒng)形成“直線連接”。特別是，在已有的專利文獻(xiàn)中提供了整體的電動機(jī)/泵，通常，其中必須有在這種系統(tǒng)中的管件的轉(zhuǎn)動軸線，以便其對準(zhǔn)管線系統(tǒng)。本發(fā)明的機(jī)械裝置10具有入口和出口32，其所在位置離開管件18的轉(zhuǎn)動軸線。即，入口和/或出口32不與管件18的縱向軸線對準(zhǔn)。這種結(jié)構(gòu)還便于使機(jī)械裝置10整體裝入具有一個或多個非整體馬達(dá)的已有的泵系統(tǒng)中。
由于機(jī)械裝置10不必與已有的管線系統(tǒng)形成“在線連接”，其可以作為便攜式設(shè)備使用，或“單獨(dú)”使用。當(dāng)使用機(jī)械裝置10時，由于設(shè)置外手柄或便于使用者抓握的把手，有助于加強(qiáng)機(jī)械裝置10的便攜性能。
按照本發(fā)明的機(jī)械裝置10，可以將其用于任何合適類型的葉片驅(qū)動器結(jié)構(gòu)，以便驅(qū)使流體流動。這種葉輪結(jié)構(gòu)，可以適用于多種類型的流體，例如不限于液體，還適用于空氣或其他氣體，或者用于具有高黏性的流體，而且，適用于需要的泵送容積、壓力和/其他參數(shù)。特別是，圖6表示了本發(fā)明的另一個優(yōu)選的實(shí)施例機(jī)械裝置44，其中具有不同形式的葉輪結(jié)構(gòu)。
在圖6所示的機(jī)械裝置44中使用了多個基本上與前面所述的實(shí)施例相同的元件。在圖6所示的實(shí)施例和前面所述的實(shí)施例中相應(yīng)的元件使用相同的代號，在圖6所示的實(shí)施例中的代號附加符號(’)。
在圖6所示的機(jī)械裝置44中，與上述實(shí)施例相比較，其區(qū)別是機(jī)械裝置44沒有從設(shè)備伸出的軸端部。在這一方面，圖6中所示的機(jī)械裝置44的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)不向另一臺設(shè)備提供動力，所述的另一臺設(shè)備可以是常規(guī)的泵，但是，機(jī)械裝置44可以修改，如同下文中所述。
在另一方面，從外表上看，機(jī)械裝置44一般具有與上述實(shí)施例相同的外形。特別是，機(jī)械裝置44包括殼體14’，其基本上與上述實(shí)施例中的殼體14相同。簡而言之，安裝基座31’從殼體14’的下側(cè)延伸，以便將機(jī)械裝置44支撐在一個表面上。在殼體14’的各端，設(shè)有開口32’，其使機(jī)械裝置44作為泵起作用。特別是，一個開口32’作為泵的入口，而另一個開口32’作為泵的出口。在殼體14’的頂部設(shè)有開口34’，其由可取出的塞子36’密封，以便通過開口34’填充機(jī)械裝置44，在此，由機(jī)械裝置44泵送液體。在殼體14中設(shè)有管狀凹陷部分38’，由大的環(huán)形密封件44’覆蓋管狀凹陷部分38’的各端，其基本上封閉機(jī)械裝置44中的驅(qū)動系統(tǒng)16’。
在機(jī)械裝置44的內(nèi)部包括不同的管件系統(tǒng)45。管件系統(tǒng)45包括管件18’，所述管件18’基本上與上述實(shí)施例中的管件18相同，但是，其中具有另一種葉輪結(jié)構(gòu)。特別是，葉輪46、48和50是相互隔開的葉片或扇片。
葉輪46、48和50從軸52上沿徑向延伸。軸52延伸穿過管件18’，其基本上沿著管件18的縱向軸線延伸。軸承30’位于殼體14’的各端部，可轉(zhuǎn)動地支承軸52。特別是，軸52的端部延伸穿過殼體14’的外壁，并延伸進(jìn)入軸承30’。此外，軸52的各端延伸穿過內(nèi)環(huán)形密封件26’，所述內(nèi)環(huán)形密封件26’與各軸承30’相對置，此結(jié)構(gòu)基本上與上述實(shí)施例的內(nèi)環(huán)形密封件26相同。蓋狀密封件53與各軸承30’的側(cè)面對置，所述軸承30’與殼體14’相鄰，由蓋狀密封件53密封軸承30’和軸52，避免其暴露于外界環(huán)境。在另一個實(shí)施例中，一個或兩個蓋狀密封件53可以由環(huán)形密封件代替，并且，軸52具有更長的長度，由此，軸52的端部向外延伸，如同上述實(shí)施例所述，可以驅(qū)動另一臺設(shè)備，即，作為馬達(dá)起作用。
最好，各沿徑向延伸的葉輪46、48和50以相互間隔的位置安裝在軸52上。各葉輪46、48和50，在相互間隔的位置，圍繞軸52的外圓在其組裝位置向外延伸。
第一組葉輪46沿著管件18’的長度，在管件18內(nèi)轉(zhuǎn)動，所述葉輪從軸52延伸到管件18的內(nèi)表面。較大的的葉輪48或50在管件18’的前后端部從軸52延伸。較大的葉輪48和50位于管件18’的外面，因此，葉輪48和50延伸的距離大于管件18’的直徑。根據(jù)流體流動的狀態(tài)，較大的葉輪48和50可以延伸到相同或不同的長度，以便在機(jī)械裝置44中獲得比較大的泵送效率。如同所示，比較大的葉輪48靠近管件18’的一端，所述葉輪48延伸的距離大于葉輪50，所述葉輪50靠近管件18’的另一端。
機(jī)械裝置44包括驅(qū)動系統(tǒng)16’，其基本上與上述實(shí)施例所述的驅(qū)動系統(tǒng)相同。簡而言之，驅(qū)動系統(tǒng)16’包括多個安裝在管件18’的外圓上的磁鐵24’。最好，磁鐵24’是常規(guī)的電磁鐵，并具有繞線28’和鐵芯元件25’，并且具有換向器/滑環(huán)結(jié)構(gòu)(未圖示)，以便當(dāng)管件18’轉(zhuǎn)動時，向磁鐵24提供電能。固定磁鐵42’安裝在殼體14’的內(nèi)部，并且位于管狀凹陷部分38’內(nèi)，圍繞著管件18’。固定磁鐵42’最好也是電磁鐵，其具有繞線組43’和鐵芯元件41’。在運(yùn)行過程中，固定電磁鐵42’和管狀磁鐵24’產(chǎn)生相互作用的磁性作用力，由此引起轉(zhuǎn)動。特別是，固定磁鐵42’的安裝位置靠近管狀磁鐵24’，此結(jié)構(gòu)如同常規(guī)的電動機(jī)，其中具有靠近電動機(jī)電樞上的磁鐵的固定磁鐵。
一般，較大的軸承和用于保護(hù)軸承的密封件，價格比較昂貴。在前面所述的實(shí)施例中，在機(jī)械裝置10或44中，采用支承管件的軸。這種結(jié)構(gòu)可以使用比較小的軸承。即，相對于管件，由于軸具有較小的直徑，可以采用較小的軸承支承轉(zhuǎn)動軸。
在某些應(yīng)用過程中，盡管使成本增加，也希望使用較大的軸承和較大的軸承密封件，例如在需要提供最大的泵送效率的應(yīng)用場合。特別是，在上述實(shí)施例中的軸占據(jù)空間，為此，其減小了被泵送流體通過機(jī)械裝置10或44的速率。圖2中所示的管件56用于這種機(jī)械裝置的另一種實(shí)施例，其中，沒有設(shè)置轉(zhuǎn)動軸。
特別是，管件56具有葉輪58，所述葉輪58不需要由中心軸支承。取而代之的是，葉輪58從管件56的內(nèi)表面向內(nèi)呈懸臂狀延伸。各葉輪58形成彎曲的葉片，沿著管件56的長度呈角度延伸。
此結(jié)構(gòu)基本上與上述實(shí)施例的內(nèi)環(huán)形密封件26相同。蓋狀密封件53與各軸承30’的側(cè)面對置，所述軸承30’與殼體14’相鄰，由蓋狀密封件53密封軸承30’和軸52，避免其暴露于外界環(huán)境。在另一個實(shí)施例中，一個或兩個蓋狀密封件53可以由環(huán)形密封件代替，并且，軸52具有更長的長度，由此，軸52的端部向外延伸，如同上述實(shí)施例所述，可以驅(qū)動另一臺設(shè)備，即，作為馬達(dá)起作用。
最好，各沿徑向延伸的葉輪46、48和50以相互間隔的位置安裝在軸52上。各葉輪46、48和50，在相互間隔的位置，圍繞軸52的外圓在其組裝位置向外延伸。
第一組葉輪46沿著管件18’的長度，在管件18內(nèi)轉(zhuǎn)動，所述葉輪從軸52延伸到管件18的內(nèi)表面。較大的的葉輪48或50在管件18’的前后端部從軸52延伸。較大的葉輪48和50位于管件18’的外面，因此，葉輪48和50延伸的距離大于管件18’的直徑。根據(jù)流體流動的狀態(tài)，較大的葉輪48和50可以延伸到相同或不同的長度，以便在機(jī)械裝置44中獲得比較大的泵送效率。如同所示，比較大的葉輪48靠近管件18’的一端，所述葉輪48延伸的距離大于葉輪50，所述葉輪50靠近管件18’的另一端。
最好，葉輪70或72安裝在組件的內(nèi)側(cè)或外側(cè)，并且，葉輪70或72沿著管件的長度間隔位置上設(shè)置。在內(nèi)部安裝的位置上，內(nèi)部安裝的各葉輪70圍繞著管件68的內(nèi)周面在間隔開的位置，徑向向內(nèi)延伸。相反，在外側(cè)安裝的位置上，外側(cè)安裝的各葉輪72圍繞管件68的外圓周在間隔開的位置，徑向向外延伸。
此外，管件系統(tǒng)62包括驅(qū)動系統(tǒng)66的部件，以便使管件68圍繞其縱向軸線轉(zhuǎn)動。特別是，磁鐵74安裝到管件68的主體部分。所述磁鐵74圍繞管件68的外圓周部分安裝，最好，使磁鐵74靠近管件68的主體部分的一端。
最好，磁鐵74是永久磁鐵，這種類型的磁鐵常用于多種常規(guī)的電動機(jī)。將磁鐵74以基本上規(guī)則的間隔圍繞管件68的圓周設(shè)置，如同常規(guī)的電動機(jī)結(jié)構(gòu)，在這種類型的電動機(jī)中，包括設(shè)置在電動機(jī)轉(zhuǎn)子上的永久磁鐵。為了增加通過機(jī)械裝置60的流動液體的效率，最好使磁鐵74嵌入管件68的外表面，使各磁鐵的外表面與管件68的外表面平齊。
管件系統(tǒng)62可轉(zhuǎn)動地安裝在殼體64中。在這一方面，殼體64通常形成圓筒或管狀結(jié)構(gòu)，其基本上圍繞或封閉管狀系統(tǒng)62。在殼體64中，管狀系統(tǒng)62基本上與殼體64同軸。特別是，殼體64的內(nèi)徑足夠大，以便允許管件68圍繞其縱向軸線轉(zhuǎn)動，而不會產(chǎn)生相互干擾，并且，在管件68上有向外延伸的葉輪72。
在殼體64的各端裝有軸承(未圖示)，由軸承接納從管件68的各端延伸的頸部69，以便使管件68轉(zhuǎn)動。最好，軸承是在商業(yè)上可購買的用于液體或需要潤滑的泵送供給液體的這類軸承，例如，常規(guī)的井下潛水泵，通常，這種潛水泵使用上述類型的軸承。因此，在這個實(shí)施例中，這種軸承不必被“夾持”在密封件之間。
因此，頸部69在軸承中起轉(zhuǎn)動軸的作用，以便支撐著管件系統(tǒng)62轉(zhuǎn)動，相對于管件的主體部分，較窄的頸部69使用較小的軸承，從而使成本降低。在此安裝結(jié)構(gòu)中，頸部69的端部通過殼體64的端部暴露于外界。
此外，殼體的端部包括多個小的穿孔或端部格柵76，以便使殼體內(nèi)部的流體通過殼體64的各端與外界連通。當(dāng)管件68轉(zhuǎn)動時，葉輪70和72通過位于殼體64一端的格柵76，將流體抽吸進(jìn)殼體64，并且，使流體通過位于殼體另一端的格柵排出。當(dāng)頸部是中空體時，借助頸部69，葉輪70和72還引導(dǎo)流體流動直接通過管件68。
經(jīng)過格柵76，內(nèi)部葉輪70主要使流體直接通過管件68。當(dāng)頸部是中空體時，流體還流動通過頸部69。相反，經(jīng)過殼體端部的格柵，外葉輪72主要使流體通過管件68的外部。即，外葉輪72主要使流體通過機(jī)械裝置60中的管件68的外表面和殼體64的內(nèi)表面之間的空間。而且，如圖所示，在管件68上的外葉輪72驅(qū)使流體在相鄰磁鐵之間不被驅(qū)動系統(tǒng)66占據(jù)的上述空間中流動，所述磁鐵78安裝在殼體64的內(nèi)側(cè)。但是，通過位于管件68肩部的孔71，和/或在另一實(shí)施例中，位于管件側(cè)壁的其他孔，在殼體64中，流動的流體從管件68的內(nèi)部流動到管件68的外側(cè)，反之亦然。
殼體64的一個或多個端部可以包括噴嘴73，以便使流體直接朝著特定方向流動。一般，噴嘴73具有相應(yīng)的漏斗形狀。噴嘴73的漏斗形狀的尺寸較大一端與殼體64的端部相配合。漏斗形狀的尺寸較小端連接管線或其他流體導(dǎo)管，以便使流體直接進(jìn)入或從殼體64排出。噴嘴73還具有保護(hù)殼體64各端的作用。
驅(qū)動系統(tǒng)66包括固定磁鐵78，所述磁鐵78圍繞著管件68，安裝在殼體64的內(nèi)側(cè)。固定磁鐵78最好是常規(guī)的電磁鐵，其具有繞線80和鐵芯元件81，所述磁鐵78圍繞殼體的圓周部分基本上有規(guī)則的間隔設(shè)置。特別是，固定磁鐵78安裝在殼體的內(nèi)側(cè)部分，其與管件68上的磁鐵74相對置。在運(yùn)行過程中，固定磁鐵78和管件磁鐵74產(chǎn)生相互作用的磁場，從而引導(dǎo)管件68轉(zhuǎn)動。
最好，由塑料材料82包圍或密封各固定磁鐵78。塑料材料82防止固定磁鐵與機(jī)械裝置64中流動的流體接觸，并且，當(dāng)泵送的液體通過時，防止發(fā)生電源短路，而且，塑料材料起防止腐蝕的作用。如圖所示，使模制的塑料材料具有圓形的或平滑的轉(zhuǎn)角部分，以便改善流體通過機(jī)械裝置60的流動效率。絕緣電線(未圖示)通過塑料材料82沿著殼體的壁延伸，以便從外界電源通過電線84向各固定磁鐵78提供電能。
當(dāng)管件68上的磁鐵74是永久磁鐵的，這些磁鐵不需要由電源提供電能，來產(chǎn)生磁場。因此，這些永久磁鐵74具有優(yōu)點(diǎn)，即，當(dāng)泵送流體是導(dǎo)體時，不需要防止這些磁鐵74與流動的流體相互接觸，也不會產(chǎn)生電路短路現(xiàn)象。但是，其缺點(diǎn)是，一般永久磁鐵結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的扭矩比電磁鐵結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的扭矩小。
但是，在另一個實(shí)施例中，永久性磁鐵74可以由感應(yīng)裝置代替，如在常規(guī)的感應(yīng)電動機(jī)應(yīng)用那樣。在感應(yīng)電動機(jī)中，固定電磁鐵在鐵芯元件上起作用，并且安裝或位于電動機(jī)的轉(zhuǎn)子上，通過感應(yīng)電流，使電動機(jī)運(yùn)行。其結(jié)果是，相互作用的磁性力引導(dǎo)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。由于不是直接將電能供給轉(zhuǎn)子，而是僅通過感應(yīng)，向電動機(jī)的轉(zhuǎn)子提供電能，因此不需要設(shè)置電刷向轉(zhuǎn)子提供電能。
因此，可以將類似的感應(yīng)裝置與機(jī)械裝置60相結(jié)合，如與常規(guī)的感應(yīng)電動機(jī)相結(jié)合。因?yàn)椋瑑H通過感應(yīng)電動機(jī)向管件提供電力，而不需要使用電刷，因此，管件68上的驅(qū)動系統(tǒng)元件可以由塑料材料或其他材料密封，防止其與流體相接觸。在另一個實(shí)施例中，永久性磁鐵或感應(yīng)裝置可以被用于上述機(jī)械裝置10或44中。
對于泵送應(yīng)用，機(jī)械裝置60具有優(yōu)于已有的泵送系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，尤其是在井下潛水泵送應(yīng)用中具有優(yōu)點(diǎn)。在井下泵送應(yīng)用中，大部分已有的潛水泵送系統(tǒng)使用一系列可轉(zhuǎn)動的葉輪。這些葉輪以同軸方式安裝在殼體內(nèi)。電動機(jī)安裝在殼體的底部，通過電動機(jī)的轉(zhuǎn)軸的一端使葉輪轉(zhuǎn)動。在使用中，通過井壁，將這些已有的潛水泵送系統(tǒng)放入井下。在井下，流體進(jìn)入位于電動機(jī)和殼體的葉輪之間的入口。然后，電動機(jī)的運(yùn)行使葉輪泵送流體通過井壁中的管道系統(tǒng)到達(dá)地面。
針對已有的泵送系統(tǒng)的流體流動效率，電動機(jī)必須安裝在殼體的底部，在所述殼體內(nèi)包括葉輪。特別是，流體流動不能穿過電動機(jī)，因此，電動機(jī)必須位于流體流動路徑以外的區(qū)域。但是，在殼體底部位置的電動機(jī)需要電纜沿著葉輪的整個長度延伸，以便連接電動機(jī)。由于受井壁內(nèi)的空間限制，電動機(jī)的電纜限制葉輪的直徑。因此，受限制的葉輪的直徑減小了泵送流體流動的最大速率。
機(jī)械裝置60具有整體的電動機(jī)和葉輪/泵結(jié)構(gòu)。即，被輸送的流體可有效地通過電動機(jī)。當(dāng)通過井壁，將機(jī)械裝置60安置在井下時，驅(qū)動系統(tǒng)66可以位于機(jī)械裝置60的上端，而且不影響流體流動的效率。因此，連接驅(qū)動系統(tǒng)66的電纜84不需要沿著整個葉輪的長度延伸。所以，葉輪具有有效的、比較大的直徑，從而使泵送效率增加。
此外，在整體的葉輪/電動機(jī)結(jié)構(gòu)中，取消了設(shè)置在電動機(jī)和葉輪之間的、存在于許多已有系統(tǒng)中的軸連接裝置。如上所述，這種軸連接結(jié)構(gòu)可以引起摩擦損失，占據(jù)空間，增加重量和成本，并且容易產(chǎn)生機(jī)械故障。由于機(jī)械裝置60不使用這種軸連接結(jié)構(gòu)，因此避免了上述這些缺點(diǎn)。
如圖所示，管件68的各頸部69的端部可以延伸穿過殼體64的各端。因此，延伸的管件頸部69可以連接另一臺設(shè)備，以便提供機(jī)械轉(zhuǎn)動能，即，作為另一臺設(shè)備的馬達(dá)轉(zhuǎn)軸，如上述第一實(shí)施例所述。因此，機(jī)械裝置60可以與另一臺泵送系統(tǒng)相配合，如上述第一實(shí)施例所述。此外，當(dāng)采用機(jī)械裝置66作為電動機(jī)時，與已有的電動機(jī)相比較，通過驅(qū)動系統(tǒng)66和管件68流動的流體可以改善驅(qū)動系統(tǒng)66的冷卻效果。
可以考慮，簡單地使用機(jī)械裝置60，使其作為可以通過流體的電動機(jī)。即，機(jī)械裝置60驅(qū)動另一臺設(shè)備，使流體從該設(shè)備和機(jī)械裝置60中通過，并且不需要由機(jī)械裝置60本身泵送流體。即，泵送作用由另一臺設(shè)備或系統(tǒng)產(chǎn)生。因此，在此流體可通過的電動機(jī)結(jié)構(gòu)中，可以取消在機(jī)械裝置60中的葉輪70和72。
例如，圖7所示的本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中的系統(tǒng)90，其中具有上述可以使流體通過的電動機(jī)結(jié)構(gòu)。如圖7所示，在井下潛水泵送應(yīng)用中的系統(tǒng)90通常稱為“下孔”式使用方式。即，通過井壁，將潛水泵送系統(tǒng)放入井下。在圖7中，代號92表示井壁，將系統(tǒng)90放入井壁92中。
系統(tǒng)90包括泵94和可以通過流體的電動機(jī)96，所述電動機(jī)96作為泵94的動力或驅(qū)動機(jī)構(gòu)。最主要的區(qū)別是，最好，泵94是基本上相同于常規(guī)的、潛水的多級離心泵。動力或驅(qū)動機(jī)構(gòu)連接泵94的出口端98，而不是泵的入口端100。
如前面所述的方式，大部分已有的井下潛水泵送系統(tǒng)具有位于這種系統(tǒng)頂部的泵。泵的下端，即，入口端連接動力或驅(qū)動機(jī)構(gòu)，即，電動機(jī)，由其驅(qū)動泵運(yùn)行。在已有的系統(tǒng)中，井下的流體從系統(tǒng)中的位于電動機(jī)和泵之間的的入口進(jìn)入泵?？紤]到流動流體的泵送效率，要求在已有的系統(tǒng)中使用上述結(jié)構(gòu)，特別是，來自井下的流體不能通過電動機(jī)。因此，泵必須被安置在電動機(jī)的上方，這樣，就由泵的入口端連接電動機(jī)。
但是，系統(tǒng)90使用流體可通過的電動機(jī)96。因此，流體可以通過電動機(jī)，電動機(jī)可以連接泵的出口端98。這僅僅是本發(fā)明的一個優(yōu)選的實(shí)施例。在系統(tǒng)的底部具有電動機(jī)的結(jié)構(gòu)中，例如，已有的井下潛水泵送系統(tǒng)，提供電能的電纜必須沿著泵的整個長度延伸，以便連接電動機(jī)，由于井壁空間的限制，電纜限制泵的直徑，因此減小了由泵系統(tǒng)泵送流體的速率。
在用于采油的井下潛入式泵送系統(tǒng)中，井深通常為伸入地面幾英里或幾千米?？紤]到經(jīng)濟(jì)因素，需要這種結(jié)構(gòu)具有高流動速率，因此這種系統(tǒng)具有大功率的泵和大動力的電動機(jī)。但是，井壁嚴(yán)格限制系統(tǒng)的直徑。因此，為了提供需要的流體流動速率，在這種應(yīng)用場合中使用的泵和電動機(jī)又長又窄。
當(dāng)使這種泵送系統(tǒng)下降進(jìn)入井下時，隨著泵送系統(tǒng)下降入位，受限制的井壁空間可能引起電纜與井壁之間的相對摩擦。由于井深通常為幾英里或幾千米，而且泵送系統(tǒng)本身通常為幾英尺或幾米長，多次摩擦將磨損或破壞電纜的整體性。如果電纜被破壞，必須從井下取出泵送系統(tǒng)，以便修理電纜。
因?yàn)樯鲜鲈?，系統(tǒng)90最好具有設(shè)置在系統(tǒng)上端的電動機(jī)96。特別是，可以使流體通過的電動機(jī)96連接泵94的出口端98。所以，對于井壁92，泵94可以具有比較大的直徑，將其用于給定的井，而且，在將系統(tǒng)90放入井下時，使電纜損壞的危險降低。
如上所述，除泵94的出口端98連接電動機(jī)，而不是連接泵的入口端100以外，泵94基本上與常規(guī)的井下潛入式離心泵相同。在這一方面，泵94包括殼體103，所述殼體包圍一系列多級葉輪104。所述葉輪104連接轉(zhuǎn)軸106，轉(zhuǎn)軸106可轉(zhuǎn)動地安裝在殼體103中。因此，轉(zhuǎn)軸106的轉(zhuǎn)動使葉輪104轉(zhuǎn)動，以便輸送流體。在泵94中，在泵的出口端98，轉(zhuǎn)軸106和殼體103連接流體可通過的電動機(jī)96。在泵的運(yùn)行過程中，電動機(jī)96向轉(zhuǎn)軸106提供轉(zhuǎn)動的機(jī)械能。
可使流體通過的電動機(jī)96包括圓筒或管狀系統(tǒng)107、殼體108、動力或驅(qū)動系統(tǒng)110。管狀系統(tǒng)107包括管件112。管件112具有一般不變的直徑，但是，在管件112的一端具有半圓球形狀收窄的帽狀物。所述半圓球形狀的帽狀物的遠(yuǎn)端被延長，其固定連接泵94的轉(zhuǎn)軸106。
可以采用任何公知的常規(guī)固定連接方式將管件112與泵的轉(zhuǎn)動軸106連接在一起，以便使第一轉(zhuǎn)軸與第二軸連接，從而由第一轉(zhuǎn)軸使第二軸轉(zhuǎn)動。例如，這種方式可以包括設(shè)置在軸上的相互配合的花鍵、螺紋或其他機(jī)械裝置。管件112和軸106也可以結(jié)合成為單一的、整體結(jié)構(gòu)。在泵的運(yùn)行過程中，通過設(shè)置在半圓球形狀的端部帽狀物側(cè)面的入口114，使來自泵94的流體流入管件112。通過位于管件112的與半圓球形狀的端部相對置的端部，此端部開啟，流體從此端部流出。
管件112可轉(zhuǎn)動地安裝在殼體108中。管件112的半圓球形狀的端部從殼體的一端伸出，以便固定或過渡連接到泵的轉(zhuǎn)軸106上。管件112從殼體108中的的電動機(jī)端部伸出，最好其連接泵的殼體103。可以采用任何公知的常規(guī)連接方式進(jìn)行連接，例如，借助螺紋、花鍵或其他機(jī)械裝置。
用于電動機(jī)96的動力或驅(qū)動系統(tǒng)110包括固定的、安裝在殼體中的磁鐵116。磁鐵116最好是具有繞線和鐵芯元件的常規(guī)的固定磁鐵，使其圍繞管件系統(tǒng)106定位設(shè)置。而且，驅(qū)動系統(tǒng)還包括感應(yīng)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)118，其如同常規(guī)的感應(yīng)電動機(jī)中的轉(zhuǎn)子，使其圍繞管件112安裝。在運(yùn)行過程中，由固定磁鐵116在轉(zhuǎn)子系統(tǒng)118中感應(yīng)電流，因此在固定磁鐵和轉(zhuǎn)子系統(tǒng)之間產(chǎn)生相互作用的磁性力，由此使管件系統(tǒng)107轉(zhuǎn)動。另外，驅(qū)動系統(tǒng)可以使用永久性磁鐵。電纜102向固定磁鐵116提供電能。
上述可使流體通過的電動機(jī)96可以采用流體靜壓徑向推力軸承和密封件120，如1993年5月11日授予GUY LEMIEUX的美國專利US-5209650所述，此專利在本文中作為參考。采用此專利中描述的軸承和密封件，與電動機(jī)和泵系統(tǒng)形成整體。在本發(fā)明所述的實(shí)施例中，可以采用流體靜壓軸承和密封件120，以便將管狀系統(tǒng)107可轉(zhuǎn)動地安裝在電動機(jī)的殼體108中。導(dǎo)管122連通流體可通過的電動機(jī)96，由此提供流體密封件和軸承。
在使用中，流體可通過的電動機(jī)96借助電動機(jī)管件112向泵94提供轉(zhuǎn)動的機(jī)械能。電動機(jī)管件112通過泵的轉(zhuǎn)軸106驅(qū)動泵94運(yùn)行。泵送的流體流動進(jìn)入泵94的入口100，并且從泵的相對的端部出口排出。在此區(qū)域，流體流入管件112，從而流動通過電動機(jī)96，而且，基本上流體在電動機(jī)的相對的端部排出。如圖所示，系統(tǒng)90的運(yùn)行不需要在流體可通過的電動機(jī)96中的管件112內(nèi)設(shè)置葉輪。
圖8表示本發(fā)明的另一個優(yōu)選的實(shí)施例的系統(tǒng)124，其中對前面實(shí)施例中所述的系統(tǒng)90進(jìn)行了修改。經(jīng)過修改的系統(tǒng)124包括流體可通過的電動機(jī)126，其作為兩個常規(guī)的多級離心泵94’和128的動力或驅(qū)動機(jī)構(gòu)。
泵94’之一基本上與前面所述實(shí)施例中的系統(tǒng)90中的泵94相同。在此實(shí)施例中，相同的代號被用于表示在前面所述實(shí)施例中基本上相同的元件。但是，在圖8中的代號附加符號(’)。
圖8表示了用于井下的潛入式泵中的系統(tǒng)124，將該系統(tǒng)124放入井壁92’中。其中，位于下方的泵94’基本上與前面所述實(shí)施例中的系統(tǒng)90中的泵94相同，使泵94’的出口端98’連接動力或驅(qū)動機(jī)構(gòu)，即連接流體可通過的電動機(jī)126。
在運(yùn)行過程中，位于下方的泵94’向上泵送流體。流體通過可通過流體的電動機(jī)126到達(dá)上方的泵的入口端130。然后，上方的泵128接收流體，進(jìn)一步向上泵送流體。由此，上方的泵128基本上相同于常規(guī)的、潛入式多級離心泵。在使用中，上方的泵128的入口端130連接動力或驅(qū)動機(jī)構(gòu)，即連接流體可通過的電動機(jī)126。
除有一個主要區(qū)別之外，在經(jīng)過修改的系統(tǒng)124中，流體可通過的電動機(jī)126基本上相同于前面所述實(shí)施例中的流體可通過的電動機(jī)96。特別是，流體可通過的電動機(jī)126適合于在兩端連接泵。為此目的，用于流體可通過的電動機(jī)126的殼體131被修改，以便電動機(jī)126的各端分部連接泵，而不同于前面所述實(shí)施例，在前面所述的實(shí)施例中，僅在電動機(jī)的一端連接泵。殼體131的固定方式與前面所述實(shí)施例相同。
此外，流體可通過的電動機(jī)126具有管狀系統(tǒng)132，其中包括管件134，在管件134的各端設(shè)有半圓球形狀的帽狀物。各半圓球形狀的帽狀物的遠(yuǎn)端具有伸長的部分，其固定到泵的轉(zhuǎn)軸上。半圓球形狀的帽狀物之一固定在下方的泵94’的轉(zhuǎn)軸106’上。相對的半圓球形狀的帽狀物的伸長部分連接上方的泵128的轉(zhuǎn)軸136。固定連接泵的轉(zhuǎn)軸106’和136的方式與前面所述實(shí)施例中系統(tǒng)90中的方式相同。泵送的流體在位于各半圓球形狀的帽狀物端部的長的部分中的入口114’和出口114’處，進(jìn)入管件134’，并且從中排出。在另一方面，流體可通過的電動機(jī)126基本上與上述實(shí)施例中的流體可通過的電動機(jī)96相同。
如上所述，在大部分可以比較的已有技術(shù)中，電動機(jī)位于井壁中的泵的下方位置。在已有的各系統(tǒng)中，流體進(jìn)入位于電動機(jī)和泵之間的入口?？紤]到流體流動的效率，要求在這種結(jié)構(gòu)中，流體不能通過電動機(jī)。由于泵送的作用力使得流體向上通過井壁，因此，電動機(jī)必須被設(shè)置在泵的下方。
但是，在圖8所示的系統(tǒng)124中，具有流體可通過的電動機(jī)126。流體可以通過電動機(jī)126，這種電動機(jī)126可以位于泵的上方。因此，流體可通過的電動機(jī)126可以在其兩端驅(qū)動泵。這就具有可以在電動機(jī)126的端部之間分開提供扭矩的優(yōu)點(diǎn)。在已有的系統(tǒng)中，電動機(jī)只能在一端驅(qū)動泵，其要求電動機(jī)轉(zhuǎn)軸的一端提供全部扭矩。
但是，在本發(fā)明的系統(tǒng)124中，可以在電動機(jī)相對的端部分開提供扭矩，以便適應(yīng)與已有的系統(tǒng)有關(guān)的多種泵送系統(tǒng)。
最后，應(yīng)當(dāng)注意，上方的泵128必須容納電纜102’，并且在一些實(shí)施例中，要容納導(dǎo)管122’，所述導(dǎo)管122’在系統(tǒng)124中延伸到電動機(jī)126，以便與下方的泵94’相比較，上方的泵128具有比較小的直徑。盡管經(jīng)過修改的系統(tǒng)124提供了上述優(yōu)點(diǎn)，其比上述實(shí)施例中的系統(tǒng)90有更多的適用場合。
在描述了本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施例的同時，應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離本發(fā)明的構(gòu)思和范圍的條件下，可以獲得多種經(jīng)過變化的形式。例如，流體可通過的電動機(jī)96和126中可以包括葉輪。
在包括流體可通過的電動機(jī)96或126的實(shí)施例中，最好，這些系統(tǒng)包括至少一種井下潛入式離心泵。在另一種實(shí)施例中，其他已知類型的泵，或?qū)淼玫礁纳频谋每梢詷?gòu)成井下潛入式離心泵。此外，在流體可通過的電動機(jī)96和126中，流體靜壓軸承和密封件可以由前面所述其他實(shí)施例中的其他類型的軸承和密封件來代替。
在圖6所示的機(jī)械裝置44中，在機(jī)械裝置中的管件18’的外側(cè)，設(shè)有扇片或葉片類型的葉輪48和50。在另一個實(shí)施例中，葉片類型的葉輪48和50可以由其他類型的已知的葉輪代替，例如離心式葉輪，或者將來得到改善的葉輪代替。
在另一個實(shí)施例中，圖2所示的管件56可以有尺寸減小的頸部，如同圖4所示的具有頸部的管件68。同樣，具有低成本的軸承和密封件可以被用于可轉(zhuǎn)動地支撐管件。當(dāng)使用這種具有頸部的管件時，用于管件的殼體可以被修改為具有管狀凹陷部分，其從所述頸部的一端延伸到另一端。因此，可以采用尺寸比較小的、低成本的環(huán)形密封件保護(hù)驅(qū)動系統(tǒng)，當(dāng)泵送的流體是導(dǎo)體時，可以避免電路短路。
在前面所述的實(shí)施例中，最好，使用部分電磁鐵，各電磁鐵具有鐵芯元件，以便產(chǎn)生相互作用的磁性力。在另一個實(shí)施例中，在電磁鐵中不設(shè)置鐵芯元件。
在另一個實(shí)施例中，可以使用氣力或液力驅(qū)動系統(tǒng)，而不使用電磁驅(qū)動系統(tǒng)。例如，在圖3和6中所示的機(jī)械裝置10和44中，磁鐵可以由安裝在管件內(nèi)部的葉輪代替，所述葉輪被設(shè)置在殼體的管狀凹陷部分。然后可以在管狀凹陷部分一端的開口處噴入流體，并且在另一開口處接收流體。當(dāng)流體通過管狀凹陷部分時，流體將作用于管件的外葉輪，由此引起管件轉(zhuǎn)動。
如上述實(shí)施例所示，最好包括整體的葉輪/泵和驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，以便使內(nèi)部管件轉(zhuǎn)動。在另一個實(shí)施例中，其他系統(tǒng)可以被用于使管件轉(zhuǎn)動。例如，在殼體中的電動機(jī)可以用于多個實(shí)施例，將電動機(jī)安裝到管件的一側(cè)，借助齒輪、輥輪、傳動帶或其他機(jī)械裝置，使管件轉(zhuǎn)動。在這些特殊實(shí)施例中，具有需要在管件和電動機(jī)之間設(shè)置連接機(jī)構(gòu)的缺點(diǎn)，但是，其還具有優(yōu)點(diǎn)，在所述的實(shí)施例中，其一般不限制這些機(jī)械裝置提供動力，特別是對于泵送系統(tǒng)的應(yīng)用場合。
由本專業(yè)的普通技術(shù)人員通過修改、變化和組合，可以獲得本發(fā)明的權(quán)利要求書所限定范圍內(nèi)的要求保護(hù)的各種形式。
權(quán)利要求
1.一種用于泵送流體的系統(tǒng)，其包括(a)殼體；(b)具有縱向軸線的管件，管件可轉(zhuǎn)動地安裝在殼體內(nèi)部，以便管件可以相對于殼體、基本上圍繞管件的縱向軸線轉(zhuǎn)動；(c)圍繞管件設(shè)置多個磁鐵，以便產(chǎn)生磁性力，使管件相對于殼體轉(zhuǎn)動；(d)連接到管件的泵，當(dāng)管件轉(zhuǎn)動時，所述的泵從管件接受轉(zhuǎn)動的機(jī)械能，從而為泵的運(yùn)行提供動力，泵進(jìn)一步與管件流體連通，以便當(dāng)系統(tǒng)泵送流體時，可以使流體通過泵和管件。
2.按照權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征是所述的泵包括入口，以便接收流體進(jìn)入泵，還包括出口，以便排出流體，所述泵的出口連通管件。
3.按照權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征是至少一個葉輪安裝到管件上，當(dāng)管件相對于殼體轉(zhuǎn)動時，所述葉輪適合于引導(dǎo)流體通過管件。
4.按照權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征是所述泵和管件相互串聯(lián)流體連通，以便當(dāng)系統(tǒng)泵送流體時，流體首先通過泵，然后，通過管件。
5.按照權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征是至少一些磁鐵是永久磁鐵。
6.按照權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征是至少一些磁鐵是電磁鐵。
7.按照權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征是還包括另一個泵，其中管件具有第一端，以及與第一端相對置的第二端，一個泵連接管件的第一端，另一個泵連接管件的第二端，其中管件和泵流體連通，以便當(dāng)系統(tǒng)泵送流體時，流體通過泵和管件。
8.按照權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征是各所述的泵包括入口，以便接收流體進(jìn)入泵，還包括出口，以便排出流體，一個泵的入口連接管件，而且，另一個泵的出口連接管件。
9.一種安置在具有流體的井下的系統(tǒng)，其用于從井下泵送流體，其包括(a)泵具有相對的端部的泵，其一端具有入口，以便接受來自井中的流體進(jìn)入泵，其另一端具有出口，以便從泵中排出流體，當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行時，將泵放置在井內(nèi)，其出口位于入口的上方；(b)向泵提供轉(zhuǎn)動的機(jī)械能的動力裝置，當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行時，所述動力裝置固定到泵的出口端。
10.按照權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其特征是所述動力裝置包括入口和出口，其入口與泵的出口流體連通，以便當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行時，流體從泵排出后，進(jìn)入動力裝置的入口，再從動力裝置的出口排出。
11.按照權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其特征是所述動力裝置包括殼體和可轉(zhuǎn)動地裝在殼體內(nèi)的管件，管件連與出口流體連通。
12.按照權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其特征是還包括至少一個裝到動力裝置上的葉輪，當(dāng)管件相對于殼體轉(zhuǎn)動時，葉輪可使流體流過動力裝置。
13.按照權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其特征是所述管件包括內(nèi)表面和外表面，至少一個裝到所述管件的內(nèi)表面上的葉輪，至少一個裝到所述管件的外表面上的葉輪。
14.按照權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其特征是所述動力裝置包括可轉(zhuǎn)動安裝的管件，多個圍繞所述管件設(shè)置的磁鐵，以便當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行時，產(chǎn)生磁性作用力，從而使管件轉(zhuǎn)動。
15.按照權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其特征是由安裝在泵中的一個或多個軸承承受由泵和動力裝置產(chǎn)生的推力載荷。
16.按照權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其特征是由安裝在泵的外側(cè)的一個或多個軸承承受由泵和動力裝置產(chǎn)生的推力載荷。
17.按照權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其特征是還包括另一個泵，另一個泵具有對置的端，其一端具有入口，以便接受井下流體進(jìn)入泵，其另一端具有出口，以便使流體從泵中排出，其中動力裝置固定在一個泵的出口端，以及固定到另一個泵的入口端。
18.一種用于提供動力的機(jī)械裝置，其包括(a)具有外壁的殼體；(b)具有縱向軸線和對置端的管件，管件可轉(zhuǎn)動地裝在殼體內(nèi)部，以便所述管件相對于殼體、圍繞管件的縱向軸線轉(zhuǎn)動；(c)連接到管件上的動力裝置，以便引導(dǎo)管件相對于殼體轉(zhuǎn)動；(d)連接管件的轉(zhuǎn)軸裝置，其延伸穿過殼體的外壁，并且從機(jī)械裝置中伸出，以便與另一臺設(shè)備連接。
19.按照權(quán)利要求18所述的機(jī)械裝置，其特征是管件包括對置端，而且轉(zhuǎn)軸裝置具有至少一端延伸穿過殼體的外壁，以便與另一臺設(shè)備連接。
20.按照權(quán)利要求18所述的機(jī)械裝置，其特征是轉(zhuǎn)軸裝置包括支承管件的軸，殼體可轉(zhuǎn)動地支承軸，以便使管件轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)軸裝置具有至少一端延伸穿過殼體的外壁，以便與另一臺設(shè)備連接。
21.按照權(quán)利要求18所述的機(jī)械裝置，其特征是在殼體內(nèi)安裝的多個磁鐵，其圍繞管件設(shè)置，其中磁鐵產(chǎn)生磁性作用力，以便使管件相對于殼體轉(zhuǎn)動。
22.按照權(quán)利要求21所述的機(jī)械裝置，其特征是至少一些磁鐵安裝在管件上。
23.按照權(quán)利要求18所述的機(jī)械裝置，其特征是還包括至少一個裝在管件上的葉輪，當(dāng)管件相對于殼體轉(zhuǎn)動時，葉輪可以使流體通過管件。
24.按照權(quán)利要求18所述的機(jī)械裝置，其特征是管件包括內(nèi)表面和外表面，至少一個裝到管件的內(nèi)表面上的葉輪，和至少一個裝到管件的外表面上的葉輪。
25.一種用于泵送流體的機(jī)械裝置，其包括(a)殼體；(b)具有縱向軸線的管件，管件可轉(zhuǎn)動地安裝在殼體內(nèi)部，以便管件可以相對于殼體、基本上圍繞管件的縱向軸線轉(zhuǎn)動；(c)圍繞管件設(shè)置多個磁鐵，以便產(chǎn)生磁性力，使管件相對于殼體轉(zhuǎn)動；(d)至少一個裝到管件上的葉輪，以便使被泵送的流體通過機(jī)械裝置；(e)在殼體內(nèi)形成流體流動路徑的裝置，以便形成使流體通過機(jī)械裝置的通道，在管件內(nèi)，至少部分形成流體流動路徑，至少部分流體流動路徑位于管件外部。
26.按照權(quán)利要求25所述的機(jī)械裝置，其特征是管件包括側(cè)面，形成流體流動路徑的裝置包括位于管件側(cè)面的至少一個孔。
27.按照權(quán)利要求25所述的機(jī)械裝置，其特征是管件包括外部分和長度部分，形成流體流動路徑的裝置包括二空間，其至少部分地沿著管件的長度部分延伸，其位于殼體和管件的外部分之間，當(dāng)機(jī)械裝置運(yùn)行時，通過上述空間泵送流體。
28.按照權(quán)利要求25所述的機(jī)械裝置，其特征是管件包括內(nèi)表面和外表面，形成流體流動路徑的裝置包括至少一個安裝到管件內(nèi)表面的葉輪，和至少一個安裝到管件外表面的葉輪。
29.一種用于泵送流體的機(jī)械裝置，其包括(a)具有縱向軸線的管件，其可轉(zhuǎn)動地被支承，以便管件圍繞其縱向軸線轉(zhuǎn)動；(c)圍繞管件定位安裝的多個磁鐵，以便產(chǎn)生磁性作用力，從而使管件轉(zhuǎn)動；(d)至少一個裝到管件上的葉輪，以便使被泵送的流體通過機(jī)械裝置；(e)可轉(zhuǎn)地裝在殼體內(nèi)的管件，殼體具有入口，以便接受流體進(jìn)入殼體，并且設(shè)有從殼體中排出流體的出口，當(dāng)機(jī)械裝置運(yùn)行時，泵送流體入口和出口在殼體中定位設(shè)置，其相互離開，并且不與管件的縱向軸線對準(zhǔn)。
30.按照權(quán)利要求29所述的機(jī)械裝置，其特征是當(dāng)機(jī)械裝置運(yùn)行時，泵送流體，使機(jī)械裝置座落于一個表面上，所述殼體包括至少一個支腳，以便將機(jī)械裝置支撐在表面上。
31.按照權(quán)利要求29所述的機(jī)械裝置，其特征是殼體包括外壁，機(jī)械裝置還包括連接管件的轉(zhuǎn)軸裝置，所述轉(zhuǎn)軸裝置延伸穿過殼體的外壁，并且從機(jī)械裝置伸出，以便與另一臺設(shè)備連接。
全文摘要
按照本發(fā)明的原理提供的一優(yōu)選實(shí)施例是泵送系統(tǒng)(90)。此系統(tǒng)包括殼體(108),所述殼體(108)可轉(zhuǎn)動地支承管件(112),圍繞管件(112)設(shè)置多個磁鐵(116)。由磁鐵(116)產(chǎn)生磁性作用力,由此使管件轉(zhuǎn)動。本發(fā)明的系統(tǒng)還包括連接管件的泵(94)。當(dāng)管件轉(zhuǎn)動時,泵(94)接受轉(zhuǎn)動的機(jī)械能,以便使泵(94)運(yùn)行。此外,管件和泵流體連通,以便流體通過泵和管件,當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行時,泵送流體。最好,泵(94)的出口端(98)連接系統(tǒng)中的管件,以便流體首先通過泵,然后通過管件。
文檔編號F04D13/12GK1260862SQ98806321
公開日2000年7月19日 申請日期1998年3月31日 優(yōu)先權(quán)日1997年4月18日
發(fā)明者M·G·哈特曼 申請人:中心流動有限公司