[发明专利]用于螺杆泵转子的环形密封件

说明书

技术领域

本文公开的主题一般地涉及螺杆泵，且更特别地，涉及用于螺杆泵转子的环形密封件。

背景技术

在对于油气的勘探中，将流体(油、水、气体和外来固体)从井源输送到远程处理或存储设施中的需求(并非在井源附近建造新的设施)是很好理解的。双螺杆泵正日益用于帮助这些井源流体的生产。双螺杆泵的使用使得能够通过降低井源出口处的压力而提高生产水平，以及在放弃生产之前通过容许更低的最终储槽压力而从储槽获得更大的总体回收。

图1图示了一种传统的双螺杆泵10。该图简单地呈现以图示双螺杆泵的主要构件，并且不应被认为以任何方式限制了本文公开的本发明。如图所示，双螺杆泵10典型地具有设置在转子衬套19中的两个转子12和14。各个转子均具有轴18，轴18具有设置在轴18的长度的至少一部分上的一组或多组向外延伸的螺纹20。轴18在转子衬套19内轴向地延伸。两个转子12，14并不相互接触，但它们各自相对的螺纹20是互绕的。泵10将常由电动机(未显示)驱动，该电动机使转子12和14旋转。典型地，其中一个轴上的传动齿轮22接合另一轴上的第二齿轮，使得当泵电动机使转子12旋转时，转子14以相同的速率，但在相反的方向上旋转。在操作中，包括颗粒材料的井源流体在入口24处被抽吸到泵10中。当转子12和14旋转时，在相邻的螺纹20之间形成的转子室26使井源流体沿着转子轴18朝着出口室28而移动，该出口室28是转子中心处最大压力的点，井源流体从该点最终从泵10的出口30排出。转子室26不是完全密封的，但在正常操作条件下，存在于转子12，14之间以及在各个转子和转子衬套19之间的正常间隙空间被输送流体填充。这些间隙空间中的输送流体的液体部分用于限制被泵送的流体在相邻室之间的泄漏。从转子的出口侧向入口逸回的流体的数量代表泵的滑流，已知该滑流会降低泵容积效率。如图2中所示和上面所解释的那样，在各个转子和转子衬套19之间会发生泵滑流(图2中的箭头所示)。其它滑动路径包括位于螺杆顶端和相邻的转子之间以及在螺纹20的面之间的滑动。

传统的双螺杆多相泵当前面临若干挑战。首先，假定每级固定的压力上升，随着总的压力上升需求增加，转子长度增加，导致在强加的压力负载下增加的转子偏移。此偏移导致转子衬套19中的转子12，14更加偏心的对准，这时常导致在转子12，14和转子衬套19之间过大的滑动或接触，以及在转子12，14之间或抵靠转子衬套19的摩擦。另外，随着泵滑流的增加，收集在滑流中的砂粒会由于被称为水力喷射的现象而导致泵内增加的侵蚀或磨损，特别是在转子顶端处。这种侵蚀或磨损会导致间隙轮廓的劣化和泵滑流的进一步增加。

因此需要研制一种泵转子，其最小化或消除泵滑流，导致一种具有紧凑的转子长度的高增压差的多相泵。另外，在转子的边缘和泵壳之间改进的密封还将确保减少间隙内的固体颗粒侵蚀或磨损。还需要提供一种密封系统，其是耐用的，改善了泵的性能，并且即使在密封系统磨损之后也不会对泵造成任何损伤。

发明内容

根据本文公开的一个实施例，用于螺杆泵的泵转子包括轴，轴上的螺纹和密封件，该螺纹包括设置在其外表面上的凹槽，并且密封件设置在凹槽中。密封件从位于轴的一端处的螺纹的起点盘旋到螺纹中。凹槽和密封件尺寸设置成在它们之间具有间隙，使密封件在泵转子偏移时能够相对于螺纹而径向地移动。凹槽和密封件形成了互锁机构，以便将密封件保持在凹槽中，同时容许密封件在泵转子偏移时相对于螺纹而径向移动。

根据本文公开的另一实施例，提供了一种减少螺杆泵中的滑流的方法，螺杆泵具有带低压入口和高压出口的外壳、设置在外壳内部的衬套和设置在衬套内部的转子，转子具有轴和设置在轴的外表面上的螺纹，该方法包括在螺纹的外表面上形成凹槽，以及在凹槽中设置环形密封件，使得环形密封件从凹槽向外突出，并靠在螺杆泵的衬套的内表面上，从而减少来自高压出口到低压入口的滑流。环形密封件和凹槽构造成将密封件保持在凹槽中，同时容许密封件在泵转子偏移时相对于螺纹的径向移动。

根据本文公开的另一实施例，双螺杆泵包括具有入口和出口的外壳、设置在外壳内部的衬套和设置在衬套内部的两个转子。各个转子均包括轴、设置在轴的外表面的一部分上的螺纹、位于螺纹的外表面上的凹槽以及凹槽中的环形密封件，环形密封件配置成随轴旋转，并且从凹槽中向外突出，以便靠在衬套的内表面上。环形密封件和凹槽构造成将密封件保持在凹槽中，同时容许密封件在泵转子偏移时相对于螺纹的径向移动。

附图说明

当参照附图阅读以下详细说明时，将更好地理解本发明的这些以及其它特征、方面和优势，其中在所有附图中相似的标号表示相似的部件。