專利名稱：正排量泵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種正排量泵，即一種通常從一個井中通過提升或上壓一個容裝在一傳送管道中并放置在泵活塞上的液柱而泵給液體例如水或油的類型的活塞泵。這種類型的活塞泵通常稱為提升泵。
更具體地，本發(fā)明涉及一種在獨(dú)立權(quán)利要求的特征部分中限定的一種正排量泵。
背景技術(shù)：
在下端，在泵腔中或之下，即在其中位移件、泵活塞在泵給操作過程中上下移動的區(qū)域中，傳統(tǒng)的提升泵具有從入口打開進(jìn)入泵腔中的形狀為一個單向閥的固定入口閥，以及一個由泵活塞支承的出口閥，出口閥是一個從泵腔打開進(jìn)入傳送管道的單向閥。
在這些泵的一個變化中，泵活塞支承入口閥而出口閥放置在泵腔頂上或之上。帶有這樣一個提升泵的例子在WO90/08898中公開。
致動機(jī)構(gòu)的提升件可以是一個純拉伸的部件，即一個繩索或一些柔性部件，它們基本只能傳遞張力并只能實現(xiàn)泵活塞的向上運(yùn)動而限制其向下的運(yùn)動。在這樣一種情況下，泵活塞的向下運(yùn)動可以由于活塞較大的重量和/或其重量克服活塞的摩擦力以及需要打開閥的力而由活塞本身產(chǎn)生。但是，提升件也可以是一個桿或其他剛性件，還可以傳遞壓力以向下壓泵活塞。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種可以歸類于上述變化并在現(xiàn)有泵的基礎(chǔ)上進(jìn)行許多改進(jìn)的泵。這些改進(jìn)通過權(quán)利要求書中的特征取得。
根據(jù)本發(fā)明，本發(fā)明的泵可以設(shè)計成結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)都很簡單，并且可靠和成本低廉。盡管沒有這樣限定，但它特別適合用做一個在地質(zhì)區(qū)域中泵給水的井泵，在此需要一種低廉和容易使用并容易安裝的井泵，由此當(dāng)?shù)氐木用窨梢垣@得井水。
可以大大利用傳送管道中的可以獲得的橫截面積，這意味著泵活塞的橫截面占傳送管道橫截面的很大的比例。即使井孔和傳送管道直徑很小，每個泵行程也可以產(chǎn)生相當(dāng)大的傳送量而不會使行程長度過大。
此外，在本發(fā)明的泵中，容裝在泵腔之上的傳送管道中的液柱中的壓力可以用于產(chǎn)生泵活塞的向下運(yùn)動，或更精確地增加通常不是很大的來自活塞重量的向下的力。因此甚至在提升件是繩索時也可以取得充足的向下的力而不會增大活塞的重量。
這種效果的取得是因為位移件流體靜力學(xué)不平衡，這樣它具有一個面向上的上止推面，此止推面通常在位移件的運(yùn)動過程中位于位移件的上方，并因此恒定地承受在出口(傳送管道)中存在的壓力，位移件還具有一個相應(yīng)的面向下的下止推面，下止推面通常在位移件的運(yùn)動過程中位于入口中，并因此恒定地承受存在于入口中的壓力。在泵給過程中，傳送管道中的液柱恒定地使出口中的壓力大大地大于入口中的壓力，而且由于總是存在于出口和入口、即上止推面和下止推面之間的壓力差，位移件恒定地承受一個向下的流體靜力，其數(shù)值與壓力差和凈止推面的表面積成比例。
此外，泵活塞和入口以及出口閥可以作為一個單元方便地被取出地面進(jìn)行檢查和維護(hù)，例如更換密封件，然后再次被導(dǎo)入井中。這種操作不需要取出傳送管道。
傳送管道可以使用一種塑料軟管，它可以容易地插入井孔中并當(dāng)需要時再被取出。軟管可以在現(xiàn)場被切成在每個場合下適當(dāng)?shù)拈L度，或可以以卷管的形式以所需的長度由一個本地的供給者傳送。在安裝泵時，泵殼連接在軟管的的一端上，而軟管滑入到井孔中所需的深度，它可以是例如100米或更多，而不需要連接。當(dāng)軟管與泵殼到位時，泵活塞和與其相關(guān)的部件通過軟管被降到泵殼之下?；蛘撸没钊团c其相關(guān)的部件可以在插入軟管之前被放置到泵殼中。
下面參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明，附圖以示例性的方式示出了兩個買施例。
圖1是一個泵、即實施本發(fā)明的一個提升泵的豎向剖視圖，圖中示出泵活塞處于其下端位置；圖2是與圖1類似的一個視圖，但示出泵活塞處于其上端位置；圖3是與圖1類似的另一個視圖，但示出泵活塞被提升到活塞完全位于泵缸體之上的一個位置；圖4和圖5分別對應(yīng)于圖1和圖2，示出一個變化的實施例。
具體實施例方式
圖1-3的泵包括以下主要部分-一個豎立的管狀泵殼10，包括一個圓筒狀側(cè)壁11，并設(shè)有一個可拆卸地安裝在側(cè)壁上端上的端部12。
-一個位移件13，可以在泵殼中滑動，并包括一個具有一個入口閥15的泵活塞14以及一個通過端部12向上延伸并在端部之上的上端設(shè)有一個出口閥17的管狀活塞桿16。
-一個傳送管道18，包括一個剛性管件或一個軟管并包圍泵殼10和位移件13。
-一個致動機(jī)構(gòu)19，在圖中沒有詳細(xì)示出，它位于傳送管道的上端，并通過一個提升繩索的媒介與位移件13的活塞桿16連接；致動機(jī)構(gòu)可以是一個手動或動力驅(qū)動致動機(jī)構(gòu)，并連續(xù)操作以從一個下部位置向一個上部位置提升位移件13，并使其可以返回到下部位置，這樣泵活塞14通過圖1中由S表示的一個行程范圍移動。
泵殼10由泵殼壁11外側(cè)和傳送管道內(nèi)側(cè)之間的一種收縮裝配安裝在傳送管道18內(nèi)略位于傳送管道的下端之上。其下端恒定向下打開，并與傳送管道的最下部一起形成泵的一個入口21。
與泵殼相連的端部12滑入泵殼壁11的上端并設(shè)置成使伸入泵殼壁11中的部分的外側(cè)例如由O形圈(未示出)密封配合在泵殼壁上，O形圈可以設(shè)置成在泵殼壁11中提供一個端部12的快動保持。一個設(shè)置在較高部分的密封圈密封配合在傳送管道18的內(nèi)側(cè)上，其內(nèi)徑略大于泵殼壁11的內(nèi)徑。這樣，端部僅僅與泵殼摩擦配合，而且可以由下面將詳細(xì)說明的一個向上的力從泵殼向上移動。一個或多個連接通道(未示出)將密封圈22之下的空間與入口21連接。
泵活塞14由一個外密封圈23密封配合在泵腔壁11的內(nèi)側(cè)上，以在泵殼10中形成泵腔24的一個下邊界?；钊麠U16在端部12中與一個內(nèi)密封圈25密封配合，以形成泵腔24的一個上邊界。
入口閥15在泵活塞14處是一個球單向閥，其閥球在重力的影響下與泵活塞中的一個閥座一起堵塞形成在泵腔24以及入口21之間活塞體中的一個通道26，放置液體向下流動，即從泵腔流入入口21，但基本不限制液體通過通道26在相反的方向中流動。
出口閥17也是一個球單向閥，它類似于入口閥17允許液體從泵腔24經(jīng)過活塞桿16中的通道26自由向上流動然后通過入口閥的閥殼29中的一個通道28進(jìn)入端部12之上的傳送管道18中的空間30中，但由閥球的重力作用與活塞桿16的開口上端形成的一個閥座一起堵塞在相反方向中的液體流動。閥球插入閥殼29中，閥殼29安裝在活塞桿16上并且在其中連接提升纜索20以及容裝和保護(hù)纜索的一個塑料管31。
優(yōu)選地選擇球閥作為入口和出口閥，因為閥體的球形狀可以防止泵給的液體中臟物附著在閥上。但是，入口和出口閥也可以有利地為一個錐形閥。
略高于泵活塞14活塞桿16設(shè)有一個連接活塞桿中的通道27與泵腔24的孔32。在正常的泵給操作中，此孔不起作用，但其定位使得當(dāng)位移件13向上被拉到其最高的位置時，孔位于端部12中的內(nèi)密封圈25之上，從而將泵腔24與傳送管道18中上面的空間30連接起來，其目的在下面說明。
圖1-3中的提升泵的操作如下進(jìn)行。首先，位移件13位于圖1所示的下端位置上，而且整個傳送管道18和泵腔24充有水。
當(dāng)通過提升繩索20向上移動位移件13時，位于泵腔24中的活塞泵密封件23之上的水經(jīng)過泵活塞體中的通道26、活塞桿16中的通道27以及出口閥17中的通道28移入端部12之上的空間30中。同時，泵活塞密封件之下的空間充入來自入口21的水。
位移件13的向上運(yùn)動抵抗由傳送管道中水柱施加在位移件上的靜液壓力。此力作用在一個基本等于泵殼壁11的橫截面面積的表面積A上；提升繩索的橫截面面積可以不被考慮，并且設(shè)定保護(hù)管31內(nèi)的空間與傳送管道中的周圍空間連通。
泵腔24中的水頭壓力向上作用在端部12上，但此端部12還由基本相同的上面的水柱產(chǎn)生的向下的壓力作用。由于此壓力作用在一個大于泵腔橫截面面積的表面積B上，產(chǎn)生的靜液壓力將保持端部12與泵殼壁11的上端配合。此配合由端部的重量和端部密封件以及泵殼壁之間的摩擦提供，例如上述但未示出的O形圈，以及密封圈22與傳送管道內(nèi)表面之間的摩擦力。
位移件13向上的運(yùn)動在圖2所示的上端位置停止。在此位置出口閥17關(guān)閉，結(jié)果位移件承受來自相當(dāng)于傳送管道18中的液柱高度的一個水頭壓力的向下的載荷(更準(zhǔn)確地，為端部12之上的空間30以及入口21之間的水頭壓力的差)。此壓力作用在活塞桿16一個上端的向上的止推表面上，此表面等于活塞桿16的外橫截面面積C。一個對應(yīng)的面向下的止推表面恒定地承受入口21中的下水頭壓力。在位移件13上產(chǎn)生的力趨于向下壓位移件。
當(dāng)位移件13開始向下移動時，入口閥15打開并允許水通過通道26進(jìn)入泵腔24，以重新填充泵腔，然后泵腔與入口處于基本相同的壓力。同時，傳送管道18中的液面略微降低，因為活塞桿16進(jìn)一步向下移動進(jìn)入泵腔24中。
當(dāng)位移件13回到圖1所示的下端位置時，重復(fù)上述過程。
如果位移件13向上被拉過圖2所示的正常的上端位置而使得泵活塞14移動到行程范圍S之上，孔32就最終位于端部12中的內(nèi)活塞桿密封件25之上。連續(xù)的向上拉動會使泵活塞14的上端與端部12的底部配合，當(dāng)繼續(xù)進(jìn)行向上的拉動時端部12會與泵活塞15一起向上移動。
當(dāng)泵活塞的密封圈23離開泵腔壁11時，一個環(huán)形通道形成在傳送通道18的內(nèi)表面和泵活塞14之間，見圖3。然后水可以從升高的端部12之上的水柱通過泵活塞桿16的孔32和已經(jīng)完全打開的泵腔24流入入口21中。水強(qiáng)迫沖洗入口閥，使得已經(jīng)積累在入口閥中的臟物被沖洗掉。而且還可以沖洗掉已經(jīng)積累在泵腔壁11上端的臟物。
在水柱消失后，可以繼續(xù)進(jìn)行位移件13向上的拉動而不需要克服除了位移件以及與其相連的部件、即提升纜索20和保護(hù)管31的重量以外的其他的力。
在位移件檢驗和清潔、如果需要以及維護(hù)工作例如損壞或磨損的部件的更換后，或者完成修理后，位移件可以重新插入傳送管道18中并降低，直到端部12進(jìn)入泵腔壁11中到位。如果端部12在其在傳送管道中向下運(yùn)動的過程中應(yīng)該粘住，則可以通過從上端向傳送管道填充水而使其加載額外的力。
圖4和5所示的實施例基本對應(yīng)于圖1-3所示的實施例，其中基本結(jié)構(gòu)和操作以及類似的附圖標(biāo)記在兩個實施例中一致使用，以表示對應(yīng)的部件。主要差別在于，在圖1-3的泵中泵腔24的上邊界由一個固定部分形成，即端部12，下邊界由一個可動部分即泵活塞14形成，而圖4中的泵腔的上邊界由泵活塞14形成而下邊界由端部12形成。
同圖1-3的實施例的一個結(jié)構(gòu)差別在于，圖4和5所示的泵的泵活塞14與入口閥15和出口閥17都連接。
另一個結(jié)構(gòu)差別在于端部12與泵殼壁11的連接具有不同的結(jié)構(gòu)?？梢詾槿鐖D1-3所示的一個塑料入管的傳送管道的下端夾在一個內(nèi)底管套33和一個外底管套34之間，其中內(nèi)底管套33壓裝在傳送管道的下端中并在其外側(cè)設(shè)有一個環(huán)形凸緣32A，而外底管套34旋在內(nèi)底管套上。
端部12的一個外部的、面向下的環(huán)形錐面與內(nèi)底管套33的雙端上的一個互補(bǔ)的面向上的環(huán)形錐面配合。位于上述環(huán)形錐面之下的端部12的部分由一個O形圈22密封在內(nèi)底管套33的內(nèi)表面上，從而形成一個快動連接。此O形圈局部容裝在內(nèi)底管套33的一個環(huán)形槽中以及局部容裝在端部12中。這樣，可以通過利用提升纜索20施加一個額外向上的力而將端部12從其在泵殼10中的正常位置向上拉出。
外底管套可以如虛線所示向下延伸，以便可以圍繞并在其運(yùn)動范圍內(nèi)保護(hù)活塞桿16向下突出的部分。
圖中所示的其內(nèi)橫截面面積略微大于泵腔24的橫截面面積的傳送管道18不是必不可少的。如果需要，傳送可以通過保護(hù)管31或另一個連接在位移件上并且具有基本小于泵腔橫截面面積的橫截面面積的管件進(jìn)行。在此情況下，出口閥17構(gòu)造成使從泵腔通過活塞桿向上壓出的液體被導(dǎo)入此管件中。提升泵的泵殼在井孔中的錨固可以通過一個靜液膨脹器或其他適當(dāng)?shù)姆绞酵瓿伞?br>
使用這樣一個具有較小的直徑、連接在位移件13上的傳送管道的優(yōu)點(diǎn)在于，為了填充整個傳送管道只需要少量的泵給行程。
在所示的兩個實施例中，泵活塞的橫截面面積可以占據(jù)傳送管道內(nèi)橫截面面積的很大一部分；面積的差僅僅相當(dāng)于直徑B和A之間的差，即泵殼10在傳送管道中占據(jù)的橫截面面積。
如果傳送管道18是一個塑料軟管并且不能保證在其全長上具有精確的圓形橫截面，則圖4和5的實施例特別適用。在此實施例中，不僅泵活塞14、而且端部12都具有等于泵腔壁11直徑的直徑。在位移件13和端部12從泵殼10抽出的過程中，泵活塞14和端部12對于充分大的傳送管道內(nèi)表面具有一個間隙，以確保傳送管道的任何存在的非圓部分不會干涉?zhèn)魉凸艿肋B續(xù)向上拉到地面的過程。
權(quán)利要求
1.一種正排量泵，包括一個泵殼(10)，具有一個泵腔(24)，泵腔具有一個入口(21)和一個由出口單向閥(17)控制的出口通道(28)，一個位移件(13)，其在一個運(yùn)動方向中界定泵腔(24)并在泵腔中可以在一個行程區(qū)段(S)中往復(fù)運(yùn)動，并包括一個向泵腔(24)中打開并設(shè)置在入口和泵腔之間的一個通道(26)中的第二單向閥(15)，以及一個用于連續(xù)使位移件(13)在泵殼(10)中在行程區(qū)段(S)中往復(fù)運(yùn)動的致動機(jī)構(gòu)，其特征在于，泵腔(24)由一個端部(12)在位移件(13)的相反的運(yùn)動方向中限制，端部(12)與泵殼(10)配合并且在位移件的運(yùn)動超過行程區(qū)段(S)時可以由位移件(13)驅(qū)動出泵殼(10)。
2.一種正排量泵，包括一個泵殼(10)，具有一個泵腔(24)，泵腔具有一個入口通道(21)和一個由出口單向閥(17)控制的出口通道(28)，一個位移件(13)，其在一個運(yùn)動方向中界定泵腔(24)并在泵腔中可以在一個行程區(qū)段(S)中往復(fù)運(yùn)動，并包括一個向泵腔(24)中打開并設(shè)置在入口和泵腔之間的一個通道(26)中的第二單向閥(15)，以及一個用于連續(xù)使位移件(13)在泵殼(10)中在行程區(qū)段(S)中往復(fù)運(yùn)動的致動機(jī)構(gòu)，具體如權(quán)利要求1所述的一個正排量泵，其特征在于，位移件(13)具有一個上止推表面，在位移件在行程區(qū)段(S)中運(yùn)動時上止推表面可以恒定地承受出口通道(28)中的壓力，還具有一個對應(yīng)的下止推表面，在位移件在行程區(qū)段(S)中運(yùn)動時下止推表面可以恒定地承受入口(21)中的壓力，這樣當(dāng)入口和出口中的壓力不相同時位移件(13)可以承受產(chǎn)生的豎向推力。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的正排量泵，其特征在于，位移件(13)包括一個泵活塞(14)以及一個連接在泵活塞上并從泵腔(24)伸出的活塞桿(16)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的正排量泵，其特征在于，活塞桿(16)通過端部(12)延伸。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項所述的正排量泵，其特征在于，第一閥(17)和第二閥(15)設(shè)置在位移件(13)上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項所述的正排量泵，其特征在于，第一閥(17)和第二閥(15)是球閥或錐閥。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項所述的正排量泵，其特征在于，泵殼(19)包括一個由一個圓形圓柱管形成的側(cè)壁(11)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項所述的正排量泵，其特征在于，泵殼(10)包括一個固定安裝在一個傳送管道(18)上的側(cè)壁(11)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8中任一項所述的正排量泵，其特征在于，傳送管道由一個柔性管、最好是一種塑料管形成，泵殼插入和安裝在其中。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9中任一項所述的正排量泵，其特征在于，致動機(jī)構(gòu)包括一個連接在位移件上的提升纜索(20)。
全文摘要
一種正排量泵、即提升泵,包括:一個泵殼(10),具有一個泵腔(24),泵腔具有一個入口通道(21)和一個由出口單向閥(17)控制的出口通道(28),一個位移件(13),其在一個運(yùn)動方向中界定泵腔(24)并在泵腔中可以在一個行程區(qū)段(S)中往復(fù)運(yùn)動,并包括一個向泵腔(24)中打開并設(shè)置在入口和泵腔之間的一個通道(26)中的第二單向閥(15),以及一個用于連續(xù)使位移件(13)在泵殼(10)中在行程區(qū)段(S)中往復(fù)運(yùn)動的致動機(jī)構(gòu)。位移件(13)具有一個上止推表面,在位移件在行程區(qū)段(S)中運(yùn)動時上止推表面可以恒定地承受出口通道(28)中的壓力,位移件還具有一個對應(yīng)的下止推表面,在位移件在行程區(qū)段(S)中運(yùn)動時下止推表面可以恒定地承受入口(21)中的壓力,這樣當(dāng)入口和出口中的壓力不相同時位移件(13)可以承受產(chǎn)生的豎向推力。泵腔(24)由一個端部(12)在位移件(13)的相反的運(yùn)動方向中限制,端部(12)與泵殼(10)配合并且在位移件的運(yùn)動超過行程區(qū)段(S)時可以由位移件(13)驅(qū)動出泵殼(10)。
文檔編號F04B47/00GK1341197SQ0080414
公開日2002年3月20日 申請日期2000年2月25日 優(yōu)先權(quán)日1999年2月25日
發(fā)明者斯蒂格·倫德貝克 申請人:艾克塔克公司