一种离心泵的制作方法

1.本技术实施例涉及油气生产技术领域，特别涉及一种离心泵。


背景技术：

2.页岩气是指附存于以富有机质页岩为主的储集岩系中的非常规天然气，主要采取压裂法开采页岩气。
3.在页岩气钻井压裂阶段压裂液的供水量非常大，在页岩气排水采气阶段的返排液产量也非常大，要保证页岩气钻井压裂作业连续进行以及确保页岩气的排水采气持续生产，必须连续大量供应压裂液和转输大量的返排液。多级离心泵具有排量大效率高等优点，成为页岩气钻井压裂和排水采气生产的重要设备，用于传输上述压裂液和返排液。
4.然而，目前多级离心泵在传输压裂液和返排液的过程中，容易导致该离心泵的轴承温度过高，降低其使用寿命。


技术实现要素：

5.本技术实施例提供了一种离心泵，能够有效降低离心泵的轴承温度，延长其使用寿命。所述技术方案如下：
6.根据本技术实施例的一个方面，提供了一种离心泵，所述离心泵的非驱动端包括：储油桶、泵轴、轴承和冷却管路；
7.所述轴承位于所述储油桶内部，所述泵轴的一端与所述轴承连接，用于控制所述轴承在所述储油桶内沿轴线方向移动；
8.所述冷却管路的主体部分位于所述储油桶内，且所述冷却管路的冷却液进口和冷却液出口位于所述储油桶外部；
9.所述冷却管路的主体部分与所述储油桶中加注的润滑油相接触；
10.冷却液经所述冷却液进口流入所述冷却管路的主体部分，并从所述冷却液出口流出，用于对所述润滑油起到冷却作用。
11.本技术通过增大离心泵的轴承所在腔体体积，在该腔体内放置用于对润滑油起到冷却作用的冷却管路，使得在离心泵工作过程中，因摩擦等因素导致的润滑油热量能够快速地通过该冷却管路释放掉，从而降低腔体内部以及轴承的温度，不至于轴承温度过高，提升其使用寿命。
12.可选地，所述冷却管路由金属材料制成。
13.由于金属材料具有较好的热传导性能，因此使用金属材料制成的冷却管路能够快速地将温度相对较高的润滑油的热量传导给温度相对较低的冷却液，从而提升对润滑油的冷却效率。
14.可选地，所述冷却管路为圆形盘管。
15.可选地，所述冷却管路的盘管数量为6～10圈。
16.通过将冷却管路设计为包括一定数量的圆形盘管，可以尽可能地增大冷却管路与
润滑油的接触面积，有助于冷却效果的提升。
17.可选地，所述储油桶的第一端面设置有环形密封槽，所述泵轴穿过所述环形密封槽与所述轴承连接，所述环形密封槽用于防止所述润滑油流出所述储油桶。
18.可选地，所述环形密封槽包括多道回油环。
19.通过在储油桶的第一端面设置包括多道回油环的环形密封槽，能够有效防止运行过程中润滑油被甩出，避免造成对环境的污染。
20.可选地，所述储油桶的第二端面设置有透明挡板。
21.通过在储油桶的第二端面设置透明挡板，能够便于观察和控制润滑油的情况，确保离心泵运行中轴承的润滑油“油质油量”安全。
22.可选地，所述储油桶呈圆筒形状。
23.通过将轴承后端压盖设计为润滑油储存圆筒(即储油桶)，其表面积比原轴承压盖大大增加从而提高了润滑油散热效率，有效降低润滑油和轴承温度。轴承浸没在润滑油中得到充分润滑。
24.可选地，所述储油桶的顶部设置有加油口，所述储油桶的底部设置有卸油孔。
25.通过在储油桶上设置加油口和卸油孔，能够实现润滑油的添加和排泄，灵活调整储油桶内的润滑油用量。
26.可选地，所述离心泵是用于在页岩气采集过程中，传输压裂液或返排液的自平衡多级离心泵。
27.本技术实施例提供的技术方案可以包括如下有益效果：
28.通过增大离心泵的轴承所在腔体体积，在该腔体内放置用于对润滑油起到冷却作用的冷却管路，使得在离心泵工作过程中，因摩擦等因素导致的润滑油热量能够快速地通过该冷却管路释放掉，从而降低腔体内部以及轴承的温度，不至于轴承温度过高，提升其使用寿命。
附图说明
29.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
30.图1是相关技术提供的一种离心泵的非驱动端的结构示意图；
31.图2是本技术实施例提供的一种离心泵的非驱动端的结构示意图。
具体实施方式
32.为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本技术实施方式作进一步地详细描述。
33.离心泵是指靠叶轮旋转时产生的离心力来输送液体的泵。离心泵是利用叶轮旋转而使水发生离心运动来工作的。水泵在启动前，必须使泵壳和吸水管内充满水，然后启动电机，使泵轴带动叶轮和水做高速旋转运动，水发生离心运动，被甩向叶轮外缘，经蜗形泵壳的流道流入水泵的压水管路。
34.离心泵的基本构造可以包括如下几个部分：叶轮、泵体、泵轴、轴承、密封环和填料函。
35.叶轮是离心泵的核心部分，它转速高出力大，叶轮上的叶片又起到主要作用，叶轮在装配前要通过静平衡实验。叶轮上的内外表面要求光滑，以减少水流的摩擦损失。
36.泵体也称泵壳，它是离心泵的主体。起到支撑固定作用，并与安装轴承的托架相连接。
37.泵轴的作用是将联轴器和电动机相连接，将电动机的转矩传给叶轮，所以它是传递机械能的主要部件。
38.轴承可以支撑施加在叶轮上的液压负荷、叶轮和泵轴的质量以及联轴器和驱动系统产生的负荷。轴承也能将泵轴的轴向和径向偏差保持在叶轮和轴封所容许的范围内。轴承在泵轴的驱动下前后滑动。其通常需要润滑剂进行润滑。并且，在离心泵运行过程中轴承的温度不能过高。需要说明的是，离心泵的轴承运行温度应当小于等于85℃，轴承温度过高会造成轴承损坏等质量问题。
39.密封环又称减漏环。
40.填料函主要由填料、水封环、填料筒、填料压盖、水封管组成。填料函的作用主要是为了封闭泵壳与泵轴之间的空隙，不让泵内的水流流到外面来也不让外面的空气进入到泵内。
41.另外，离心泵按照叶轮数目来分类，可以分为单级离心泵和多级离心泵。单级离心泵在泵轴上只有一个叶轮。多级离心泵在泵轴上有两个或两个以上的叶轮，这时泵的总扬程为该多个叶轮产生的扬程之和。
42.在相关技术中，在页岩气开采过程中用于传输压裂液和返排液的离心泵采用如下设计：材质为不耐腐蚀的铸造碳素钢，机械密封方式密封，泵的非驱动端采用一对接触角为40
°
的单列向心滚动球轴承，背向安装，采用润滑脂(如黄油)润滑，轴承及润滑脂采取自然冷却方式，正常情况下该轴承能够承受一定程度的轴向推力。
43.示例性地，如图1所示，其示出了相关技术提供的一种离心泵的非驱动端的结构示意图。该离心泵的非驱动端包括：泵轴11、轴承12、第一轴承压盖13和第二轴承压盖14。
44.第一轴承压盖13和第二轴承压盖14压合，形成一空心的密封腔。
45.轴承12位于上述密封腔内部，且泵轴11的一端与轴承12连接，用于控制轴承12在上述密封腔内沿轴线方向移动。
46.为了提升轴承12移动时的润滑性，通常需要在上述密封腔内添加润滑脂15(如黄油)，以起到润滑作用。
47.由于种种原因，离心泵的非驱动端轴承长期高温运行，润滑不良，轴承硬度强度降低，从而导致轴承频繁失效，设备检修频繁，严重影响页岩气钻井压裂工程顺利进展，威胁页岩气正常生产。
48.经过对所有发生轴承烧毁失效问题的设备进行现场解剖、观察与深入分析，得出的结论是页岩气压裂液、返排液的腐蚀性和磨损性会导致离心泵正反叶轮腐蚀磨损不均匀，虽然自平衡多级正叶轮组与反叶轮组产生的推力方向相反，但是两个推力大小却不相等，轴向力不平衡，这就会产生较大的轴向残余应力。离心泵非驱动端的轴承承受了较大的残余应力作用后摩擦生热加剧，产生的热量在密封腔内不容易散失，轴承温度持续升高(经
过实验测得轴承运行温度可达到145℃以上，这显然超过了轴承运行温度小于等于85℃的技术要求)，导致润滑脂失效。同时，因轴承温度超高，使得其强度和硬度逐渐下降直至轴承失效。因此，离心泵的非驱动端轴运行温度过高和润滑不良是该轴承失效的主要原因。
49.由于目前页岩气钻井压裂工艺技术的需要，必须要向压裂液添加一定量的化学试剂和石英砂，这样的工艺技术措施在未来较长时期不会改变。因此页岩气压裂液返排液具有腐蚀性和磨损性并导致离心泵叶轮和导叶被腐蚀和磨损不均匀的情况难以避免。
50.本技术旨在解决如何降低离心泵轴承运行温度，以提升其使用寿命的问题，通过增大离心泵的轴承所在腔体体积，在该腔体内放置用于对润滑油起到冷却作用的冷却管路，使得在离心泵工作过程中，因摩擦等因素导致的润滑油热量能够快速地通过该冷却管路释放掉，从而降低腔体内部以及轴承的温度，不至于轴承温度过高，提升其使用寿命。
51.下面，将通过具体实施例对本技术技术方案进行详细的介绍说明。
52.本技术一示例性实施例提供了一种离心泵所述离心泵的非驱动端包括：储油桶、泵轴、轴承和冷却管路；
53.所述轴承位于所述储油桶内部，所述泵轴的一端与所述轴承连接，用于控制所述轴承在所述储油桶内沿轴线方向移动；
54.所述冷却管路的主体部分位于所述储油桶内，且所述冷却管路的冷却液进口和冷却液出口位于所述储油桶外部；
55.所述冷却管路的主体部分与所述储油桶中加注的润滑油相接触；
56.冷却液经所述冷却液进口流入所述冷却管路的主体部分，并从所述冷却液出口流出，用于对所述润滑油起到冷却作用。
57.可选地，所述冷却管路由金属材料制成。
58.可选地，所述冷却管路为圆形盘管。
59.可选地，所述冷却管路的盘管数量为6～10圈。
60.可选地，所述储油桶的第一端面设置有环形密封槽，所述泵轴穿过所述环形密封槽与所述轴承连接，所述环形密封槽用于防止所述润滑油流出所述储油桶。
61.可选地，所述环形密封槽包括多道回油环。
62.可选地，所述储油桶的第二端面设置有透明挡板。
63.可选地，所述储油桶呈圆筒形状。
64.可选地，所述储油桶的顶部设置有加油口，所述储油桶的底部设置有卸油孔。
65.可选地，所述离心泵是用于在页岩气采集过程中，传输压裂液或返排液的自平衡多级离心泵。
66.上述所有可选技术方案，可以采用任意结合形成本技术的可选实施例，在此不再一一赘述。
67.本技术一示例性实施例提供了一种离心泵，如图2所示，其示出了本技术实施例提供的一种离心泵的非驱动端的结构示意图。该离心泵的非驱动端包括：储油桶21、泵轴22、轴承23和冷却管路24。
68.在本技术实施例中，储油桶21用于存储润滑油25，该润滑油25用于对轴承23的移动起到润滑作用。可选地，储油桶21呈圆筒形状。
69.在相关技术中，离心泵轴承的润滑剂选用的是润滑脂(如黄油)，本技术实施例改
变了润滑剂的选材，选择润滑油25作为离心泵轴承的润滑剂，例如可以选择某种规格的齿轮润滑油。
70.润滑油是用在各种类型汽车、机械设备上以减少摩擦，保护机械及加工件的液体或半固体润滑剂，主要起润滑、辅助冷却、防锈、清洁、密封和缓冲等作用。
71.由于在相同环境和技术条件下，润滑油的润滑性能和冷却性能都要优于润滑脂。一方面，使用润滑油可以将轴承运动摩擦产生的热量及时带走以达到降低轴承温度的目的；另一方面，润滑油良好的润滑性能可以更好地改善轴承润滑，减少轴承摩擦生热。因此，只要解决好润滑油的储存、密封和冷却问题就可以确保离心泵运行过程中轴承“不缺油”和“不干油”，有效提高轴承使用寿命。
72.轴承23位于储油桶21内部，泵轴22的一端与轴承23连接，用于控制轴承23在储油桶21内沿轴线方向移动。另外，泵轴22的另一端可以和离心泵的驱动端连接，驱动端可通过驱动泵轴22旋转从而带动叶轮转动，从而实现离心作用。另外，泵轴22的一端可以通过轴承锁紧螺母26与轴承23连接。轴承23可以设置在轴承座23a上。
73.在本技术实施例中，储油桶21可以是一体式结构，也可以是分离式结构。在一个示例中，储油桶21包括第一轴承压盖和第二轴承压盖，第一轴承压盖位于轴承23的前端(也即图2中轴承23的左侧)，第二轴承压盖位于轴承23的后端(也即图2中轴承23的右侧)。第一轴承压盖和第二轴承压盖压合，形成一具有空腔的储油桶21。
74.在本技术实施例中，通过改变轴承23两端压盖密封结构形式，解决润滑油的储存、冷却和泄漏问题。将轴承23后端压盖设计为润滑油储存圆筒(图2中的储油桶21)，其表面积比原轴承压盖大大增加从而提高了润滑油散热效率，有效降低润滑油和轴承温度。轴承浸没在润滑油中得到充分润滑。
75.冷却管路24包括冷却液进口24a、冷却液出口24b，以及位于上述冷却液进口24a和冷却液出口24b之间的主体部分24c。冷却管路24的主体部分24c位于储油桶21内，且冷却管路24的冷却液进口24a和冷却液出口24b位于储油桶21外部。
76.如图2所示，冷却管路24的主体部分24c与储油桶21中加注的润滑油25相接触。冷却液经冷却液进口24a流入冷却管路24的主体部分24c，并从冷却液出口24b流出，用于对润滑油25起到冷却作用。
77.可选地，冷却管路24由金属材料制成，如紫铜。由于金属材料具有较好的热传导性能，因此使用金属材料制成的冷却管路24能够快速地将温度相对较高的润滑油25的热量传导给温度相对较低的冷却液，从而提升对润滑油25的冷却效率。当然，在一些其他可能的实现方式中，冷却管路24也可以由其他具有较好的热传导性能的材料制成，本技术实施例对此不作限定。
78.可选地，冷却管路24为圆形盘管。例如，冷却管路24的盘管数量为6～10圈。通过将冷却管路24设计为包括一定数量的圆形盘管，可以尽可能地增大冷却管路24与润滑油25的接触面积，有助于冷却效果的提升。另外，盘管数量可以结合实际情况灵活设计，本技术实施例对此不作限定。
79.在一种可能的实现方式中，利用转供水泵站箱式变电站常开空调的冷凝水(清洁温度低)作为冷却液，其流经冷却管路24能够强制快速地带走润滑油25的热量，冷却效果较佳。当然，在一些其他可能的实现方式中，还可以使用其他形式的冷却液，本技术实施例对
此不作限定。
80.在示例性实施例中，储油桶21的第一端面设置有环形密封槽27，泵轴22穿过环形密封槽27与轴承23连接，环形密封槽27用于防止润滑油25流出储油桶21。可选地，环形密封槽27包括多道回油环。例如，环形密封槽27的长度为50mm，其包括3道回油环，每个回油环中可以设置密封圈，从而有效防止运行过程中润滑油25被甩出。
81.在示例性实施例中，储油桶21的第二端面设置有透明挡板28。例如，该透明挡板28可以是玻璃挡板。通过上述方式，能够便于观察和控制润滑油25的情况，确保离心泵运行中轴承23的润滑油“油质油量”安全。当然，在一些其他可能的实现方式中，还可以使用其他透明度较好的材质来制成该透明挡板28，本技术实施例对此不作限定。
82.在示例性实施例中，储油桶21的顶部设置有加油口21a，储油桶21的底部设置有卸油孔21b。在本技术实施例中，对加油口21a和卸油孔21b的数量不作限定，例如其可以是1个，也可以是2个。加油口21a用于添加润滑油25，卸油孔21b用于排泄润滑油25。通过在储油桶21上设置加油口21a和卸油孔21b，能够实现润滑油的添加和排泄，灵活调整储油桶21内的润滑油用量。
83.在示例性实施例中，本技术实施例提供的离心泵是用于在页岩气采集过程中，传输压裂液或返排液的离心泵，如其可以是自平衡多级离心泵。
84.综上所述，本技术实施例提供的技术方案，通过增大离心泵的轴承所在腔体体积，在该腔体内放置用于对润滑油起到冷却作用的冷却管路，使得在离心泵工作过程中，因摩擦等因素导致的润滑油热量能够快速地通过该冷却管路释放掉，从而降低腔体内部以及轴承的温度，不至于轴承温度过高，提升其使用寿命。
85.另外，通过改变润滑剂的选材，选择润滑油作为离心泵轴承的润滑剂，有助于提升润滑性能和冷却性能。
86.另外，通过在储油桶的第一端面设置包括多道回油环的环形密封槽，能够有效防止运行过程中润滑油被甩出，避免造成对环境的污染。
87.另外，还通过在储油桶的第二端面设置透明挡板，能够便于观察和控制润滑油的情况，确保离心泵运行中轴承的润滑油“油质油量”安全。
88.另外，还通过在储油桶上设置加油口和卸油孔，能够实现润滑油的添加和排泄，灵活调整储油桶内的润滑油用量。
89.经实验发现，采用本技术实施例提供的离心泵，其在页岩气采集过程中，传输压裂液或返排液时，所达到的温度仅为62℃左右，完全达到了轴承运行温度小于等于85℃的技术要求。并且，离心泵的故障率下降了30％，非驱动端轴承使用寿命从原来不足2000小时提高到了10000小时以上，有效降低了设备的检修和维修成本，也降低了现场操作工人进行设备维护保养的工作强度。
90.应当理解的是，在本文中提及的“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。另外，本文中描述的步骤编号，仅示例性示出了步骤间的一种可能的执行先后顺序，在一些其它实施例中，上述步骤也可以不按照编号顺序来执行，如两个不同编号的步骤同时执行，或者两个不同编号的步骤按照与图示相反的顺序执行，本技术实施例对此不作限定。
91.以上所述仅为本技术的示例性实施例，并不用以限制本技术，凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。