一种防卡堵屏蔽泵及其控制方法

1.本发明涉及屏蔽泵技术领域，具体涉及一种防卡堵屏蔽泵及其控制方法。


背景技术：

2.屏蔽泵是一种无密封泵，泵装置和电机都被密封在泵送介质中，泵和驱动电机都被密封在一个被泵送介质充满的压力容器内，此压力容器只有静密封，并由一个绕组来提供旋转磁场并驱动转子。这种结构取消了传统离心泵具有的旋转轴密封装置，能做到完全无泄漏。故屏蔽泵在石油化工领域得到了广泛运用。在实际使用过程中，屏蔽泵的电机需要降温才能正常工作，驱动电机的降温是在定子和转子隔离套/屏蔽套的间隙之间流过冷却液进行降温，冷却液取自泵输送介质的一部分，屏蔽泵的输送介质会带有细小固体杂质，而屏蔽泵定子隔离套与转子隔离套之间的间隙通常很小，泵送介质必须过滤后才能使用，通常会使用将过滤网直接覆盖整个流道进行过滤。为了不阻碍流动，通常使过滤孔设计的较大，因此，就使得过滤后进入屏蔽泵的冷却液含有较多固体颗粒，这些颗粒对泵的屏蔽套磨损较大，甚至发生卡堵的情况，影响屏蔽泵的寿命。


技术实现要素：

3.本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种防卡堵屏蔽泵及其控制方法，用来解决目前的屏蔽泵隔离套颗粒卡堵的问题，本发明可以减少冷却液中的固体杂质颗粒，促进其快速通过屏蔽套之间的间隙，能够通过二次清洁装置进行杂质颗粒的收集，降低了屏蔽泵的屏蔽套卡堵的风险，延长了屏蔽泵的使用寿命。
4.为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
5.一种防卡堵屏蔽泵，其包括泵体(10)、离心叶轮(20)、过滤器(30)、轴承(40)、定子(50)、转子(60)、循环管(70)、二次清洁装置(80)，泵体具有进口管(101)、出口管(102)，泵体的泵腔内安装有离心叶轮，出口管上连接有过滤器，过滤器的外周侧连接有循环管，循环管的另一端与二次清洁装置相连接，泵体与二次清洁装置之间的电机包括定子、转子，定子的内周侧设置有定子屏蔽套(501)，转子的外周侧设置有转子屏蔽套(602)，转子的中心安装有转轴(601)，泵腔与转子腔之间设置有第一轴承，转子腔与二次清洁装置之间设置有第二轴承，转子腔与定子腔之间通过定子屏蔽套隔离，其特征在于：二次清洁装置(80)包括外筒(801)、内衬筒(802)、定螺旋叶片(803)、动螺旋叶片(804)、第一连通孔(805)、第二连通孔(806)、容纳槽(807)，内衬筒贴合地连接于外筒的内周壁，外筒的端部法兰与电机端部相连接，内衬筒的内周壁设置有定螺旋叶片，转轴的外周设置有动螺旋叶片，动螺旋叶片与定螺旋叶片交替/间隔设置，外筒的内周壁设置有一个或多个容纳槽，内衬筒上设置有第一连通孔、第二连通孔，第一连通孔、第二连通孔分别与容纳槽相连通。
6.进一步地，所述外筒(801)的外周壁连接有排杂质管(808)，排杂质管的一端与容纳槽(807)相连通，排杂质管的另一端与小型辅助泵(809)相连接，在小型辅助泵的作用下，排杂质管用于排出聚集于容纳槽内的杂质颗粒。
7.进一步地，所述外筒(801)的内周壁为第一锥形面，内衬筒(802)的外周壁为第二锥形面，第一锥形面与第二锥形面匹配，外筒的右端连接有端盖(810)，端盖的另一端与循环管(70)相连接。
8.进一步地，所述第一连通孔(805)、第二连通孔(806)设置于定螺旋叶片(803)的螺距之间，第一连通孔倾斜设置或螺旋设置，第二连通孔倾斜设置或螺旋设置，第一连通孔与第二连通孔邻近设置，第一连通孔与第二连通孔的倾斜方向或螺旋方向相反，第一连通孔的孔径大于第二连通孔的孔径，使固体颗粒更容易进入第一连通孔、容纳槽；在动螺旋叶片、定螺旋叶片的离心螺旋输送作用下，杂质颗粒通过第一连通孔进入容纳槽，第二连通孔用于泵送介质的回流，但杂质颗粒无法通过第二连通孔。
9.进一步地，所述电机的转子腔内设置有光纤探针(90)，光纤探针(90)一端伸入转子屏蔽套与定子屏蔽套之间的间隙内，另一端连接颗粒浓度检测仪(901)；光纤探针可以测得间隙中的颗粒浓度的变化带来的电压变化，从而通过颗粒浓度检测仪实时监测间隙中的颗粒浓度。
10.进一步地，所述过滤器(30)包括外壳(301)、过滤筒(302)、出口接头(303)、连接法兰(304)，过滤筒设置于外壳内，过滤筒与外壳之间设置有环形空间，外壳的上、下端分别设置有连接法兰，外壳的外周壁设置有出口接头，出口接头与循环管相连接，过滤筒通过下端台阶部安装于外壳内，过滤器用于过滤泵送介质。
11.进一步地，所述第一轴承、第二轴承的内周壁设置有螺旋槽(401)，螺旋槽用于使泵送介质产生定向流动。
12.进一步地，所述定子屏蔽套(501)的内周壁设置有一个或多个定子叶片(502)，定子叶片沿轴向延伸，定子叶片的截面呈倒三角形，可以避免杂质颗粒堆积在底部，并给转子与定子之间的间隙中的固体颗粒一个反作用力；转子屏蔽套(602)的外周壁设置有转子叶片(603)，转子叶片呈螺旋状延伸，转子叶片的截面呈弧形，可以避免杂质颗粒堆积在底部，同时转子叶片旋转可以提供驱动力，使颗粒快速通过转子与定子之间的间隙。
13.一种防卡堵屏蔽泵的控制方法，其包括：
14.(1)开启屏蔽泵，将液体从进口管输入，经过离心叶轮旋转之后从出口管输出至过滤器，通过过滤器过滤后，一次清洁介质进入过滤筒与外壳之间的环形空间中，并通过出口接头排出；然后通过循环管输送到二次清洁装置，液体在动螺旋叶片、定螺旋叶片的离心螺旋输送作用下，使固体颗粒加速，固体颗粒由离心力的作用被甩至内衬筒内壁，并经第一连通孔进入容纳槽中，而液体则通过第二连通孔回流/排出，经过第二轴承内周侧的螺旋槽进入转子腔内部，对第二轴承进行润滑/冷却；泵送介质经过转子腔后，再次通过第一轴承内周侧的螺旋槽进入泵体的泵腔，实现介质的重复利用；
15.(2)当已被过滤的介质进入定子屏蔽套与转子屏蔽套之间的间隙后，转子屏蔽套上的转子叶片旋转，带动液体流动，定子屏蔽套上的定子叶片与转子屏蔽套上的转子叶片共同作用，给固体颗粒驱动力，使其快速通过该间隙；该间隙中的光纤探针可以实时监测间隙中的颗粒浓度，当颗粒浓度超过阈值时，通过提高电机转子转速，这时作用在固体颗粒上的驱动力变大，使固体颗粒加速通过该间隙；
16.(3)定期地开启小型辅助泵，在小型辅助泵的作用下，排杂质管用于排出聚集于容纳槽内的杂质颗粒；容纳槽内也设置有光纤探针，用于检测颗粒浓度，当颗粒浓度超过阈值
时，说明存在排杂质颗粒异常，此时需要进行拆卸内衬筒进行维护或清理。
17.本发明的一种防卡堵屏蔽泵及其控制方法，可以减少冷却液中的固体杂质颗粒，促进其快速通过屏蔽套之间的间隙，能够通过二次清洁装置进行杂质颗粒的收集，降低了屏蔽泵的屏蔽套卡堵的风险，延长了屏蔽泵的使用寿命。
附图说明
18.图1为本发明防卡堵屏蔽泵结构示意图；
19.图2为本发明过滤器结构示意图；
20.图3为本发明二次清洁装置结构示意图；
21.图4为本发明二次清洁装置结构示意图；
22.图5为本发明定子结构示意图；
23.图6为本发明转子结构示意图。
24.图中：泵体10、进口管101、出口管102、(离心)叶轮20、过滤器30、外壳301、过滤筒302、出口接头303、连接法兰304、(石墨)轴承40、螺旋槽401、定子50、定子屏蔽套501、定子叶片502、转子60、转轴601、转子屏蔽套602、转子叶片603、循环管70、二次清洁装置80、外筒801、内衬筒802、定螺旋叶片803、动螺旋叶片804、第一连通孔805、第二连通孔806、容纳槽807、排杂质管808、小型辅助泵809、端盖810、光纤探针90、颗粒浓度检测仪901、流向
“→”
。
具体实施方式
25.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
26.下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
27.如图1-6所示，一种防卡堵屏蔽泵，其包括泵体10、离心叶轮20、过滤器30、轴承40、定子50、转子60、循环管70、二次清洁装置80，泵体10具有进口管101、出口管102，泵体10的泵腔内安装有离心叶轮20，出口管102上连接有过滤器30，过滤器30的外周侧连接有循环管70，循环管70的另一端与二次清洁装置80相连接，泵体10与二次清洁装置80之间的电机包括定子50、转子60，定子50的内周侧设置有定子屏蔽套501，转子60的外周侧设置有转子屏蔽套602，转子60的中心安装有转轴601，泵腔与转子腔之间设置有第一轴承40，转子腔与二次清洁装置80之间设置有第二轴承40，转子腔与定子腔之间通过定子屏蔽套501隔离，其特征在于：二次清洁装置80包括外筒801、内衬筒802、定螺旋叶片803、动螺旋叶片804、第一连通孔805、第二连通孔806、容纳槽807，内衬筒802贴合地连接于外筒801的内周壁，外筒801的端部法兰与电机端部相连接，内衬筒802的内周壁设置有定螺旋叶片803，转轴601的外周设置有动螺旋叶片804，动螺旋叶片804与定螺旋叶片803交替/间隔设置，外筒801的内周壁设置有一个或多个容纳槽807，内衬筒802上设置有第一连通孔805、第二连通孔806，第一连通孔805、第二连通孔806分别与容纳槽807相连通。
28.进一步地，外筒801的外周壁连接有排杂质管808，排杂质管808的一端与容纳槽807相连通，排杂质管808的另一端与小型辅助泵809相连接，在小型辅助泵809的作用下，排
杂质管808用于排出聚集于容纳槽807内的杂质颗粒。
29.进一步地，外筒801的内周壁为第一锥形面，内衬筒802的外周壁为第二锥形面，第一锥形面与第二锥形面匹配，外筒801的右端连接有端盖810，端盖810的另一端与循环管70相连接。内衬筒802外周壁与外筒801内周壁锥度配合，可以防止固体颗粒卡堵，易于取出内衬筒802，便于进行清理。
30.进一步地，第一连通孔805、第二连通孔806设置于定螺旋叶片803的螺距之间，第一连通孔805倾斜设置或螺旋设置，第二连通孔806倾斜设置或螺旋设置，第一连通孔805与第二连通孔806邻近设置，第一连通孔805与第二连通孔806的倾斜方向或螺旋方向相反，第一连通孔805的孔径大于第二连通孔806的孔径，使固体颗粒更容易进入第一连通孔805、容纳槽807；在动螺旋叶片804、定螺旋叶片803的离心螺旋输送作用下，杂质颗粒通过第一连通孔805进入容纳槽807，第二连通孔806用于泵送介质的回流，但杂质颗粒无法通过第二连通孔806。
31.当被过滤器30过滤后的一次清洁介质通过循环管70进入二次清洁装置80时，在动螺旋叶片804、定螺旋叶片803的离心螺旋输送作用下，液体会顺着螺旋叶片开始旋转，质量较大的固体颗粒会由于离心力的作用被甩到内衬筒802的内壁上，并随着液体旋转进入第一连通孔805、容纳槽807，这样进入转子腔的泵送介质中的固体颗粒大大减少，在通过定子屏蔽套501与转子屏蔽套602之间的间隙时，更难造成磨损及卡堵。
32.进一步地，电机的转子腔内设置有光纤探针90，光纤探针90一端伸入转子屏蔽套602与定子屏蔽套501之间的间隙内，另一端连接颗粒浓度检测仪901。光纤探针90可以测得间隙中的颗粒浓度的变化带来的电压变化，从而通过颗粒浓度检测仪901实时监测间隙中的颗粒浓度。
33.进一步地，过滤器30包括外壳301、过滤筒302、出口接头303、连接法兰304，过滤筒302设置于外壳301内，过滤筒302与外壳301之间设置有环形空间/环形间隔，外壳301的上、下端分别设置有连接法兰304，外壳301的外周壁设置有出口接头303，出口接头303与循环管70相连接，过滤器30用于过滤泵送介质。过滤筒302通过下端台阶部安装于外壳301内，安装/更换方便。泵送介质通过过滤筒302进入环形空间，然后流入循环管70。
34.进一步地，(石墨)第一轴承40、第二轴承40的内周壁设置有螺旋槽401，螺旋槽401用于使泵送介质产生定向流动，如图1中箭头
“←”
所示。
35.进一步地，定子屏蔽套501的内周壁设置有一个或多个定子叶片502，定子叶片502沿轴向延伸，定子叶片502的截面呈倒三角形，可以避免杂质颗粒堆积在底部，并给转子与定子之间的间隙中的固体颗粒一个反作用力。
36.进一步地，转子屏蔽套602的外周壁设置有转子叶片603，转子叶片603呈螺旋状延伸，转子叶片603呈的截面呈弧形或半圆形，可以避免杂质颗粒堆积在底部，同时转子叶片603旋转可以提供驱动力，使颗粒快速通过转子与定子之间的间隙。
37.当转子屏蔽套602上的转子叶片603转动时，会给间隙中的固体颗粒一个垂直于转子叶片603的力f2，定子叶片502给固体颗粒一个反作用力f1，两个作用力的合力对固体颗粒提供一个向前的驱动力f；
38.其中f＝(m
×n×
2πr
×
cosθ-q/a)/60；其中m为颗粒质量，n为转速，r为颗粒所在位置距离转轴601中心的距离，设计/计算时可取数值部分进行设计/计算；可以通过调节转速
来调整颗粒所受驱动力的大小，θ为转子叶片603的螺旋角，q为冷却液的单位流量，a为转子与定子之间的间隙面积；
39.其中θ＝arctan(l/2πr)，a＝π(r
1-r2)2；
40.其中l为转子屏蔽套602的长度，r1为定子屏蔽套半径，r2为转子屏蔽套半径；设计/计算时可取数值部分进行设计/计算。
41.一种防卡堵屏蔽泵的控制方法，其包括：
42.(1)开启屏蔽泵，将液体从进口管101输入，经过离心叶轮20旋转之后从出口管102输出至过滤器30，通过过滤器30过滤后，一次清洁介质进入过滤筒302与外壳301之间的环形空间中，并通过出口接头303排出；然后通过循环管70输送到二次清洁装置80，液体在动螺旋叶片804、定螺旋叶片803的离心螺旋输送作用下，使固体颗粒加速，固体颗粒由离心力的作用被甩至内衬筒802内壁，并经第一连通孔805进入容纳槽807中，而液体则通过第二连通孔806回流/排出，经过第二轴承400内周侧的螺旋槽进入转子腔内部，对第二轴承/石墨轴承40进行润滑/冷却；泵送介质经过转子腔后，再次通过第一轴承40内周侧的螺旋槽进入泵体10的泵腔，实现介质的重复利用；
43.(2)当已被过滤的介质进入定子屏蔽套501与转子屏蔽套602之间的间隙后，转子屏蔽套上的转子叶片603旋转，带动液体流动，定子屏蔽套上的定子叶片502与转子屏蔽套上的转子叶片603共同作用，给固体颗粒驱动力，使其快速通过该间隙；该间隙中的光纤探针90可以实时监测间隙中的颗粒浓度，当颗粒浓度超过阈值时，通过提高电机转子转速，这时作用在固体颗粒上的驱动力变大，使固体颗粒加速通过该间隙；
44.(3)定期地开启小型辅助泵809，在小型辅助泵809的作用下，排杂质管808用于排出聚集于容纳槽807内的杂质颗粒；容纳槽807内也可设置有光纤探针90，用于检测颗粒浓度，当颗粒浓度超过阈值时，说明存在排杂质颗粒异常，此时需要进行拆卸内衬筒802进行维护/清理。
45.本发明的一种防卡堵屏蔽泵及其控制方法，可以减少冷却液中的固体杂质颗粒，促进其快速通过屏蔽套之间的间隙，能够通过二次清洁装置进行杂质颗粒的收集，降低了屏蔽泵的屏蔽套卡堵的风险，延长了屏蔽泵的使用寿命。
46.上述实施方式是对本发明的说明，不是对本发明的限定，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的保护范围由所附权利要求及其等同物限定。