本發(fā)明涉及用于傳送介質(zhì)的裝置，該裝置具有帶多個托架軸的工作機以及使托架軸旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動器，所述多個托架軸上布置有用于輸送介質(zhì)的輸送元件。
工作機(例如，帶多個軸的排量泵)通常由單個驅(qū)動器(例如，液壓發(fā)動機、內(nèi)燃機或電動機)驅(qū)動，該驅(qū)動器直接地或借助聯(lián)接器連接到工作機的從動軸。具有電動機的這種實施例例如描述于de102008018407a1中。
就帶有依賴于旋轉(zhuǎn)角度并根據(jù)正排量原理運行的多個軸的工作機而言，需要各獨立軸之間的載荷分布，這會在機器內(nèi)產(chǎn)生附加的較高力和彎矩。除此之外，依賴于旋轉(zhuǎn)角度的軸需要進行同步
本發(fā)明的目的是提供一種裝置，該裝置可在相似尺寸的情況下提供更高的可靠性和耐久性或?qū)崿F(xiàn)更緊湊的設(shè)計。
根據(jù)本發(fā)明借助具有主權(quán)利要求的特性的裝置來達成該目的。在從屬權(quán)利要求、書面說明和附圖中公開了本發(fā)明的有利構(gòu)型和附加實施例。
具有工作機和多個托架軸(其上布置有用于傳送介質(zhì)的輸送元件)以及使托架軸旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動器的、用于傳送介質(zhì)的裝置以一定方式設(shè)計，使得驅(qū)動器具有多個從動軸，每個從動軸與不少于一個托架軸聯(lián)接。工作機(通常為泵)具有兩個或更多個托架軸，其上布置有輸送元件，諸如齒輪或螺旋主軸。驅(qū)動器使托架軸旋轉(zhuǎn)，使得輸送元件將待傳送的介質(zhì)從入口通過殼體或傳送室輸送到出口。驅(qū)動器具有多個從動軸，每個從動軸與不少于一個托架軸聯(lián)接。每個托架軸與從動軸聯(lián)接，使得每個托架軸被單獨地驅(qū)動。不同于使用單軸驅(qū)動器來驅(qū)動單個驅(qū)動套管上方的多軸工作機以及用于使相應(yīng)托架軸同步的相應(yīng)聯(lián)接元件，根據(jù)本發(fā)明的驅(qū)動器是通過驅(qū)動工作機的獨立角度依賴性軸的多個從動軸來實現(xiàn)的，其中優(yōu)選地在每個獨立托架軸中均勻地引起成比例的驅(qū)動扭矩。因此，避免了通過從動軸將驅(qū)動扭矩傳送到其他從動軸中，從而使扭矩和彎矩顯著減小。
在優(yōu)選的構(gòu)型中，驅(qū)動器的從動軸的數(shù)量對應(yīng)于托架軸的數(shù)量，使得每個托架軸由驅(qū)動器的正好一個從動軸驅(qū)動。通過減輕所傳送的載荷并使載荷均勻分布在工作機的各軸中，可顯著延長預期壽命，繼而可分別減小軸、軸承和密封件的尺寸。
工作機的托架軸可按角度依賴性和剛性的方式彼此聯(lián)接，以確保同步以及嚙合輸送元件諸如螺旋主軸或齒輪的正確轉(zhuǎn)出過程。這使得輸送元件的磨損減少且維修間隔期延長。不再可能發(fā)生輸送元件相對于彼此的相對扭轉(zhuǎn)，不會提供組裝狀態(tài)下的軸向位移可能性，或僅有很小程度的可能性，例如以便抵消軸承公差。
工作機優(yōu)選地被設(shè)計為排量泵，特別是螺旋主軸泵，這使得實現(xiàn)非常緊湊的工作與驅(qū)動機單元成為可能，這些工作與驅(qū)動機單元可有利地在受限空間條件(諸如存在于例如石油開采和氣體開采平臺上的那些條件)下使用。
驅(qū)動器優(yōu)選地被設(shè)計為液壓發(fā)動機，其實現(xiàn)了節(jié)省空間的構(gòu)造，尤其是在傳送流體時。通常，提供有液壓驅(qū)動功率，使得可實現(xiàn)緊湊、低維護且簡單的驅(qū)動系統(tǒng)。
如果驅(qū)動器被設(shè)計為液壓齒輪電機或螺旋主軸電機，則其優(yōu)點在于驅(qū)動器的齒輪或螺旋主軸部件可同時用于使托架軸的驅(qū)動器同步，這意味著不需要另外的齒輪副就能確保托架軸的同步性。由液壓發(fā)動機一體地執(zhí)行同步齒輪的功能。液壓發(fā)動機可具有兩個或更多個從動軸，因此即使在多軸工作機的情況下，每個托架軸也可與從動軸聯(lián)接。
為了進一步提高裝置的緊湊性，從動軸可為托架軸的一部分或以扭轉(zhuǎn)剛性的方式與托架軸聯(lián)接。可以按一體的方式設(shè)計托架軸和對應(yīng)從動軸，使得這些軸彼此牢固地結(jié)合。同樣，可借助聯(lián)接裝置諸如爪形聯(lián)接器、螺旋接頭、連接器或齒輪驅(qū)動器來聯(lián)接這些軸。與其他解決方案相比，齒輪驅(qū)動器需要更多技術(shù)努力，但它能夠改變工作機的旋轉(zhuǎn)速度和/或旋轉(zhuǎn)方向。工作機和驅(qū)動器可一起位于單個殼體中，以便增強裝置的緊湊性。
在優(yōu)選的布置方式中，驅(qū)動器和工作機以液壓方式彼此分隔開，使得待傳送的介質(zhì)不會與驅(qū)動器的驅(qū)動介質(zhì)混合。這降低了驅(qū)動單元污染的風險，并且在驅(qū)動單元作為液壓發(fā)動機的實施例的情況下，降低了液壓流體污染的風險。由此，減少了驅(qū)動單元的磨損并增強了裝置的總體耐久性。
根據(jù)本發(fā)明的解決方案實現(xiàn)了以軸的依賴性角位置在根據(jù)正排量原理的多軸工作機的各獨立軸之間的自動載荷分布。托架軸自動地通過驅(qū)動器進行同步。驅(qū)動扭矩對相應(yīng)托架軸的獨立影響減少或消除了干擾性附加載荷，所述干擾性附加載荷諸如為由齒輪齒力、或因驅(qū)動扭矩通過一個軸傳輸?shù)较乱粋€軸而引起的扭力所產(chǎn)生的彎矩。使附加載荷最小化降低了常規(guī)驅(qū)動概念常會出現(xiàn)的軸彎曲，這就形成了通過減小內(nèi)公差來進一步改善效率的可能性。除此之外，減少的載荷意味著更高的耐久性和更高的容錯性(例如，抵御峰值載荷或污染)。
下面將參照附圖描述本發(fā)明的一個實施例。該圖示出了具有工作機和驅(qū)動器的裝置的示意性剖視圖。
在該圖的剖視圖中，示出了具有殼體10的裝置1，工作機2和驅(qū)動器3位于該殼體中。工作機2被設(shè)計為具有兩個主軸的螺旋主軸泵，并且位于殼體10的工作機殼體部分12中。驅(qū)動器3位于殼體10的驅(qū)動器殼體部分11中，并且在所描繪的實施例示例中被設(shè)計為雙軸液壓齒輪電機。
在殼體10中，提供了用于傳送介質(zhì)的入口13，待傳送的介質(zhì)(諸如石油開采或氣體開采中的烴類)可通過該入口流入工作機2中。借助蝸桿螺紋形狀的輸送元件12,22，將待傳送的介質(zhì)從入口13通過工作機2輸送到出口14。
輸送元件22,32安裝在托架軸25,35上或被設(shè)計為這些托架軸的一體部分，并且它們將介質(zhì)從入口13傳送到出口14。托架軸25,35穿透入口13背面的入口區(qū)并延伸到驅(qū)動器殼體11中，使得它們可按扭轉(zhuǎn)剛性的方式與驅(qū)動器3的從動軸聯(lián)接。
驅(qū)動器3以液壓齒輪電機的形式被布置在驅(qū)動器殼體部分11中，經(jīng)由入口通道15向該液壓齒輪電機供應(yīng)加壓液壓流體。通過入口通道15，向由齒輪21和31組成的相嚙合的齒輪副供應(yīng)液壓流體。齒輪21,31牢固地緊固在驅(qū)動器3的從動軸20和30上，如，例如借助平行鍵或齒系統(tǒng)進行收縮或正向安裝。經(jīng)由入口通道15向驅(qū)動器3供應(yīng)的液壓流體使齒輪21,31并因此使從動軸20,30旋轉(zhuǎn)。經(jīng)由出口通道16移除減壓液壓流體。
不同于所示的涉及齒輪電機的設(shè)計，驅(qū)動器3也可被設(shè)計為螺旋主軸電機，其中驅(qū)動部件的齒輪傳動經(jīng)由螺旋主軸而非齒輪齒來實現(xiàn)。在所描繪的實施例中，入口通道15被布置在裝置1的前側(cè)上，并允許液壓流體基本上平行于從動軸20,30的旋轉(zhuǎn)軸線流動。通過出口通道16移除液壓流體也以適當方向(即，也與從動軸20,30的旋轉(zhuǎn)軸線同軸)在前側(cè)上發(fā)生。因此，在鉆孔、鉆桿或傳送管道中從一側(cè)實現(xiàn)了節(jié)省空間的設(shè)計以及液壓流體的簡便供應(yīng)和簡便移除。
在所示的實施例示例中，從動軸20,30被設(shè)計成與托架軸25,35一體，使得液壓發(fā)動機所供應(yīng)的功率由驅(qū)動器3的從動軸20,30直接傳輸?shù)焦ぷ鳈C2的托架軸25,35上。作為從動軸和托架軸20,30,25,35的一體式設(shè)計的替代形式，也可以借助聯(lián)接裝置(諸如螺旋凸緣、聯(lián)接襯套或另一種剛性連接)來聯(lián)接從動軸20,30。還可以將從動軸20,30以一定方式與托架軸25,35聯(lián)接，使得軸20,25,30,35相對于彼此的角位置得以保持，例如借助與齒輪驅(qū)動器的齒輪傳動。
不同于殼體10的一體式設(shè)計，涉及多個部件的設(shè)計也是可能的，特別是以這樣的方式：工作機殼體12和驅(qū)動器殼體11單獨地制造并且彼此附接。
可規(guī)定驅(qū)動器3和工作機2以液壓方式彼此脫離聯(lián)接，使得待傳送的介質(zhì)不會從工作機2抵達驅(qū)動器3，以避免污染及對應(yīng)的更高驅(qū)動器磨損。為此，例如借助迷宮密封或軸封，將通往工作機2的入口區(qū)或吸入?yún)^(qū)的從動軸20,30開口密封起來。然而，如果裝置1意在用于石油開采，可能有利的是液壓流體與待傳送的流體相容，例如成為適當再加工的油，因為在這種情況下，密封件中的可能泄漏不會導致待傳送的介質(zhì)受污染。
將驅(qū)動器3和工作機2放入一個殼體10中，使得可以擁有緊湊的、特別是圓柱形的設(shè)計?？梢詫⒍鄠€裝置1一前一后地布置成一行，并將它們機械地連接在一起，從而形成一個模塊。裝置1的這種連續(xù)布置方式的優(yōu)點在于從工作機2傳送通過出口14的介質(zhì)可通過連接通道輸送到下一裝置的入口13。因此，用于驅(qū)動該驅(qū)動器3的液壓流體可傳送通過裝置1的殼體。
在與所示示例不同的實施例中，還可以將兩個工作機2與一個驅(qū)動器3聯(lián)接，使得驅(qū)動器3的從動軸20,30在兩個方向上都從驅(qū)動器殼體11突出，并且被布置在齒輪21,31的兩側(cè)上。這樣，可以實現(xiàn)裝置1的甚至更緊湊的設(shè)計。連接到這種驅(qū)動器3的兩個工作機2可在相同方向上輸送待傳送的介質(zhì)?；蛘撸部捎眠@種驅(qū)動器實現(xiàn)相反的輸送方向。
輸送元件22,32和/或螺旋傳送機的托架軸25,35以角度依賴性方式彼此剛性地聯(lián)接，其中該聯(lián)接通過驅(qū)動器3的齒輪21,31實現(xiàn)，這是由于從動軸20,30與托架軸25,35之間具有扭轉(zhuǎn)剛性連接。不需要托架軸25,35的進一步同步，不必通過托架軸之一傳送力矩，這就大大減少了軸內(nèi)的扭矩和彎矩所形成的載荷。為了實現(xiàn)托架軸25,35的及因此輸送元件22,32的更精確同步特性和同步性，除了驅(qū)動器3的齒輪21,31之外，還可以并計劃將齒輪的一個或多個嚙合副布置在托架軸25,35上，以便確保同步性。然而，這些同步齒輪不會引起驅(qū)動功率，相反，僅實現(xiàn)更精確的同步。理想的是，在兩個托架軸25,35中均勻地引起驅(qū)動器3的驅(qū)動功率，原因在于從動軸20,30與托架軸25,35之間直接聯(lián)接，這確保了每個托架軸25,35被獨立地驅(qū)動。通過托架軸25,35與驅(qū)動器3的從動軸20,30的獨立聯(lián)接，隨之實現(xiàn)了以托架軸25,35的依賴性角位置在多軸工作機2的獨立軸上自動分布載荷，由此，在有利的布置方式中，工作機2根據(jù)正排量原理工作。所有軸彼此自動地進行同步。通過最小化附加載荷，諸如例如由齒輪齒力產(chǎn)生的、或由因驅(qū)動扭矩從一個軸傳輸?shù)较乱粋€軸上而引起的扭轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的彎矩，減少了出現(xiàn)的軸彎曲，這就形成了通過減小輸送元件內(nèi)的內(nèi)公差來改善效率的可能性。