一種自平衡裝置及增壓輸送用雙螺桿泵的制作方法

本發明涉及泵領域，具體涉及一種自平衡裝置及增壓輸送用雙螺桿泵螺桿。

背景技術：

在油田地面建設過程中，需要用到撬裝設備，而其中，泵撬設備由于其增壓明顯且壓力可控使用較多，常用的泵如螺桿泵等，隨著泵的應用和發展，主軸轉速越來越高。然而泵主軸組零件在制造過程中，不可避免會因材質不均勻、形狀不對稱、加工裝配誤差而導致重心偏離旋轉中心，使泵產生振動和振動力，引起泵噪聲、軸承發熱等。這種主軸不平衡，隨著轉速升高，引起泵設備的的劇烈振動。

目前，對旋轉機械的不平衡而引起振動等問題，通常需要對旋轉軸做動平衡測試試驗，其成本較高且復雜，因此也采用加裝自動平衡裝置，如滾球式自動平衡裝置、擺錘式自動平衡裝置、充液式自動平衡裝置，通過自由移動補償質量的形式彌補質量不均衡而引起的振動。而其中充液式自動平衡裝置因結構簡單、成本低廉、通用性強而受到青睞。

充液式自動平衡裝置是由內裝部分液體的轉子構成，由于慣性離心力作用，液體被拋向回轉盤外沿，中部附近出現空洞，在過臨界轉速下運行時，偏心質量與軸線彎曲方向相反，從而使液體起到衰減振幅的作用。

現有技術中，傳統的內裝液體的轉子僅有一個腔室或是離轉子中心等距離設置多個腔室，在自平衡裝置跟隨泵軸轉動的時候，隨著轉速的變化，由于腔室的外壁與轉子中心的距離一定，自平衡裝置無法適應不同轉速下的使用需求，通用性較差。尤其針對轉速在不同階段有較大調整的設備，其減震效果更差。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種具有高通用性的自平衡裝置及增壓輸送用雙螺桿泵。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種自平衡裝置，包括呈圓柱形的轉子，所述轉子中心為沿轉子的軸向貫穿至轉子兩端面的安裝孔，所述安裝孔與螺桿泵的泵軸相配合。所述轉子內部為空心結構且同軸設置多層環形隔板，所述環形隔板將轉子內部由內至外依次分隔為多層環形的儲液腔。所述轉子上以安裝孔為中心均勻設置多個進液口和多個出液口，所述出液口位于轉子的周面上且與位于轉子最外層的儲液腔連通，所述進液口位于轉子一端面上且與位于轉子最內層的儲液腔連通。每層環形隔板上以安裝孔為中心均勻設置多個過液孔，所述過液孔沿轉子徑向延伸且連通環形隔板兩側的儲液腔。相鄰兩層環形隔板上的過液孔相互交錯。

所述轉子外壁朝內的表面上和每個環形隔板朝內的表面上均設置多個封口組件，所述封口組件與過液孔一一對應，所述封口組件包括導向筒、螺旋彈簧和封孔塞，所述導向筒的一端固定設置在轉子外壁朝內的表面或環形隔板朝內的表面上且開口朝向過液孔，所述封孔塞的一端位于導向筒內且端面與導向筒的底部之間設置螺旋彈簧，另一端伸入過液孔內構成密封。

優選的，所述轉子內部由兩層環形隔板分隔為三層儲液腔。

優選的，所述封孔塞與過液孔相對的一端及過液孔均呈由外至內依次變小的錐形。

優選的，所述每層環形隔板上的過液孔的數量至少為3個。

優選的，利用所述自平衡裝置的增壓輸送用雙螺桿泵，包括并排設置的主動螺桿和從動螺桿，所述主動螺桿和從動螺桿的中部分別設置螺旋部，主動螺桿和從動螺桿上的螺旋部相互嚙合，所述螺旋部外套設螺旋套。所述主動螺桿和從動螺桿上分別設置兩個自平衡裝置，所述自平衡裝置通過安裝孔套設在螺桿上且分別位于螺旋套的兩端。所述自平衡裝置的進液口位于轉子遠離螺旋套的端面上。

所述主動螺桿和從動螺桿的內部中心沿軸向設置輸液孔，所述主動螺桿和從動螺桿上靠近進液口處對應進液口的數量均勻設置多個進液管，所述進液管的一端與輸液孔連通，另一端與進液口連通。所述主動螺桿和從動螺桿的一端設置相互嚙合的齒輪，另一端分別通過旋轉接頭及管路與儲液箱連通。所述轉子外套設集液箱，所述集液箱通過回流管道與儲液箱連通，所述回流管道上設置回流泵。

優選的，所述自平衡裝置內充入的液體為水銀。

本發明的有益效果集中體現在，在不同轉速下均具有極好的自平衡效果，極大的提高自平衡裝置的通用性。具體來說，本發明在使用過程中，自平衡裝置通過安裝孔安裝在螺桿泵的泵軸上，轉子內部可通過進液口補充液體或通過出液口排出液體，液體從進液口輸送至儲液腔中，由于液體的黏性作用，當轉子旋轉時，轉子內液體的轉速逐漸提高，最后達到與泵軸同步的轉速。與此同時，液體受到離心力的作用被甩向儲液腔外沿，在轉子中心附近將出現空洞，形成液體的偏心質量，此時，儲液腔內液體的偏心質量與泵軸軸線的彎曲方向相反，從而使液體起到衰減振幅的作用。由于泵軸在不同轉速下需求的液體偏心質量不同，而本發明設置有多層儲液腔，在泵軸低速旋轉時，液體受到的離心力較小，封孔塞受到螺旋彈簧的彈力作用，并在導向筒的導向下封堵過液孔。此時液體在內層的儲液腔內回轉，即可滿足偏心質量需求。伴隨著泵軸轉速的提高，為到達平衡所需求的偏心質量增大。此時，由于轉子高速旋轉，封孔塞受到液體的壓力增大，克服螺旋彈簧的彈力將封孔塞頂開，液體經過液孔進入外層的儲液腔中，在外層儲液腔中回轉，從而滿足較大的偏心質量需求。因此，本發明能夠滿足不同轉速下的自平衡需求，具有極強的通用性，尤其適合調速運轉的增壓螺桿泵。

附圖說明

圖1是自平衡裝置的結構示意圖；

圖2是圖1中I部放大圖；

圖3是圖1中所示結構的A-A向視圖；

圖4是增壓輸送用雙螺桿泵的結構示意圖；

圖5是螺旋部的結構示意圖。

具體實施方式

結合圖1-5所示的一種自平衡裝置，包括呈圓柱形的轉子1，所述轉子1中心為沿轉子1的軸向貫穿至轉子1兩端面的安裝孔2，所述安裝孔2與螺桿泵的泵軸相配合，轉子1通過安裝孔2與泵軸固接，通常轉子1直接通過螺栓與泵軸固接，當然也可以利用擋圈壓緊在泵軸外，由于固定的方式較多，此處不再贅述。所述轉子1內部為空心結構且同軸設置多層環形隔板3，所述環形隔板3將轉子1內部由內至外依次分隔為多層環形的儲液腔4，如圖1所示，所述環形隔板3的數量為兩層，將轉子1內部分隔為三層環形的儲液腔4。當然，所述環形隔板3的數量也可以是3個或4個等，則對應的儲液腔4的層數就為4層或5層。環形隔板3的數量越多，則通用性越強。

所述轉子1上以安裝孔2為中心均勻設置多個進液口5和多個出液口6，如圖1所示，進液口5的數量為兩個，出液口6的數量為四個，且以安裝孔2為中心對稱分布，當然，也可以設置更多個，只要以安裝孔2為中心對稱分布即可。所述出液口6位于轉子1的周面上且與位于轉子1最外層的儲液腔4連通，所述進液口5位于轉子1一端面上且與位于轉子1最內層的儲液腔4連通。液體可從進液口5處進入轉子1內部，內部的液體又可從出液口6處排出。每層環形隔板3上以安裝孔2為中心均勻設置多個過液孔7，所述過液孔7沿轉子1徑向延伸且連通環形隔板3兩側的儲液腔4。如圖1中所示，過液孔7的數量為四個，也可以是5個、6個等，通常最少設置有3個，以便于液體均勻的從內層儲液腔4排入外層儲液腔4中。所述轉子1外壁朝內的表面上和每個環形隔板3朝內的表面上均設置多個封口組件，所述封口組件與過液孔7一一對應，如圖1中所示，位于最外層的轉子1的側壁的內表面設置有封口組件，同時位于內層的環形隔板3的內表面也設置有封口組件，封口組件的位置與過液孔7的位置相對。封口組件用于控制過液孔7的啟閉，為了便于封口組件的安裝，相鄰兩層環形隔板3上的過液孔7相互交錯。

所述封口組件包括導向筒8、螺旋彈簧9和封孔塞10，所述導向筒8的一端固定設置在轉子1外壁朝內的表面或環形隔板3朝內的表面上且開口朝向過液孔7，封孔塞10的形狀與導向筒8及過液孔7均一致，尺寸正好滿足封孔塞10可在導向筒8內導向滑動，也可以向過液孔7移動實現對過液孔7的封堵。所述封孔塞10的一端位于導向筒8內且端面與導向筒8的底部之間設置螺旋彈簧9，另一端伸入過液孔7內構成密封。為了提高封孔塞10對過液孔7的封堵性能，更好的做法是所述封孔塞10與過液孔7相對的一端及過液孔7均呈由外至內依次變小的錐形。如圖2所示，過液孔7的外段和封孔塞10的端部呈相匹配的錐臺狀。

本發明在使用過程中，自平衡裝置通過安裝孔2安裝在螺桿泵的泵軸上，轉子1內部可通過進液口5補充液體或通過出液口6排出液體，液體從進液口5輸送至儲液腔4中，由于液體的黏性作用，當轉子1旋轉時，轉子1內液體的轉速逐漸提高，最后達到與泵軸同步的轉速。與此同時，液體受到離心力的作用被甩向儲液腔4外沿，在轉子1中心附近將出現空洞，形成液體的偏心質量，此時，儲液腔4內液體的偏心質量與泵軸軸線的彎曲方向相反，從而使液體起到衰減振幅的作用。由于泵軸在不同轉速下需求的液體偏心質量不同，而本發明設置有多層儲液腔4，在泵軸低速旋轉時，液體受到的離心力較小，封孔塞10受到螺旋彈簧9的彈力作用，并在導向筒8的導向下封堵過液孔7。此時液體在內層的儲液腔4內回轉，即可滿足偏心質量需求。伴隨著泵軸轉速的提高，為到達平衡所需求的偏心質量增大。此時，由于轉子1高速旋轉，封孔塞10受到液體的壓力增大，克服螺旋彈簧9的彈力將封孔塞10頂開，液體經過液孔7進入外層的儲液腔4中，在外層儲液腔4中回轉，從而滿足較大的偏心質量需求。因此，本發明能夠滿足不同轉速下的自平衡需求，具有極強的通用性，尤其適合調速運轉的增壓螺桿泵。

本發明所述的自平衡裝置不僅適用于單螺桿泵，也能廣泛適用在雙螺桿泵或三螺桿泵上，此處以雙螺桿泵為例：結合圖3-5所示，增壓輸送用雙螺桿泵，包括并排設置的主動螺桿11和從動螺桿12，所述主動螺桿11和從動螺桿12的中部分別設置螺旋部，主動螺桿11和從動螺桿12上的螺旋部相互嚙合，所述螺旋部外套設螺旋套13，此為常規技術手段，此處不再贅述。所述主動螺桿11和從動螺桿12上分別設置兩個自平衡裝置，所述自平衡裝置通過安裝孔2套設在螺桿上且分別位于螺旋套13的兩端。為配合自平衡裝置的使用，所述自平衡裝置的進液口5位于轉子1遠離螺旋套13的端面上。如圖4中所示，位于螺旋套13左側的自平衡裝置的進液口5位于轉子1的左端面，位于螺旋套13右側的自平衡裝置的進液口5位于轉子1的右端面。

所述主動螺桿11和從動螺桿12的內部中心沿軸向設置輸液孔14，所述主動螺桿11和從動螺桿12上靠近進液口5處對應進液口5的數量均勻設置多個進液管15，如圖3所示，每個轉子1進液口5的數量為兩個，則進液管15的數量也為兩個。所述進液管15的一端與輸液孔14連通，另一端與進液口5連通。所述主動螺桿11和從動螺桿12的左端設置相互嚙合的齒輪21，主動螺桿11在通過原動機驅動后，通過齒輪21帶動從動螺桿12同步旋轉，右端分別通過旋轉接頭16及管路與儲液箱17連通。所述轉子1外套設集液箱18，所述的集液箱18為罩在轉子1外的一個箱體，不跟隨轉子1轉動，起到收集從轉子1中排出的液體的作用，所述集液箱18通過回流管道19與儲液箱17連通，所述回流管道19上設置回流泵20。在使用時，儲液箱17內儲存的液體依次經過管路、旋轉接頭16、輸液孔14、進液管15、進液口5進入轉子1內部，并根據轉速進行自平衡調節。從轉子1的出液口6排出后，又可通過集液箱18進行收集，經回流管道19返回至集液箱18中，實現循環利用。所述自平衡裝置內充入的液體可以是水或其他液體，更好的做法是該液體為水銀。由于水銀的密度較高，能夠提供較大的偏心質量。

為了進一步驗證本發明的減振效果，主動螺桿11與最大轉速為3000r/min的電機連接，驅動電機，對雙螺桿泵設備在未加裝自平衡裝置和加裝后的振動進行測試，在不同轉速下，重復試驗三次，得到主軸振動速度信息如下表1所示。

表1振動測試信息表

從表1可以看出，在不同轉速下，加裝自平衡裝置后，較加裝前主軸的振動速度均有明顯的減弱，也就是說，加裝自平衡裝置后，設備振動減小，同時，在高轉速下，自平衡裝置的減振效果更好。

雖然以上描述了本發明的具體實施方式，但是本領域的技術人員應當理解，在不背離本發明的原理和實質的前提下，可以對這些實施方式做出多種變更或修改，但這些變更和修改均落入本發明的保護范圍。