流體控制泵工作系統和方法
2023-05-15 16:45:21 2
專利名稱：流體控制泵工作系統和方法
技術領域：
本發明一般涉及流體泵工作系統和更具體地涉及流體控制泵工作系統和方法。
背景技術：
泵單元使用在壓縮、提升或輸送液體等各種用途。例如泵單元使用在市政供水及汙水設施、採礦與/或石油天然氣勘探及生產、液壓馬達和消費品生產等應用。泵單元，諸如漸進空穴泵、離心泵和其它形式的泵設備，一般設置在流體中並且用來壓縮或增加流體的壓力，在不同層高上提升流體或在不同目的地之間輸送流體。
不過，傳統的泵單元有幾個缺點。例如，傳統的泵單元一般需要某種形式的潤滑以維持其運轉。譬如，漸進空穴泵一般包括設置在橡膠定子中的轉子。在運行中，旋轉力被傳遞到轉子上，由此在轉子和定子之間產生螺絲錐狀的效果是流體從一個高度到另一高度。在漸進空穴泵的情況，轉子相對於定子轉動所造成的摩擦在缺乏流體潤滑時往往使漸進空穴泵在相對短期內發生故障。通常，正在抽吸中流體提供所需要的潤滑。不過，靠近泵單元進口的流體水平面的變化可能導致泵單元缺乏潤滑。如此，泵單元保持足夠的流體潤滑對於抽吸運轉的性能和壽命是關鍵性的。此外，在離心泵的應用中，缺乏所抽吸流體可能造成氣蝕。
發明內容
據此，需要有一種改進的泵工作系統，可以對泵單元的流體潤滑提供加強的控制。本發明提供一種流體控制泵工作系統和方法，針對傳統泵工作系統和方法的缺點。
按照本發明一個實施方案，流體控制泵工作系統包括設置在流體腔內的泵單元。泵單元包括延伸到泵單元頭部的通路。該系統也包括連接在通路的壓力源和可操作地強迫流體從泵單元頭部通過通路向外流出。該系統也包括連接在通路的壓力傳感器和可操作地測定通路內的流體壓力。該系統還包括連接於泵單元的控制器和可操作地響應流體壓力而調節泵單元的運行參數。
按照本發明的另一實施方案，流體控制泵的方法包括提供一個設置在流體腔內的泵單元。泵單元包括延伸到泵單元頭部的通路。該方法也包括強迫流體從泵單元頭部通過通路流出和測定通路內流體壓力。該方法也還包括自動地響應流體壓力調節泵單元的運行參數。
按照本發明的另一實施方案，流體控制泵工作系統包括設置在流體腔內的泵單元。泵單元包括可以接受從流體腔被抽吸流體的進口。該系統還包括可滑動地連接於泵單元的閥門。該閥門包括從泵單元接受抽吸流體的通路。該閥門還可以響應在流體腔內減少的流體水平而相對於泵單元移動，以便使通路內閥門與泵單元的一個開口對準而使抽吸的流體再循環至泵的進口。
按照本發明的另一實施方案，流體水平控制抽吸包括提供在流體腔內設置的漸進空穴泵。該泵包括設置在流體腔內抽吸流體用的定子/轉子部分。定子/轉子部分包括進口和出口。該方法也包括連接於泵的閥門。該閥門可接受從定子/轉子部分出口來的流體。該方法還包括自動地響應在流體腔內的流體水平減少而使流體從出口到進口通過閥門再循環。
按照本發明又另一實施方案，流體水平控制泵工作系統包括設置在流體腔內的漸進空穴泵。該泵包括設置在流體腔內抽吸流體用的定子/轉子部分。定子/轉子部分包括進口和出口。該系統也包括連接於泵的閥門並且設置成與出口連通。該閥門可響應流體腔內流體水平的減少而使流體從出口到進口再循環。
本發明提供幾個技術優點。例如，在本發明的一個實施方案中，系統監控在流體腔內流體壓力，壓力對應於流體腔的流體水平。根據流體壓力，系統控制泵單元的運行參數以保證在運行中的正常流體潤滑。如此，當在流體腔內流體水平減少時，泵單元的運行參數可以修改。例如，為響應流體腔內流體水平的減少，泵單元的運行速度也可以減少，由此基本上保持在流體腔內恆定的流體水平以對泵單元提供需要的潤滑。此外，泵單元的運行也可以根據流體腔內流體水平而停止，以防止泵單元在缺乏潤滑下運行。
本發明的另一技術優點包括提供衝洗機構以防止在泵單元進口堆積物質。例如，漸進空穴泵可包括在泵轉子中向下延伸的通路並具有設置在泵進口附近的出口。可以在通路內向下和從通路的出口向外提供流體以便衝刷從泵的進口堆積而積累的物質，並且如果需要維持在抽吸的流體中物質的懸浮狀態。
本發明此外提供幾個優點。例如，在本發明的一個實施方案中，維持泵單元的流體潤滑是響應流體腔內流體水平的變化，通過所抽吸流體再循環至泵單元的進口而達到。例如，按照本發明的實施方案，閥門設置在泵單元的附近以便使所抽吸的流體再循環返回泵單元的進口。如此，當在流體腔內的流體水平降低時，閥門使所抽吸的流體再循環至泵單元的進口以基本上防止泵單元在缺乏流體潤滑下運行。在一個實施方案中，閥門可以是可滑動地連接在泵單元上，由此使閥門響應流體腔內流體水平的變化而相對於泵單元移動。
本發明的另一實施方案包括泵單元提高的可靠性而不需要用戶高成本的幹預。例如，按照本發明的實施方案，閥門可滑動連接於泵單元上，由此使閥門響應流體腔內流體水平的變化而向上和向下移動。閥門自動地使使所抽吸的流體再循環或返回泵單元的進口，以保證泵單元的潤滑響應流體腔內降低的流體水平。
通過下列附圖、描述和權利要求，其它技術優點對於本行業中熟練人員將十分明顯。
附圖的簡單描述為更完整理解本發明和其優點，現聯繫附圖進行以下描述，其中
圖1是按照本發明的一個實施方案闡明流體控制泵工作系統的圖解；圖2是按照本發明的另一個實施方案闡明流體控制泵工作系統的圖解；圖3是按照本發明的一個實施方案闡明在圖2中的流體控制泵工作系統的圖解，該系統處於流體腔內流體水平變化後；圖4是闡明按照本發明實施方案的流體水平控制泵工作方法的流程圖。
具體的實施方式圖1按照本發明的一個實施方案闡明流體控制泵工作系統10的圖解。在圖1的實施方案中，系統10是在採礦或碳氫化合物生產的應用中顯示；不過應該理解系統10也可以用在其他泵工作的應用。系統10包括延伸進入流體腔13的泵單元12。流體腔13一般包括將執行壓縮、提升或輸送的流體。如此，在所闡明的實施方案中，泵單元12向下延伸從表面14進入井孔16。在該實施方案中，泵單元包括漸進空穴泵18；不過應該理解綜合本發明的說明可以採用其它形式的泵單元12。
泵18包括設置在表面14上的基底部分20和設置在井孔內的定子/轉子部分22。定子/轉子部分包括連接於殼體28內表面26的定子24。定子/轉子部分22也包括設置在定子24內的轉子30，使轉子30相對於定子24的旋轉產生螺絲錐狀的效果，由此抽吸或提升設置在腔13或井孔16中的流體32至表面14。應該理解，在該實施方案中，流體32可包括水、碳氫化合物，鑽孔泥漿、鑽孔切屑和其它一般從井孔16提升至表面14的物質。不過，流體32可包括其他在特定的泵工作中一般遇到的物質。
在運行中，定子/轉子部分22的吸入端設置在井孔16內，使轉子30相對於定子24的旋轉向上抽出流體32通過形成在轉子30和定子24之間的進口36。流體32通過定子/轉子部分向上移動並通過形成在轉子30和定子24之間出口40離開定子/轉子22的排出端38。流體在殼體28和驅動軸44之間形成的環形空間42內向上移動。驅動軸44的下端46連接在轉子30的上端48，以提供轉子30相對於定子24的旋轉運動。通過環形空間42向上移動的流體32從環形空間42通過排出口50向外引導至泥漿坑或其它位置(未明顯顯示)。例如，流體32可以通過排出口50引導到分離器(未明顯顯示)以便從水中分離出碳氫化合物和/或其它物質。不過，應該理解流體32也可以通過排出口50引導到其它適當的處理系統。
井孔16也包括引導氣體或其它物質從井孔16向外的排出口52。例如，處於井孔16內的氣體可向上通過在殼體28和井孔16及基底部分20的殼體56之間形成的環形空間54移動。如此，在井孔16內的氣體可向上引導趨向表面14並通過出口52燃燒或適應其他適當處理過程的要求。
如圖1所闡明，泵單元12也包括向下延伸通過驅動軸4和轉子的中空的通路60。通路60包括設置在定子/轉子部分22吸入端34附近的開放端62，使井孔16相對於泵單元12的流體深度64可以監控。通路60的用途將在以下更詳細地描述。
系統10也包括氣動壓力源72、壓力傳感器74、控制器76和驅動馬達78。壓力源72通過泵單元12上端80連接於通路60，以便引導加壓的流體在通路內向下。壓力源72可包括二氧化碳、氮氣、空氣、甲烷或其它適當加壓流體。壓力傳感器74也連接於通路60以便測量通路60內的壓力。
在運行中，壓力源72在通路60內提供向下的加壓流體，使相對較小加壓流體的受控制量或體積離開通路60的開放端62，如一般在標號90處所顯示。例如，壓力源72可以維持在比井孔16內壓力顯著較大的壓力下，並且可以連接一個節流孔計量閥82於壓力源72，使摩擦壓力變得大致可忽略不計。不過，其它適當的方法和裝置也可以用來維持加壓流體的受控量或體積離開通路60的開放端62。
壓力傳感器74用於測量通路60內所需的把加壓流體從通路60的開放端62驅出的壓力。如圖1中所示，需要把加壓流體從通路60的開放端62向外驅出的壓力一般相當於流體32靠近泵單元12進口36的水平或深度64。因此，在通路60內的壓力可用於決定靠近泵單元12進口36流體32的深度64。
如在圖1中還闡明，壓力傳感器74連接於控制器76。控制器76可包括處理器、小型計算機、工作站或其它形式從對應於通路內壓力的壓力傳感器74接受信號的處理裝置。通過控制器76從傳感器74接受的信號可包括連續信號流或可包括周期性數據信號。控制器76從傳感器76接受信號並監控通路60內的流體壓力。根據通路60內壓力，控制器76調節泵單元12的運行參數。
例如，如圖1所闡明，控制器連接至驅動馬達以控制泵單元12的運行參數。如圖1所闡明，驅動馬達78通過在驅動馬達78和靠近泵單元12上端80驅動軸4之間聯結的皮帶92給予驅動軸44以旋轉力，以便使轉子30相對於定子24旋轉。如此，控制器76根據從壓力傳感器74接受的壓力信號控制由驅動馬達78給予的旋轉力，由此控制到表面14的流體32的流量率。例如在運行中，驅動馬達從控制器76接受信號以調節由驅動馬達78給予驅動器44的旋轉力。
如此，在運行中，泵單元12的運行參數可響應井孔16中流體32存量的變化而被改變以基本上防止泵單元12在「乾燥」或無潤滑狀態下運行。例如，如圖1所闡明，壓力源72在通路60內提供向下的加壓流體，使加壓流體相對較小的受控制量或體積在通路60靠近吸入端34的開放端流出。為響應在井孔16內流體32深度64的變化，在通路60內需要驅使加壓流體從通路60的開放端62向外流出的壓力也需要變化。根據在通路60內的壓力變化，控制器76通過驅動馬達78調節泵單元12的運行參數。如此，當井孔16內流體32深度64減少時，在通路60內需要驅使加壓流體從通路60的開放端62向外流出的壓力也相應地減少。為響應在通路60內壓力的減少，控制器76自動地減少由驅動馬達78提供的驅動軸44的轉速，由此導致從井孔16中移出流體32流量率的減少。如此，驅動軸44的轉速可以減少或停止以響應在井孔16內流體水平的減少，由此減少從井孔16內向上流出流體32的流量率，並防止泵單元12在缺乏足夠潤滑下運行。此外，通過根據在井孔16內流體32的水平調節泵單元12的運行參數，本發明也提供一種在井孔16內維持基本上恆定流體32水平的手段。
因此，系統10也可以用於響應在井孔16內流體32深度64的增加而增加驅動軸44的轉速，由此增加從井孔16流出流體32的流量率。例如，如此，當井孔16內流體32深度64增加時，需要驅使加壓流體從通路60的開放端62向外流出的壓力也增加。為響應在通路60內壓力增加，控制器76調節驅動馬達使其對驅動軸44提供附加的旋轉力，由此對表面14提供流體32增加的抽吸容量。
如此，本發明根據在井孔16內流體的存量或深度64提供增加的對流體32從井孔16到表面14抽吸的控制。當流體32深度64增加或減少時，控制器76通過驅動馬達78調節泵單元12的運行參數，由此分別地造成驅動軸44轉速相應的增加或減少。因此本發明可響應在井孔16內流體32水平的增加用來提供流體32增加的抽吸，和/或響應在井孔16內流體32存量的減少使從井孔16內流體32的抽吸減少或停止。
本發明也可在流體腔13內提供流體32的衝洗或混合，以基本上防止或消除物質在泵單元12進口36中堆積。例如，電磁線圈閥96或其它適當的裝置可以用來提供周期性的向下流體壓力脈衝通過通路60，並在泵單元12吸入端34附近向外，以基本上防止物質積累在進口36中和維持物質在流體32中懸浮。
圖2是闡明按照本發明另一實施方案的流體控制泵工作系統100的圖解，而圖3是闡明在圖2中按照本發明實施方案的流體控制泵工作系統100的圖解，該系統處於井孔104內流體102水平減少以後。在該實施方案中，系統100包括設置在井孔104內的泵單元106以抽吸井孔104內的流體102到表面。在圖2及3中闡明的泵單元106包括漸進空穴泵108。不過，應該理解按照本發明的說明也可以使用其它形式的泵單元106。
如以上聯繫圖1所描述，空穴泵108包括為從井孔104提升流體102到表面的定子/轉子部分110。例如，如圖2及3所闡明，定子/轉子部分110包括連接於驅動軸114並可在泵108的定子116內旋轉的轉子112。如此，轉子112相對於定子116的旋轉可抽送流體進入定子/轉子部分110的進口118，使轉子112相對於定子116的螺絲錐狀運動提升立體102通過定子/轉子部分110，並且驅使流體102從定子/轉子部分110的出口120向外流出。流體102然後從定子/轉子部分110的排出端122通過形成在驅動軸114和泵單元106的殼體126之間的環形空間124向上移動到表面。
在該實施方案，系統100也包括設置在泵單元106的殼體126周圍的閥門140和設置在泵單元106吸入端附近的逆止閥142。閥門140可滑動地連接在泵單元106的殼體126上，使井孔104內的流體102水平的變化造成閥門140相對於泵單元106相應的向上或者向下運動。例如在該實施方案中，閥門包括可以充滿流體、泡沫或其它一般具有密度小於流體102密度物質的內室146，使閥門相對於泵單元106在流體102中浮動。如此，例如，內室146可以充滿氮氣、二氧化碳、泡沫或其它適當的一般具有密度小於流體102密度的流體或物質。在圖2及3所闡明的實施方案中顯示二個內室146；不過，應該理解可以採用更多或更少的內室146以使閥門相對於泵單元106獲得飄浮。閥門140可以從二個或多個部件與泵單元106固定在一起建造而成，或者閥門140可以建造成為單件的單元。例如，逆止閥142可以可拆卸地連接在殼體126(未示)上，以便容納閥門140對於泵單元106的安放。不過，應該理解其它適當的組合方法也可以用來使閥門140相對於泵單元106定位。
在圖2及3所闡明的實施方案中，殼體126包括整體形成的上擋塊150和下擋塊152。上擋塊150和下擋塊152使閥門140為響應井孔104內流體102水平的變化而相對於泵單元106上、下運動限制在預定位置內。例如，如圖2所闡明，當井孔104內水平增高時，閥門140相對於泵單元106向上浮起直到閥門140的上端154到達擋塊150。相似地，參照圖3，為響應井孔104內流體102水平的減少，閥門140相對於泵單元106向下浮動直到閥門140的下端156達到擋塊152。如此，如將在以下更詳細地描述，擋塊150和擋塊152被定位在泵單元106上，以便使閥門140相對於泵單元106定位在預定位置而促進抽吸流體102再循環。
如圖2及3所闡明，閥門140包括從閥門140的上端162延伸到閥門140下端164的通路160。通路160提供使所抽吸流體102全部或部分再循環的連通途徑，該再循環是響應在井孔104內流體102水平的減少而從定子/轉子部分110的排出端122到定子/轉子部分110的進口118。所抽吸流體102的再循環將在下面聯繫圖3更詳細地描述。
系統100也包括為可釋放地使閥門140固定在相對於泵單元106的預定位置的鎖定系統170。
在該實施方案中，鎖定系統包括通過彈簧174向內偏壓並相對閥門140趨向殼體126的鎖定元件172。殼體126包括整體形成的凹穴176及178，其形狀適合接受鎖定元件172以便可釋放地使閥門140固定在相對於泵單元106的預定位置。例如在圖2中所闡明，為響應在井孔104內流體102水平的增加，閥門140相對於泵單元106向上浮起到一個上部設置的位置，在該處鎖定系統170可釋放地固定閥門140。如將在下面更詳細地描述，鎖定系統170基本上防止閥門140相對於泵單元106由於在井孔104內的動蕩或在井孔104內的次要流體102變化而引起的不希望的運動。鎖定系統170也為使閥門相對於泵單元106固定在所要求的位置提供機械裝置，以基本上減少運行泵單元106所需功率。
如圖3所闡明，為響應井孔104內流體102水平的減少，閥門140相對於泵單元106向下移動到下面設置的位置，在該處鎖定系統170可釋放地固定閥門140。鎖定系統170可以配置成為沒有流體102所支承的閥門140的重量大於彈簧174向內施加的力，由此造成為響應在井孔104內流體水平的減少而使閥門從上面設置的位置上釋放。這樣，如將在以下更詳細地描述，鎖定系統相對於泵單元106使閥門140固定在預定位置以便促進所抽吸流體102的再循環或者停止所抽吸流體102的再循環。
如圖2及3中所闡明，泵單元106包括靠近定子/轉子部分110的排出端122形成在殼體126壁192上的孔口190。泵單元106也包括靠近定子/轉子部分110的進口118形成在殼體126壁上的孔口194。密封件198、諸如O-形圈彈性體密封或其它合適的密封件設置在孔口190和194的各側以防止流體102相對於閥門140對孔口190和194不希望的洩漏。
逆止閥142包括設置在逆止閥142內部區域202的鋼珠或鋼球200，其尺寸大於逆止閥142的進口204尺寸，使鋼球可以被逆止閥142的閥座區域所接受，以基本上防止流體102從內部區域202通過進口204流出。不過應該理解其它適當的形狀，諸如卵形體之類，或者裝置，諸如舌閥之類，也可以用來基本上防止流體102從內部區域202通過進口204流出。如將在以下更詳細地描述，逆止閥142設置在泵單元106的定子/轉子部分110的進口118附近，以引導再循環流體102到進口118。
在運行中，在井孔104內流體102的高水平或水平的增加促使閥門140相對於泵單元106向上運動，如圖2所闡明。在上面設置位置上鎖定系統可釋放地固定閥門140，使閥門140的通路160與孔口190及194不能對準，由此防止再循環的流體102從定子/轉子部分110的出口120排出。這樣，在運行中，轉子112相對於定子116的旋轉向內通過逆止閥142的進口204抽取流體102而進入逆止閥142的內部區域202。流體102進一步抽入定子/轉子部分110的進口118並如上所描述地從出口排出。在上面設置的位置，閥門140的通路160並不與孔口190對準，由此使所抽吸的102向上移動通過環形空間124到表面。鎖定系統170可釋放地使閥門140固定在上面設置的位置，以防止為響應在井孔104內流體102水平次要的波動或擾動而使閥門140作不希望的運動。此外，擋塊150防止閥門140延伸向上的運動並容納鎖定系統的接合。
當在井孔104內流體102的水平減少時，如圖3所闡明，閥門140相對於泵單元106向下移動，其中鎖定系統170可釋放地使閥門140固定在下面設置的位置。在圖3所闡明的閥門140的位置，通路160的進口208對準孔口190，由此接受從定子/轉子部分110的排出端122進入通路160所抽吸的全部或部分流體102。此外，在圖3中所闡明的下面設置的閥門140位置，通路160的出口210對準孔口194，由此使通路160內流體連通進入逆止閥142的內部區域202和進口118。
如圖3所闡明，向上到達表面流體102減少的流量率造成鋼球200向下移動並坐落在逆止閥142的閥座區域206上，由此基本上防止通過孔口194接受的再循環流體從進口204排出。因此鎖定系統170無論在開放還是關閉位置上均對閥門提供確實的定位，以各自提供或終止流體的再循環，並基本上減少或消除閥門140相對於泵單元106的振蕩。此外，鎖定系統基本上減少運行泵單元106所需功率，例如，轉動轉子112所需功率，通過使閥門140可釋放地固定在全開放的位置，由此導致流體102的再循環。
如此，為響應井孔104內流體水平的減少，閥門140相對於泵單元106向下移動以使所抽吸的流體102的全部或部分從定子/轉子部分110的排出端返回定子/轉子部分110的進口118而再循環，由此對進口118提供流體102的連續循環以基本上防止泵單元106運行在「乾燥」或無潤滑狀態。閥門140的通路160在圖3中闡明的下面設置的位置的排出端和進口118之間提供流體連通途徑，由此使所抽吸的流體102再循環到定子/轉子部分110的進口118，以響應在井孔104內的流體102水平的減少。通路160和孔口190及194的尺寸可以設置為使全部或部分流體102再循環。
相似地，當在井孔104內流體102的水平增加時，閥門140相對於泵單元106向上移動到圖2所闡明的上面設置位置。如以上所描述，鎖定系統170可配置成為使井孔104內流體水平的增加促使閥門140建立起向上引導的力，該力大於從彈簧174正常向內施加力，因此使閥門140從下面設置的位置釋放。當閥門140相對於泵單元106向上移動或浮動，通路160變成與孔口190及192偏離，因此流體102再循環到進口118。密封件198基本上可防止任何不希望的流體102通過孔口190及192。如此，閥門140相對於泵單元106的向上運動重新引導所抽吸的流體102向上到達表面。
如此，本發明提供一種流體水平控制的泵工作系統，可以自動地使所抽吸的流體102響應在井孔104內流體102水平的變化而再循環到泵單元106的進口118。因此，本發明通過在井孔內流體水平降低階段中保持泵設備的潤滑而提供較傳統泵工作系統更大的可靠性，並由此增加泵設備的壽命。此外，本發明不依賴於操作者或用戶的人工幹預而獨立地運行，因此提供提高的可靠性和使用方便。
圖4是闡明按照本發明的實施方案的流體水平控制泵工作方法的流程圖。該方法從步驟200開始，其中泵單元12設置在井孔16內。如以上所描述，泵單元可包括漸進空穴泵18或其它適當形式的泵單元。在步驟202，壓力源72用來強制被控制的流體體積向下通過通路60進入井孔。如以上所描述，在圖1所闡明的漸進空穴泵18中，加壓流體被強迫向下通過通路30進入通路60。不過，通路60可以相對於泵單元12以另外方式定位或配置，使通路60的端部62設置在泵單元12的吸入端34附近。
在步驟204，加壓流體被驅使從泵單元12的吸入端34附近通路60的端部62向外流出。在步驟206，控制器76通過從傳感器74接收的信號監控在通路60內的壓力。如以上所描述，傳感器74連接於通路60並測定對應於井孔16內流體12深度64的通路60的流體壓力。在步驟208，控制器76決定在通路60內是否發生壓力變化，由此說明在井孔16內流體32水平的起伏。控制器可包括處理指令和/或程序，使通路60內壓力變化，在響應流體32水平波動可保證泵單元12的運行參數變動以前，必須超過預定量。不過控制器76可另外配置以自動地根據通路60內壓力變化調整泵單元12的運行參數。
在決定性步驟210，決定在通路60內壓力是否已經增加。如果在通路60內壓力已經增加，該方法從210步進行至212步，其中控制器通過泵單元12發動流體32流量率的增加。如以上所描述，控制器76把控制信號傳遞至驅動馬達78以調節泵單元的運行參數而獲得在抽吸流量率方面的增加。如果沒有發生壓力增加，該方法從210步進行至214步。
在決定性步驟214，決定在通路60內壓力是否減少。如果在通路60內壓力已經減少，該方法從216步進行至218步，其中控制器通過泵單元12發動流體32流量率的減少。如以上所描述，控制器76把控制信號傳遞至驅動馬達78以減少抽吸到表面14的流體32的流量率。如果通路60內部事務沒有發生壓力減少，該方法從216步進行至決定性步驟220，其中決定在通路60內是否要求對壓力附加的監控。如果要求附加的壓力監控，該方法返回到206步。如果不需要附加的監控，該方法進行完畢。
如此，本發明提供一種有效的流體水平控制泵工作系統，基本上使泵單元的運行消除「乾燥」或無潤滑狀態，由此增加泵單元的運行壽命。本發明也提供一種流體水平控制泵工作系統，要求最小的手工運行和監控，由此增加泵運行的效率。
雖然，本發明已經詳細描述，但對本行業熟練人士可以提出各種變化和改進。可以認為本發明包含處於所附權利要求範圍內所有這些變化和改進。
權利要求
1.一種流體控制泵工作系統，包括設置在流體腔內的泵單元，泵單元具有延伸進入泵單元吸入端的通路；連接於通路的壓力源，可強迫流體從靠近泵單元吸入端的通路向外；連接於通路的壓力傳感器，可測定通路內的流體壓力；以及連接於泵單元的控制器，可利用流體壓力調節泵單元的運行參數。
2.按權利要求1所述的系統，其特徵在於，泵單元包括漸進空穴泵。
3.按權利要求2所述的系統，其特徵在於，運行參數包括漸進空穴泵的旋轉速度。
4.按權利要求1所述的系統，其特徵在於，通路內流體壓力相應於流體腔內流體深度。
5.按權利要求1所述的系統，其特徵在於，泵單元包括定子，和設置在定子內的轉子，轉子可相對於定子旋轉，以在流體腔內抽吸流體使其從第一位置到第二位置，並且其中通路包括轉子的內部通路。
6.按權利要求1所述的系統，其特徵在於，壓力源包括氣動壓力源。
7.按權利要求1所述的系統，其特徵在於，壓力源包括壓縮氮氣。
8.按權利要求1所述的系統，其特徵在於，運行參數包括泵單元的流量率，並且其中控制器可響應流體壓力的減少而減少流量率。
9.按權利要求1所述的系統，其特徵在於，運行參數包括泵單元的流量率，並且其中控制器可響應流體壓力的增加而增加流量率。
10.按權利要求1所述的系統，其特徵在於，控制器可調節泵單元的運行參數，以便在流體腔內保持基本上恆定的流體深度。
11.一種流體控制泵工作的方法，包括提供設置在流體腔內的泵單元，泵單元具有延伸進入泵單元吸入端的通路；強迫流體從靠近泵單元吸入端的通路向外；測定通路內的流體壓力；和利用流體壓力自動地調節泵單元的運行參數。
12.按權利要求11所述的方法，其特徵在於，提供泵單元包括提供漸進空穴泵。
13.按權利要求12所述的方法，其特徵在於，調節運行參數包括調節漸進空穴泵的旋轉速度。
14.按權利要求11所述的方法，其特徵在於，測定通路內的流體壓力包括測定流體腔內的流體深度。
15.按權利要求11所述的方法，其特徵在於，提供泵單元包括提供漸進空穴泵，漸進空穴泵包括定子和轉子，轉子設置在定子內，轉子可相對於定子旋轉，以便在流體腔內抽吸流體從第一位置到第二位置，並且其中通路包括轉子的內部通路。
16.按權利要求11所述的方法，其特徵在於，強迫流體包括強迫壓縮空氣從通路向外。
17.按權利要求11所述的方法，其特徵在於，強迫流體包括強迫壓縮氮空氣從通路向外。
18.按權利要求11所述的方法，其特徵在於，調節運行參數包括響應流體壓力的減少而減少泵單元的流量率。
19.按權利要求11所述的方法，其特徵在於，調節運行參數包括響應流體壓力的增加而增加泵單元的流量率。
20.按權利要求11所述的方法，其特徵在於，調節運行參數包括調節泵單元的流量率，以保持流體腔內的流體水平基本上恆定。
21.一種流體水平控制泵工作系統，包括設置在流體腔內的漸進空穴泵，該泵具有定子和轉子，轉子具有延伸到泵吸入端的內部通路；連接於通路的壓力源，可強迫流體從靠近泵單元吸入端的通路向外；可測定通路內流體壓力的壓力傳感器；和可利用通路內流體壓力調節轉子旋轉速度的控制器。
22.按權利要求21所述的系統，其特徵在於，控制器還可以調節轉子的旋轉速度以保持流體腔內的流體水平基本上恆定。
23.按權利要求21所述的系統，其特徵在於，控制器可響應流體壓力的增加而增加轉子旋轉速度。
24.按權利要求21所述的系統，其特徵在於，控制器可響應流體壓力的減少而減少轉子旋轉速度。
25.按權利要求21所述的系統，其特徵在於，壓力源包括氣動壓力源。
26.按權利要求21所述的系統，其特徵在於，還包括連接於泵的馬達，馬達可以對轉子給予旋轉力，並且其中控制器可傳遞控制信號至馬達以調節旋轉力。
27.按權利要求21所述的系統，其特徵在於，控制器還可以調節轉子的旋轉速度，以基本上防止轉子在流體腔內無流體潤滑的旋轉。
28.一種流體水平控制泵工作的方法，包括提供設置在流體腔內的漸進空穴泵，該泵具有定子及轉子，轉子具有延伸到泵吸入端的內部通路；強迫流體向下通過通路和從靠近泵吸入端的通路向外；測定通路內的流體壓力；和響應通路內的流體壓力自動地調節轉子的旋轉速度。
29.按權利要求28所述的方法，其特徵在於，調節包括調節轉子的旋轉速度，以保持流體腔內的流體水平基本上恆定。
30.按權利要求28所述的方法，其特徵在於，調節包括響應流體壓力的增加而增加轉子的旋轉速度。
31.按權利要求28所述的方法，其特徵在於，調節包括響應流體壓力的減少而減少轉子的旋轉速度。
32.按權利要求28所述的方法，其特徵在於，強迫流體向下包括強迫壓縮空氣向下通過通路。
33.按權利要求28所述的方法，其特徵在於，還包括利用馬達給予轉子旋轉力，和其中調節包括傳遞控制信號至馬達以調節旋轉力。
34.按權利要求28所述的方法，其特徵在於，調節包括調節轉子的旋轉速度，以基本上防止轉子在流體腔內無流體潤滑的旋轉。
35.一種流體水平控制泵工作的方法，包括提供設置在流體腔內的泵單元，該單元具有可抽吸腔內流體進入泵單元的吸入端，以便從第一位置到第二位置傳遞腔內流體；測定靠近泵單元吸入端的壓力，該壓力對應於腔內流體的深度；以及自動地利用測定的壓力通過泵單元調節腔內流體的流量率。
36.按權利要求35所述的方法，其特徵在於，設置泵單元包括設置漸進空穴泵，和其中調節包括利用測定的壓力調節漸進空穴泵轉子的旋轉速度。
37.按權利要求36所述的方法，其特徵在於，測定壓力包括強迫受控制體積的流體從通路向外，通路具有靠近泵單元吸入端的出口；和從通路內測定壓力。
38.按權利要求37所述的方法，其特徵在於，強迫受控制體積的流體包括強迫受控制體積的流體在轉子的內部通路中向下。
39.按權利要求35所述的方法，其特徵在於，調節流量率還包括從指示壓力的壓力傳感器接收第一信號；和傳遞第二信號到驅動馬達，驅動馬達連接於泵單元並可控制泵單元的流量率。
40.按權利要求39所述的方法，其特徵在於，提供泵單元包括提供漸進空穴泵，和其中傳遞第二信號包括傳遞第二信號到驅動馬達以控制漸進空穴泵轉子的旋轉速度。
41.一種泵工作系統，包括設置在流體腔內的漸進空穴泵，該泵具有定子和轉子，轉子具有延伸到泵吸入端的內部通路；連接於通路的壓力源，可強迫流體從靠近泵單元吸入端的通路向下；可測定通路內流體壓力的壓力傳感器，流體壓力指示流體腔內流體水平。
42.按權利要求41所述的系統，其特徵在於，還包括連接於轉子的控制器，其可調節轉子的旋轉速度，以利用流體壓力保持流體腔內的流體水平基本上恆定。
43.按權利要求41所述的系統，其特徵在於，還包括連接於轉子的控制器，其可響應流體壓力的增加而增加轉子的旋轉速度。
44.按權利要求41所述的系統，其特徵在於，還包括連接於轉子的控制器，其可響應流體壓力的減少而減少轉子的旋轉速度。
45.按權利要求41所述的系統，其特徵在於，還包括連接於轉子的馬達，可給予轉子旋轉力；和可傳遞控制信號到馬達的控制器，以根據流體壓力調節旋轉力。
46.按權利要求41所述的系統，其特徵在於，壓力源包括氣動壓力源。
47.一種流體水平控制泵工作系統，包括設置在流體腔內的泵單元，該單元具有可接受從流體腔內所抽吸的流體的進口；和可滑動地連接於泵單元的閥門，該閥門具有接受從泵單元出口抽吸流體的通路，和其中，為響應流體腔內的流體水平的減少，閥門相對於泵單元的運動使通路與泵單元的孔口對準，以使所抽吸的流體從出口到進口再循環。
48.按權利要求47所述的系統，其特徵在於，泵單元包括漸進空穴泵。
49.按權利要求47所述的系統，其特徵在於，閥門包括內室，該內室充滿具有密度小於流體腔內流體密度的流體。
50.按權利要求47所述的系統，其特徵在於，閥門包括浮動閥。
51.按權利要求47所述的系統，其特徵在於，還包括鎖定系統，可釋放地使閥門固定在相對於泵單元的預定位置。
52.按權利要求51所述的系統，其特徵在於，鎖定系統包括設置在閥門上的鎖定元件；和設置在泵單元上的凹穴，配置成為可接受鎖定元件。
53.按權利要求47所述的系統，其特徵在於，還包括設置在出口附近的逆止閥，該逆止閥可引導再循環的流體到進口。
54.按權利要求53所述的系統，其特徵在於，逆止閥還可基本上防止再循環的流體旁通進口。
55.按權利要求47所述的系統，其特徵在於，還包括多個設置在閥門附近的擋塊，該擋塊可限制閥門的運動在相對於泵單元的預定位置。
56.按權利要求47所述的系統，其特徵在於，還包括設置在靠近閥門的下擋塊，下擋塊可限制閥門的向下運動在相對於泵單元的第一預定位置；和設置在靠近閥門的上擋塊，上擋塊可限制閥門的向上運動在相對於泵單元的第二預定位置。
57.按權利要求56所述的系統，其特徵在於，下擋塊的定位使閥門的通路對準泵單元的孔口，以響應在流體腔內流體的減少。
58.一種流體水平控制泵工作系統，包括設置在流體腔內的漸進空穴泵，該泵具有定子/轉子部分，以便在流體腔內抽吸流體從第一位置到第二位置，定子/轉子部分具有進口和出口；和可滑動地連接於泵的閥門，其中，為響應流體腔內流體水平的減少，閥門相對於泵的運動使閥門的通路與泵的孔口對準，以使流體從出口到進口再循環。
59.按權利要求58所述的系統，其特徵在於，閥門還包括內室，該內室充滿具有密度小於流體腔內流體密度的流體。
60.按權利要求58所述的系統，其特徵在於，閥門包括浮動閥。
61.按權利要求58所述的系統，其特徵在於，還包括鎖定系統，其可釋放地使閥門固定在相對於泵的預定位置。
62.按權利要求58所述的系統，其特徵在於，鎖定系統包括鎖定元件；設置在泵單元上的凹穴，其配置成為可接受鎖定元件；和可偏壓鎖定元件使其趨向凹穴的彈簧。
63.按權利要求58所述的系統，其特徵在於，還包括設置在進口附近的逆止閥，逆止閥可引導再循環流體到進口。
64.按權利要求63所述的系統，其特徵在於，逆止閥還可基本上防止再循環流體旁通進口。
65.按權利要求58所述的系統，其特徵在於，還包括多個設置在閥門附近的擋塊，該擋塊可限制閥門的運動在相對於泵單元的預定位置。
66.按權利要求58所述的系統，其特徵在於，還包括設置在靠近閥門的下擋塊，下擋塊可限制閥門的向下運動在相對於泵的第一預定位置；和設置在靠近閥門的上擋塊，上擋塊可限制閥門的向上運動在相對於泵的第二預定位置。
67.按權利要求66所述的系統，其特徵在於，下擋塊的定位使閥門的通路對準泵的孔口，以響應在流體腔內的流體的減少。
68.按權利要求58所述的系統，其特徵在於，還包括鎖定元件，偏壓地設置成從閥門向內趨向泵體；和多個設置在泵上的凹穴，並配置成為可接受鎖定元件，凹穴定位在泵上以便可釋放地固定閥門在相對於泵的預定位置。
69.按權利要求68所述的系統，其特徵在於，凹穴之一設置為可釋放地相對於泵固定閥門，以便孔口對準通路。
70.一種流體水平控制泵工作系統，包括設置在流體腔內的漸進空穴泵，該泵具有定子/轉子部分，以便在流體腔內抽吸流體從第一位置到第二位置，定子/轉子部分具有進口和出口；和可滑動地連接於泵的閥門，閥門可使閥門的通路與泵的孔口對準，以響應流體腔內的流體水平的變化，通路可引導流體從出口到進口，以便基本上防止在進口處缺乏流體。
71.按權利要求70所述的系統，其特徵在於，還包括設置在進口附近的逆止閥，逆止閥可基本上防止從通路接受的流體旁通進口。
72.按權利要求70所述的系統，其特徵在於，閥門包括浮動閥。
73.按權利要求70所述的系統，其特徵在於，流體水平中變化包括流體水平的減少。
74.按權利要求70所述的系統，其特徵在於，閥門包括內室，內室充滿具有密度小於流體腔內流體密度的流體。
75.按權利要求70所述的系統，其特徵在於，還包括鎖定系統，其可釋放地使閥門固定在相對於泵的預定位置。
76.按權利要求75所述的系統，其特徵在於，鎖定系統包括鎖定元件，其偏壓地設置成從閥門向內趨向泵體；和多個設置在泵上的凹穴，並配置成為可接受鎖定元件，凹穴定位在泵上以便可釋放地固定閥門在相對於泵的預定位置。
77.按權利要求70所述的系統，其特徵在於，還包括設置在靠近閥門的下擋塊，下擋塊可限制閥門的向下運動在相對於泵的第一預定位置；和設置在靠近閥門的上擋塊，上擋塊可限制閥門的向上運動在相對於泵的第二預定位置。
78.按權利要求77所述的系統，其特徵在於，下擋塊的定位使閥門的通路對準泵單元的孔口以響應閥門相對於泵的向下運動。
79.按權利要求77所述的系統，其特徵在於，上擋塊的定位可基本上防止流體進入通路以響應閥門相對於泵的向上運動。
80.一種流體水平控制泵工作系統，包括設置在流體腔內的漸進空穴泵，該泵具有定子/轉子部分，以便在流體腔內抽吸流體，定子/轉子部分具有進口和出口；和連接於泵的閥門，閥門設置成為與出口連通，閥門可使流體從出口到進口再循環以響應流體腔內的流體水平的減少。
81.按權利要求80所述的系統，其特徵在於，還包括設置在進口附近的逆止閥，逆止閥可基本上防止再循環流體旁通進口。
82.按權利要求80所述的系統，其特徵在於，閥門包括浮動閥，浮動閥可響應流體水平的減少而使靠近出口的泵孔口與閥門的通路對準，通路可引導再循環流體到進口。
83.按權利要求82所述的系統，其特徵在於，浮動閥包括內室，內室包含具有密度小於流體腔內流體密度的流體。
84.按權利要求80所述的系統，其特徵在於，閥門可滑動地連接於泵，並還包括多個設置在閥門附近的擋塊，擋塊可限制閥門的運動到相對於泵的預定位置。
85.按權利要求84所述的系統，其特徵在於，多個擋塊包括上擋塊，可限制閥門的向上運動在相對於泵的第一預定位置，以響應流體腔內流體水平的增加；和下擋塊，可限制閥門的向下運動在相對於泵的第二預定位置，以響應流體腔內流體水平的減少。
86.一種流體水平控制泵工作的方法，包括提供設置在流體腔內的漸進空穴泵，該泵具有定子/轉子部分，以便在流體腔內抽吸流體，定子/轉子部分具有進口和出口；提供連接於泵的閥門，閥門可接受從定子/轉子部分出口來的流體；和使從出口到進口的流體通過閥門再循環，以響應流體腔內的流體水平的減少。
87.按權利要求86所述的方法，其特徵在於，再循環包括使閥門的通路與泵的孔口對準，孔口設置在出口附近。
88.按權利要求86所述的方法，其特徵在於，提供閥門包括提供浮動閥，浮動閥可響應流體腔內的流體水平的變化而相對於泵移動。
89.按權利要求88所述的方法，其特徵在於，還包括提供設置在閥門附近的多個擋塊，擋塊可限制閥門的運動在相對於泵的預定位置上。
90.按權利要求86所述的方法，其特徵在於，提供多個擋塊包括提供第一擋塊，其可限制閥門的向上運動在相對於泵的第一預定位置，以響應流體腔內流體水平的增加；和提供第二擋塊，其可限制閥門的向下運動在相對於泵的第二預定位置，以響應流體腔內流體水平的減少。
91.按權利要求86所述的方法，其特徵在於，再循環包括再循環流體，以基本上防止泵在流體腔內缺乏流體潤滑下運行。
92.按權利要求86所述的方法，其特徵在於，提供閥門包括提供可滑動地連接於泵的閥門，並還包括提供鎖定系統，其可釋放地固定閥門在相對於泵的預定位置。
全文摘要
一種流體控制泵工作系統包括設置在流體腔內的泵單元。該泵單元包括延伸到泵單元吸入端的通路。該系統也包括連接於通路的壓力源和可強迫流體從泵單元的吸入端附近的通路向外。該系統包括連接於通路的壓力傳感器。該系統還包括連接於泵單元的控制器以便利用流體壓力調節泵單元的運行參數。流體水平控制泵工作系統包括設置在流體腔內的泵單元。該泵單元包括可以接受從流體腔內抽吸流體的進口。該系統也包括可滑動地連接在泵單元上的閥門。該閥門包括用於接受從泵單元的出口抽吸的流體。為響應在流體腔內流體水平的減少，相對於泵單元的閥門移動使抽吸的流體從出口到進口再循環。
文檔編號E21B47/00GK1503879SQ02808561
公開日2004年6月9日 申請日期2002年4月23日 優先權日2001年4月24日
發明者J·A·祖潘尼克, M·H·裡亞爾, J A 祖潘尼克, 裡亞爾 申請人:Cdx天然氣有限公司