正排量泵 【发明领域】
本发明涉及一种正排量泵，即一种通常从一个井中通过提升或上压一个容装在一传送管道中并放置在泵活塞上的液柱而泵给液体例如水或油的类型的活塞泵。这种类型的活塞泵通常称为提升泵。
更具体地，本发明涉及一种在独立权利要求的特征部分中限定的一种正排量泵。
背景技术
在下端，在泵腔中或之下，即在其中位移件、泵活塞在泵给操作过程中上下移动的区域中，传统的提升泵具有从入口打开进入泵腔中的形状为一个单向阀的固定入口阀，以及一个由泵活塞支承的出口阀，出口阀是一个从泵腔打开进入传送管道的单向阀。
在这些泵的一个变化中，泵活塞支承入口阀而出口阀放置在泵腔顶上或之上。带有这样一个提升泵的例子在WO90/08898中公开。
致动机构的提升件可以是一个纯拉伸地部件，即一个绳索或一些柔性部件，它们基本只能传递张力并只能实现泵活塞的向上运动而限制其向下的运动。在这样一种情况下，泵活塞的向下运动可以由于活塞较大的重量和/或其重量克服活塞的摩擦力以及需要打开阀的力而由活塞本身产生。但是，提升件也可以是一个杆或其他刚性件，还可以传递压力以向下压泵活塞。
【发明内容】
本发明涉及一种可以归类于上述变化并在现有泵的基础上进行许多改进的泵。这些改进通过权利要求书中的特征取得。
根据本发明，本发明的泵可以设计成结构和生产都很简单，并且可靠和成本低廉。尽管没有这样限定，但它特别适合用做一个在地质区域中泵给水的井泵，在此需要一种低廉和容易使用并容易安装的井泵，由此当地的居民可以获得井水。
可以大大利用传送管道中的可以获得的横截面积，这意味着泵活塞的横截面占传送管道横截面的很大的比例。即使井孔和传送管道直径很小，每个泵行程也可以产生相当大的传送量而不会使行程长度过大。
此外，在本发明的泵中，容装在泵腔之上的传送管道中的液柱中的压力可以用于产生泵活塞的向下运动，或更精确地增加通常不是很大的来自活塞重量的向下的力。因此甚至在提升件是绳索时也可以取得充足的向下的力而不会增大活塞的重量。
这种效果的取得是因为位移件流体静力学不平衡，这样它具有一个面向上的上止推面，此止推面通常在位移件的运动过程中位于位移件的上方，并因此恒定地承受在出口(传送管道)中存在的压力，位移件还具有一个相应的面向下的下止推面，下止推面通常在位移件的运动过程中位于入口中，并因此恒定地承受存在于入口中的压力。在泵给过程中，传送管道中的液柱恒定地使出口中的压力大大地大于入口中的压力，而且由于总是存在于出口和入口、即上止推面和下止推面之间的压力差，位移件恒定地承受一个向下的流体静力，其数值与压力差和净止推面的表面积成比例。
此外，泵活塞和入口以及出口阀可以作为一个单元方便地被取出地面进行检查和维护，例如更换密封件，然后再次被导入井中。这种操作不需要取出传送管道。
传送管道可以使用一种塑料软管，它可以容易地插入井孔中并当需要时再被取出。软管可以在现场被切成在每个场合下适当的长度，或可以以卷管的形式以所需的长度由一个本地的供给者传送。在安装泵时，泵壳连接在软管的的一端上，而软管滑入到井孔中所需的深度，它可以是例如100米或更多，而不需要连接。当软管与泵壳到位时，泵活塞和与其相关的部件通过软管被降到泵壳之下。或者，泵活塞和与其相关的部件可以在插入软管之前被放置到泵壳中。
下面参照附图详细描述本发明，附图以示例性的方式示出了两个买施例。
【附图说明】
图1是一个泵、即实施本发明的一个提升泵的竖向剖视图，图中示出泵活塞处于其下端位置；
图2是与图1类似的一个视图，但示出泵活塞处于其上端位置；
图3是与图1类似的另一个视图，但示出泵活塞被提升到活塞完全位于泵缸体之上的一个位置；
图4和图5分别对应于图1和图2，示出一个变化的实施例。
【具体实施方式】
图1-3的泵包括以下主要部分：
-一个竖立的管状泵壳10，包括一个圆筒状侧壁11，并设有一个可拆卸地安装在侧壁上端上的端部12。
-一个位移件13，可以在泵壳中滑动，并包括一个具有一个入口阀15的泵活塞14以及一个通过端部12向上延伸并在端部之上的上端设有一个出口阀17的管状活塞杆16。
-一个传送管道18，包括一个刚性管件或一个软管并包围泵壳10和位移件13。
-一个致动机构19，在图中没有详细示出，它位于传送管道的上端，并通过一个提升绳索的媒介与位移件13的活塞杆16连接；致动机构可以是一个手动或动力驱动致动机构，并连续操作以从一个下部位置向一个上部位置提升位移件13，并使其可以返回到下部位置，这样泵活塞14通过图1中由S表示的一个行程范围移动。
泵壳10由泵壳壁11外侧和传送管道内侧之间的一种收缩装配安装在传送管道18内略位于传送管道的下端之上。其下端恒定向下打开，并与传送管道的最下部一起形成泵的一个入口21。
与泵壳相连的端部12滑入泵壳壁11的上端并设置成使伸入泵壳壁11中的部分的外侧例如由O形圈(未示出)密封配合在泵壳壁上，O形圈可以设置成在泵壳壁11中提供一个端部12的快动保持。一个设置在较高部分的密封圈密封配合在传送管道18的内侧上，其内径略大于泵壳壁11的内径。这样，端部仅仅与泵壳摩擦配合，而且可以由下面将详细说明的一个向上的力从泵壳向上移动。一个或多个连接通道(未示出)将密封圈22之下的空间与入口21连接。
泵活塞14由一个外密封圈23密封配合在泵腔壁11的内侧上，以在泵壳10中形成泵腔24的一个下边界。活塞杆16在端部12中与一个内密封圈25密封配合，以形成泵腔24的一个上边界。
入口阀15在泵活塞14处是一个球单向阀，其阀球在重力的影响下与泵活塞中的一个阀座一起堵塞形成在泵腔24以及入口21之间活塞体中的一个通道26，放置液体向下流动，即从泵腔流入入口21，但基本不限制液体通过通道26在相反的方向中流动。
出口阀17也是一个球单向阀，它类似于入口阀17允许液体从泵腔24经过活塞杆16中的通道26自由向上流动然后通过入口阀的阀壳29中的一个通道28进入端部12之上的传送管道18中的空间30中，但由阀球的重力作用与活塞杆16的开口上端形成的一个阀座一起堵塞在相反方向中的液体流动。阀球插入阀壳29中，阀壳29安装在活塞杆16上并且在其中连接提升缆索20以及容装和保护缆索的一个塑料管31。
优选地选择球阀作为入口和出口阀，因为阀体的球形状可以防止泵给的液体中脏物附着在阀上。但是，入口和出口阀也可以有利地为一个锥形阀。
略高于泵活塞14活塞杆16设有一个连接活塞杆中的通道27与泵腔24的孔32。在正常的泵给操作中，此孔不起作用，但其定位使得当位移件13向上被拉到其最高的位置时，孔位于端部12中的内密封圈25之上，从而将泵腔24与传送管道18中上面的空间30连接起来，其目的在下面说明。
图1-3中的提升泵的操作如下进行。首先，位移件13位于图1所示的下端位置上，而且整个传送管道18和泵腔24充有水。
当通过提升绳索20向上移动位移件13时，位于泵腔24中的活塞泵密封件23之上的水经过泵活塞体中的通道26、活塞杆16中的通道27以及出口阀17中的通道28移入端部12之上的空间30中。同时，泵活塞密封件之下的空间充入来自入口21的水。
位移件13的向上运动抵抗由传送管道中水柱施加在位移件上的静液压力。此力作用在一个基本等于泵壳壁11的横截面面积的表面积A上；提升绳索的横截面面积可以不被考虑，并且设定保护管31内的空间与传送管道中的周围空间连通。
泵腔24中的水头压力向上作用在端部12上，但此端部12还由基本相同的上面的水柱产生的向下的压力作用。由于此压力作用在一个大于泵腔横截面面积的表面积B上，产生的静液压力将保持端部12与泵壳壁11的上端配合。此配合由端部的重量和端部密封件以及泵壳壁之间的摩擦提供，例如上述但未示出的O形圈，以及密封圈22与传送管道内表面之间的摩擦力。
位移件13向上的运动在图2所示的上端位置停止。在此位置出口阀17关闭，结果位移件承受来自相当于传送管道18中的液柱高度的一个水头压力的向下的载荷(更准确地，为端部12之上的空间30以及入口21之间的水头压力的差)。此压力作用在活塞杆16一个上端的向上的止推表面上，此表面等于活塞杆16的外横截面面积C。一个对应的面向下的止推表面恒定地承受入口21中的下水头压力。在位移件13上产生的力趋于向下压位移件。
当位移件13开始向下移动时，入口阀15打开并允许水通过通道26进入泵腔24，以重新填充泵腔，然后泵腔与入口处于基本相同的压力。同时，传送管道18中的液面略微降低，因为活塞杆16进一步向下移动进入泵腔24中。
当位移件13回到图1所示的下端位置时，重复上述过程。
如果位移件13向上被拉过图2所示的正常的上端位置而使得泵活塞14移动到行程范围S之上，孔32就最终位于端部12中的内活塞杆密封件25之上。连续的向上拉动会使泵活塞14的上端与端部12的底部配合，当继续进行向上的拉动时端部12会与泵活塞15一起向上移动。
当泵活塞的密封圈23离开泵腔壁11时，一个环形通道形成在传送通道18的内表面和泵活塞14之间，见图3。然后水可以从升高的端部12之上的水柱通过泵活塞杆16的孔32和已经完全打开的泵腔24流入入口21中。水强迫冲洗入口阀，使得已经积累在入口阀中的脏物被冲洗掉。而且还可以冲洗掉已经积累在泵腔壁11上端的脏物。
在水柱消失后，可以继续进行位移件13向上的拉动而不需要克服除了位移件以及与其相连的部件、即提升缆索20和保护管31的重量以外的其他的力。
在位移件检验和清洁、如果需要以及维护工作例如损坏或磨损的部件的更换后，或者完成修理后，位移件可以重新插入传送管道18中并降低，直到端部12进入泵腔壁11中到位。如果端部12在其在传送管道中向下运动的过程中应该粘住，则可以通过从上端向传送管道填充水而使其加载额外的力。
图4和5所示的实施例基本对应于图1-3所示的实施例，其中基本结构和操作以及类似的附图标记在两个实施例中一致使用，以表示对应的部件。主要差别在于，在图1-3的泵中泵腔24的上边界由一个固定部分形成，即端部12，下边界由一个可动部分即泵活塞14形成，而图4中的泵腔的上边界由泵活塞14形成而下边界由端部12形成。
同图1-3的实施例的一个结构差别在于，图4和5所示的泵的泵活塞14与入口阀15和出口阀17都连接。
另一个结构差别在于端部12与泵壳壁11的连接具有不同的结构。可以为如图1-3所示的一个塑料入管的传送管道的下端夹在一个内底管套33和一个外底管套34之间，其中内底管套33压装在传送管道的下端中并在其外侧设有一个环形凸缘32A，而外底管套34旋在内底管套上。
端部12的一个外部的、面向下的环形锥面与内底管套33的双端上的一个互补的面向上的环形锥面配合。位于上述环形锥面之下的端部12的部分由一个O形圈22密封在内底管套33的内表面上，从而形成一个快动连接。此O形圈局部容装在内底管套33的一个环形槽中以及局部容装在端部12中。这样，可以通过利用提升缆索20施加一个额外向上的力而将端部12从其在泵壳10中的正常位置向上拉出。
外底管套可以如虚线所示向下延伸，以便可以围绕并在其运动范围内保护活塞杆16向下突出的部分。
图中所示的其内横截面面积略微大于泵腔24的横截面面积的传送管道18不是必不可少的。如果需要，传送可以通过保护管31或另一个连接在位移件上并且具有基本小于泵腔横截面面积的横截面面积的管件进行。在此情况下，出口阀17构造成使从泵腔通过活塞杆向上压出的液体被导入此管件中。提升泵的泵壳在井孔中的锚固可以通过一个静液膨胀器或其他适当的方式完成。
使用这样一个具有较小的直径、连接在位移件13上的传送管道的优点在于，为了填充整个传送管道只需要少量的泵给行程。
在所示的两个实施例中，泵活塞的横截面面积可以占据传送管道内横截面面积的很大一部分；面积的差仅仅相当于直径B和A之间的差，即泵壳10在传送管道中占据的横截面面积。
如果传送管道18是一个塑料软管并且不能保证在其全长上具有精确的圆形横截面，则图4和5的实施例特别适用。在此实施例中，不仅泵活塞14、而且端部12都具有等于泵腔壁11直径的直径。在位移件13和端部12从泵壳10抽出的过程中，泵活塞14和端部12对于充分大的传送管道内表面具有一个间隙，以确保传送管道的任何存在的非圆部分不会干涉传送管道连续向上拉到地面的过程。