펌프

펌프{PUMP}

본 발명은 유체, 특히, 액체 및 기체 형태의 상을 포함하는 다중상의 유체를 끌어올리기 위한 펌프에 관한 것이다. 본 발명은 특히 탄화수소 정 (well) 에서 하향공에 사용되는 전기적으로 수중에서 작동하는 펌프와 같은 펌프에 관한 것이다.

석유 및 가스 산업 분야에 있어서, 유정으로부터 탄화수소 제조를 돕기 위해 펌프 하향공을 배치하고 작동시킬 필요가 있다.

이러한 유정으로부터의 탄화수소는 다중상의 유체, 즉, 하나 이상의 물 및/또는 원유와 같은 액체와 천연 가스와 같은 하나 이상의 가스의 형태로 제조될 수 있다.

따라서, 하향공에 사용되는 펌프는 (i) 다중상의 유체를 취급할 수 있어야 하며, (ii) 침하 상태에 있는 깊은 탄화수소로부터 표면으로 유체를 끌어 올릴 수 있도록 충분한 압력이 필요하며, 또한, (iii) 혹독한 하향공 환경을 견디고 신뢰할 수 있게 작동되어야 한다.

침하 상태에 있는 깊은 탄화수소로부터 표면으로 유체를 끌어 올리기에 충분한 압력을 발생시키기 위해, 다단계 펌프, 즉, 펌프 또는 다수의 펌프 단계 및 모듈을 포함하는 펌프 조립체를 사용하는 것이 알려져 있으며, 일반적으로, 제 1 펌프 단계는 제 2 펌프 단계의 흡입구로 배출하고, 차례로 제 3 펌프 단계로 배출한다.

만일 단일의 펌프 단계에서 주어진 유속 (즉, y ℓ/시간) 에서 차등 압력 (즉, x psi) 이 발생되면, 직렬로 연결된 두 개의 펌프를 포함하는 펌프가 구성되며, 이는 상기 유속 (y ℓ/시간) 에서 차등 압력 (2x psi) 이 발생할 수 있어야 한다. 만일, 두 개의 펌프 단계가 병렬로 연결된다면, 유속 (2y ℓ/시간) 에서 차등 압력 (x psi) 을 발생할 수 있어야 한다.

유정 (oil well) 에서 전기적으로 수중에서 사용되는 펌프에 있어서, 매우 높은 차등 압력, 즉, 2000 내지 3000psi (13.8 내지 20.7 MPa) 를 발생할 수 있는 이러한 원리를 사용하는 펌프가 알려져 있다. 이러한 펌프는 직렬로 100 이상의 펌프 단계를 포함할 수 있다.

침하 상태에 있는 깊은 탄화수소로부터 표면으로 유체를 끌어올리기 위한 다단계의 원심 펌프를 사용하는 것이 알려져 있다. 원심 펌프는 반복적으로 펌프질되는 유체에 압력 증가분을 추가시키기 위해 가속 및 감속하도록 작동한다. 액체와 가스를 포함하는 혼합된 상의 유체를 끌어 올리는 펌프가 사용되는 경우, 액체와 가스 사이의 밀도 차이로 인하여, 원심 펌프의 제 1 단계에서 액체가 먼저 가속된다. 액체 내의 자유 가스의 비율이 증가되는 경우, 가스는 펌프 날개부의 중심에 축적되기 쉬우며, 이는 펌프의 주요 부분에 손상을 주는, 즉, "가스 로킹 (gas locking)" 으로 알려져 있다. 따라서, 원심 펌프는 혼합된 상의 유체를 끌어올리는데 전체적으로 적절하지 못하다.

또 다른 알려진 펌프의 유형은 플런저형 용적식 펌프 (positive displacement pump) 와 모노 펌프 (progressing cavity pump) 를 포함한다.

플런저형 펌프는 일반적으로 끌어 올려진 액체와 동반되는 자유 가스에 의해 작동된다. 이 경우에 있어서, 가스와 액체는 펌프 배럴 (barrel) 에서 분리될 수 있으며, 이는 플런저가 내려 앉아 액체 표면과 접촉하는 경우 충격 하중을 야기하는, 즉, "액체 두드림 현상 (fluid pound)" 을 야기한다.

용적식 펌프는 일반적으로 탄성 고정자 내부에 있는 금속 나선형 로터를 회전시켜 작동하며, 펌프 흡입구에서 배출구로 개별적인 부피적 공동 부분이 진행되도록 한다. 이러한 펌프의 작동 모드가 액체와 가스를 끌어올리는데 적합하기는 하지만, 실제로 가스가 팽창시키고 연화시키는 탄성 고정자의 모체에 확산되기 쉽다. 그 결과, 가동 허용치가 감소되고 마찰이 증가되어, 로터가 고정자를 훼손하거나 및/또는 로터가 과열되기 쉽다.

다중상의 유체를 생산하는데 이중 스크류 용적식 펌프를 사용하는 것이 알려져 있다. 이중 스크류 펌프와 이러한 펌프의 주요 부품을 구성하는 방법은 당업자에게 잘 알려져 있다.

일반적으로, 이중 스크류 펌프는 서로 반대 방향의 나사산을 가지며, 사용시 반대 방향으로 회전하는 한 쌍의 상호 맞물리는 로터를 포함한다. 유체가 펌프를 통해 끌어올려질 때 상기 한 쌍의 로터에 의해 발생하는 추진력은 적절한 스러스트 베어링을 통해 지지된다. 대안적으로 또는 추가적으로, 이중 스크류 펌프는 축 방향으로 균형이 맞아 있고, 즉, 두 개의 상호 맞물리는 로터가 쌍으로 상대하도록 포함하며, 이를 통해 로터 하나에 의해 발생한 추진력은 반대하는 다른 로터의 동일한 반대 추진력을 통해 균형이 맞게 된다.

상기 펌프의 구성과 관계없이, 일반적으로 한 로터의 샤프트를 다른 로터의 샤프트와 연동함으로서, 로터 각각의 스크류는 동시에 회전되어야 하며, 상호 맞물리는 로터는 충돌 없이 가까운 간극을 유지하여야 한다. 일반적으로, 특정 축방향 샤프트 조절 수단은 각각 로터에 대하여 로터 나사산의 시작시의 정렬을 간단하게 하는 것이 바람직하다.

비교적 간단한 스크류 메커니즘은 표면에서 사용되는 이중 스크류 펌프에서 샤프트 정렬을 조절하는데 이용될 수 있다. 그러나, 이러한 펌프들은 일반적으로 유지하는데 매우 힘들기 때문에, 이러한 메커니즘은 하향공 또는 해저용 펌프에 완전하게 적절하지 못하다. 따라서, 하향공 용도에 사용되는 이중 스크류 펌프의 로터와 샤프트는 펌프가 사용되는 경우 정렬되어 고정되는 것이 바람직하고, 또한, 펌프를 사용하는 동안 추가적인 조절이 필요 없어야 한다.

과거에는, 대부분의 이중 스크류 펌프가 작은 수 (일반적으로 하나) 의 펌프 단계에서만 사용되었고, 따라서, 일반적으로 탄화수소 정에서 유체를 끌어올리는데 적합한 매우 높은 차등 압력을 생산할 수 없었다.

최근에는 일부 다단계 이중 스크류 펌프가 개발되었다.

미국 특허 출원 제 5,779,451 호에는 내부 로터 구역이 있는 하우징을 포함하는 펌프가 기재되어 있으며, 상기 구역은 입구 및 출구가 형성되어 있고, 구역 내에 포함되는 다수의 작동 로터가 포함되어 있다. 각 로터는 샤프트와 이에 부착되어 외부로 연장하고 있는 다수의 나사산을 포함하고 있으며, 상기 로터는 각 로터의 길이에 따라 부피적으로 배분율이 일정하지 않은 형상을 취하고 있다. 일 실시형태에 있어서, 상기 로터는 나사산이 없는 비펌프 챔버에 의해 분리되는 다수의 나사산이 있는 펌프 단계를 포함한다. 비록 다단계 펌프이기는 하지만, 상기 하우징은 정 내에서 수중에서 사용되는 것을 배제하도록 구성되어 있다.

미국 특허 제 6,413,065 B1 호에는 모듈식의 다단계 이중 스크류 펌프와 이를 제조하는 방법이 기재되어 있다. 여기에서의 단계는 바람직한 펌프 압력과 유속을 조합할 수 있도록 병렬 또는 직렬로 연결될 수 있으며, 또는, 이들의 조합으로 연결될 수 있다. 미국 특허 출원 제 5,779,451 호 및 미국 특허 6,413,065 B1 호에 기재된 펌프는 축방향으로 균형을 이루고 있다.

이들이 정에 적절함에도 불구하고, 미국 특허 제 6,413,065 B1 호에 기재된 펌프의 각 모듈은 매우 복잡한 구조, 즉, 두 개의 샤프트, 서로 엮여 반대로 회전하는 두 개의 대면 로터, 흡입구 및 배출 플레넘 (plenum) 및 직렬 또는 병렬로 개별 펌프 단계가 서로 유압적으로 연결될 수 있도록 필요한 다양한 유체 경로로 구성되어 있다.

또한, 미국 특허 제 6,413,065 B1 호에 따른 펌프는 빠른 속도 및/또는 매우 큰 부피로 구성하기 매우 어려우며, 이는 조합이 완성되기 위해 정확하게 배열되어야 하는 개별 부품의 수가 매우 많고, 특히, 서로 엮여 반대로 회전하는 로터 쌍이 작동시 스크류가 충돌하는 것을 방지하기 위해 로터의 단부 플로트 (float) 를 제어하고, 반대하는 로터 스러스트의 균형을 맞추도록 공통 샤프트에 로터 스러스트를 전달하기 위해 공통의 샤프트에 축방향으로 고정되어야 하기 때문이다. 이러한 펌프를 조립하기 위해서는, 샤프트가 먼저 중앙 지지부 (니들 롤러) 베어링을 통과하여야 하고, 샤프트에서 로터로 구동력을 전달하기 위해 키 결합, 스플라인 결합 또는 공통 샤프트에 회전 가능하게 결합된 반대 로터를 통과하여야 한다. 로터들이 샤프트에 서로 동축으로 회전가능하게 결합된다는 점은 제조 허용치가 정확하게 제어되어야 하거나 펌프를 조립하는 경우 로터가 정확하게 배열되도록 복잡한 결합 과정이 필요함을 의미한다.

또한, 회전 영역에서 뿐만 아니라, 각 모듈은 펌프가 다수의 다른 단면 형상을 가질 수 있도록 흡입구와 배출구 통로를 포함하게 되어, 제조의 복잡성이 증가된다. 또한, 각 조립된 모듈은 인접한 모듈 사이에 토크가 정확하게 전달될 수 있도록 격벽과 이들의 볼트로 고정된다.

이러한 펌프를 제조하고 조립하는데 시간이 오래 걸리고 복잡하다는 점은 대형의 상업적인 목적을 위해 충분히 크게 제조될 수 없다는 것을 의미한다.

국제 출원 공보 제 03/029610 호에는 정에서 사용되는 또 다른 다중상의 이중 스크류 펌프 및 정에서 사용되는 다중상의 이중 스크류 펌프를 사용하는 방법이 기재되어 있다. 이 펌프는 흡입구 단부와 출력측이 형성된 하우징과 흡입구와 출력 단부 사이에 연장하는 유체 유동 통로를 포함한다. 이중 펌프 스크류는 상기 유체 유동 통로에 배치되어 있다. 보조적인 액체 채널은 하우징을 통해 상기 이중 펌프 스크류와 유체 연통이 가능하도록 연장되어 있으며, 상기 유체 유동 통로와 연통하도록 액체 트랩이 설치된다. 이러한 방식으로, 펌프 스크류를 통해 유체 유동 통로를 따라 움직이는 액체는 포획되고, 보조적인 액체 채널에 주입되고, 펌프 스크류 주위의 액체 시일을 강화하도록 유체 유동 통로로 되돌아간다.

그러나, 상기 국제 출원 공보 제 03/029610 호에 기재된 펌프 조립체는 전술한 문제점을 갖고 있다. 특히, 상기 펌프 조립체는 시간 소비가 매우 크다. 부품들이 연속적으로 조립되어야 하며, 이들은 각각 인접한 부품에 정확하게 정렬되어야 한다. 이는 이러한 펌프를 대형으로 제조하기 어렵게 되며, 펌프의 "현장" 에서의 유지가 매우 복잡하고, 시간 소모는 펌프를 작동시키는데 문제점이 될 수 있다.

국제 출원 공보 제 95/30090 호에는 지각으로부터 액체를 끌어올리기 위한 장치가 기재되어 있으며, 이는 지각에 내려지는 제 1 스크류 부재와 대향 스크류 부재를 포함하는 스크류 펌프, 상기 대향 스크류 부재를 차례로 구동하는 스크류 부재를 구동하기 위해 지각 표면 또는 그 가까이에 배치되는 구동 수단, 상기 구동 수단에 의해 발생된 구동력을 전달하기 위한 전달 수단을 포함하고 있으며, 이러한 전달 수단은 지각 표면에 또는 그 가까이의 구동 수단으로부터 내려진 스크류 펌프로 연장된다.

또한, 펌프 조립체는 러시아 특허 공보 제 55050U1 호, 국제 출원 공보 제 99/27256 호, 영국 특허 공보 제 2152587 호, 영국 특허 공보 제 2376250 호 및 유럽 특허 공보 제 0464340 호에 기재되어 있으며, 이들 중 어느 것도 전술한 문제점을 해결할 수 없다.

따라서, 본 발명의 비배타적인 목적은 개선된 다단계 펌프를 제공하는 것이며, 특히, 종래의 다단계 펌프보다 빠르고 간단하게, 및/또는 더 신뢰할 수 있게 및/또는 적응 가능하게 조립할 수 있는 다단계 펌프를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 비배타적인 목적은 개선된 다단계 펌프를 조립하는 방법을 제공하는 것이며, 특히, 종래의 방법보다 빠르며, 및/또는 부피를 좀 더 크게 할 수 있는 다단계 펌프를 조립하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 제 1 양태에 따르면 :

적어도 하나의 이중 스크류 펌프 모듈을 포함하는 다수의 미리 조합된 펌프 모듈을 포함하는 다수의 부품을 포함하는 다단계 펌프로서, 상기 다단계 펌프는 추가로 상기 부품을 둘러싸기 위한 신장하는 슬리브, 상기 신장하는 슬리브의 일부분과 연결 또는 부착되는 결합 수단을 포함하고, 상기 결합 수단은 상기 슬리브 내에서 상기 부품을 고정적으로 유지하도록 작동 가능한 것을 특징으로 하는 다단계 펌프가 제공된다.

미리 조립함에 있어서, 이는 부품, 즉, 개별적으로 포함된 유닛 형태의 펌프 모듈이 쉽고 빠르게 좀 더 복잡한 시스템 또는 장치, 예를 들어, 모듈, 다단계 펌프로 결합될 수 있음을 의미한다.

바람직하게, 하나 이상의 이중 스크류 펌프 모듈은 서로 결합된 로터 쌍을 포함할 수 있으며, 이러한 로터 중 하나는 다른 로터보다 더 짧다.

바람직하게, 상기 각각의 미리 조립된 이중 스크류 펌프 모듈은 하우징, 구동 샤프트, 측 샤프트 및 스러스트 베어링을 포함하며, 상기 하우징은 그 안으로 연통하는 통로가 형성된 몸체부를 포함하고, 상기 구동 샤프트 및 측 샤프트는 실질적으로 상기 통로 내에서 서로 평행하게 형성되어, 상기 통로 내에서 이들의 길이 부분에 형성된 스크류 나사 부분 또는 로터를 동작시키며, 상기 구동 샤프트는 적어도 그 단부의 한쪽에서 다른 부품과 연결되도록 구성되며, 상기 스러스트 베어링은 적어도 부분적으로 상기 하우징 내에서 로터의 상부 또는 하부에 위치하게 된다.

펌프 모듈에 더하여, 상기 펌프는 하나 이상의 스페이서 유닛을 포함할 수 있다. 상기 각 스페이서 유닛은 개별적인 부품 또는 모듈이 될 수 있다. 대안적으로, 상기 각 스페이서 유닛은 미리 조립된 펌프 모듈과 결합될 수 있다.

다수의 부품들은 추가적으로 구동 결합 조립체를 포함할 수 있다.

바람직하게, 스페이서 유닛은 제 1 펌프 모듈과 제 2 펌프 모듈 사이에 위치할 수 있다. 유리하게, 상기 스페이서 유닛은 제 1 펌프 모듈의 구동 샤프트와 제 2 펌프 모듈의 구동 샤프트를 연결 또는 결합하기 위한 샤프트 연결 수단을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 샤프트 연결 수단은 결합 슬리브를 포함할 수 있다.

추가적으로 또는 대안적으로, 펌프 모듈의 구동 샤프트 및/또는 구동 결합 조립체는 상기 구동 샤프트의 단부에 비교적으로 양각 및 음각의 스플라인이 형성되어 있어 서로 직접적으로 연결될 수 있도록 구성되어 있다.

상기 구동 결합 조립체는 서로 평행하지만 오프셋 (offset) 되어 있는 샤프트를 결합하는 수단을 포함할 수 있다. 적절한 수단은 종래 기술에 알려져 있으며, 하기에 기재된 어느 하나 : 평행 크랭크 구동 결합 수단; 올드햄 (Oldham) 결합 수단; 정결합 기어; 중간 구동 샤프트가 형성된 이중 십자형 결합 수단; 중간 구동 샤프트가 형성된 이중 정속 (constant velocity : CV) 결합 수단; 중간 구동 샤프트가 형성된 이중 기어 결합 수단을 포함할 수 있다.

대안적으로, 상기 구동 결합 조립체는 서로 동축으로 이루어진 샤프트 쌍을 결합하도록 구성될 수 있다. 특히, 이러한 구성은 대형의 펌프, 즉, 해저용 및 파이프라인 확장 펌프와 같은 대용적의 펌프에 바람직하다.

바람직하게, 상기 부품들은 스택 (stack) 을 형성하도록 슬리브 내에서 직렬로 배열될 수 있다. 이러한 스택은 펌프 모듈 상에 스페이서 유닛이 사이에 배치되는 형태로 직렬의 부품을 포함할 수 있다.

바람직한 실시 형태에 있어서, 스택에서의 최상위 부품은 구동 결합 조립체가 될 수 있다. 대안적으로, 상기 구동 결합 조립체는 스택에서 최하위 부품이 될 수 있다.

상기 결합 수단은 바람직하게 상기 스택에 길이 방향으로 미리 압축력을 부여하는 수단을 포함할 수 있다.

예를 들어, 상기 결합 수단은 나사 가공된 링을 포함하고, 이러한 링은 바람직하게 슬리브의 단부와 결합 가능하게 구성되어 있다. 상기 결합 수단은 나사 가공된 링 쌍을 포함할 수 있으며, 그 중 하나는 슬리브의 각 단부와 결합하고 있다.

하나 이상의 부품들이 슬리브 내에서 부품들의 상대 각도 배열을 유지하도록 설치 또는 연결 수단에 제공될 수 있다. 상기 설치 또는 연결 수단은 장부촉 (dowel) 핀 또는 키 홈을 포함할 수 있다.

상기 신장하는 슬리브는 연속하는 고형 벽을 포함할 수 있다. 대안적으로, 상기 신장하는 슬리브의 벽은 슬리브 내에서 결합 수단이 부품들을 유지하도록 슬리브의 일부분과 접촉 또는 결합하는 방식으로 서로 두 단부에서 연결되는 비연속적으로 제공될 수 있다. 예를 들어, 상기 신장하는 슬리브는 이들을 관통하는 개구부 또는 케이지 (cage) 형태가 될 수 있다.

본 발명의 제 2 양태에 따르면, 다단계 펌프를 조립하는 방법에 있어서, 다음과 같은 단계를 포함한다.

- 적어도 하나의 이중 스크류 펌프 모듈을 포함하는 다수의 미리 조합된 펌프 모듈을 포함하는 다수의 부품을 제공하는 단계;

- 상기 펌프 모듈이 직렬로 위치하도록 상기 부품들을 스택으로 구성하는 단계;

- 외부 하우징 또는 슬리브 내부에 상기 스택을 삽입하는 단계; 및

- 상기 외부 하우징 또는 슬리브 내부에서 상기 스택을 고정하는 형태로 결합하기 위한 결합 수단을 작동시키는 단계.

본 발명의 제 3 양태에 따르면, 펌프, 바람직하게 다단계 펌프가 제공되며, 이는 하나 이상의 이중 스크류 펌프 모듈, 실질적으로 평행하는 샤프트의 서로 결합되는 로터 쌍과 각 로터를 지지하는 개별 스러스트 베어링을 포함하는 펌프 모듈을 포함한다.

바람직하게, 각 이중 스크류 펌프 모듈은 미리 조립될 수 있다.

실질적으로 평행하는 샤프트는 구동 샤프트 및 측 샤프트를 포함할 수 있으며, 상기 측 샤프트는 상기 구동 샤프트의 움직임, 즉, 그 회전에 맞추어 구동되도록 구성된다.

각 로터에 별개의 스러스트 베어링을 제공함으로써, 펌프가 미끄러짐 균형을 맞출 필요가 없음이 이해될 것이다. 따라서, 상기 펌프의 구성이 간단해지고, 특히, 펌프를 지나게 되는 유체 유동 경로가 많아지거나 복잡해질 필요가 없다.

유리하게, 각 개별 스러스트 베어링을 통한 미끄러짐 지지는 비교적 낮다. 결과적으로, 복잡한 다수의 베어링 조립체가 필요 없게 되며, 따라서, 유리하게 펌프 조립체의 복잡성 및 제조 가격을 잠정적으로 줄일 수 있다.

각 로터에 개별 스러스트 베어링을 제공함으로써 얻을 수 있는 다른 이점은 베어링 면이 펌프 모듈을 조립하는 경우 로터의 축방향 기준점으로 사용될 수 있다는 점이다. 따라서, 로터 쌍을 정확하게 배열하기 위해, 서로 맞대응하는 부분에 대하여, 하나의 로터 축방향 위치에 비교적 쉽게 조절할 수 있다. 실제로, 로터 하위 조립체가 결합될 수 있으며, 구동되는 단부 플로트 또는 측 로터가 구동 로터에 대하여 측정될 수 있다. 상기의 두 개의 단부 플로트 측정의 의미는 구동 샤프트의 스러스트 베어링 하부에서 요구되는 이상적인 시임 (shim) 두께를 제공할 수 있다.

대안적으로, 샤프트와 이들의 스러스트 베어링의 위치는 고정될 수 있으며, 측 샤프트 로터의 상대 위치는 이들의 샤프트 축에 따라 조절될 수 있다. 예를 들어, 구동되는 또는 측 샤프트 로터를 이들과 짝을 이루는 로터보다 작게 하여 이룰 수 있으며, 상기 로터 상부 및 하부에서 패킹 또는 시임을 변형하여 이룰 수 있다.

펌프 모듈을 조립함에 있어서, 상기 로터 베어링 샤프트는 개방된 로터 테두리 또는 지그 내에서의 위치에서 먼저 조립된다. 상기 로터는 이들의 대응 샤프트 및 타이밍 기어에 키 결합되고, 배열된 후 키 결합된다. 상기 측 샤프트 로터의 단부 플로트는 고정된 주요 샤프트 로터에 대응하여 측정될 수 있다. 상기 측 샤프트는 이들 샤프트에서 축 방향으로 끼워질 수 있다. 결과적으로, 전체적인 폐쇄형 펌프 로터 하우징을 설치하는 경우, 타이밍 기어는 이미 정확하게 배열되어 있고, 샤프트에 키 결합되어, 정확한 타이밍의 펌프 모듈을 완성할 수 있게 된다.

바람직하게, 로터 쌍의 하나는 다른 하나보다 더 짧다.

예를 들어, 구동되는 또는 측 샤프트 로터는 이와 맞물려 구동되는 샤프트보다 더 짧다. 유리하게, 각 펌프 모듈을 조립하는 경우, 샤프트와 이들의 스러스트 베어링은 고정될 수 있으며, 구동되는 또는 측 샤프트 로터는 이들의 샤프트를 따라 종방향으로 움직일 수 있으며, 이와 맞물려 구동되는 로터와 적절한 정렬을 하게된다. 시임 및/또는 패킹은 구동되는 또는 측 샤프트 로터의 상부 및/또는 하부에 그 샤프트의 정확한 위치에서 고정적으로 결합되도록 적용될 수 있다.

펌프 모듈 내에서 다른 길이를 갖는 로터를 포함하는 로터 쌍이 서로 맞물리는 구성의 또 다른 이점은 짧은 로터의 상부 및 하부 공간이 흡입구 및 출구 포트 (로터가 유압적으로 잠기지 않도록 필요한 구성) 를 자연스럽게 구성할 수 있다는 점이다. 따라서, 로터 챔버 단부에 추가적인 흡입구 또는 출구 포트를 제공할 필요가 없으며, 이는 펌프 모듈의 구성 및/또는 가격을 절감할 수 있다.

본 발명의 제 4 양태에 따르면, 실질적으로 평행하는 샤프트에 맞물리는 로터 쌍을 포함하는 다단계 펌프용 이중 스크류 펌프 또는 펌프 모듈을 제공할 수 있으며, 여기에서 로터 중 하나는 다른 하나보다 짧다.

사용시에 있어서, 본 발명에 따르는 펌프는 모터와 연결되어 구동될 수 있다. 상기 모터는 수중에서 작동할 수 있는 전기 모터가 될 수 있으며, 바람직하게 영구 자석 모터일 수 있다.

상기 모터 및 펌프는 함께 (이하, 모터-펌프 조립체로 알려져 있다) 정 , 즉 결합 튜브, 코일 튜브 또는 전기적 케이블을 사용하는 탄화수소 생산 정 또는 사출 정 등에 적용시켜 작동될 수 있다. 하향구에서 사용하는 경우, 모터는 상기 펌프 상부 또는 하부에 위치할 수 있다. 일반적으로, 모터-펌프 조립체가 코일 튜브 또는 전기적 케이블을 사용하여 적용되는 경우, 모터가 펌프에 상부에 위치하는 것이 바람직하다. 그러나, 모터-펌프 조립체가 결합 튜브를 사용하는 경우에는, 모터가 펌프 하부에 위치하는 것이 바람직하다.

따라서, 본 발명에 있어서, 모터-펌프 조립체가 하부 구동 또는 상부 구동 구성, 즉, 사용하는 특정 용도에 맞도록 모터가 각각 펌프의 하부 또는 상부에 위치하여, 외부 슬리브 또는 하우징 내에서 부품들의 재구성을 통해 구성을 간단하게 할 수 있는 것이 또 다른 이점이 될 수 있다.

본 발명에 따르는 다단계 펌프에 있어서, 바람직하게 다단계 펌프가 전방 또는 후방으로 작동될 수 있으며, 즉, 생산 정에서 탄화수소 함유 유체를 생산하는데 사용될 수 있으며, 및/또는 사출 정 내에서 탄화수소를 함유하는 형태로 유체를 사출하는데 사용될 수 있다.

탄화수소를 함유하는 형태로부터 또는 탄화수소를 함유하는 형태로 사출되는 유체는 적어도 하나의 액상 및 적어도 하나의 가스상을 포함할 수 있으며, 유체를 생산하는 방법은 본 발명에 따른 다단계 펌프를 정 내에서 적용 및 작동시키는 것을 포함할 수 있다.

본 발명을 좀 더 용이하게 이해하기 위해, 본 발명의 특정 실시 형태를 첨부되는 도면과 함께 설명하기로 하겠으며, 이는 단지 실시예에 지나지 않는다.

도 1 은 본 발명에 따른 펌프 모듈의 단면도를 나타낸 것이다.
도 2 는 본 발명에 따른 제 2 펌프 모듈의 단면도를 나타낸 것이다.
도 3 은 본 발명에 따라 다단계 펌프에 사용되는 구동 샤프트 조립체의 실시예를 나타낸 것이다.
도 4 는 본 발명에 따른 조립된 다단계 펌프를 나타낸 것이다.

도 1 을 참조하면, 금속의 실린더 (11) 와 상부 부재 (18a) 및 하부 부재 (18b) 가 형성된 하우징을 포함하는 펌프 모듈 (1) 의 단면이 나타나 있으며, 실린더 (11) 와 상기 상하부 부재 (18a, 18b) 는 펌프 챔버를 구성한다. 유체 주입구와 유체 출구는 상기 모듈 (1) 의 상하부에 위치하고 있으며, 펌프 챔버의 내부와 외부로 유체가 연통하게 된다. 상기 유체 주입구와 유체 출구는 도 1 에 기재된 단면도에는 직접 보이지는 않지만, 이들의 존재는 점선으로 나타나 있다. 펌프 챔버의 내부에, 종방향으로 배열되어 있는 구동 샤프트 (12) 및 측 샤프트 (13) 가 있다. 상기 샤프트 (12, 13) 들은 서로 실질적으로 평행하고, 상기 샤프트 (12, 13) 각각의 베어링이 상하부 부재 (18a, 18b) 에 존재한다. 나사 가공된 로터 (14, 15) 가 각각 구동 샤프트 (12) 와 측 샤프트 (13) 에 의해 구동된다. 상기 로터 (14, 15) 는 서로 반대 방향으로 나사산이 형성되어 있다. 상기 로터 (14, 15) 는 서로 맞물리며, 작동시 반대 방향으로 회전한다. 스러스트 베어링 (16a, 16b) 이 하우징의 바닥 방향으로 하부 부재 (18b) 아래에 배치된다. 상기 하부 부재 (18b) 와 스러스트 베어링 (16a, 16b) 사이에 각각 구동 샤프트 (12) 와 측 샤프트 (13) 에 의해 구동되는 타이밍 기어 (19a, 19b) 가 위치하고 있다. 스러스트 베어링 하부에 위치하는 시임 (109) 에 의해 구동 샤프트 (12) 와 측 샤프트 (13) 가 서로 끼워질 수 있기 때문에, 상기 타이밍 기어 (19a, 19b) 는 미세하게 서로 축방향으로 오프셋 되어 있다. 구동 샤프트 (12) 의 상하부 단부 (17a, 17b) 가 하우징 외부로 상하로 연장되고 있다. 상기 단부 (17a, 17b) 에는 스플라인 (spline) 이 형성되어 있다. 이러한 스플라인은 샤프트 (22, 23) 를 보조적인 형태의 내부 스플라인과 슬리브를 사용하는 다른 부품의 샤프트에 연결하도록 구성되어 있다.

도 2 에 있어서, 펌프 모듈 (2) 이 나타나 있으며, 도 1 에 기재된 펌프 모듈 (1) 과 넓게 유사하다.

도 2 에 있어서, 금속의 실린더 (21) 와 상부 부재 (28a) 및 하부 부재 (28b) 가 형성된 하우징을 포함하는 펌프 모듈 (2) 의 단면이 나타나 있으며, 실린더 (21) 와 상기 상하부 부재 (28a, 28b) 는 펌프 챔버를 구성한다. 도시되지 않은 유체 주입구와 도시되지 않은 유체 출구는 상기 모듈 (1) 의 상하부에 위치하고 있으며, 펌프 챔버의 내부와 외부로 유체가 연통하게 된다. 상기 유체 주입구와 유체 출구는 도 2 에 기재된 단면도에는 직접 보이지는 않지만, 이들의 존재는 점선으로 나타나 있다. 펌프 챔버의 내부에 있어서, 종방향으로 배열되어 있는 구동 샤프트 (22) 및 측 샤프트 (23) 가 있다. 상기 샤프트 (22, 23) 들은 서로 실질적으로 평행하고, 상기 샤프트 각각의 베어링이 상하부 부재 (28a, 28b) 에 존재한다. 나사 가공된 로터 (24, 25) 가 각각 구동 샤프트 (22) 와 측 샤프트 (23) 에 의해 구동된다. 상기 로터 (24, 25) 는 서로 반대 방향으로 나사산이 형성되어 있다. 상기 로터 (24, 25) 는 서로 맞물리며, 작동시 반대 방향으로 회전한다. 나사 가공된 로터 (25) 는 나사 가공된 로터 (24) 보다 더 짧다. 측 샤프트 (23) 에는 나사 가공된 로터 (25) 와 나사 가공된 로터 (24) 를 축방향으로 배열하기 위한 시임 (209) 도 포함하고 있다. 도 1 에 기재된 펌프 모듈과는 반대로, 측 샤프트 (23) 와 구동 샤프트 (22) 는 서로 끼워져 있지 않으며, 상기 로터 (25) 의 위 쪽에 있는 하나의 시임 (209) 과 아래쪽에 있는 세 개의 시임 (209) 이 장착되는 샤프트 (23) 에 대하여 로터 (25) 를 배열하는 역할을 하게 된다.

스러스트 베어링 (26a, 26b) 이 하우징의 상부 방향으로 상부 부재 (28a) 위에서 각 샤프트 (22, 23) 에 배치된다. 상기 상부 부재 (28b) 와 스러스트 베어링 (26a, 26b) 사이에 각각 구동 샤프트 (12) 와 측 샤프트 (13) 에 의해 구동되는 타이밍 기어 (29a, 29b) 가 위치하고 있다. 전술한 바와 같이, 샤프트들 (22, 23) 이 서로 끼워지지 않기 때문에, 상기 타이밍 기어 (29a, 29b) 는 서로 연결은 되어 있지만, 서로 축방향으로 오프셋 되지는 않는다. 구동 샤프트 (22) 의 상하부 단부 (27a, 27b) 가 하우징 외부로 상하로 연장되고 있다. 상기 단부 (27a, 27b) 에는 스플라인 (spline) 이 형성되어 있다. 이러한 스플라인은 샤프트 (22, 23) 를 보조적인 형태의 내부 스플라인과 슬리브를 사용하는 다른 부품의 샤프트에 연결하도록 구성되어 있다.

다른 형태의 펌프 모듈이 도 1 및 도 2 에 기재되어 있으며, 타이밍 기어와 스러스트 베어링의 상대 위치가 서로 동일하게 위치만 바뀌어 있음을 알 수 있으며, 즉, 스러스트 베어링이 타이밍 기어보다 로터에 좀 더 가까이 위치하고 있다.

도 3 에 있어서, 본 발명에 따르는 다단계 펌프에 사용되는 구동 샤프트 조립체 (3) 의 영역이 나타나 있다. 상기 구동 샤프트 조립체 (3) 는 실린더형 몸체부 (31), 상부 부재 (35a) 및 하부 부재 (35b) 에 의해 규정되는 챔버를 포함한다. 상기 상부 부재 (35a) 와 하부 부재 (35b) 는 그 내부를 통과하는 샤프트용 베어링을 포함하고 있다. 제 1 샤프트 (32) 가 상기 챔버의 위쪽으로 연장하고 있으며, 또한, 상부 부재 (35a) 에서 베어링을 통과하고 있다. 샤프트 (32) 의 종방향 축은 상기 실린더형 몸체부 (31) 의 축과 일치한다. 제 2 샤프트 (33) 가 상기 챔버의 아래쪽으로 연장하고 있으며, 또한, 하부 부재 (35b) 에서 베어링을 통과하고 있다. 상기 제 2 샤프트 (33) 의 종방향 축은 상기 제 1 샤프트 (32) 축과 평행하지만, 상기 실린더형 몸체부 (31) 의 종방향 축과는 일치하지 않는다. 즉, 상기 샤프트들 (32, 33) 은 서로 반경 방향으로 오프셋 되어 있다. 상기 챔버 내부에 상기 제 1 샤프트 (32) 와 상기 제 2 샤프트 (33) 를 서로 연결하기 위한 메커니즘 (34) 이 존재한다. 상기 메커니즘 (34) 은 평행하는 크랭크 구동 커플링을 포함한다. 다른 적절한 메커니즘은 당업자에게 잘 알려져 있다.

상기 실린더형 몸체부 (31) 의 상부 및 하부로부터 돌출되는 제 1 샤프트 (32) 와 제 2 샤프트 (33) 의 단부에는 스플라인이 제공된다. 이러한 스플라인은 샤프트 (32, 33) 를 보조적인 형태의 내부 스플라인과 슬리브를 사용하는 다른 부품의 샤프트에 연결하도록 구성되어 있다.

사용시에 있어서, 제 1 샤프트 (32) 는 일반적으로 모터, 즉, 수중에서 사용 가능한 전기적 모터의 출력측 샤프트와 연결될 것이다.

사용시에 있어서, 제 2 샤프트 (33) 는 일반적으로 도 1 또는 도 2 에 기재된 펌프 모듈과 같은 펌프 모듈의 구동 샤프트와 연결될 것이다.

도 4 에, 조립된 다단계 펌프 (4) 가 기재되어 있다. 상기 펌프 (4) 는 실린더의 형태로 연속되는 고형벽이 있는 외부 슬리브 (41) 를 포함하며, 이 부분 내에서 펌프를 구성하는 부품들이 직렬로 배열되어 있다. 도 4 의 상부로부터, 구동 샤프트 조립체 (50), 제 1 스페이서 실린더 (60), 제 1 펌프 모듈 (70), 제 2 스페이서 실린더 (80), 제 2 펌프 모듈 (90), 제 3 스페이서 실린더 (100) 및 제 3 펌프 모듈 (110) 과 같은 부품이 구성되어 있다.

상기 구동 조립체 (50) 는 실질적으로 도 3 및 전술한 설명에서와 같다.

상기 펌프 모듈 (70, 90, 110) 은 실질적으로 도 1 및 전술한 설명에서와 같다. 물론, 도 2 및 전술한 설명에서와 실질적으로 같은 하나 이상의 펌프 모듈은 다단계 펌프 (4) 에서 서로 결합될 수도 있다.

스페이서 실린더 (60, 80, 100) 는 각각 실린더형 몸체부 (61, 81, 101) 및 결합 슬리브 (62, 82, 102) 를 포함한다. 각 결합 슬리브 (62, 82, 102) 에는 펌프 모듈 및/또는 구동 샤프트 조립체로부터 연장하는 샤프트의 단부 물결 표면과 일치하는 내부면을 포함한다. 따라서, 사용시에는 각 결합 슬리브는 두 개의 샤프트 단부 사이의 슬라이딩 결합에 영향을 미치고, 서로 상대적으로 하나의 샤프트가 축방향으로 회전하는 것을 방지한다. 유리하게, 이는 펌프 모듈 내의 두 개의 샤프트의 타이밍이 다른 펌프 모듈에서의 샤프트 타이밍과 서로 관련이 없거나 서로 영향을 끼치지 않음을 의미한다. 또한, 비교적 간단한 슬라이딩 결합은 슬리브 또는 외부 하우징 내에서 보조적인 부품을 스택으로 구성하는데 매우 도움이 될 수 있다.

도 4 에 기재된 실시 형태에 있어서, 제 1 스페이서 실린더 (60) 가 구동 샤프트 조립체 (50) 와 제 1 펌프 모듈 (70) 사이에 배치되고, 제 2 스페이서 실린더 (80) 가 제 1 펌프 모듈 (70) 과 제 2 펌프 모듈 (90) 사이에 배치되며, 제 3 스페이서 실린더 (100) 가 제 2 펌프 모듈 (90) 과 제 3 펌프 모듈 (110) 사이에 배치된다.

도 4 에 기재된 다단계 펌프 (4) 를 조립하는 바람직한 방법은 이하 설명하기로 하겠다.

스페이서 실린더 (100) 의 실린더형 몸체부 (101) 가 펌프 모듈 (110) 의 상부에 위치되고, 결합 슬리브 (102) 가 펌프 조립체 (110) 의 구동 샤프트의 상단부 주위에 위치된다. 그 후, 펌프 모듈 (90) 은 스페이서 실린더 (100) 의 상부에 위치되고, 펌프 모듈 (90) 의 구동 샤프트 하부 단부가 결합 슬리브 (102) 안 쪽으로 끼워지고, 이로써, 펌프 모듈 (110) 의 구동 샤프트와 결합되게 된다. 유사한 방식으로, 스페이서 실린더 (80), 펌프 모듈 (70), 스페이서 실린더 (60) 및 구동 샤프트 조립체 (50) 가 차례로 스택을 형성하도록 첨가 된다. 끌여 올려진 유체가 이러한 스택의 아래로부터 상부로, 또는 그 반대로 각 부품들을 차례로 통과하게 되는 하나 이상의 경로가 존재하게 됨을 쉽게 이해할 수 있다. 또한, 각 부품 (스페이서 실린더, 펌프 모듈 및 구동 샤프트 조립체) 의 상부 및 하부면이 상기 스택의 내부로부터 외부로의 압력과 유동을 시일링하도록 꼭 맞게 결합될 수 있음을 이해할 수 있다. 이는 인접하는 표면에 금속 또는 O 형 링 시일을 위한 금속을 주입함으로써 이루어질 수 있다.

전술한 부품들 (50, 60, 70, 80, 90, 100, 110) 을 포함하는 스택은 슬리브 (41) 내부에서 미끄러진다. 하부 및 상부의 나사가 형성된 링 (42a, 42b) 은 각각 하단 슬리브와 상단 슬리브 (41) 내부에 위치하도록 놓여진다. 나사가 형성된 링 (42a, 42b) 은 조여져 있으며, 이를 통해, 압축 하중을 쌓여진 형태에 전달하여 슬리브 (41) 내에서 위치를 유지시키도록 하고, 각 모듈 사이의 시일을 형성하도록 한다. 상기 다단계 펌프 (4) 는 이제 사용할 준비가 되었다.

다단계 펌프 (4) 의 설치와 사용은 하기에 설명하기로 한다.

우선, 다단계 펌프 (4) 가 설치되고, 이는 모터와 펌프 상단부에서 부착된다. 쌓여진 형태의 상부에서 구동 샤프트 조립체 (50) 로부터 상부로 연장하는 샤프트 (52) 는 결합 슬리브를 사용하는 모터의 출력측 샤프트와 결합된다.

상기 모터-펌프 조립체 (즉, 모터 및 펌프) 는 코일 튜브 또는 전기 케이블과 조립체 상단부에서 부착되며, 이러한 튜브와 케이블은 상기 모터-펌프 조립체의 중량을 지지하면서 이들에 전력을 공급할 수 있다.

이제 상기 모터-펌프 조립체는 종래의 릴 또는 드럼으로부터 튜브 또는 케이블을 풀어나가면서 정 안으로 하강된다. 상기 모터-펌프 조립체는 일반적으로 정 내에서 유체의 높이 아래까지 하강된다. 전력은 펌프를 구동하도록 모터에 공급되며, 이는 정으로부터 유체를 끌어올리게 된다.

바람직한 실시 형태에 있어서, 상기 쌓여진 형태 내에서 부품들의 각 위치 배열을 유지하고 확보하기 위하여 장부촉 (dowel) 샤프트 또는 키 홈이 상기 스택의 내부 부품, 즉, 펌프 모듈, 스페이서 실린더 및 구동 샤프트 조립체의 단부에 제공될 수 있으며, 다양한 구동 샤프트가 사용시 결합된 상태를 유지하게 된다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 다단계 펌프 내부에 포함되는 이중 스크류 펌프 모듈은 미리 조립될 수 있다. 또한, 본 발명의 비교적 간단한 구성의 펌프 모듈이 작은 수의 기본 구성으로 제조될 수 있으며, 이를 통해, 펌프 모듈의 비교적 많이 필요되는 제조 방법도 비교적 빠르게 수행할 수 있음을 이해할 수 있다.

유리하게, 미리 조립된 펌프 모듈은 정확한 시간 내에 제조될 수 있기 때문에, 부품을 스택으로 배열하여 다단계 펌프를 비교적 빠르고 간단하게 제작할 수 있으며, 이는 외부 하우징 또는 슬리브에 끼워질 수 있다.

또한, 본 발명은 특정 개수의 미리 조립된 부품들을 통해 완성된 펌프로 빠르게 조립될 수 있으며, 외부 하우징이 이들을 충분하게 길게 둘러 쌓을 수 있도록 선택될 수 있다.

탄화수소 유체는 연속적인 범위의 액체 및 가스 비율을 포함하고 있으므로, 분자량에 따른 유체의 조성과 이들이 주입될 온도 및 압력에 따라, 본 발명은 유리하게 끌어 올릴 유체에 각각 적합하도록 펌프의 구성을 변경할 수 있다.

예를 들어, 만일 펌프가 가스 압축에 실질적으로 사용되도록 되어 있다면, 각 단계에서 압축될 가스의 최소 부피에 적합하도록 다른 로터 조합체가 있는 펌프 모듈을 포함하도록 펌프를 용이하게 구성할 수 있다.

하나의 하우징 내에서 하나 이상의 다른 펌프 단계를 포함하는 다단계 펌프가 테이퍼 펌프로 알려져 있다. 유리하게, 본 발명은 비교적 작은 부품 부분으로부터 끝이 가늘어지는 이중 스크류 펌프를 쉽게 구성할 수 있다.

본 발명의 또 다른 이점은 당업자에게 더욱 분명하다. 예를 들어, 각 펌프 모듈 내부의 스러스트 베어링과 타이밍 기어의 제공은 완전한 펌프를 위한 여분을 제공할 수 있다. 이러한 여분의 이익은 예로써 설명될 수 있다. 8 개의 로터 쌍이 있는 펌프 (8 펌프 모듈) 을 가정해 본다면 : 만일 한 로터 쌍의 스러스트 베어링 또는 타이밍 기어가 손상된다면, 남아 있는 7 개의 보조 조립체가 작동하지 않게될 것이다.

유리하게, 각 스러스트 베어링이 오직 하나의 로터의 하중을 수행하기 때문에, 비교적 가볍게 하중이 걸릴 것이고, 따라서, 비교적 쉽게 손상되지 않을 것이다. 유사하게, 타이밍 기어도 가볍게 하중이 걸리고, 손상되지 않을 것이다.

본 발명에 따른 펌프에 있어서, 만일 하나의 로터 영역이 손상된다면, 이 로터는 서로에 대하여 마모될 것이고, 높은 회전 마찰을 발생하게 된다. 그러나 상기 펌프는 여전히 회전하게 되고, 주요 샤프트 (즉, 구동 샤프트의 연결) 는 과부하가 되지 않을 것이다.

반대로, 종래 기술에서와 같이, 만일 로터가 하나의 타이밍 기어와 스러스트 베어링 조립체에 지지되는 공통의 샤프트에 제공된다면, 기어 또는 스러스트 베어링의 손상 또는 마모로 인한 로터 타이밍이 어긋나게 되는 경우, 동시에 접촉하도록 예정된 모든 로터에 회전 마찰력이 비레하여 증가되도록 영향을 끼치게 되며, 이는 펌프의 손상을 야기하게 될 것이다.

따라서, 본 발명에 따른 펌프는 중대한 (로터 타이밍) 부품의 여분을 통해 좀 더 신뢰할 수 있다. 따라서, 상기 펌프는 종래의 펌프와 같이 고정되어야 하거나 자주 교체될 필요가 없다.

또한, 본 발명의 또 다른 이점은, 전체 조립체를 빠르게 분해할 수 있으며, 개별 로터 보조 조립체 (펌프 모듈) 가 정확한 로터 배열, 단부 플로트 및 샤프트 베어링의 마모를 체크할 수 있기 때문에, 본 발명은 손상된 펌프를 용이하게 수리할 수 있다는 점이다. 만일 하나 이상의 펌프 모듈이 손상된 경우, 예비의 다른 미리 조립된 펌프 모듈을 사용하여 빠르게 교체될 수 있으며, 이를 통해, 펌프는 다시 조립되고, 사용 현장에 다시 투입된다.

유사하게, 만일 펌프 모듈이 최초 조립시 품질 평가 (예를 들어, 높은 작동 토크) 를 통과하지 못하는 경우, 상기 펌프 모듈은 제한되고, 다른 미리 조립된 펌프 모듈로 교체될 것이다.

펌프 모듈은 각 펌프 모듈에서 두 개의 대향 로터를 정렬하고, 일반적으로 타이밍 기어와 스러스트 베어링을 포함하는 타이밍 영역을 포함한다. 이러한 타이밍 영역은 끌어 올려진 유체 내에서 작동하거나, 샤프트 시일을 통한 로터 영역으로부터 시일될 수 있다.

만일 타이밍 영역이 끌어 올려진 유체에 드러나는 경우, 기어와 베어링은 적절하게 윤활성이 낮은 오염된 유체에서 작동하도록 조절된다. 종래 기술에서 당업자에게 잘 알려진 적절한 부식 및 마모 저항성의 코팅이 적절한 스러스트 베어링 구성에 사용될 수 있다.

펌프 부품용으로 분리된 외부 하우징을 사용하는 다른 유리한 양태는 모든 펌프 모듈 타이밍 영역을 연결하는 윤활유용 도관을 제공할 수 있다는 점이다. 예를 들어, 외부 하우징의 내부면 또는 펌프 모듈과 스페이서 유닛의 외부면에 얕은 슬롯 또는 홈이 펌프의 길이를 따라 유체 연락부, 즉, 연속적인 오일 통로에 제공될 수 있다. 또한, 상기 통로부터 각 타이밍 영역으로 비복귀 밸브를 포함하는 채널이 윤활유를 제공할 수도 있다.

또한, 펌프가 정지상태에 있는 경우, 주변 정에 대하여 타이밍 영역이 압력 균형을 맞출 수 있도록 펌프 흡입구와 압력적으로 연락상태에 있는 오일 보관소가 제공될 수도 있다.

펌프가 작동되는 경우, 일반적으로 펌프 내의 압력이 일정하지 않으며, 흡입구에서 펌프의 배출구를 지나는 단계마다 증가될 수 있다. 상기 비복귀 밸브는 상기 배출구 주위의 높은 압력의 타이밍 영역과 흡입구 주위의 낮은 압력의 타이밍 영역 사이의 압력적 연락을 방지하며, 고정되지 않은 비복귀 밸브는 높은 압력의 타이밍 영역에서 낮은 압력의 타이밍 영역으로 오일이 분출되기 쉬울 것이다. 특히, 고압 펌프에 있어서, 끌어 올려진 유체에 사용될 수 있는 타이밍 영역이 바람직하다.

본 발명은 다단계 펌프, 바람직하게 다단계 이중 스크류 펌프 및 이를 제조하는 방법을 제공하며, 상기 다단계 펌프 내에 결합되기 이전에 개별 펌프 모듈이 빠르고 실용적으로 미리 조립될 수 있기 때문에 간단하고 다용도의 다단계 펌프를 제공할 수 있음을 이해할 수 있다. 또한, 상기 미리 조립된 펌프 모듈 내에 있는 로터 쌍은 축방향과 회전적으로 맞춤이 되어 있다. 따라서, 다단계 펌프는 특정 개수의 펌프 모듈 대부분을 직렬로 결합하여 효과적으로 조립될 수 있다. 또한, 연결로 된 하나의 펌프 모듈의 배출구와 다음 펌프 모듈의 흡입구 사이에 복잡한 유동 통로가 제공될 필요가 없다는 점도 이해할 수 있다.

미리 조립된 펌프 모듈은 모두가 동일한 펌프 유형이 될 필요가 없다는 점도 이해될 수 있다. 예를 들어, 제 1 펌프 모듈은 이중 스크류 펌프이고, 다음의 각 펌프 모듈은 원심 펌프의 형태로 다단계 펌프를 제공하는 것도 유리하다. 상기 이중 스크류 펌프는 이를 통해 끌어 올려질 다중상의 유체를 압축할 수 있고, 이를 통해 상기 유체의 가스 분율을 줄일 수 있기 때문에 이러한 구성이 효과적일 수 있다. 하나 이상의 원심 펌프 모듈을 사용하여 유체가 효과적으로 끌어올려질 수 있기 때문에, 가스 분율은 충분하게 줄어들 수 있다. 바람직하게, 이러한 각 원심 펌프 모듈은 미리 조립될 수 있다. 중간 조절 모듈이 이중 스크류 펌프 모듈과 다음의 원심 펌프 모듈 사이에 배치될 필요가 있으며, 이를 통해, 이중 스크류 펌프 모듈에서 쌍으로 된 샤프트를 원심 펌프 모듈의 단일 샤프트로 변경이 가능해진다. 중간 조절 모듈의 적절한 구성은 당업자에게 더욱 분명할 것이다. 또한, 적어도 하나의 이중 스크류 펌프 모듈 및 하나 이상의 다른 형태의 펌프 유형의 펌프 모듈을 포함하는 혼합 다단계 펌프도 당업자에게 분명할 것이다.

본 발명의 펌프는 고압의 다른 압력을 가지는 다중상의 유체를 이동시키는데 필요한 어떠한 용도에도 적합할 수 있다. 예를 들어, 상기 펌프는 탄화수소 생산, 즉, 생산 정 및 주입 정에서 특히 유용하며, 예를 들어, 펌프역 및 해저 다중상 펌프의 파이프 라인에서와 같이, 다중상 (오일, 물, 가스) 의 유체 흐름을 촉진하는데 유용하다.