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Hydraulisch betriebene Mehrfach-Kolbenpumpe zum Fördern von Erdöl
aus Tiefbohrungen Die Erfindung bezieht sich auf eine hydraulisch betriebene Mehrfach-Kolbenpumpe
zum Fördern von Erdöl aus Tiefbohrungen, die mit mindestens zwei gleichachsig liegenden,
hydraulisch betriebenen und in Tandemanordnung geschalteten Pumpvorrichtungen versehen
ist. Jede dieser Pumpvorrichtungen kann die Belastung mit einer Pumpenleistung aufnehmen,
und jede kann ein Steuerventilorgan betätigen, das die aufzubringende Pumpenleistung
nacheinander den Pumpvorrichtungen zuteilen und jede derselben dieser Pumpenleistung
wieder entledigen kann, nachdem die Pumpenleistung der anderen dieser Pumpvorrichtung
zugeteilt worden ist.
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Die Erfindung beabsichtigt die Schaffung einer Pumpe für den genannten
Zweck, mit der sich bei kleinstmöglichen auftretenden hydraulischen Stößen sehr
hohe Leistungen erzielen lassen. Und zwar soll diese Freiheit von hydraulischen
Stößen insbesondere durch Herstellung einer ungefähr gleichbleibenden Strömung sowohl
der Arbeitsflüssigkeit, mit der die Pumpe hydraulisch betrieben wird, als auch des
geförderten Erdöls erreicht werden. Insbesondere bezweckt die Erfindung die Schaffung
einer hydraulisch betriebenen Pumpe, die zweckmäßig als Mehrfachpumpe bezeichnet
werden kann und die zwei oder mehr hydraulisch betriebene Pumpvorrichtungen mit
parallelgeschalteten Antriebsvorrichtungen und in Tandemanordnung geschaltete Pumpvorrichtungen
besitzt, wobei diese Mehrfachpumpe Steuerorgane einschließt, durch die diese Pumpvorrichtungen,
zeitlich aufeinander abgestimmt, derart mit vorher festgelegten Phasenbeziehungen
zueinander betrieben werden können, daß jederzeit mindestens eine der Pumpvorrichtungen
ihren Arbeitshub ausführt. Ein hiermit in Verbindung stehender Zweck der Erfindung
ist die Schaffung einer Mehrfachpumpe mit zwei oder mehr hydraulisch betriebenen
Pumpvorrichtungen, bei der in jedem Augenblick nur eine der Pumpvorrichtungen ihren
Rückhub ausführt, während die übrige Pumpvorrichtung oder Pumpvorrichtungen ihren
Arbeitshub bzw. ihre Arbeitshübe ausführt bzw. ausführen.
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Ein weiterer Zweck der Erfindung ist die Schaffung einer hydraulisch
betriebenen Mehrfachpumpe, bei der das Steuerventilorgan sich die Arbeitshübe der
Pumpvorrichtungen derart überlappen läßt, daß, wenn sich jede Pumpvorrichtung dem
Ende ihres Arbeithubes nähert, die Pumpenleistung allmählich von einer Pumpvorrichtung
auf die andere übertragen wird. Mit anderen Worten, es ist ein weiterer Erfindungszweck,
eine Mehrfachpumpe mit einem Steuerventilorgan zu schaffen, das den Arbeitshub der
antreibend wirkenden und der Pumpvorrichtung der nächsten Pumpvorrichtung in der
Reihe einleitet, wenn die antreibend wirkende und die Pumpvorrichtung der vorhergehenden
Pumpvorrichtung sich dem Ende ihres Arbeitshubes nähern.
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Es bestehen im Erdölbohrbetrieb bereits Pumpenbauarten, bei denen
die Arbeitszylinder durch Hauptsteuervorrichtungen gesteuert werden, auf die Hilfssteuervorrichtungen
derart einwirken, daß sich bei der Gewinnung der zu erbohrenden Flüssigkeit ein
praktisch stoßfreier Förderbetrieb ergibt. Auch sind Mehrzylinderpumpen ohne gegenseitige
mechanische Kopplung der einzelnen Pumpvorrichtungen bekannt, bei denen außer den
allgemein üblichen Hauptsteuervorrichtungen Vorsteuereinrichtungen vorgesehen sind,
die teils als Regel- und teils als Vorwählorgane ausgebildet sind, von denen die
ersteren das Hauptsteuerorgan in seinen Endlagen umsteuern und die letzteren innerhalb
eines bestimmten Bereichs, in dem sich der Antriebskolben seiner Endlage nähert,
diesen derart umsteuern, daß eine gleichbleibende Gesamtleistung des Fördersystems
erzielt wird, und bei denen als Steuerorgane auch Raster und Anschläge vorgesehen
sind. Bei den erstgenannten Bauarten sind jedoch die Pumpvorrichtungen nicht gleichachsig
angeordnet. was bei einem für größere Tiefen bestimmten Pumpsystem die Regel darstellt,
und die letztgenannte Bauart eignet sich für doppeltwirkende Mehrzylinderpumpen,
die aus folgenden Gründen weniger für die von der Erfindung verfolgten Zwecke in
Betracht kommen. Eine doppelt wirkende Pumpe hat zwar einer einfach wirkenden Pumpe
gegenüber den beträchtliehen
Vorteil, daß beide Hübe Arbeitshübe
sind, so daß die Kolbengeschwindigkeit voll ausgenutzt wird, während bei der einfach
wirkenden Pumpe praktisch nur die halbe Kolbengeschwindigkeit ausgenutzt wird. Die
Verdrängung der zu fördernden Flüssigkeit ist aber gewöhnlich nicht das Doppelte
derjenigen einer entsprechenden einfach wirkenden Pumpe, da die Kolben einer doppeltwirkenden
Pumpe wegen der zusätzlichen, für die Arbeitsflüssigkeit und die zu fördernde oder
sogenannte Gewinnungsflüssigkeit erforderlichen Kanäle im Durchmesser kleiner sein
müssen als die einer einfach wirkenden Pumpe. Doppeltwirkende Pumpen ermöglichen
andererseits einen gleichmäßigeren Fluß der Arbeits-und der Gewinnungsflüssigkeit
und rufen daher seltener hydraulische Stöße im Fördersystem hervor als einfach wirkende
Pumpen. Die Kolbenvorrichtungen doppeltwirkender Pumpen müssen jedoch an jedem Ende
ihres Hubes stehenbleiben, was plötzliche Unterbrechungen im Arbeits- und Gewinnungsflüssigkeitsstrom
zur Folge hat und die Neigung zum Aufkommen hydraulischer Stöße mit sich bringt.
Diese führen jedoch manchmal zu mechanischen Beschädigungen, wie Brüchen und Hinterspülungen,
sowie zu teuren Instandsetzungsarbeiten. Alle einfach und alle doppeltwirkenden
Pumpen haben auch die Neigung, durchzugehen, wenn sich der Pumpenzylinder nicht
völlig mit als kompakte Masse wirkender Flüssigkeit füllt. Bei dem Stand der Technik
angehörenden hydraulisch betriebenen Pumpen müssen zur Vermeidung eines solchen
Durchgehens Regelvorrichtungen irgendwelcher Art vorgesehen werden, was die Kompliziertheit
der Anlage erhöht. Obwohl verschiedene Merkmale der vorliegenden Erfindung sowohl
in einer einfach wirkenden als auch in einer doppeltwirkenden Pumpe verkörpert werden
können, wird die Erfindung doch vorzugsweise auf eine Pumpe der einfach wirkenden
Ausführung angewandt, da die grundlegenden Erfindungsziele mit einer Pumpe dieser
Art erreicht werden können und so die komplizierte Ausführung der doppeltwirkenden
Pumpe vermieden wird. Es bleibt jedoch bei der einfach wirkenden Pumpe außer ihrer
größeren Neigung zur Erzeugung hydraulischer Stöße infolge intermittierenden Arbeitens
sowohl der Arbeits- als auch der Gewinnungsflüssigkeit ein Nachteil, daß nur einer
ihrer Hübe ein Arbeitshub ist und daher die angestrebte hohe Leistung der Anlage
durch eine hohe Kolbengeschwindigkeit der Pumpe erreicht werden muß.
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Es sind auch Pumpenbauarten bekannt, bei denen zusammenarbeitende
Antriebszylinder durch Hauptsteuervorrichtungen gesteuert werden, denen durch eine
vom Kolben auf seinem Arbeitshub gesteuerte Hilfssteuervorrichtung Steuerflüssigkeit
zugeführt wird; durch eine Verzögerung des Rückhubes des einen Zylinderkolbens,
die so lange währt, bis der andere Zylinderkolben auf Förderhub gesteuert worden
ist, wird eine gleichmäßige Förderung der Flüssigkeit herbeigeführt. Der Nachteil
dieser sowie ähnlicher Pumpenbauarten mit von den Pumpvorrichtungen betätigten Regelorganen
ist der, daß sehr viel mechanisch betätigte, teilweise auch federbelastete Ventile
vorgesehen werden müssen.
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Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, das von ihr verfolgte
Ziel einer möglichst gleichmäßigen Förderung von hoher Leistung mit möglichst einfachen
Mitteln zu erreichen. In der Erfindung wird vorgeschlagen, zur Erfüllung dieser
Aufgabe das Steuerventilorgan, das die aufzubringende Pumpenleistung den Pumpvorrichtungen
zuteilt und sie wieder derselben entledigt, hydraulisch betätigen zu lassen und
Ventilvorrichtungen einschließen zu lassen, deren Zahl der Zahl der Pumpvorrichtungen
entspricht und die die jeweilige Pumpvorrichtung steuern. Zweckmäßigerweise steht
jede der Pumpvorrichtungen zur Betätigung einer anderen Ventilvorrichtung als derjenigen,
von der sie gesteuert wird, durch eine Flüssigkeit mit dem Steuerventilorgan in
Verbindung, wobei diese Ventilvorrichtungen durch eine Flüssigkeit miteinander in
Verbindung stehen, so daß immer die eine Ventilvorrichtung durch die andere betätigt
werden kann.
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Diese Anordnung hat den Vorteil, daß man durch Anwendung zweier oder
mehrerer hydraulisch betriebener Pumpvorrichtungen eine viel höhere Pumpenleistung
erreichen kann, als sie bisher unter vergleichbaren Bedingungen erreichbar war.
Auch sind, da die Pumpvorrichtungen in zeitlich abgestimmter, sich mit ihren Hüben
zum Teil einander überdeckender Beziehung zueinander und mit parallelgeschalteten,
antreibend wirkenden Vorrichtungen und in Tandemanordnung geschalteten Pumpenkolbenvorrichtungen
betrieben werden, die durch die Schachtverrohrung fließenden Arbeitsflüssigkeits-
und Gewinnungsflüssigkeitsströme, die mit der Mehrfach-Kolbenpumpe verbunden sind,
im großen ganzen konstant und kommen hydraulische Stöße nur in äußerst kleinem Ausmaß
vor. Ferner können, da die Kolben der Pumpvorrichtungen in Tandemanordnung geschaltet
sind und die Pumpenleistung sich bei jeder Ausführungsform, die drei oder mehr Pumpvorrichtungen
umfaßt, auf die Kolben zweier oder mehrerer Pumpvorrichtungen verteilt, entweder
der Druck der Arbeitsflüssigkeit oder die Flächen der treibend wirkenden Pumpenelemente,
auf die die Arbeitsflüssigkeit wirkt, verringert werden.
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Was die Konstruktionsmöglichkeiten der hydraulisch betriebenen Tiefbohrpumpe
betrifft, zu deren Arbeitsflüssigkeit in der Regel reines Rohöl gewählt wird, so
sind die treibend wirkenden und die Kolbenvorrichtungen der Pumpe in einer Pumpvorrichtung
vereinigt, deren Steuerventilorgan entweder mit der Pumpvorrichtung vereinigt werden
oder ein gesondertes Organ darstellen kann. Im ersteren Fall werden Pumpvorrichtung
und Steuerventilorgan gemeinsam in das Bohrloch eingebaut bzw. aus diesem entfernt,
während im zweiten Fall die Pumpvorrichtung und das Steuerventilorgan unabhängig
voneinander in das Bohrloch eingebaut bzw. aus diesem entfernt werden. Die Tiefbohrpumpe
kann ferner als frei ausgeführte oder als Einbaupumpe gebaut werden; bei Anwendung
der ersteren Ausführungsform kann sie von ihrer Betriebsstellung im Bohrloch zur
Erdoberfläche und umgekehrt durch eine der Pumpröhren des Rohrsystems hindurchbewegt
werden, so daß bei einem etwa notwendig werdenden Ausbauen der Pumpe das Rohrsystem
nicht mit ausgebaut zu werden braucht. Bei Anwendung der zweiten Ausführungsform
dagegen muß bei einem Ausbau der Pumpe wenigstens ein Teil des Rohrsystems ausgebaut
werden, da die Pumpe an einem der Rohrleitungsstücke befestigt ist.
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Die Erfindung soll nunmehr an Hand der Zeichnungen an zwei Ausführungsformen,
einer Duplex-und
einer Drillingspumpe, erläutert werden. Von den
Zeichnungen stellt dar F i g. 1 eine in Diagrammform gegebene Darstellung einer
erfindungsgemäßen hydraulisch betriebenen Duplexpumpe, F i g. 2 eine ebenfalls diagrammatisch
wiedergegebene Darstellung einer erfindungsgemäßen hydraulisch betriebenen Drillingspumpe.
Duplexpumpe 10
Bei Betrachtung der F i g. 1 sieht man, daß in dieser eine
erfindungsgemäße Duplexpumpe 10 dargestellt wird, die zwei voneinander unabhängige,
jedoch miteinander in Beziehung stehende, gleichachsig liegende und hydraulisch
betriebene Pumpeinrichtungen 12a und 12b einschließt, die selbst wieder hydraulisch
betriebene, in Tandemanordnung geschaltete Pumpvorrichtungen 14a bzw.
14b einschließen, deren jede die Belastung mit einer Pumpenleistung aufnehmen
kann. Wie im weiteren Beschreibungsverlauf noch hervorgehen wird, besitzt jede dieser
Pumpvorrichtungen ihre eigene hydraulisch betriebene, treibend wirkende Vorrichtung
und ihre eigenen Pumpvorrichtungen, wobei die beiden treibend wirkenden Vorrichtungen
parallel zueinander und die beiden Pumpvorrichtungen in Tandemanordnung zueinander
geschaltet sind. Die beiden Pumpvorrichtungen 14 a und 14 b werden durch ein Steuerventilorgan
16 betätigt, das die aufzubringende Pumpenleistung nacheinander den Pumpvorrichtungen
zuteilen und jede dieser Pumpvorrichtungen dieser Pumpenleistung wieder entledigen
kann, nachdem die Pumpenleistung der jeweiligen anderen dieser Pumpvorrichtungen
zugeteilt worden ist. Das Steuerventilorgan 16 schließt voneinander unabhängige,
jedoch in Beziehung zueinander stehende Ventilvorrichtungen 16a und 16b
ein, wobei diese Ventilvorrichtungen Teile der Pumpeinrichtungen 12a und 12b darstellen
und die Pumpvorrichtungen 14a bzw. 14b steuern. Die Zahl der Ventilvorrichtungen
ist, wie man sieht, der Zahl der Pumpvorrichtungen gleich, und das Steuerventilorgan
16 ist an der Längsseite der Pumpvorrichtungen und mit Abstand von diesen angeordnet.
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Die vorstehend aufgeführten Teile der Tiefbohrpumpe 10 werden durch
eine Arbeitsflüssigkeit betätigt, die durch das Zulußrohr 18 unter Druck zugeführt
wird. In der besonderen Ausführung, die diese Figur darstellt, wird die verbrauchte
Arbeitsflüssigkeit durch ein Rückströmrohr 20 zur Erdoberfläche zurückbefördert.
Ein Förderrohr 22 dient dazu, die von den Pumpvorrichtungen 14 a und 14 b hochgepumpte
Gewinnungsflüssigkeit an die Erdoberfläche zu befördern.
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Die Pumpvorrichtungen 14a und 14b umfassen miteinander vereinigte
treibend wirkende Vorrichtungen und Pumpenkolben oder -kolbenvorrichtungen 24
a bzw. 24 b. Die Kolben 24 a und 24 b wieder schließen
Plunger 26 a und 26 b ein, die in den Zylindern 28 a und 28 b auf- und niedergleiten
können, und umfassen ferner die Schäfte 30 a und 30 b, die die Plunger
26 a und 26 b mit den in den Zylindern 34a und 34b in Auf- und Abwärtsrichtung gleitend
verschiebbaren Plungern 32a und 32b verbinden und durch die Wände der Bohrungen
36 a und 36 b.
flüssigkeitsdicht an ihnen anliegend, hindurchgehen.
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Die Pumpenkolben 24a und 24b sind für eine Flüssigkeit, die von einem
Einlaß 40 her in das Förderrohr 22 hineingepumpt wird, mit sie in Axialrichtung
durchsetzenden Durchlässen 38a, 38b versehen, wobei diese Durchlässe
hintereinandergeschaltet sind und ein Rückwärtsströmen der Flüssigkeit durch die
Arbeitsventile 42 a und 42 b verhindert wird. Wie noch im weiteren
Verlauf der Beschreibung erhellt wird, ist jedesmal, solange der Arbeits, hub eines
der beiden Kolben 24a, 24b, der seinen Aufwärtshub darstellt, vor Beendigung des
Arbeitshubes des anderen Pumpenkolbens eingeleitet wird (so daß sich immer einer
der Pumpenkolben auf seinem Arbeitshub befindet), eines der Arbeitsventile
42a, 42b geschlossen, so daß ein Rückströmen der Flüssigkeit vom Förderrohr
22 zum Einlaß 40 verhindert wird. Hierdurch fällt die Notwendigkeit eines oder mehrerer
Saugventile weg, was ein wichtiges Merkmal der Erfindung darstellt. Die gewünschte
Phasenverschiebung der Arbeitshübe der Kolben 24a und 24b gegeneinander wird
durch das Steuerventilorgan 16 aufrechterhalten.
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Wie im vorstehenden bereits gesagt, ist während der Ausführung des
Arbeitshubes eines jeden der Kolben 24 a und 24
b das entsprechende Ventil 42 a,
42b geschlossen, so daß
die durch die Wirkung des betreffenden Kolbens angesaugte Flüssigkeit durch das
Förderrohr 22 hindurch aufwärts gedrückt wird. Beim Rückhub eines jeden der Kolben
24a und 24b, der der Abwärtshub dieses Kolbens ist, ist das entsprechende Arbeitsventil
42a bzw. 42b offen, so daß die durch Pumpwirkung angesaugte Flüssigkeit von der
Unterseite des betreffenden Kolbens durch den entsprechenden Durchlaß 38a
oder 38b hindurch in den darüberliegenden Zylinder 28a oder 28b hinüberströmen
kann.
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Der Kolben 24a wird dadurch, daß man den Druck der im Zuflußrohr 18
befindlichen Arbeitsflüssigkeit auf die untere Fläche des Plungers 26a und den Druck
der verbrauchten Arbeitsflüssigkeit oder Austrittsdruck im Rückströmrohr
20 auf die obere Fläche des Plungers 32a wirken läßt, gezwungen, seinen Arbeitshub
auszuführen, woraufhin er aufwärts geht, angesaugte Flüssigkeit durch das Förderrohr
22 hindurch aufwärts drückt und weitere Flüssigkeit durch den axialen Durchlaß 38
b im Kolben 24b hindurch ansaugt. Auf dieselbe Art wird der Kolben 24 b zur
Ausführung seines Arbeitshubes gezwungen, und wenn er aufwärts geht, schiebt er
angesaugte Flüssigkeit durch den axialen Durchlaß 38a im Kolben 24a nach oben und
saugt durch Einlaß 40 hindurch neue Flüssigkeit an. Der Rückhub des Kolbens
24a wird dadurch bewirkt, daß man den Druck der Arbeitsflüssigkeit sowohl auf die
untere Fläche des Plungers 26a als auch auf die obere Fläche des Plungers 32a wirken
läßt; die letztere Fläche ist etwas größer als die erstere, so daß sich, wenn beide
Flächen dem gleichen Druck ausgesetzt werden, der Kolben 24a abwärts bewegt und
seinen Rückhub vollführt. Da es, um den Rückhub des Kolbens 24 a zu bewirken, nur
notwendig ist, die mechanische Reibung zwischen den Plungem 26a und 32a und den
Zylindern 28a und 34a und die Flüssigkeitsreibung zu überwinden, die
durch das Strömen angesaugter Flüssigkeit durch den Axialdurchlaß am Arbeitsventil
42a vorbei entsteht, braucht die obere Fläche des Plungers 32a nur wenig größer
als die untere Fläche des Plungers 26a zu sein. Der Rückhub kann z. B. dadurch bewirkt
werden, daß man den Durchmesser des Zylinders 34a ein paar Tausendstel
Zoll
größer als den Durchmesser des Zylinders 28 a macht. Der Rückhub des Kolbens 24
b wird genau auf die gleiche Art erzeugt, so daß ein Eingehen hierauf unnötig ist.
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Betrachtet man, auf welche Weise der Druck der Arbeitsflüssigkeit
und der Auslaßdruck auf die Kolben 24 a und 24 b ausgeübt werden, damit die vorstehenden
Arbeitshübe ausgeführt werden, so wird der Arbeitsflüssigkeitsdruck ununterbrochen
durch einen Hauptdurchlaß 44 und die Zweigdurchlässe 46a und 46b hindurch
auf die unteren Flächen der Plunger 26a und 26b ausgeübt, wobei der Hauptdurchlaß
mit dem Förderrohr 18 verbunden ist und die Zweigdurchlässe mit den Zylindern 28
a und 28 b in Verbindung stehen. Die von den Ventilvorrichtungen 16a und 16b gesteuerten
Durchlässe 48a und 48b, die entweder Arbeitsflüssigkeits- oder Auslaßdruck
auf die oberen Flächen der Plunger 32 a und 32b geben können, stehen mit den Zylindern
34a und 34b in Verbindung. Wenn der Auslaßdruck auf die oberen Flächen der Plunger
32a und 32b ausgeübt wird und diese die Arbeitshübe der Kolben 24 a bzw.
24b hervorruft, verbinden die Ventilvorrichtungen 16 a und 16 b die
Durchlässe 48 a und 48 b
über die Kanäle 50a bzw. 50 b mit dem Rückströmrohr
20. Umgekehrt verbinden die Ventilvorrichtungen 16a und 16b, wenn Arbeitsflüssigkeitsdruck
auf diese Flächen ausgeübt wird, um die Rückhübe der Kolben 24a und
24b zu bewirken, die Durchlässe 48a und 48b mit den Zweigdurchlässen
52a und 52 b, die mit dem vom Förderrohr 18 herkommenden Hauptdurchlaß
44 in Verbindung stehen.
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Betrachtet man das Steuerventilorgan im einzelnen, so schließen die
Ventilvorrichtungen 16a und 16b an sich bekannte, durch Flächen verschiedener Größe
in Auf- und Abbewegung versetzbare Motorventile 56a und 56b mit Plungern
58a bzw. 58b ein, die durch die Schäfte 62a und 62b mit den Plungern
60 a und 60 b verbunden sind, wobei die Plunger, wie aus F i g. 1
hervorgeht, in geeigneten Bohrungen oder Zylindern verschiebbar sind, an deren Wände
sie sich flüssigkeitsdicht anlegen. Die Bohrungen für die Plunger 58a und
58b sind mit den Bezugszahlen 64 a und 64 b, die Bohrungen
für die Plunger 60a und 56b mit den Bezugszahlen 66a und 66 b und die Bohrungen
für die Schäfte 62 a und 62 b mit den Bezugszahlen 68a und 68b bezeichnet.
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Der Arbeitsflüssigkeitsdruck wird über die Zweigdurchlässe 70a und
70b, die vom Hauptdurchlaß 44 zu den oberen Enden der Bohrungen 64 a und 64 b hinführen.
ununterbrochen auf die oberen Enden der Ventile 56a und 56b ausgeübt.
Die Durchlässe 52 a
und 52b stehen mit den unteren Enden der Bohrungen
64a und 64b in Verbindung, so daß der Arbeitsflüssigkeitsdruck ununterbrochen auf
die Ringflächen an den unteren Enden der Plunger 58a und 58b ausgeübt
wird. Die Ringflächen an den oberen Enden der Plunger 60a und 60b
werden durch die Zweigdurchlässe 72a und 72b, die mit den von dem Rückströmrohr
20 herkommenden Durchlässen 50a
und 50b in Verbindung stehen, ununtterbochen
dem Auslaßdruck ausgesetzt, wobei die letztgenannten Durchlässe auch mit den zwischen
den Enden derselben liegenden Bohrungen 64a und 64b in Verbindung stehen. Werden
die im vorstehenden angeführten Drücke ununterbrochen auf die oberen Enden der Plunger
58a und 58b, die Ringflächer_ an den unteren Enden dieser Plunger und die Ringflächen
an den oberen Enden der Plunger 60 a und 60b ausgeübt, so bewegen
sich die Ventile 56a und 56b aufwärts, wenn der Druck der Arbeitsflüssigkeit
auf die unteren Enden der Plunger 60a und 60b ausgeübt wird, und bewegen sich abwärts,
wenn der Auslaßdruck darauf ausgeübt wird. Wenn die unteren Enden der Ventile
56a und 56b dem in den Bohrungen 66a und 66b herrschenden Auslaßdruck
ausgesetzt werden, ist die auf jedes Ventil ausgeübte, abwärts gerichtete nutzbare
Kraft gleich dem Produkt aus Ouerschnittsfläche des entsprechenden Schaftes 62a
oder 62b und dem Druckunterschied zwischen unbenutzter und verbrauchter Arbeitsflüssigkeit.
Werden die unteren Enden der Plunger 60a und 60b dem Arbeitsflüssigkeitsdruck in
den Bohrungen 66a und 66b ausgesetzt, so ist wieder die auf jedes
der Ventile 56 a und 56 b ausgeübte, nutzbare aufwärts gerichtete
Kraft gleich dem Produkt des Unterschiedes zwischen Arbeitsflüssigkeits- und Auslaßdruck
mal dem Querschnittsunterschied zwi= scheu dem jeweiligen Schaft 62a oder 62b und
dem entsprechenden Plunger, vorausgesetzt, daß beide Plunger des betreffenden Ventils
die gleiche Querschnittsfläche haben.
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Betrachtet man weiter, auf welche Art der Flüssigkeits- und der Auslaßdruck
auf die unteren Enden der Ventile 56a und 56b ausgeübt werden, so
stehen die Kanäle 74 a und 74 b mit den unteren Enden der Bohrungen 66
b und 66 a und damit mit den unteren Enden der Plunger 60b
bzw. 60a in Verbindung. Die Kanäle 74a und 74b stehen mit Kanälen
76a und 76b in Verbindung, die zu den Bohrungen 36a und 36 b führen, in denen
die Schäfte 30 a und 30 b
der Pumpenvorrichtungskolben 24a und
24b angeordnet sind; die letztgenannten Kanäle sollen im weiteren Verlauf der Beschreibung
stets als Steuerkanäle bezeichnet werden. Die Kanäle 76 a und 76 b
können
durch Steuerschlitze 80 a und 80 b in den Schäften 30a
und 30b, wenn sich die Kolben 24a und 24b dem Ende ihres Arbeitshubes nähern,
noch vor Erreichen dieses Endes mit Kanälen 78a und 78b verbunden werden. Die Kanäle
78a und 78b, die gleichfalls Steuerkanäle darstellen, stehen mit den Bohrungen
64a und 64b in Verbindung und liegen ununterbrochen an Ringkanälen 82a und
82b, die von den Plungern 58a und 58b gebildet werden. Die letzteren
Kanäle stehen auch ununterbrochen mit den Kanälen 50a und 50b in Verbindung,
die zum Rücks.trömrohr 20 führen, so daß in den erstgenannten Kanälen ununterbrochen
der Druck der verbrauchten Arbeitsflüssigkeit herrscht. Befinden sich die Ventile
56a und 56b in ihrer unteren Stellung, so stehen die Kanäle 82a und
82b
auch mit den zu den Pumpeneinrichtungszylindern 34 a und 34 b führenden
Kanälen 48 a und 48 b in Verbindung. Befinden sich jedoch die Ventile
56a
und 56b in ihren oberen Stellungen, so stehen die Kanäle 82a und 82b auch
mit den Kanälen 84a und 84b in Verbindung, die von den Bohrungen 64a und 64b
über die Drosselstellen 86a und 86b zu den Kanälen 74 a und 74 b führen.
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Die vorstehend angegebenen zwischen den Pump-und den Ventilvorrichtungen
14a und 14b und 16a
und 16b bestehenden Verbindungen bringen das Arbeiten
dieser Organe derart zueinander in Beziehung, daß der Strom der das Förderrohr 22
durchfließenden Gewinnungsflüssigkeit und die das Förderrohr 18 und das Rückströmrohr
20 durchfließenden
Ströme druckausübender bzw. verbrauchter Arbeitsflüssigkeit
in ihrer Stärke etwa gleichbleiben und daß dadurch Stöße vermieden werden. Diese
wechselseitige Beziehung wird noch aus nachstehender Beschreibung die Wirkungsweise
der Duplexpump-10 erhellen.
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Wirkungsweise der Duplexpumpe 10 Die Wirkungsweise dieser Duplexpumpe
ist leichter zu verstehen, wenn man sich vor Augen hält, daß, was die Wirkungsweise
der Pumpvorrichtungen 14a und 14b anbetrifft, die Ventile 56a und
56b
den Arbeits- und den Rückhub der Kolben 24a und 24b bewirken, wobei
diese Kolben ihre in Aufwärtsrichtung erfolgenden Arbeitshübe ausführen, wenn sich
die Ventile in ihrer unteren Stellung befinden, und ihre Rückhübe vollführen, wenn
sich diese in ihrer oberen Stellung befinden. Was die Aufwärtsbewegung der Ventile
56a und 56b anbetrifft, so steuert das Ventil 56 b das Ventil
56 a und das Ventil 56a das Ventil 56b. Bei der Abwärtsbewegung der Ventile
56a und 56b steuert der Kolben 24a das Ventil 56 b und der Kolben 24 b das
Ventil 56 a.
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Es sei angenommen, daß die Kolben 24 a und 24 b und die Ventile 56
a und 56 b die in F i g. 1 wiedergegebene Stellung einnehmen. Unter diesen Umständen
legt der Kolben 24a, wie durch den Pfeil 88a angedeutet wird, seinen in Aufwärtsrichtung
erfolgenden Arbeitshub und der Kolben 24 b, wie durch Pfeil 88b angedeutet
wird, seinen in Abwärtsrichtung erfolgenden Rückhub zurück oder hat gerade das Ende
seines Rückhubes erreicht. Der Arbeitshub des Kolbens 24a wird durch Ausübung von
Auslaßdruck über Kanal 48 a, den Ringkanal 82 a im Ventil 56a und den Kanal
50a auf die Oberseite des Plungers 32a bewirkt. Der Rückhub des Kolbens 24b wird
durch Ausübung von Arbeitsflüssigkeitsdruck über die Kanäle 44 und 52b, das
untere Ende der Bohrung 64b und den Kana148 b auf die Oberseite des
Plungers 32b bewirkt. Während des Arbeitshubes des Kolbens 24a ist das arbeitende
Ventil 42a geschlossen, so daß angesaugte Flüssigkeit im Förderrohr 22 hochgedrückt
wird. Zur gleichen Zeit ist das Arbeitsventil 42b offen, da der Kolben 24b seinen
Rückhub vollzieht, so daß angesaugte Flüssigkeit vom Einlaß 40 her durch den Kolben
24b hindurch in den Zwischenraum zwischen den beiden Kolben fließt.
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Sobald sich der Kolben 24a dem Ende seines Arbeitshubes nähert, überbrückt
der Steuerschlitz 80a die Steuerkanäle 76 a und 78 a. Wenn dies eintritt,
ist das untere Ende des Ventils 56 b über Kanal 74 a, Steuerkanal 76 a, Steuerschlitz
80 a, Steuerkanal 78 a, Ringkanal 82 a im Ventil 56 a und Kanal
50 a dem Auslaßdruck ausgesetzt. Infolgedessen geht das Ventil
56 b in seine untere Stellung über, was zweierlei zur Folge hat: Erstens sperrt
es die obere Fläche des Plungers 32b des Kolbens 24b vom Förderrohr 18 ab und verbindet
sie über Kanal 48 b, Ringkanal 82 b im Ventil 56 b und Kanal
50 b mit dem Rückströmrohr 20. Hierdurch wird der Arbeitshub des Kolbens
24 b eingeleitet, so daß angesaugte Flüssigkeit hochgedrückt wird, wobei der Arbeitshub
dieses Kolbens eingeleitet wird, bevor noch der Kolben 24a seinen Arbeitshub beendet
hat, so daß die Pumpenleistung allmählich vom Kolben 24a auf den Kolben 24b verschoben
und ein hydraulischer Stoß vermieden wird, was ein wichtiges Merkmal der Erfindung
darstellt.
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Das zweite, was geschieht, wenn sich das Ventil 56b in seine
untere Stellung hinabbewegt, ist, daß es den Arbeitsflüssigkeitsdruck über Kanal
44 und 70 b, Bohrung 64b über dem Ventil 56b, Bohrung 84b,
Drosselstelle
86b und Kanal 74b auf das untere Ende des Ventils 56a wirken läßt.
Diese Ausübung von Arbeitsflüssigkeitsdruck auf das untere Ende des Ventils
56 a über die Drosselspule 86 b läßt das Ventil 56a mit einer
Geschwindigkeit in seine obere Stellung übergehen, die durch die Drosselstelle bestimmt
wird und die so groß ist, daß sie die Beendigung des Arbeitshubes des Kolbens 24a
so lange verzögert, bis der Kolben 24b auf seinem Arbeitshub die volle Geschwindigkeit
erreicht. Wenn das Ventil 56a seine obere Stellung erreicht, so sperrt es
die obere Fläche des Plungers 32a des Kolbens 24a vom Rückströmrohr 20 ab
und verbindet sie über Kanal 44 und 52 a, die unter dem Plunger
58 a des Ventils 56 a liegende Bohrung 64 a und Kanal 48 a
mit dem Zuflußrohr 18. Infolgedessen wird der Rückhub des Kolbens 24 a eingeleitet.
Dieser Kolben bewegt sich mit einer im großen ganzen gleichmäßigen Geschwindigkeit
nach unten, die infolge der Tatsache, daß auf dem Weg durch den axialen Durchlaß
38a hindurch und am Arbeitsventil 42a vorbei nur mechanische und Flüssigkeitsreibung
zu überwinden sind, ziemlich hoch ist. Der Kolben 24a erreicht daher das Ende seines
Rückhubes, noch ehe der Kolben 24b seinen Arbeitshub beendet hat, und bleibt in
seiner unteren Stellung, bis der Kolben 24 b sich dem Ende seines Arbeitshubes nähert.
Die gewünschte Geschwindigkeit des Kolbens 24a während seines Rückhubes kann leicht
dadurch erreicht werden, daß man die obere Fläche des Plungers 32a hinreichend größer
als die untere Fläche des Plungers 26a macht.
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Das Ventil 56b wird während des Arbeitshubes des Kolbens 24b auf folgende
Weise in seiner unteren Stellung gehalten: Wenn das Ventil 56a, wie im vorstehenden
beschrieben, seine obere Stellung einnimmt, so steht der Kanal 84a durch Ringkanal
82a im Ventil 56 a und Kanal 50 a mit dem Rückströmrohr
20 in Verbindung. Infolgedessen wird der im Rückströmrohr 20 herrschende
Auslaßdruck über Kanal 50 a, den Ringkanal 82 a im Ventil 56 a, Kanal
84 a, Drosselstelle 86 a und Kanal 74 a, da der Kanal 76a durch den Schaft 30a verschlossen
wird, auf das untere Ende des Ventils 56 b ausgeübt und dadurch über den gesamten
Arbeitshub des Kolbens 24 b hin ein hydraulischer Verschluß geschaffen, der das
Ventil 56b in seiner unteren Stellung erhält.
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Faßt man das Gesagte zusammen, so bewegt der Kolben 24 a, wenn
er sich dem Ende seines Arbeitshubes nähert, das Ventil 56 b nach unten,
wodurch ein Arbeitshub des Kolbens 24 b veranlaßt wird, bevor noch der Kolben
24a seinen Arbeitshub vollendet hat. Das Ventil 56b bewegt das Ventil
56a
aufwärts und leitet damit den Rückhub des Kolbens 24 a ein. Auf ähnliche
Weise steuert der Kolben 24 b das Ventil 56a, das seinerseits das Ventil
56b
steuert. Mit anderen Worten gesagt: wenn sich der Kolben 24b dem Ende
seines Arbeitshubes nähert, so bewegt er das Ventil 56 a abwärts und leitet damit
den Arbeitshub des Kolbens 24a ein. Das Ventil 56a bewegt gleichfalls das
Ventil 56b aufwärts und leitet damit den Rückhub des Kolbens 24b ein.
Betrachtet
man näher, wie sich das im vorstehenden Gesagte vollzieht, so überbrückt der Steuerschlitz
80 b, wenn sich der Kolben 24 b dem Ende seines Arbeitshubes nähert,
jedoch noch vor Vollendung desselben, die Steuerkanäle 76 b und 78 b, so daß über
Kanal 50 b, den Ringkanal 82 b in dem Ventil 56 b, Steuerkanal
78 b, Steuerschlitz 80 b,
Steuerkanal 76b und Kanal
74b Auslaßdruck auf das untere Ende des Ventils 56a ausgeübt wird.
Das Ventil 56a geht daher nach unten, da der durch die Drosselstelle 86 b
bewirkte Strömungswiderstand groß genug ist, daß, obwohl das Ventil unter diesen
Umständen über Hauptdurchlaß 44, Kanal 70 b, die über dem Ventil 56
b befindliche Bohrung 64 b und Kanal 84 b dem im Zuflußrohr 18 vorhandenen Arbeitsflüssigkeitsdruck
offensteht, sogar dies den auf das Ende des Ventils 56a ausgeübten Druck
nicht wesentlich über den Auslaßdruck hinaus erhebt. Geht das Ventil 56 a
auf die eben beschriebene Weise in seine untere Stellung über, so findet zweierlei
statt: Zunächst wird die obere Fläche des Plungers 32a des Kolbens 24 a vom
Zuflußrohr 18 abgetrennt und über Kanal 50 a, den Ringkanal
82 a im Ventil 56 a
und den Kanal 48 a mit dem
Rückströmrohr 20 verbunden. Dadurch wird der Arbeitshub des Kolbens 24a eingeleitet,
was noch vor Abschluß des Arbeitshubes des Kolbens 24 b stattfindet, so daß
wieder die Pumpenleistung allmählich vom Kolben 24 b auf den Kolben 24a übertragen
wird und hydraulische Stöße vermieden werden.
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Das zweite, was beim Abwärtsgang des Ventils 56a in seine untere
Stellung geschieht, ist, daß dies das untere Ende des Ventils 56 b über Hauptdurchlaß
44, Kanal 70a, die über Plunger 58a befindliche Bohrung 64a,
Kanal 84a, Drosselstelle 86a und Durchlaß 74 a mit dem Zuflußrohr 18 verbindet.
Dadurch wird das Ventil 56b in seine obere Stellung übergeführt, trennt die
obere Fläche des Plungers 32 b des Kolbens 24 b vom Rückströmrohr 20 ab und verbindet
sie über Hauptdurchlaß 44, Kanal 52 b,
die unter dem Planger 58
b befindliche Bohrung 64 b
und Kanal 48b mit dem Zuflußrohr
18. Dies bewirkt den Abwärts- oder Rückhub des Kolbens 24 b, wobei
sich letzterer mit ausreichend hoher Geschwindigkeit abwärts bewegt, daß er das
Rückhubende noch erreicht, bevor der Kolben 24 a das Ende seines Arbeitshubes
erreicht, wie im vorstehenden im Zusammenhang mit Kolben 24a gesagt worden ist.
Die gewünschte, ziemlich hohe Rückhubgeschwindigkeit wird für den Kolben
24 b dadurch erreicht, daß man die obere Fläche des Plungers 32b hinlänglich
der unteren Fläche des Plungers 26b gegenüber vergrößert.
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Wie bereits gesagt, wird das Ventil 56b in seiner unteren Stellung
dadurch festgehalten, daß, wenn sich Ventil 56a in seiner oberen Stellung
befindet, der Auslaßdruck über Kanal 50a, Ringkanal 82a, Kanal 84a, Drosselstelle
86a und Kanal 74a auf das untere Ende des Ventils 56b ausgeübt wird. Das Ventil
56 a wird, wenn sich das Ventil 56 b in seiner oberen Stellung befindet,
dadurch in seiner unteren Stellung festgehalten, daß Auslaßdruck über Kanal
50 b, Ringkanal 82 b, Kanal 84 b, Drosselstelle 86
b
und Kanal 74 b auf das untere Ende des Ventils 56 a ausgeübt
wird. Das Ventil @56 b wird, wenn sich Ventil 56a in seiner unteren Stellung
befindet, dadurch in seiner oberen Stellung festgehalten, daß Arbeitsflüssigkeitsdruck
über Hauptdurchlaß 44, Kanal 70a, das obere Ende der Bohrung 64a, Kanal 84a,
Drosselstelle 86a und Kanal 74a auf das untere Ende des Ventils 56b ausgeübt wird.
Das Ventil 56a wird, wenn sich das Ventil 56b in seiner unteren Stellung
befindet, dadurch in seiner oberen Stellung festgehalten, daß Arbeitsflüssigkeitsdruck
über Hauptdurchlaß 44, Kanal 70 b, das obere Ende der Bohrung 64
b, Kanal 84 b, Drosselstelle 86 b und Kanal 74 b auf das untere
Ende des Ventils 56 a ausgeübt wird.
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Aus dem Vorstehenden ergibt sich, daß bei dem Förderspiel der Duplexpumpe
10, die eine erfindungsgemäß gebaute Ausführungsform einer Tiefbohrpumpe
darstellt, jedesmal eine der Pumpvorrichtungen 14 a oder 14 b durch eine Flüssigkeit
mit dem Steuerventilorgan 16 in Verbindung steht, die eine andere Ventilvorrichtung
16 a bzw. 16 b desselben, als von der sie gesteuert wird, betätigt;
dabei bewegt sie das Ventil dieser anderen Ventilvorrichtung stets in einer bestimmten
Richtung. Die Ventilvorrichtungen 16a und 16b wieder stehen miteinander
durch eine Flüssigkeit in Verbindung, wobei immer die eine Ventilvorrichtung die
andere betätigt und beide Vorrichtungen so geschaltet sind, daß jede das Ventil
der anderen Vorrichtung in der zu der vorgenannten entgegengesetzten Richtung bewegt.
Die Ventilvorrichtungen werden von den Pumpvorrichtungen derart gesteuert, daß sie
dann, wenn sich eine der letzteren dem Ende ihres Arbeitshubes nähert, den Arbeitshub
der anderen Pumpvorrichtung einleiten. Es wird dadurch ein stetiges Strömen der
Gewinnungsflüssigkeit erreicht und hydraulische Stöße sowohl im Förderrohr
22 als auch im Zuflußrohr 18 und Rückströmrohr 20 vermieden.
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Die Länge der Zeit, um die jede der Pumpvorrichtungen 14 a und 14
b der anderen beim Einleiten des Arbeitshubes ihres Kolbens 24 a bzw.
24 b voraufeilt, hängt von der Anbringungsstelle der Steuerschlitze 80a
und 80b an den Schäften 30a und 30b ab. Diese Schlitze sind
so angebracht, daß der zweite Kolben seine gewöhnliche Geschwindigkeit erreichen
kann, bevor der erste Kolben seinen Arbeitshub vollendet hat. Die Zeit, um die sich
die Arbeitshübe beider Kolben 42 a und 42 b überdecken, wird auch zum Teil durch
die Drosselstellen 86 a und 86 b bestimmt, da diese Drosselstellen
die Geschwindigkeiten der Aufwärtsbewegung der Ventile 56 a und
56 b mitbestimmen und daher auch die Zeitpunkte bestimmen, zu denen die Arbeitshübe
der Kolben 24 a und 24 b
vollendet sind
und die Rückhübe der Kolben eingeleitet werden. Die Phasenverschiebung der Arbeitshübe
der beiden Kolben 24 a und 24 b wird also sowohl durch die Anbringungsstelle
der Steuerschlitze 80a und 80b als auch durch die Strömungswiderstände der Drosselstellen
86 a und 86 b bestimmt.
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Da die die Pumparbeit leistenden Teile oder Mittel der beiden Pumpvorrichtungen
14a und 14b in Tandemanordnung geschaltet sind, um einen im großen
ganzen stetigen Strom geförderten Öls zur Folge zu haben, so ist es leicht einzusehen
daß bei gleichem Gesamtdurchmesser der Pumpe die Leistung derselben gegenüber einer
Pumpe bisheriger Ausführung stark erhöht wird, was einen wichtigen Vorteil der Erfindung
darstellt. Umgekehrt kann bei gleichen Pumpenleistungen mit derjenigen, die von
einer Pumpe bisheriger Ausführung von größerem Durchmesser
volibrachi
wird, der Gesamtdurchmesser der Pumpe stark verringert @,verden. Dies ist aus wirtschaftlichen
Gesichtspunkten des öfteren sehr erwünscht, da die Verwendung einer Pumpe von kleinerem
Durchmesser die Verwendung engerer Rohrleitungen für die Pumpe urd damit die Anwendung
eines engeren Bohrlochs und engeren Futterrohrs gestattet, wodurch Bohrkosten, Bohrlochauskleidungskosten
und Rohrleitungskosten eine Verringerung erfahren. Hierdurch werden sehr große Ersparnisse
an Anlagekosten erzielt. Drillingspumpe 110
Die in F i g. 2 der Zeichnungsunterlagen
dargestellte, der Erfindung gemäß eingebaute Drillingspumpe, die in dieser Figur
allgemein mit der Bezugszahl 10 bezeichnet ist, umfaßt drei Pumpeinrichtungen
112 a, 112 b und 112 c, die die gleichachsig liegenden Pumpvorrichtungen
114 a, 114 b und 114c mit hintereinandergeschalteten,
Pumparbeit verrichtenden Teilen oder Mitteln und parallel zueinander geschalteten,
treibend wirkenden Teilen oder Mitteln einschließen. Die Pumpvorrichtungen
114 a bis 114 c werden wieder durch ein Steuerventilorgan, das Organ
116, gesteuert, das bei dieser Ausführungsform der Erfindung gleichachsig
liegende Ventilvorrichtungen 116a, 116b und 116c aufweist, deren jede die entsprechende
Pumpvorrichtung 114 a, 114 b oder 114 c steuert. Die Zahl der
Ventilvorrichtungen ist wieder derjenigen der Pumpvorrichtungen gleich, und das
Steuerventilorgan 116 ist auch hier an der Längsseite der Pumpvorrichtungen
114a bis 114c angeordnet und steht mit ihnen auf Abstand.
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Die Drillingspumpe 110 wird wieder, und zwar durch das Zuflußrohr
118, mit druckausübender Arbeitsflüssigkeit beliefert. Bei der besonderen
wiedergegebenen Konstruktion, die ein geschlossenes System darstellt, wird die verbrauchte
Arbeitsflüssigkeit durch das Rückströmrohr 120 an die Erdoberfläche gebracht.
Die aus den Pumpvorrichtungen 114 a bis 114 c austretende Flüssigkeit
wird durch das Förderrohr 120 hindurch an die Erdoberfläche gepumpt.
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Die Pumpvorrichtungen 114a bis 114c sind alle miteinander identisch
und im wesentlichen den Pumpvorrichtungen 14 a und 14 b der im vorstehenden
beschriebenen Duplexpumpe 10 gleich, nur daß statt der einfachen Steuerschlitze
80 a und 80 b der Pumpvorrichtungen 14a und
14b deren zwei vorgesehen sind. Diejenigen Teile der Pumpvorrichtungen
114a
und 114 b, die mit entsprechenden Teilen der Pumpvorrichtungen
14a und 14b identisch sind, sollen im nachstehenden mit Bezugszahlen
bezeichnet werden, bei denen zu der jeweiligen im Zusammenhang mit den Pumpvorrichtungen
14 a und 14 b verwendeten Zahl immer die Zahl 100 hinzugefügt worden
ist. Auch werden sich, da die Pumpvorrichtung 114 c mit den Pumpvorrichtungen
14 a und 14 b identisch ist, die Bezeichnungszahlen
für die Teile derselben nur dadurch von den Bezeichnungszahlen für entsprechende
Teile der letztgenannten Vorrichttungen unterscheiden, daß statt des Index »a« oder
»b« der Index »c« gesetzt werden wird. Der dem Einlaß 40 der Duplexpumpe
entsprechende Einlaß soll durch die Bezugszahl 140 bezeichnet werden.
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Wie bei den Kolben 24a und 24b der Pumpvorrichtungen 14 a und
14 b sind auch hier die unteren Flächen der Plunger 126
a, 126 b und 126 c der Kolben 124 a,
124 b und 124c über einen Hauptdurchlaß 144 und Zweigdurchlässe
146 a, 146 b und 146 c ununterbrochen dem Druck
der im Zuflußrohr 118 befindlichen Arbeitsflüssigkeit ausgesetzt. Die oberen
Flächen der Plunger 132 a, 132 b und 132 c werden
abwechselnd über die von den Ventilvorrichtungen 116 a,116 b und 116 c gesteuerten
Kanäle 150 a,150 b
und 150e dem Druck der Arbeitsflüssigkeit im Zuflußrohr
118 und dem Druck der verbrauchten Arbeitsflüssigkeit oder dem Auslaßdruck
in dem Rückströmrohr 120 ausgesetzt. Die Ventilvorrichtungen 116a, 116
b und 116 c schließen Motorventile 152 a, 152 b
und 152 c ein,
die zwischen einer oberen und einer unteren Stellung bewegbar sind, wobei diese
Ventile, wenn sie sich in ihren oberen Stellungen befinden, die Kanäle
150a, 150 b und 150c mit den zum Rückströmrohr 120 führenden
Kanälen 154 a, 154 b und 154c verbinden und, wenn sie sich
in ihrer unteren Stellung befinden, die Kanäle 150 a, 150 b
und 150 c mit Abzweigungen 156 a, 156b und
156c eines zum Zuflußrohr 118 führenden Hauptkanals 158 verbinden.
Mithin leiten die Ventile 152a bis 152c in ihren oberen Stellungen
den Aufwärts- oder Arbeitshub der Kolben 124 a, 124 b und
124 c und in ihren unteren Stellungen den Abwärts- oder Rückhub dieser Kolben
ein. Mithin ist bei der Drillingspumpe 110 die Beziehung der Ventilstellung
zum Kolbenhub die umgekehrte wie bei der Duplexpumpe 10.
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Die Ventile 152 a, 152b und 152 c
sind Ventile mit verschieden großen Beaufschlagungsflächen, deren jedes bei seiner
Aufwärtsbewegung, bei der es die Beschleunigung des entsprechenden Kolbens
124a,
124b und 124c zu Beginn seines Aufwärts- oder Arbeitshubes
bestimmt, eine Dreigangswirkung und bei seiner Abwärtsbewegung, bei der es die Einleitung
des Abwärts- oder Rückhubes des entsprechenden Kolbens überwacht, eine Zweigangswirkung
hat. Die Ventile 152a, 152b und 152c schließen etwas kleinere Plunger
160 a, 160 b und 160c und etwas größere Plunger
162 a, 162 b und 162 c ein, wobei die kleineren
Plunger in den Bohrungen 164 a, 164 b und 164c
und die größeren Plunger in den Bohrungen 166a, 166b und
166c auf- und abbewegbar und mit den kleineren Plungern durch Schäfte oder
Spindeln 168 a, 168 b und 168 c von herabgesetztem
Durchmesser verbunden sind. Wenn sich die Ventile 152 a,152 b und 152 c in
ihren oberen Stellungen befinden, werden die Kanäle 150 a,
150 b und 150 c durch die um die Schäfte oder Spindeln 168
a, 168 b und 168 c herum bestehenden Ringräume mit den Kanälen 154a,
154 b und 154 c verbunden, wodurch die
Arbeitshübe der Kolben 124 a, 124 b und 124 c
bewirkt werden. Befinden sich dagegen die Ventile in ihrer unteren Stellung, so
werden die Kanäle 150 a, 150b und 150c
durch die
über den Plungern 160 a, 160 b und 160 c befindlichen
Bohrungen 164a 164b und 164c mit den Zweigkanälen 156 a,
156b und 156c verbunden, wodurch die Rückhübe der Kolben
124 a, 124 b und 124 c herbeigeführt werden.
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Die Plunger 162 a 162 b und
162 c der Ventile 152 a
bis 152c sind in der Nähe ihrer
oberen Enden mit außenliegenden Ringkanälen 170 a, 170
b und 170 c versehen. Diese Kanäle stehen, wenn sich die Ventile
152a bis 152c in ihren oberen Stellungen befinden und wenn sie aus
ihren unteren in ihre oberen Stellungen übergehen, mit den Zweigkanälen
172a, 172b
und 172c des Hauptkanals 158 in Verbindung, der zu
dem
Zuflußrohr 118 führt und somit unter den genannten Bedingungen den Kanälen 170a
bis 170c unter Druck befindliche Arbeitsflüssigkeit zuführt. Die unteren Enden der
Kanäle 170 a bis 170 c stehen mit außenliegenden, schraubenförmig gewundenen Geschwindigkeitsregelungsnuten
oder -gewindegängen 174 a, 174 b und 174 c in den Plungern 162
a, 162 b
und 162c in Verbindung, wobei diese Nuten an ihren unteren
Enden mit außenliegenden Ringnuten 176a, 176b und 176c in Verbindung stehen, die
wieder durch radiale Durchlässe 180a, 180b und 180c in den Plungern 162a,
162b und 162c mit den axialen Kanälen 178 a,178 b und 178 c verbunden sind.
Diese axialen Kanäle reichen bis zu den unteren Enden der Ventile 152a, 152b
und 152c. Wenn sich diese Ventile in ihren unteren Stellungen befinden, stehen
die Ringnuten 176a, 176b und 176c mit den Zweigkanälen 182 a, 182
b und 182 c der Steuerkanäle 184 a,
184b und 184c in Verbindung, die
von den Pumpvorrichtungsbohrungen 136a, 136b und 136c bis zu den unteren
Enden der Ventilvorrichtungsbohrungen 164a, 164b und 164c reichen.
Wie leicht einzusehen ist, stehen die eben erwähnten Zweig- und Steuerkanäle durch
die um die Ventilspindeln 168 a bis 168c herum bestehenden Ringräume und die Kanäle
154 a bis 154 c stets mit dem Rückströmrohr 120 in Verbindung, so
daß in diesen Kanälen ununterbrochen der Auslaßdruck herrscht.
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Die Plunger 162 a, 162 b und 162 c der Ventile 152
a bis 152 c sind unterhalb der Nuten 176 a, 176 b
und 176c mit
außenliegenden Ringnuten 186a, 186b und 186 c versehen, die über radiale Durchlässe
188 a, 188 b und 188 c mit den axialen Durchlässen 178 a,
178 b und
178 c in Verbindung stehen und die sich in Zwischenstellungen der Ventile 152 a,152
b und 152 c
mit den Abzweigungen 190a, 190b und 190c des Hauptkanals
158 decken, wobei der letztere, wie bereits gesagt, mit dem Zuflußrohr 118 in Verbindung
steht und somit stets unter Druck befindliche Arbeitsflüssigkeit enthält.
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Unterhalb der Ringnuten 186a, 186b und 186c sind die Plunger 162a
bis 162c mit ziemlich weiten, außenliegenden Ringkanälen 192a, 192b
und 192c versehen, die über radiale Durchlässe 194a, 194b und 194c mit den axialen
Durchlässen 178a bis 178c in Verbindung stehen und die, wenn sich die Ventile 152a
bis 152c in ihren unteren Stellungen befinden sowie wenn sie Zwischenstellungen
einnehmen, sich mit Steuerkanälen 196a, 196b und 196c decken. Der Steuerkanal 196a
führt zu der Bohrung 136b der Pumpvorrichtung 114b, so daß für Steuerung
des Ventils 152a durch den Kolben 124b gesorgt ist. Ebenso führt der Steuerkanal
196b zu der Bohrung 136 c der Pumpv orrichtung 114 c, so daß der Kolben 124c
eine Kontrolle über das Ventil 152b
ausübt. Der Steuerkanal 196c führt zu
der Bohrung 136a der Pumpvorrichtung 114a, was bedeutet, daß der Kolben
124a eine Kontrolle über das Ventil 152c ausübt. Mithin übt die höchstgelegene
Pumpvorrichtung 114a eine Kontrolle über die tiefstgelegene Ventilvorrichtung 116
c aus, während die mittlere und die unterste Pumpvorrichtung 114 b bzw. 114 c eine
Kontrolle über die am höchsten liegende und die mittlere Ventilvorrichtung 116
a bzw. 116 b ausüben, so daß, wie im nachstehenden noch eingehender
dargelegt werden wird, die gewünschte zeitliche Beziehung oder Phasenverschiebung
zwischen den Pumpvorrichtungen hergestellt wird. Weitere Steuerkanäle 198
a, 198 b und 198 c gehen von den Bohrungen 136a, 136b und 136c der
Pumpvorrichtungen 114 a, 114 b und 114 c zu den unteren Enden der
größeren Bohrungen 166a, 166b und 166c der entsprechenden Ventilvorrichtungen
116a, 116b und 116c. Wie im nachstehenden noch eingehender beschrieben werden soll,
ermöglichen die Steuerkanäle 198 a bis 198 c es den Pumpvorrichtungen 114a bis 114c,
über die jeweiligen Ventilvorrichtungen 116a bis 116c eine Kontrolle auszuüben.
Mithin wird eine Kontrolle über die Ventilvorrichtungen 116a bis 116c nicht nur
von anderen Pumpvorrichtungen als den Vorrichtungen 114 a, 114
b und 114c, die von den jeweiligen Ventilvorrichtungen 116a, 116b
oder 116c gesteuert werden, sondern auch von den Pumpvorrichtungen 114a bis 114c
selbst ausgeübt, die von den jeweiligen Ventilvorrichtungen 116a bis 116c gesteuert
werden.
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Die Schäfte 130 a, 130 b und 130 c der Kolben 124a
bis 124c sind mit Steueröffnungen 200a bzw. 200b und 200c und Steueröffnungen
202a bzw. 202 b und 202 c versehen. Wenn sich die Kolben
124 a
bis 124c dem Ende ihres Arbeitshubes nähern, dieses aber noch nicht
ganz erreicht haben, so verbinden die Steueröffnungen 200a bis 200c die Steuerkanäle
196 c, 196 a und 196 b mit den Zylindern 128 a
bzw. 128b und 128e.
Diese Zylinder enthalten infolge ihrer Verbindung mit dem Zuflußrohr 118
über die Zweigkanäle 146a, 146b und 146c und den Hauptkanal 144 immer
unter Druck befindliche Arbeitsflüssigkeit. Zur gleichen Zeit, wo die Steueröffnungen
200 a, 200 b und 200 c die vorstehend angegebenen Verbindungen herstellen
oder kurz nachdem sie dies getan haben, aber noch bevor die Kolben 124a,
124b und 124c das Ende ihres Arbeitshubes erreichen, überbrückt die Steueröffnung
202a
die Steuerkanäle 184a und 198a, die Steueröffnung
202b überbrückt die Steuerkanäle 184b und 198b,
und die Steueröffnung
202c überbrückt die Steuerkanäle 184c und 198c. Wie leicht einzusehen ist, werden
damit die Steueröffnungen 200 a bis 200 c zur Ursache, daß die Pumpvorrichtungen
114a bis 114c eine Kontrolle über gewisse andere der Ventilvorrichtungen 116a bis
116c als die ausüben, von denen die jeweilige Pumpvorrichtung gesteuert wird, während
die Steueröffnungen 202 a, 202 b und 202 c zur Ursache dafür werden, daß
die Pumpvorrichtungen 114a bis 114c eine Kontrolle über die jeweiligen Ventilvorrichtungen
116 a, 116 b oder 116 c ausüben, von denen sie gesteuert werden. Wirkungsweise
der Drillingspumpe 110 Um die Betrachtung der Wirkungsweise der Drillingspumpe 110
zu erleichtern, soll zunächst die Wirkungsweise der Ventile 152 a,152 b und
152 c in ihren Einzelheiten betrachtet werden. Danach soll die Gesamtwirkungsweise
der Pumpe 110 einschließlich der Beziehungen zwischen den Pumpvorrichtungen 114a,
114 b und 114 c und den Ventilvorrichtungen 116a, 116b und 116c betrachtet werden.
Da die Ventilorgane 152a, 152b und 152c identisch miteinander
sind, arbeiten sie alle genau auf die gleiche Art und Weise, und es soll daher nur
die Arbeitsweise des Ventilorgans 152a näher beschrieben werden.
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Wie leicht ersichtlich, ist das obere Ende des Ventils 152 a über
Hauptkanal 158 und Abzweigung 156a desselben stets dem Druck der Arbeitsflüssigkeit
im
Zuflußrohr 118 ausgesetzt. Ebenso sind auch die Ringflächen am unteren Ende
des Plungers 160 a und am oberen Ende des Plungers 162a über den Kanal
154a stets dem im Rückströmrohr 120 herrschenden Auslaßdruck ausgesetzt. Mithin
wirken der Druck der Arbeitsflüssigkeit auf die Fläche des Plungers 160a und der
Auslaßdruck auf die Differenz der Flächen der Plunger 160 a und
162 a ununterbrochen nach unten. Wird daher Auslaßdn:ck auf das untere Ende
des Ventils 152a ausgeübt, so geht dieses Ventil nach unten, wobei die diese Bewegung
bewirkende abwärts gerichtete Kraft das Produkt aus Fläche des Plungers 160 a mal
Differenz zwischen dem Druck der Arbeitsflüssigkeit und dem Auslaßdruck ist. Umgekehrt
tritt eine Aufwärtsbewegung des Ventils 152a
auf, wenn das untere Ende desselben
dem Arbeitsflüssigkeitsdruck ausgesetzt wird, wobei die nutzbare aufwärts gerichtete
Kraft das Ergebnis der Ausübung der Differenz zwischen Arbeitsflüssigkeits- und
Auslaßdruck auf den Unterschied der Flächen der Plunger 162 a und 160 a ist.
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Betrachtet man nun zuerst die Aufwärtsbewegung des Ventilorgans
152a von seiner unteren Stellung aus, so wird diese Bewegung durch die Ausübung
von Arbeitsflüssigkeitsdruck über Steuerkanal 196 a, Ringkanal 192
a, radiale Öffnung 194 a und axialen Durchlaß 178a und
das untere Ende des Ventilorgans eingeleitet. Alle diese Flüssigkeitswege bieten
dem Strom der Arbeitsflüssigkeit ziemlich wenig Widerstand, so daß sich das Ventilorgan
152a mit einer ziemlich hohen Erstgeschwindigkeit aufwärts bewegt. Am Ende
kommt der Ringkanal 192a bei seiner Aufwärtsbewegung mit dem Steuerkanal 196a nicht
mehr zur Deckung, was das Ende der Aufwärtsbewegung des Ventilorgans 152a bei seiner
Erstgeschwindigkeit kennzeichnet. In diesem Augenblick kommt der Kanal
170 a mit der Abzweigung 172 a des zum Zuflußrohr
118 führenden Hauptkanals 158 zur Deckung, worauf der in der Zuflußleitung
herrschende Arbeitsflüssigkeitsdruck über Hauptkanal 158, Abzweigung
172 a, Kanal 170 a, die schraubenförmige Nut oder
das Gewinde 174 a, Ringnut 176 a, Radialöffnung
180a und Axialdurchlaß 178 auf das untere Ende des Ventils 152a ausgeübt
wird. Unter diesen Umständen setzt das Ventilorgan 152a seine Aufwärtsbewegung mit
einer ziemlich geringen Zeitgeschwindigkeit fort, die durch das Aufnahmevermögen
für Ströme des schraubenförmigen Gewindes 174a bestimmt wird. Wenn sich das
Ventilorgan 152a mit seiner verhältnismäßig geringen Zeitgeschwindigkeit
aufwärts bewegt, so beginnt der Plunger 160 a den Kanal 150 a
bloßzulegen
und damit den Zylinder 134a oberhalb des Plungers 132a durch den um den Schaft
168a herum bestehenden Ringraum und den Kanal 154a
mit dem Rückströmrohr 120
zu verbinden. Diese Verbindung des oberhalb des Plungers 132a liegenden Zylinders
134a mit dem Rückströmrohr 120 wird somit langsam eingeleitet, so
daß der Arbeitshub des Kolbens 124 a langsam eingeleitet und
damit ein hydraulischer Stoß vermieden und ein Durchgehen des Kolbens
124a für den Fall, daß er nicht auf eine kompakte Flüssigkeit wirkt, verhütet
wird.
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Nachdem der Plunger 160 a den Kanal 150 a bloßzulegen
und damit den Arbeitshub des Kolbens 124a auf die im vorstehenden beschriebene Weise
einzuleiten begonnen hat, kommt die Ringnut 186a mit der über den Hauptkanal 158
zum Zuflußrohr 118 führenden Abzweigung 190a zur Deckung, woraufhin unter
Druck stehende Arbeitsflüssigkeit vom Zuflußrohr her durch den Hauptkanal 158, die
Abzweigung 190a, die Ringnut 186a, die radiale Öffnung 188 a und den axialen
Durchlaß 178 a zum unteren Ende des Ventils 152a fließen kann. Die
Öffnung 188a bietet dem Strom einen wesentlich geringeren Widerstand als
die schraubenförmigen Windungen 174a, so daß sich das Ventilorgan 152a mit einer
ziemlich hohen Drittgeschwindigkeit aufwärts bewegt. Gewöhnlich ist die radiale
Öffnung 188 a so groß, daß sie in ausreichendem Maß Arbeitsflüssigkeit liefert,
eine aufwärts gerichtete Geschwindigkeit des Ventilorgans 152 a von etwa
dem Dreifachen der Geschwindigkeit entstehen zu lassen, die mit den schraubenförmigen
Windungen 174a allein erreichbar wäre. Daher ist die ziemlich hohe Drittgeschwindigkeit
des Ventilorgans 152a etwas das Vierfache der ziemlich geringen Zweitgeschwindigkeit
desselben. Die ziemlich hohe Drittgeschwindigkeit dieses Ventilorgans macht es möglich,
daß die vollständige Verbindung zwischen Rückströmrohr 120 und dem über dem Plunger
132a liegenden Zylinder 134a mit ziemlich hoher Geschwindigkeit zustande kommt,
nachdem zu Beginn eine Verbindung auf die im vorstehenden beschriebene Art langsam
hergestellt worden ist, so daß der Kolben 124 a so schnell als möglich auf
die normale Geschwindigkeit seines Arbeitshubes kommen kann, wobei durch diese langsame
Herstellung einer anfänglichen Verbindung hydraulische Stöße zu Beginn des Arbeitshubes
des Kolbens 124a verhütet werden.
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Nähert sich das Ventilorgan 152a seiner oberen Stellung, so kommt
die Ringnut 186a bei ihrer Aufwärtsbewegung außer Deckung mit der Abzweigung
190a, so daß die aufwärts gerichtete Endbewegung des Ventilorgans wieder durch die
schraubenförmigen Windungen 174a gesteuert wird. Daher halten diese schraubenförmigen
Windungen auch das Ventilorgan 152a in seiner oberen Stellung fest, da unter den
in diesem Stadium des Vorganges bestehenden Umständen das untere Ende des Ventilorgans
über Kanal 158, Abzweigung 172a, Ringkanal 170a, schraubenförmige Windungen
174a, Ringnut 176a, radiale Öffnung 180 a und axialen Durchlaß
178a dem im Zuflußrohr 118 herrschenden Arbeitsflüssigkeitsdruck ausgesetzt ist.
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Betrachtet man jetzt die Abwärtsbewegung des Ventilorgans 152a, so
beginnt dasselbe, sobald der Auslaßdruck über Kanal 198 a auf das untere
Ende dieses Ventilorgans ausgeübt wird, mit ziemlich hoher Erstgeschwindigkeit niederzugehen.
Der Kanal 198a steht mit der Bohrung 166a etwa über dem unteren Ende derselben in
Verbindung, so daß der Plunger 162a des Ventilorgans 152a schließlich den
Kanal 198a abdeckt, wobei der Plunger 162a diesen Kanal abzudecken beginnt, wenn
der Plunger 160 a den Kanal 150 a bloßzulegen beginnt. Danach bewegt sich
das Ventilorgan 152a mit ziemlich geringer Zweitgeschwindigkeit abwärts und
stellt langsam die Verbindung zwischen dem Zuflußrohr 118 und dem Zylinder
134 a über dem Plunger 132 a her, wodurch der Rückhub des Kolbens
124 a langsam eingeleitet und somit ein hydraulischer Stoß vermieden wird.
Die ziemlich geringe abwärts gerichtete Zweitgeschwindigkeit des Ventilorgans
152a wird durch die radiale Öffnung 180a erzeugt, indem das untere Ende des
Ventilorgans vermittels des Kanals 154a, des um den Schaft 168 a herum
bestehenden Ringraumes,
eines Teils des Steuerkanals 184 a, des
Zweigkanals 182 a, der Ringnut 176 a, der Öffnung 180 a und
des axialen Durchlasses 178a mit dem Rückströmrohr 120 verbunden wird. Am besten
hat die radiale Öffnung 180 a, die die ziemlich geringe abwärts gerichtete Zweitgeschwindigkeit
des Ventilorgans 152a bestimmt, ungefähr die gleiche Größe wie die radiale Öffnung
188a, die die aufwärts gerichtete Drittgeschwindigkeit des Ventilorgans bestimmt.
Sobald das Ventilorgan 152a seine untere Stellung erreicht, wird das untere
Ende desselben über Kanal 154a, den um den Schaft 168a herum bestehenden Ringraum,
einen Teil des Steuerkanals 184a, den Zweigkanal 182a,
die Ringnut
176a, die radiale Öffnung 180a und den axialen Durchlaß 178 a weiter dem Auslaßdruck
in dem Rückströmrohr 120 ausgesetzt. Mithin wirkt die Öffnung 180a als hydraulischer
Verschluß für das Ventilorgan 152a, wenn es seine untere Stellung einnimmt.
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Wie bereits im vorstehenden gesagt, arbeiten die Ventilorgane
152b und 152c genau in der gleichen Weise wie das Ventilorgan 152a, indem
sie sich von ihrer unteren in ihre obere Stellung und umgekehrt bewegen. Eine Beschreibung
der Wirkungsweise dieser beiden Ventilorgane ist daher unnötig.
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Betrachtet man nun die Gesamtarbeitsweise der Drillingspumpe 110,
so sind die Ventilorgane 152a
und 152c in ihren oberen Stellungen wiedergegeben
und ist das Ventilorgan 152b in seiner unteren Stellung wiedergegeben, so daß die
Kolben 124a und 124 c ihre Arbeitshübe ausführen, wie durch die Pfeile 204 a und
204 c angedeutet wird, und befindet sich der Kolben 124 b auf seinem Rückhub,
wie durch den Pfeil 204 b angedeutet wird, oder hat das Ende seines Rückhubes erreicht.
Der Kolben 124c eilt dem Kolben 124a um etwa 120°, der Kolben 124a
dem Kolben 124 b gleichfalls um etwa 120° und der Kolben 124b dem
Kolben 124c um etwa 120° vor, wenn man annimmt, daß der Arbeitshub und der Rückhub
eines der Kolben ein Förderspiel von 360°, im Bogenmaß gemessen, darstellen. Die
nachstehende Beschreibung läßt erkennen, wie diese zeitliche Einstellung bzw. diese
Phasenverschiebung der Bewegungen der Kolben 124 a bis 124 c zustande kommt.
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Betrachtet man den Kolben 124c, so sieht man, daß er sich dem Ende
seines Arbeitshubes nähert und daß die Steueröffnung 200c unmittelbar darauf den
Zylinder 128 c mit dem Steuerkanal 196 b verbinden wird. Wenn dies Beschießt, fließt
unter Druck stehende Arbeitsflüssigkeit von Zuflußrohr 118 durch Hauptkanal 144,
Zweigkanal 146c, Zylinder 128c, Steueröffnung 200e, Steuerkanal 196b, Ringkanal
192b im Ventilorgan 152b, Radialöffnung 194b in diesem Ventilorgan
und den gleichfalls in diesem vorhandenen axialen Durchlaß 178 b in die Bohrung
166b unter dem Ventilorgan 152b. Der Arbeitsflüssigkeitsdruck wird somit
auf das untere Ende dieses Ventilorgans ausgeübt und bewegt dasselbe in der im vorstehenden
geschilderten Weise aufwärts, woraufhin das Ventilorgan 152 b die obere Fläche
des Plungers 132b vom Zuführrohr 118 trennt und sie über Kanal 150b, den
um den Schaft 168b herum bestehenden Ringraum und den Kanal 154b mit dem
Rückströmrohr 120 verbindet, wodurch der Arbeitshub des Kolbens 124 b eingeleitet
wird. Somit überführt der Kolben 124 c, wenn er sich dem Ende seines Arbeitshubes
nähert, das Ventilorgan 152 b aus seiner unteren und in seine obere Stellung
und leitet damit den Arbeitshub des Kolbens 124b ein, wodurch er eine allmähliche
Verschiebung der Pumpenleistung vom Kolben 124 c auf den Kolben 124 b bewirkt. Der
Kolben 124c der Pumpvorrichtung 114c betätigt somit ein anderes Ventilorgan - nämlich
das Ventilorgan 152 b - als das, von dem er selbst betätigt wird, nämlich
das Ventilorgan 152 c.
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Der Kolben 124c der Pumpvorrichtung 114c betätigt das gleiche Ventilorgan
wie das, von dem er gesteuert wird, nämlich das Ventilorgan 152c. Ge-
nauer
gesagt: etwa dann, wenn die Steueröffnung 200c den Steuerkanal 196b mit dem Zylinder
128 c verbindet, oder unmittelbar danach, verbindet die Steueröffnung 202c die Steuerkanäle
184c und 198c miteinander. Wenn dies geschieht, wird der Auslaßdruck über den Kanal
154 c, den um den Schaft 168 c herum bestehenden Ringraum, den Kanal 184c, die Steueröffnung
202c und den Kanal 198c auf das untere Ende des Ventilorgans 152 c ausgeübt. Die
Ausübung von Auslaßdruck auf das untere Ende des Ventilorgans 152c hat, wie
im vorstehenden beschrieben, eine Abwärtsbewegung dieses Ventilorgans in seine untere
Stellung zur Folge. Diese Abwärtsbewegung beendet die Verbindung der oberen Fläche
des Plungers 132 c mit dem Rückströmrohr 120 und stellt über Kanal 158, Abzweigung
156c, die über dem Ventilorganplunger 160 c befindliche Bohrung 164 c und Kanal
150c eine Verbindung dieser oberen Fläche mit dem Zuflußrohr 118 her. Dadurch wird
der Rückhub des Kolbens 124c eingeleitet, was erst nach Einleitung des Arbeitshubes
des Kolbens 124b erfolgt, so daß die im vorstehenden beschriebene Pumpenleistungsübertragung
vom Kolben 124c auf den Kolben 124b zustande kommt.
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Auf ähnliche Weise bewirkt die Steueröffnung 200a, wenn der
Kolben 124a ungefähr das Ende seines Arbeitshubes erreicht hat, über den
Steuerkanal 196c eine Aufwärtsbewegung des Ventilorgans 152 c, wodurch der Arbeitshub
des Kolbens 124 c eingeleitet wird, und die Steueröffnung 202a bewirkt über
Steuerkanal 198a eine Abwärtsbewegung des Ventilorgans 152a in seine untere Stellung,
wodurch der Rückhub des Kolbens 124 a eingeleitet wird. Mithin findet ein allmählicher
übergang der Pumpenleistung vom Kolben 124a auf den Kolben 124c statt. Wieder
auf die gleiche Art läßt die Steueröffnung 200 b, wenn sich der Kolben 124
b dem Ende seines Arbeitshubes nähert, über Steuerkanal 196a das Ventilorgan
152a aufwärts gehen und damit den Arbeitshub des Kolbens 124a einleiten,
und die Steueröffnung 202b läßt über Steuerkanal 198b das Ventilorgan 152
b niedergehen, so daß der Rückhub des Kolbens 124b eingeleitet wird, wodurch wieder
ein allmählicher übergang der Pumpenleistung vom Kolben 124b zum Kolben 124a
bewirkt wird. Das Förderspiel ist beendet, wenn, wie im vorstehenden eingehend beschrieben
worden ist, der Kolben 124c das Ventilorgan 152b aufwärts bewegt, was den
Arbeitshub des Kolbens 124 b einleitet, und das Ventilorgan 152c abwärts
bewegt, wodurch sein eigener Rückhub eingeleitet wird. Der Kolben 124 a steuert
die Ventilorgane 152c und 152a und der Kolben 124b die Ventilorgane
152a und 152b auf genau die gleiche Weise wie der Kolben 124c die Ventilorgane 152b
und 152c, so daß sich eine eingehende Beschreibung erübrigt.
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Wie aus dem Vorstehenden hervorgeht, ist die Phasenverschiebung bzw.
Zeiteinstellung des Arbeits-und
des Rückhubes der Kolben 124
a,124 b und 124 c so gewählt, daß zu jeder Zeit zwei von diesen Kolben ihre
Arbeitshübe ausführen, da die von jedem Kolben übernommene Pumpenleistung dann,
wenn er sich dem Ende seines Arbeitshubes nähert, auf einen Kolben übertragen wird,
der seinen Rückhub bereits beendet hat.
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Während zwei der Kolben 124 a bis 124
c, gegeneinander phasenverschoben, ihre Arbeitshübe in Aufwärtsrichtung zurücklegen,
wobei einer dem anderen um etwa 120° voreilt, muß der dritte Kolben seinen Rückhub
in Abwärtsrichtung zurücklegen, oder er hat diesen beendet und steht am unteren
Ende seines Arbeitsweges, darauf wartend, daß sich der nächste Kolben in der Reihe
dem seines Arbeitshubes nähert. Damit dies vor sich gehen kann, muß offenbar die
Geschwindigkeit jedes Kolbens in seinem Rückhub mindeste das Doppelte der Geschwindigkeit
in seinem Arbeitshub betragen. Dies ist leicht dadurch zu erzielen, daß man die
obere Fläche jedes Plungers 132 a bis 132c hinlänglich größer als die untere
Fläche des entsprechenden Plungers 126a, 126b oder 126c
macht. Da die
Kolben 124 a, 124b und 124c auf ihrem Rückhub nur mechanische
Reibung und Reibung der die axialen Durchlässe 138 a, 138 b
und 138c durchströmenden Flüssigkeit zu überwinden haben, kann man die erwähnte
hohe Rückhubgeschwindigkeit dadurch erzielen, daß man die Durchmesser der Zylinder
134 a, 134 b und 134 c ein paar tausendstel Zoll
größer als den Durchmesser der Zylinder 128 a, 128
b und 128 c macht.
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Betrachtet man einige der Vorteile der Drillingspumpe I10,
so besteht bei dieser, da die Pupenleistung immer von dem Kolben 124a, 124b
und 124c, der sich dem Ende seines Arbeitshubes nähert, auf den Kolben übertragen
wird, der am unteren Ende seines Arbeitsweges steht, bevor noch der ersterwähnte
Kolben das Ende seines Arbeitshubes erreicht hat, im großen ganzen keine Neigung
dazu, hydraulische Stöße in die durch Pumpwirkung angesaugte Flüssigkeit hineinzubringen.
Auch sind, da die treibend wirkenden Teile oder Mittel der Pumpvorrichtungen
114 a, 114 b und 114c zueinander parallel geschaltet
sind, die vom Zuflußrohr 118 herkommenden, unter Druck stehenden Arbeitsflüssigkeitsströme
und zum Rückströmrohr 120 fließenden Ströme verbrauchter Flüssigkeit im wesentlichen
stetig, so daß sowohl in der Arbeitsflüssigkeitssäule als auch in der durch die
verbrauchte Flüssigkeit gebildeten Säule keine hydraulischen Stöße auftreten.
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Da die Belastung mit der Pumpenleistung stets von zweien der Kolben
124 a bis 124 c getragen wird und diese Kolben vorzugsweise miteinander
identisch sind, ist offenbar die Pumpenleistung immer gleichmäßig auf zwei Kolben
verteilt. Daher ist der für eine gegebene Pumpenleistung erforderliche Druck der
Arbeitsflüssigkeit nur halb so groß wie der Druck, der aufzubringen wäre, wenn in
jedem Augenblick nur einer der Kolben seinen Arbeitshub ausführte. Umgekehrt kann
die Größe der treibend wirkenden Flächen, d. h. der oberen Flächen der Plunger
132 a bis 132c und der unteren Flächen der Plunger 126a
bis
126c, bei der gleichen Pumpenleistung auf die Hälfte herabgesetzt werden
Eine Herabsetzung des Arbeitsflüssigkeitsdruckes auf die Hälfte hat den Vorteil,
daß die Anforderungen an Festigkeit, die an die Gesamtkonstruktion der Pumpenanlage
zu stellen sind, herabgesetzt werden können, während eine Herabsetzung der treibend
wirkenden Flächen auf die Hälfte bei gleichem Arbeitsflüssigkeitsdruck den Vorteil
einer Verringerung der Pumpengröße ohne irgendwelche Herabsetzung der Pumpenleistung
hat. Auf die wirtschaftlichen Vorteile, die eine solche Verringerung der Pumpengröße
hat, ist bereits bei Besprechung der Duplexpumpe 10
hingewiesen worden.
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Wird andererseits bei Verwendung der erfindungsgemäß gebauten Drillingspumpe
110 der größtmögliche Arbeitsflüssigkeitsdruck angewandt und die Pumpe so
groß wie möglich ausgeführt, so kann man im Vergleich zu Pumpen bisheriger Konstruktionen
sehr große Pumpenleistungszunahmen erzielen. Eine erfindungsgemäß gebaute Drillingspumpe
110 z. B., die bei dem gleichen Druck wie eine vergleichbare, dem Stand der
Technik angehörende Pumpe arbeitet und die den gleichen Gesamtdurchmesser hat wie
diese, wird ihr gegenüber eine nahezu fünfmal größere Pumpenleistung besitzen.
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Die Drillingspumpe 110 besitzt also auch die Vorteile, die
im vorstehenden der Duplexpumpe 10 zugeschrieben worden sind. Zum Beispiel
setzten die gleichachsig angeordneten Durchlässe 138 a bis 138 c für
die geförderte Flüssigkeit die Flüssigkeitsreibung stark herab. Auch ist bzw. sind,
da von den Kolben 124 a bis 124 c immer zwei ihren Arbeitshub
ausführen, während sich der dritte in seinem Rückhub oder am unteren Ende seines
Arbeitsweges befindet, kein Saugventil bzw. keine Saugventile erforderlich, da die
von den jeweiligen Kolben getragenen Arbeitsventile 142a bis 142c
derartige Ventile unnötig machen. Der durch die Kolben 124 a
bis 124 c fließende geradlinige axiale Strom sowie das Fehlen von Saugventilen tragen
durch die starke Verringerung des Strömungswiderstandes der geförderten Flüssigkeit
wesentlich zur Leistungssteigerung bei Anwendung der Tiefbohrpumpe 110 bei.
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Man kann die Erfindung auch sehr leicht auf den Vierfach-, Fünffach-Pumpenbetrieb
usw. anwenden, und zwar dadurch, daß man zwischen zwei beliebige der Pumpeinrichtungen
112 a, 112 b oder 112c weitere Pumpeinrichtungen,
die ihnen ähnlich oder gleich sind, einsetzt. Die Drillingspumpe 110 kann
z. B. durch Einsetzen einer den Pumpeinrichtungen 112 a bis 112c gleichen
oder ähnlichen Pumpeinrichtung zwischen die Pumpeinrichtungen 112a und
112b in eine Vierfachpumpe umgewandelt werden, wobei diese zusätzliche Pumpeinrichtung
in derselben Beziehung zur Pumpeinrichtung 112 b wie die Einrichtung 112a
zur Einrichtung 112b und zur Pumpeinrichtung 112a in derselben Beziehung
wie die Einrichtung 112b zur Einrichtung 112a steht- Durch Einsetzen zweier solcher
Pumpeinrichtungen in der angegebenen Art und Weise kann man auch eine Fünffachpumpe
entstehen lassen. In jeder derartigen Mehrfachpumpe würden in jedem Augenblick alle
Kolben außer einem ihre Arbeitshübe ausführen. Nimmt man also eine Mehrfachpumpe
mit n Pumpeinrichtungen an, so wird die Pumpenbelastung immer von n-1 Kolben getragen
werden. Daher kann entweder der Druck der Arbeitsflüssigkeit oder können die treibend
wirkenden Flächen auf das nI --fache herabgesetzt oder kann dadurch, daß der Arbeitsflüssigkeitsdruck
und die treibend wirkenden Flächen auf den maximal möglichen Werte für beide gehalten
wird bzw. werden, die Pumpenleistung entsprechend vergrößert
werden.
Wie leicht einzusehen ist, kann man auch durch Vergrößern des Wertes n den Arbeitslüssigkeitsdruck
oder die treibend wirkenden Flächen auf jeden gewünschten Betrag herabsetzen oder
die Pumpenleistung in der gewünschten Weise erhöhen.