DE968359C - Elektromotorisch angetriebene Hochdruckkolbenpumpe, insbesondere zur Fluessigkeitsfoerderung aus Tiefbohrloechern - Google Patents

Description

• Elektromotorisch angetriebene Hochdruckkolbenpumpe, insbesondere zur Flüssigkeitsförderung aus Tiefbohrlöchern Zur Flüssigkeitsförderung aus Bohrlöchern-von großer Tiefe, z. B. für Erdölförderung, sind die bekannten elektromotorisch angetriebenen Bohrloch-Tauchkreiselpumpen mit einem unterhalb der Pumpe in einem rohrförmigen Gehäuse angeordneten Antriebsmotor wenig geeignet, da die Pumpen wegen der notwendigen großen Förderhöhe eine große Stufenzahl haben müssen und ihr Wirkungsgrad wegen des kleinen Lau.fraddurchmessers nur gering ist. Man hat auch an Stelle von Kreiselpumpen Membranpumpen verwendet, die jedoch nur eine geringereFörderleistung haben. Es ist bekannt, mehrere von der Förderflüssigkeit einseitig beaufschlagte Membranen in senkrechten Ebenen parallel zu der mit einem Elektromotor gekuppelten Antriebswelle anzuordnen und von dieser über Exzenter, Nocken usw. anzutreiben. Der gleiche Exzenter treibt hierbei über ein Antriebsgestänge jeweils zwei einander gegenüberliegende Membranen an, die mit diesem mechanisch verbunden sind und phasenverschoben arbeiten, wobei sie starken, ihre Lebensdauer beeinträchtigenden Wechselbeanspruchungen ausgesetzt sind. Zur Verwendung in Tiefbohrlöchern sind derartige Membranpumpen aber nicht geeignet, da ihre Saug- und Druckventile in besonderen, seitlich zumPumpengehäuse liegenden Kammern untergebracht sind. Die Pumpen weisen daher in radialer Richtung große Abmessungen auf, zumal auch die Saug- und Druckleitung in waagerechter Richtung in die Ventilkammern ein-. geführt werden muß.
• Der Stand der Technik kennt auch als Tiefbrunnenpumpe ausgebildete doppelt wirkende ventillose Membranpumpen, die zwei in Achsrichtung verlaufende lange streifenförmige Membranen aufweisen. Jede Membran ist von einer Vielzahl schraubenförmig angeordneter Exzenter unter Vermittlung rahmenförmigerDruckkörper angetrieben. Die beiden Streifenmembranen sind außen durch je einen Deckel abgeschlossen, der mit dem Pumpengehäuse einen zylindrischen Körper von glatter Außenfläche bildet. Beide Deckel weisen an ihrem unteren Ende eine nicht mit einem Saugventil versehene Öffnung auf, und zwar wird jeweils die eine Saugöffnung durch die von dem untersten Exzenter gegen sie gedrückte Membran geschlossen und die gegenüberliegende Saugöffnung geöffnet. Die Flüssigkeitsförderung erfolgt hierbei dadurch, daß die Exzenter nacheinander den Arbeitsraum bis zur Mitte schließen und die Flüssigkeit vor sich her drücken, so daß von den schraubenförmig angeordneten Exzentern zwei Flüssigkeitswellen von unten nach oben gedrückt werden. Eine derartige doppelt wirkende Membranpumpe hat wegen Fehlens der Ventile nur eine geringe Förderleistung und ist im , ,vesentlichen auch nur zur Förderung von Flüssigkeiten hoher Viskosität geeignet.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine insbesondere zur Flüssigkeitsförderung aus Tiefbohrlöchern geeignete elektromotorisch angetriebene Hochdruckkolbenpumpe zu schaffen, die bei geringem Durchmesser hohe Förderleistungen hat und besonders zur Erdölförderung geeignet ist. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Pumpenräume mehrerer einem gemeinsamen Antriebsexzenter od. dgl. zugeordneter und um diesen angeordneter Membranen, welche von j e einem gesonderten, sich auf einem gemeinsamen Exzenter abstützenden Kolben angetrieben werden, nach außen in an sich bekannter Weise durch mit dem Gehäuse des Pumpengetriebes einen geschlossenen Körper bildende Deckel abgeschlossen sind und die Deckel mit einem selbsttätigen Saugventil versehen sind. Eine derartige Ausgestaltung der Pumpe ergibt bei geringer axialer Länge eine hohe Förderleistung, da sich die Leistungen der von je einem Exzenterkolben angetriebenen Membranen addieren, so daß diese Pumpe für die Flüssigkeitsförderung aus tiefen Bohrlöchern, vor allem für Erdöl, hervorragend geeignet ist.
• Das zylindrische Pumpengehäuse wird in der bei Tauchkreiselpumpen bekannten Weise unmittelbar mit dem in einem rohrförmigen Gehäuse angeordneten elektrischen Antriebsmotor zusammengebaut, wodurch ein geschlossener Pumpensatz erhalten wird, der an der Förderleitung hängend in Bohrlöchern großer Tiefe abgesenkt werden kann. Die gleichmäßig in der Umfangsrichtung verteilt angeordneten Membranen werden durch den gemeinsamen Exzenter phasenverschoben angetrieben und liegen bei Verwendung von zwei Membranen einander diametral gegenüber. Sie arbeiten dadurch gegenläufig, während drei Membranen um jeweils izo ° gegeneinander versetzt sind und phasenverschoben arbeiten. Es können auch mehr als drei Membranen vorgesehen werden, die dann entsprechend phasenverschoben arbeiten. Durch die Verwendung mehrerer gegeneinander versetzter Membranen wird eine nahezu gleichmäßige Flüssigkeitsförderung erhalten, so daß trotz des geringer. Hubvolumens der einzelnen Membranen die gesamte Fördermenge ein Mehrfaches der Fördermengen der einzelnen Membranen ist. Die Hubzahl der Membranen kann hierbei hoch gewählt werden, so daß die Pumpe von einem schnellaufenden Motor angetrieben werden kann, wodurch sich ein geringerer Raumbedarf und ein niedriges Gewicht des Pumpensatzes ergibt, was besonders für den Einbau in Bohrlöcher großer Tiefe in der Größenordnung von mehreren Hundert Metern, wie sie bei der Erdölförderung vorkommen, von Bedeutung ist.
• Die Membranen sind mit ihrem Antriebskolben nicht mechanisch verbunden, sondern dichten diesen nur gegen die Förderflüssigkeit ab. Dadurch werden die Kolben gegen Verschleiß durch die vielfach Sand oder andere Verunreinigungen enthaltende Förderflüssigkeit geschützt. Die Pumpe erhält infolgedessen eine große Lebensdauer, besonders wenn durch entsprechende Ausbildung des Kolbens gemäß einem früheren Vorschlag der Anmelderin dafür Sorge getragen wird, daß die Membranen keinen Wechselbeanspruchungen auf Biegung ausgesetzt, sondern im wesentlichen nur auf Zug beansprucht werden. Dies kann z. B. dadurch erreicht werden, daß die an der Membran anliegende Stirnfläche des Kolbens nicht unter die Einspannfläche der Membran zurückbewegt werden kann.
• Um denWirkungsgrad derPumpe zu verbessern, werden in weiterer Ausgestaltung der Erfindung die Saugventile in an sichbekannterWeise ingeringem Abstand vom Kolben in der Verlängerung der Achse desselben angeordnet. Sie können daherbeim Saughub des Kolbens unbehindert geöffnet und beim Druckhub infolge der Druckerhöhung der Förderflüssigkeit im Pumpenraum sofort geschlossen werden. Dadurch wird ein leichtes Öffnen der Ventile beim Saughub und ein schnelles Schließen beim Druckhub erreicht, wodurch die Ventilverluste gering gehalten werden und der Wirkungsgrad der Pumpe verbessert wird.
• Wegen der hohen auftretenden Förderdrücke ist es besonders wichtig, daß die Verbindung vom Pumpensaugraum zum Druckventil druckdicht ausgebildet wird, was. in weiterer Ausgestaltung der Erfindung dadurch erreicht werden kann, daß diese Verbindung durch eine Buchse hergestellt wird, die in das Pumpengehäuse sowie den den Pumpenraum der Membran begrenzenden Deckel eingeschraubt ist. Da die Seitenflächen dieses Deckels gegen die auftretenden hohen Drücke schlecht abzudichten sind, wird durch die in das Pumpengehäuse eingesetzte Buchse auch bei höchsten Drücken eine sichere und einwandfreie Abdichtung erreicht.
• Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt, aus der auch weitere Einzelheiten zu entnehmen sind.
• Abb. i zeigt einen Längsschnitt und Abb.2 einen Querschnitt der Pumpe in der Ebene A-B.
• Das Gehäuse i der zum Einbau in Bohrlöcher bestimmten Tauchpumpe ist mit dem rohrförmigen Gehäuses 2 des untenliegenden, nicht dargestellten elektrischen Antriebsmotors, z. B. eines Kurzschlußläufermotors, unmittelbar verbunden. Der Motor treibt eine in dem- Wälzlager 7 gelagerte Pumpenwelle 8 an, die in der Mitte als Exzenter 9 ausgebildet ist und an ihrem oberen Ende eine Buchse io trägt, die in einem Wälzlager i i gelagert ist. Auf dem Exzenter 9 ist ein Ring 13 gelagert, auf dem drei um i2o° gegeneinander versetzte Kolben 14 gleiten, die in Buchsen 15 radial geführt sind. Die an dem Exzenterring 13 anliegende Seite der Kolben 14 ist mit einer kreisförmigen Ausnehmung versehen, deren Durchmesser gleich oder größer ist als der größte vom Exzenterring 13 beschriebene Kreis. An jedem Kolben 14 liegt eine kreisförmige Membran 16 aus elastischem Werkstoff, wie Gummi oder Kunststoff, z. B. Polycarbamid, lose an, die an ihrem Rand zwischen dem Pumpengehäuse i und dem Deckel 17 fest eingespannt ist. Die Kolben 14 ragen in ihrer inneren Endlage über die Einspannebene der Membran 16 hinaus, so daß diese beim Hub des Kolbens keinen wechselnden Biegungsbeanspruchungen ausgesetzt ist, sondern nur auf Zug belastet wird. Die Membran 16 wird durch eine Feder 18. die in dem Gehäusedeckel 17 verankert ist und an einem auf der Membran anliegenden Teller ig drückt, in dauernder Berührung mit dem Kolben 14 gehalten. Der von der Membran 16 begrenzte Pumpenraum 20 steht über einen durch das Saugventil 21 verschlossenen Kanal 22 in Verbindung mit der Pumpensaugöffnung 23, die an der Außenseite des Deckels 17 eingearbeitet ist und nach außen durch ein Sieb 24 begrenzt ist.
• Das den Pumpenraum 20 mit der Druckleitung 27 verbindende Druckventil 28 sitzt auf einer Buchse 29, die in den Gehäusedeckel 17 sowie das Pumpengehäuse i eingeschraubt ist, wodurch eine druckdichte Verbindung des Pumpenraumes 20 mit dem Druckventil 28 erhalten wird, und zwar unabhängig von der Dichtung des Gehäusedeckels 17.
• Die Druckkanäle 27 der drei Pumpenräume 2o sind in dem Deckel 31 des Pumpengehäuses i vorgesehen und vereinigen sich zu dem Druckstutzen 32, an den die Steigleitung 33 angeschlossen ist.
• Die Stromzuführung zu dem Motor erfolgt durch vier einzelne Kabel 38, die in entsprechenden Bohrungen 39 des Pumpengehäuses i untergebracht sind.
• Das Motorgehäuse 2 ist ebenso wie das Pumpengehäuse i druckfest gekapselt. Es wird daher auch bei großen Eintauchtiefen eine hoheBetriebssicherheit der Pumpe erreicht.

Claims (5)

1. PATE NTANSPRICGHE: i. Elektromotorisch angetriebene Hochdruckkolbenpumpe mit einem unterhalb der Pumpe in einem rohrförmigen Gehäuse angeordneten Antriebsmotor, insbesondere zur Flüssigkeitsförderung aus Tiefbohrlöchern, bei der mehrere, einem gemeinsamen Antriebsexzenter od. dgl. zugeordnete und um diesen angeordnete Membranen; deren Ebenen parallel zur Achse liegen, durch je einen sich auf dem Exzenter abstützenden und in radialer Richtung geführten Kolben angetrieben sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpenräume (2o) der Membranen (i6), welche von je einem gesonderten, sich auf einem gemeinsamen Exzenter (g) abstützenden Kolbenr (i4) angetrieben werden, nach außen in an sich bekannter Weise durch mit dem Gehäuse (i) des Pumpengetriebes einen geschlossenen Körper bildende Deckel (i7) abgeschlossen sind und die Deckel (i7) mit einem selbsttätigen Saugventil (2i) versehen sind.
2. 2. Pumpe nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Saugventile (2i) in an sich bekannter Weise in geringerem Abstand vom Kolben (i4) in der Verlängerung der Achse desselben liegen.
3. 3. Pumpe 'nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Pumpenraum (2o) mit dem Druckkanal (27) durch ein Druckventil (28) verbunden ist, dessen Sitz von einer dicht in das Pumpengehäuse (i) und den Deckel (i7) eingeschraubten Buchse (29) gebildet ist.
4. 4. Pumpe nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die an dem Exzenter (i3) anliegende Seite des Kolbens (i4) eine kreisförmige Ausnehmung hat, deren Durchmesser gleich oder größer ist als der größte vom Exzenter (i3) beschriebene Kreis.
5. 5. Pumpe nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das Pumpengehäuse mit an sich bekannten axialen Kanälen (39) versehen ist, durch die das Stromzuführungskabel(38) ohne Unterbrechung zu dem unterhalb der Pumpe angeordneten Antriebsmotor geführt ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 884 279, 637 586, 6o8 030; britische Patentschriften Nr. 588 612, 409 7o4.