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Spülpumpe mit Kurbelantrieb für Tiefbohranlagen.
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Bohrungen auf Erdöl, Erdgas u. dgl. bestimmt sind, erfolgt die Reinigung der Bohrlochsohle mittels einer schlammartigen Flüssigkeit von hohem spezifischen Gewicht, um während der Bohrarbeit den Druck des Öles, der Erdgase od. dgl. überwinden zu können. Derartige Flüssigkeiten haben die nachteilige Eigenschaft, dass sie infolge ihres hohen spezifischen Gewichtes die aus dem Bohrloch herausgespülten Gesteinspartikeln nur langsam ausscheiden. Die Folge hievon ist, dass diese Gesteinspartikeln infolge des Kreislaufes der Spülflüssigkeit in die Spülpumpe geraten und deren bewegliche Teile, insbesondere die Kolben, Stopfbuchsen und Ventile rasch abnutzen.
Um Betriebsstörungen infolge Instandsetzungsarbeiten an den Pumpen zu vermeiden, pflegt man daher bei Bohranlagen zumeist zwei Spülpumpen anzuordnen und diese abwechselnd zu benutzen, wobei jedoch auch eine gleichzeitige Verwendung der beiden Pumpen erfolgen kann, insbesondere beim Beginn der Bohrarbeiten, um trotz des grösseren Bohrloehdurehmessers eine genügend grosse Geschwindigkeit des aufsteigenden Spülstromes zu erzielen.
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der Druck der Spülpumpen in weiten Grenzen verändert werden können. Die derzeit im Bohrbetrieb verwendeten Pumpen entsprechen den gestellten Anforderungen vom Standpunkte der raschen Ver- änderungsmöglichkeit der geförderten Flüssigkeitsmenge und des erzielten Pumpendruckes nicht vollkommen. Es werden entweder Dampfpumpen oder mittels Kurbeln betätigte Pumpen verwendet.
Bei Dampfpumpen kann die Veränderung der Fördermenge pro Zeiteinheit wohl durch Regelung der Dampfzufuhr in weiten Grenzen stufenlos erfolgen, aber das Ansteigen des Flüssigkeitsdruckes über ein gewisses, durch die Bohrung des Dampfzylinders und den Dampfdruck bedingtes Mass erfordert einen Austausch der Pumpenkolben und deren Führungsbüehsen gegen solche von kleinerem Durchmesser. Bei Kolbenpumpen mit Kurbelantrieb ist eine stufenlose Regelung der volumetrischen Leistung nur möglich, wenn auch die Umlaufzahl des Antriebsmotors der Pumpen stufenlos veränderlich ist. Da dies aber weder beim Antrieb durch Drehstrommotoren, noch beim Antrieb durch Verbrennungsmotoren möglich ist, ohne gleichzeitig ihre Leistung zu ändern, so kann eine Änderung des Flüssigkeitsdruckes ohne Änderung der volumetrisehen Leistung nicht erfolgen.
Es ist daher notwendig, entweder das Übersetzungsverhältnis des Antriebes oder den Kolbendurchmesser der Pumpe zu ändern. Derzeit wird gewöhnlich von der letzteren Massnahme Gebrauch gemacht.
Da die Spülpumpen der Bohranlagen sehr bedeutende Drücke überwinden müssen, müssen auch
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Ein Austausch der Kolben und Kolbenbüchsen mehrzylindriger, vom Spülsehlamm beschmutzter Pumpen, ist daher zeitraubend und kann mit der erforderlichen Sorgfalt nicht in jener kurzen Zeit durchgeführt werden, wie dies in vielen Fällen erwünscht wäre, beispielsweise um bei einer eingetretenen Verstopfung des Werkzeuges den Sehlammpfropfen aus diesem herauszudrücken, bevor sich noch infolge des Unterbleiben der Spülung der Schlamm im Bohrloch abgesetzt hat. Aus diesem Grunde ist-was die Erfindung ausnutzt-eine Leistungsänderung der Pumpen durch eine Änderung des Übersetzungsverhältnisses an und für sich einer andern Regelungsart vorzuziehen.
Eine solche Regelungsart wird aber
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infolge der Anordnung der für die Geschwindigkeits-und Druckabstufung erforderlichen grossen Zahl von Wechselrädern zu vermeiden.
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Gemäss der Erfindung werden nun die Übelstände der Verwendung von Zahnradübersetzungen für den Zweck der Leistungs- und Druckänderung von Pumpen dadurch behoben, dass für beide Spülpumpen einer Bohranlage ein gemeinsames Vorgelege mit den entsprechenden Übersetzungen vorgesehen
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der Erfindung zweckmässig zwei Pumpen verschiedener volumetrischer Leistung am besten zwei Pumpen gleicher Konstruktion und Grösse, jedoch mit Kolben von verschiedenem Durchmesser verwendet werden.
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von Wechselrädern eine grosse Anzahl von verschiedenen Leistungs-und Druekstufen erzielt werden kann, wobei diese Anzahl dem Dreifachen der Anzahl der Weehselräder entspricht.
Sind beispielsweise bei einer mit gleichbleibender Umlaufzahl betätigten Doppelpumpe vier Zahnradübersetzungen in der Abstufung von je% vorhanden und beträgt das Leistungsverhältnis der beiden Pumpen bei einer Um- drehung 1/l 5, so sind nachstehende Leistungsabstufungen möglich. Für die eine Pumpe : 1, 2,4 und 8.
Für die zweite Pumpe : 1'5, 3,6 und 12 und für beide Pumpen gleichzeitig : 2'5, 5, 10 und 20.
Durch die erfindungsgemässe Verbindung von zwei Pumpen durch ein gemeinsames Vorgelege ergeben sieh auch sonst noch Vorteile, welche zwei einzelne Pumpen nicht besitzen, wie insbesondere der Entfall eines Antriebsmotors mit allen zum Betrieb erforderlichen Teilen, die Möglichkeit der Verwendung eines einzigen Winkkessels für beide Pumpe, die Möglichkeit der Vereinigung der Druckleitungen usw. Es ist auch selbstverständlich, dass eine erfindungsgemäss ausgeführte Doppelpumpe leichter und billiger ist als zwei Einzelpumpen, selbst wenn letztere nur je ein Drittel der verschiedenen Leistungund Druekstufen besitzen.
Die Zahl der Abstufungen kann natürlich beliebig gross gewählt werden. So ist es beispielsweise in dem vorerwähnten Falle möglich, die Zahl der Stufen schon dadurch zu verdoppeln, dass die gemein- same Antriebsscheibe (Ketten-, Riemenscheibe od. dgl. ) der Pumpen als Scheibe mit zwei Stufen aus- gebildet wird. Überdies können beispielsweise auch gewisse Arten von Antriebselektromotoren mit mehreren voneinander verschiedenen Umlaufszahlen betrieben werden.
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pro Umdrehung zu erzielen, ist es zweckmässig, die Kurbelwellen der beiden Pumpen bei der Arbeit in solche Stellungen zueinander zu bringen, dass die einzelnen Kurbelzapfen im Kurbelkreis in gleichen Abständen aufeinanderfolgen bzw.
dass die Kurbelzapfen unter gleichen Winkeln gegeneinander versetzt sind.
In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise veranschaulicht. Die Fig. 1-3 zeigen im Grundriss, im Kreuzriss und im Aufriss eine Doppelpumpe, welche aus zwei, auch einzeln zu betätigender, zweizylindriger doppelwirkender Kolbenpumpen 1 und 2 gebildet wird.
In einem beiden Pumpen gemeinsamen Kurbelkasten 3 sind die Antriebswelle 4, die Vorgelegewelle 5 und die beiden Kurbelwellen 6 und 7 gelagert. Der Antrieb der Pumpe erfolgt von einer Riemenseheibe 8 aus, welche mittels einer Kupplung, z. B. einer Reibungskupplung durch Betätigung des Handrades 9 mit der Welle 4 verbunden werden kann. Auf der Welle 4 sind zwei Stirnräderpaare 10 und 11 verschiebbar
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Eingriff gebracht werden können. Die Einrichtung ist so getroffen, dass die Schaltung der Gesehwindigkeitsstufen nur in der Weise vorgenommen werden kann, dass immer nur ein Stirnräderpaar verschoben werden kann, während das zweite Stirnräderpaar in der Leerlaufstellung blockiert ist. Zu diesem Zweck
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jeweils nur immer eine Scheibe verdreht werden kann.
Von der Vorgelegewelle 5, die beim Ausführungsbeispiel der Zeichnung mit vier Geschwindigkeiten laufen kann, werden die beiden Pumpen einzeln oder gleichzeitig durch Einschalten der Stirnräder 20 bzw. 21 in an die Kurbelwellen 6 und 7 angeflanschte Zahnräder 22 bzw. 23 betätigt, wobei das Einoder Ausschalten einzelner oder beider Pumpen mittels an der Stirnseite des Kurbelkastens angebrachter Schalthebel 25, 26 bewirkt wird.
Die Einstellung der beiden Pumpen in richtiger Kurbelstellung zueinander kann man durch Verdrehen der Antriebswelle 4 erreichen. Die Antriebswelle ist bei dem Ausführungsbeispiel der Zeichnung
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Ratsche od. dgl. zu ermöglichen, mit welcher die Antriebswelle verdreht werden kann. Wenn man vom Antrieb einer Pumpe auf den Antrieb beider Pumpen übergehen will, wobei deren Kurbeln bestimmte Stellungen einnehmen sollen, werden die Schieber 27 und 28 in den Druckleitungen geschlossen, die Pumpen entleert, deren Kurbelwellen durch Verdrehen mittels der Handkurbel in die erforderlichen Stellungen gebracht und das betreffende Antriebsrad mit Hilfe des Schalthebels 25 bzw. 26 in das Stirnrad 22 bzw. 23 eingeschoben. Hierauf wird das Entleerungsorgan der Pumpe geschlossen, die Schieber werden geöffnet, und die Reibungskupplung wird mittels des Handrades 9 eingeschaltet.
Um richtige Eingriffe herzustellen, sind die beiden Zahnräder 22 und 23 mit Bandscheiben 24 versehen (Fig. 4 und 5) die an bestimmter Stelle je eine Ausnehmung besitzen, so dass die Zahnräder 20 bzw. 21 nur in einer ganz bestimmten Stellung der Zahnräder 22, 23 mit diesen zum Eingriff gebracht werden können.
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Um von aussen feststellen zu können, ob die unter der Verschalung 29 befindlichen Karbel- kröpfungen die richtige Lage haben und ob die Zahnräder 20, 21 eingedrÜckt werden können, sind an den äusseren Enden der Kurbelwelle Scheiben- 0, 31 aufgekeilt, die an Marken 32 (Fig. 3) die Stellung der
Kurbeln anzeigen.
Beim Ausführungsbeispiel gemäss Fig. l besteht die Pumpe aus je zwei zweizylindrigen doppelt wirkenden Pumpen, deren Kurbeln unter einem solchen Winkel zueinander gestellt sind, dass die Druck- bzw. die Saugimpulse in möglichst gleichen Zeitabständen aufeinanderfolgen. Die Pumpe wird am besten so ausgeführt, dass bei beiden Kurbeln der zwei Zylinder einen Winkel von 900 einschliessen und dem- entsprechend werden die Kurbelwellen 6 bzw. 7 derart ausgeführt, dass die Kurbelkröpfungen mitein- ander einen Winkel von 900 bilden. Es werden daher die Totpunktlage in dem einen Zylinder stets mit der Mittellage des Kolbens im andern Zylinder zusammenfallen.
Werden zwei solche zweizylindrige doppeltwirkende Pumpen miteinander verbunden, also eine vierzylindrige doppeltwirkende Pumpe gebildet, so kann eine höhere Gleichmässigkeit im Kraftbedarf auch ohne Schwungräder und grosse Wind- kessel erzielt werden, wenn man die Kurbel in eine solche Lage bringt, dass die Kurbelzapfen im Kurbel- kreis in gleichen Abständen aufeinanderfolgen, also gegeneinander um 900 versetzt liegen, so dass auf eine volle Umdrehung der beiden miteinander gekuppelten Kurbelwellen bei je einer Verdrehung um
900 gleichartige Impulse erfolgen.
Um die diesen Kurbelstellungen entsprechenden Eingriffsstellungen der miteinander in Eingriff zu bringenden Räder des Getriebes zu gewährleisten, sind die Zahnräder 22 und 23, welche die einzelnen Kurbelteile betätigen mit Scheiben versehen, in welche die korrespondierenden
Ritzel 20 und 21 nur dann eingerückt werden können, wenn sich die mit den Zahnrädern verbundenen
Kurbeln in der vorstehend beschriebenen Lage befinden.
Sind die Antriebsräder der Kurbelwellen nicht innerhalb des Gehäuses, sondern aussen angeordnet oder ist auf der Vorgelegewelle genügend Platz vorhanden, so können auch Klauenkupplungen zur An- wendung gelangen, wobei um das Einkuppeln nur in einer einzigen Stellung zu gestatten, die Klauen 33, 34 der Kupplung ungleich ausgebildet sind (Fig. 6 und 7).
Aus den Fig. 1-3 ist ersichtlich, dass es möglich ist, durch den Zusammenbau zweier Pumpen zu einem einzigen Aggregat verschiedene Vorteile zu erzielen. So genügt eine einzige Antriebsscheibe und ein einziger Antriebsmotor für beide Pumpen, ebenso können auch der Windkessel 35 und die Druckleitungen 36 gemeinsam sein.
Da es vorkommen kann, dass die eine Pumpe instandgesetzt werden muss, während die andere arbeitet, ist es notwendig in die Druckleitungen Absperrorgane 27 und 28 einzubauen. Es ist selbstverständlich, dass auch Filtereinriehtungen für beide Pumpen gemeinsam sein können, desgleichen auch die Sicherheitsventile 37, 38 obwohl sie bei dem Ausführungsbeispiele der Zeichnung getrennt angeordnet sind. Dagegen ist es im allgemeinen zweckmässiger, die Saugleitungen. 39, 40 nicht zu vereinigen, da diese im Bohrbetrieb an und für sieh so kurz als möglich gehalten werden sollen.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Spülpumpe mit Kurbelantrieb für Tiefbohranlagen, dadurch gekennzeichnet, dass diese aus zwei Pumpen, zweckmässig mit verschiedener volumetrischer Leistung besteht, die mittels eines gemeinsamen Vorgeleges mit zwei oder mehreren Übersetzungen derart verbunden sind, dass sowohl jede Pumpe für sich als auch beide Pumpen gemeinsam mit der gleichen Anzahl von Stufen in der Umlaufzahl, wie sie der Anzahl der Übersetzungen des gemeinsamen Vorgeleges entspricht, betätigt werden können.