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Membrankolbenpumpe
Die Erfindung betrifft eine Membrankolbenpumpe, insbesondere eine Tauchpumpe für die Förderung aus Tiefbohrlöchern, bei der zwischen einer die Pumpenkammern abschliessenden Fördermembrane und dem Pumpenkolben eine mit Arbeitsflüssigkeit vollständig angefüllt Arbeitskammer vorgesehen ist, deren durch Leckverluste entstehende FlUssigkeitsvolumenverminderung aus einem Speicherraum ausgeglichen wird.
Für die Pumpen der vorgenannten Art ist es bereits bekannt geworden, zur Kompensation der Leckverluste in der Arbeitskammer in die letztere über Rückschlagventile beim Saughub des Kolbens Arbeitsflüssigkeit nachzuliefern. Dabei nimmt man in Kauf, dass eine z. B. auf Erwärmung beruhende oder durch das ungesteuerte Arbeiten der Rückschlagventile verursachte Vermehrung des normalen Volumens der Arbeitsflüssigkeit nur auf dem Wege über die Sicker- bzw. Leckverluste wieder abgebaut werden kann und dass dann die Membrane längere Zeit stark ausgebogen und in einem Bereich arbeitet, der ihre Beanspruchung in unerwünschter Weise steigert. Im Grenzfalle kann dies zur Beschädigung der Membrane oder auch dazu führen, dass die zu stark ausgebogene Membrane den Durchfluss des Fördergutes durch den Förderraum der Pumpe blockiert.
Es ist auch bekannt, bei einer Membrankolbenpumpe zwischen einer die Pumpenkammer abschlie- ssenden Fördermembrane und dem Pumpenkolben eine mit Arbeitsflüssigkeit vollständig angefüllte Arbeitskammer vorzusehen, die zur Ergänzung ihres Flüssigkeitsvolumens über eine Zuflussleitung und zur Abfuhr überschüssiger Arbeitsflüssigkeit über eine Abflussleitung mit einem Speicherraum verbunden ist.
Hiebei wird durch mit einstellbaren Rückschlagventilen versehene Zufluss- und Abflussleitungen die Überschreitung eines maximalen Arbeitsdruckes und die Unterschreitung eines minimalen Druckes in der Arbeitskammer verhindert. Da also die Zufuhr und die Abfuhr von Arbeitsflüssigkeit unabhängig von der jeweiligen Einstellung der Arbeitsmembrane ist, kann es geschehen, dass auf Grund eines plötzlich auftretenden Förderwiderstandes das Flüssigkeitsvolumen in der Arbeitskammer so verändert wird, dass die Arbeitsmembrane nicht mehr exakt um ihre Mittellage schwingt, wodurch starke und unregelmässige Beanspruchungen des Membranwerkstoffes eintreten, die zu einer vorzeitigen Ermüdung und damit Zerstörung der Membrane führen.
Durch die Erfindung werden diese Nachteile dadurch vermieden, dass zum Volumenausgleich der Arbeitskammer ein von der Arbeitsmembrane betätigtes Steuerorgan vorgesehen ist, welches bei zu geringer Ausstülpung der Membrane die Arbeitskammer zur Zuflussleitung und bei zu grosser Ausstülpung der Membrane zur Abflussleitung hin öffnet.
Durch diese Anordnung wird erreicht, dass die Membrane die Pumpenkammer von den durch Kanäle verbundenen, Arbeitsflüssigkeit enthaltenden Kammern trennt und die arbeitenden Teile der Pumpe und deren Antrieb vor Verunreinigungen durch das Fördergut schützt.
Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Steuerorgan als Ventilschieber ausgebildet, welcher mit der Membrane verbunden ist und in Abhängigkeit von der Membranstellung eine Abflussleitung für dieArbeitskammer öffnet oder aber die Arbeitskammer zu einer Arbeitsflüssigkeit nachliefernden Zuflussleitung öffnet. Die beiden vom Steuerschieber beaufschlagten Leitungen können dabei unmittelbar mit dem Speicherraum verbunden und mit Rückschlagventilen versehen sein.
Sind in einemPumpenaggregat eine Mehrzahl vonPumpenkolben und Arbeitsmembranen kombiniert,
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erhält erfindungsgemäss jede einzelne Pumpe ein eigenes Steuerorgan für den Volumenausgleich. Es wird für alle Einzelpumpen ein gemeinsamer Speicherraum vorgesehen.
Wenn die erftndungsgemässe Pumpe als Tauchpumpe ausgebildet ist, wird in an sich bekannter Weise der Motor und das Getriebe der Pumpe im Speicherraum angeordnet, wobei dann der Speicherraum dem Aussendruck der Förderflüssigkeit ausgesetzt wird.
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und der beigefügten Zeichnung, in der als Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Tieftauchpumpe in axialem Schnitt schematisch dargestellt ist.
Bei dem Ausftlhrungsbeispiel der Zeichnung enthält das Pumpenmantelrohr 1 ein zylindrisches Gehäuse 2, an das sich über ein Zwischenstück 3 die Förderleitung 4 anschliesst.
In einer Querbohrung des Gehäuses 2 ist in Kugellagern 5 und 6 eine Exzenterwelle 7 gelagert, die ihren Antrieb über Kegelräder 8 und 9 von der Welle 10 eines ebenfalls im Mantelrohr 1 eingebauten Elektromotors 32 erhält.
Die Exzenterwelle 7 veranlasst entgegen der Wirkung einer Feder 11 und unter Vermittlung eines Stössels 12 die axiale Verschiebung des Pumpenkolbens 13, der seine Bewegungen über eine Arbeitsflüssigkeit auf die zwischen dem Gehäuse 2 und dem Zwischenstück 3 eingespannte Arbeitsmembrane 14 über- trägt. Die Membrane 14 trennt die Pumpenkammer 15 von den durch Kanäle 18 verbundenen, Arbeitsflüssigkeit enthaltenden Kammern 16 und 17 und schützt die arbeitenden Teile der Pumpe und deren Antrieb vor Verunreinigung durch das Fördergut. Die Pumpenkammer 15 ist über die Bohrung 19 und das Druckventil 20 mit der Förderleitung 4 verbunden und nimmt das Fördergut auf, welches über das Schutzsieb 21, die Zuflussleitung 22 und das Saugventil 23 in die Pumpenkammer 15 eingetreten ist.
Der Raum 24 dient als Speicher- und Ausgleichsbehälter für die Arbeitsflüssigkeit, in der auch die Antriebsteile des Kolbens 13 laufen. Die Membranen 25 übertragen den Aussendruck auf die gespeicherte Arbeitsflüssigkeit. Zur Verbindung des Speicherraumes 24 mit den Kammern 16 und 17 sind die Zuflussleitung 26 und die Abflussleitung 28 vorgesehen. Die oberen Mündungen dieser Leitungen steuert der Kolben 30, der über den Schaft 31 bewegungsabhängig an die Membrane 14 angeschlossen ist. Hiebei kann der Schaft 31 mit dem Kolben 30 und bzw. oder der Membrane 14 über Ausgleichsgelenke verbunden sein.
Die Leitungen 26 und 28, deren Anzahl beliebig gewählt werden kann, sind mit Rückschlagventilen 27 und 29 ausgestattet. Ihre oberen Mündungen sind in der Bahn des Kolbens 30 derart angeordnet, dass dieser mit seiner einen Steuerkante über die Leitung 26 und das Rückschlagventil 27 den Zufluss zu den Kammern 16 und 17, mit der andern Steuerkante über die Leitung 28 und das Rückschlagventil 29 den Abfluss aus diesen Kammern freigibt.
Unter normalen Verhältnissen schwingt die von der Exzenterwelle 7 aus über den Stössel 12 und den Kolben 13 unter Vermittlung der in den Räumen 17 und 16 eingeschlossenen Arbeitsflüssigkeit bewegte Membrane 14 aus der gezeichneten Mittellage heraus zwischen den Kammern 16 und 15. Der mit der Membrane 14 bewegungsabhängig verbundene Kolben 30 hält dabei die ihm zugeordneten Mündungen der Leitungen 26 und 28 geschlossen und trennt dadurch die Kammern 16 und 17 von dem Speicherraum 24.
Eine z. B. durch Leckverluste über die Stössel- und Kolbenführung entstehende Verminderung des zwischen dem Kolben 13 und der Membrane 14 eingeschlossenen Volumens der Arbeitsflüssigkeit verlagert die Mittelstellung und den Schwingungsbereich der Membrane 14 weiter in die Kammer 16 hinein.
An dieser Verlagerung nimmt gleichzeitig und in gleichem Masse der Steuerkolben 30 teil. Er legt dann die Mündung der Leitung 26 frei und ermöglicht es der im Speicherraum 24 enthaltenen, über die Membrane 25 unter dem Aussendruck stehenden Arbeitsflüssigkeit, unter Öffnung des Rückschlagventiles 27 den Ausgleich der Volumenverminderung in den Kammern 16 und 17 zu bewirken.
In entsprechender Weise gibt der Kolben 30 die Mündung der Leitung 28 frei, sobald die Membrane 14 infolge einer Vergrösserung des Volumens der Arbeitsflüssigkeit in den Kammern 16 und 17 ihre Mittelstellung und ihren Schwingungsbereich zur Pumpenkammer 15 hin verlagert. Die unerwünschte Überfüllung der Kammern 16 und 17 wird dann über das Rückschlagventil 29 zum Speicherraum 24 hin ausgeglichen.
Der Ausgleich des Volumens der Arbeitsflüssigkeit setzt unverzüglich ein, sobald die Membrane 14 ihren Schwingungsbereich nach der einen oder andern Seite hin um den Betrag verlagert, der den Kolben 30 in seine die Leitung 26 und 28 freilegende Stellung bringt. Ebenso wird die Verbindung zwischen den Kammern 16,17 einerseits und dem Speicherraum 24 anderseits sofort unterbrochen, wenn die Membrane nach Herstellung des Volumenausgleiches in ihren normalen Schwingungsbereich zurückkehrt. Jede posi-
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tive oder negative Veränderung im Volumen der Arbeitsflüssigkeit wird also praktisch ohne Verzögerung ausgeglichen. Dadurch wird verhindert, dass die Membrane längere Zeit im Bereich unzuträglicher Durchbiegungen schwingt und übermässig beansprucht wird.
Gleichzeitig wird mit Sicherheit verhütet, dass die Membrane ihren Schwingungsbereich zu weit in die Pumpenkammer 15 hinein verlegt und dabei die Zuund Ableitung des Förderraums blockiert.
Bei Mehrkolbenpumpen mit achsparallelen Einzelkolben wird für diese Kolben vorteilhaft ein gemeinsamer Taumelscheibenantrieb vorgesehen. Da hiebei die einzelnen Kolben mit Phasenverschiebung arbeiten, werden auf diese Weise unerwünschte Veränderungen im Volumen der Flüssigkeit vermieden, die im Getrieberaum der Pumpe eingeschlossen ist. Die gleiche Wirkung ergibt sich auch, wenn die Einzelpumpen mit ihren Kolben in Boxeranordnung arbeiten und einen gemeinsamen Antrieb z. B. von einem Exzenter erhalten. Die Arbeitsmembranen von Mehrfachpumpen werden zweckmässig in zur Längsachse des Pumpengehäuses parallelen Ebenen und um diese Achse verteilt angebracht.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Membrankolbenpumpe, insbesondere Tauchpumpe, für die Förderung aus Tiefbohrlöchern, bei der zwischen einer die Pumpenkammer abschliessenden Fördermembrane und dem Pumpenkolben eine mit Arbeitsflüssigkeit vollständig angefüllt Arbeitskammer vorgesehen ist, welche zur Ergänzung ihres Flüssigkeitsvolumens über eine Zuflussleitung und zur Abfuhr überschüssiger Arbeitsflüssigkeit über eine Abflussleitung mit einem Speicherraum verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass zum Volumenausgleich der Arbeitskammer (16,17) ein von der Arbeitsmembrane (14) betätigtes Steuerorgan (30,31) vorgesehen ist, welches bei zu geringer Ausstülpung der Membrane (14) die Arbeitskammer (16, 17) zur Zuflussleitung (26) und bei zu grosser Ausstülpung der Membrane (14) zur Abflussleitung (28) hin öffnet.