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Die Erfindung betrifft eine Kolbenpumpe, die insbesondere als Tiefpumpe geeignet ist, mit einem stangenbetätigten Durchgangskolben und einem als Saugventil ausgebildeten ziehbaren Bodenventil.
Kolbenpumpen zur Förderung von Flüssigkeiten sind bekannt. Dabei hat sich in der Tiefbohrtechnik insbesondere für Förderhöhen bis zu etwa 400 m die Pumpenkonstruktion mit einem Durchgangskolben (Scheibenkolben) auf Grund ihrer langgestreckten Form mit geringem Durchmesser günstig gezeigt. Derartige
Pumpen werden am Ende eines Rohrstranges in ein Bohrloch bis zum jeweiligen Förderniveau abgesenkt und von über Tag mittels einer Pumpenstange betätigt, wobei die zu fördernde Flüssigkeit durch den Rohrstrang nach oben gefördert wird. Der Antrieb der Pumpenstange, an deren Ende der als Durchgangskolben ausgebildete
Pumpenkolben befestigt ist, erfolgt durch einen mit Gegengewichten ausgerüsteten Exzentertrieb.
Die Funktionsweise einer derartigen Kolbenpumpe ist wie folgt : Der Pumpenkolben gleitet in einem
Arbeitszylinder, an dessen unteren Ende ein Boden- oder Fussventil angeordnet ist. Unterhalb dieses Bodenventils ist üblicherweise ein als Ansaugstutzen vorgesehenes Siebrohr angeordnet, das seinerseits an seinem unteren Ende mit einer Kappe verschlossen ist und dazu dient, grobe Verunreinigungen des Fördergutes vom Bodenventil fern zu halten. Das Bodenventil ist als Saugventil ausgebildet, das sich beim Nach-Oben-Gehen des Pumpenkolbens (Saughub) öffnet, wodurch Fördergut in den Arbeitszylinder gesaugt wird. Hört am Ende des Saughubes die
Flüssigkeitsströmung aus dem Siebrohr in den Arbeitszylinder auf, so schliesst das Bodenventil und das im
Arbeitszylinder befindliche Fördergut wird dadurch gehindert, infolge der Schwerkraft wieder nach unten abzufliessen.
Nunmehr bewegt sich der Pumpenkolben nach unten (Leerhub). Der Pumpenkolben ist als
Durchgangskolben oder Scheibenkolben ausgebildet und weist zu diesem Zwecke ebenfalls ein Ventil auf, das eine Flüssigkeitsströmung nach oben, dh. also in Förderrichtung der Flüssigkeit und-bei Tiefpumpen der genannten Art, die unter Tag angeordnet sind-somit in Richtung der Erdoberfläche, gestattet, ein Strömen des
Fördergutes entgegen der Förderrichtung aber verhindert. Zweckmässig sind die bekannten Tiefpumpen der genannten Art so ausgebildet, dass für das Bodenventil und das Durchgangsbogenventil identische
Ventilkonstruktionen verwendet werden.
Bewegt sich nun der Pumpenkolben beim sogenannten Leerhub nach unten, so öffnet, da das Bodenventil geschlossen ist, der durch die Abwärtsbewegung des Pumpenkolbens entstehende Druck das im Kolben vorgesehene Ventil und die zwischen Pumpenkolben und Bodenventil befindliche Flüssigkeit strömt in dem
Masse, als sich der Pumpenkolben nach unten bewegt, durch den Pumpenkolben. Am Ende des Leerhubes befindet sich somit das durch die Kolbenbewegung verdrängte Flüssigkeitsvolumen auf der Förderseite des
Kolbens, bei senkrechter Anordnung der Pumpe, also oberhalb des Kolbens.
Beginnt nun ein neuer Arbeitshub, d. h. also bewegt sich der Pumpenkolben wieder nach oben, so verhindert das geschlossene Durchgangskolbenventil, das sich am Ende des Leerhubes selbsttätig geschlossen hat, ein Rückströmen der Flüssigkeit und die Pumpe fördert nunmehr Flüssigkeit. Gleichzeitig öffnet sich durch die
Saugwirkung im zwischen dem Pumpenkolben und dem Bodenventil befindlichen Raum bei nach oben gehendem Pumpenkolben das Bodenventil und Fördergut strömt wieder in den Arbeitszylinder der Pumpe ein.
Bei Tiefpumpen ist nun ein Höchstmass an Betriebssicherheit, Lebensdauer und Wartungsfreiheit zu fordern, da bei jedem technischen Gebrechen an der Pumpe die beschädigten Teile gezogen, d. h. an die Erdoberfläche gebracht und neue funktionsfähige Ersatzteile sodann wieder abgesenkt und installiert werden müssen, bevor der unterbrochene Betrieb wieder aufgenommen werden kann. In diesem Zusammenhang hat man bereits Konstruktionen geschaffen, die es ermöglichen, mit der Pumpenstange und dem daran befestigten Durchgangskolben auch das Bodenventil in einem Arbeitsgang zu ziehen, wenn das Bodenventil eine Beschädigung aufweist. Es ist dann nicht notwendig, den gesamten Rohrstrang zu ziehen.
Wie bereits erwähnt, ist eine praktisch unbegrenzte Lebensdauer der bewegten Teile in Tiefpumpen der genannten Bauart sehr wesentlich. Dies bezieht sich insbesondere auf die Abdichtung des Pumpenkolbens gegenüber der Wand des Arbeitszylinders sowie auf die Konstruktion der Ventile. Gewöhnlich verwendet man bei Tiefpumpen zur Förderung von mehr oder weniger viskosen Flüssigkeiten oder Suspensionen Kugelventile, die den Vorteil einer leichten Umspülbarkeit aufweisen, aber gegenüber vom Fördergut mitgeführten gröberen Verunreinigungen empfindlich sind. Auch die Verwendung von Klappventilen für die Förderung von stark verschmutzten Flüssigkeiten wurde schon vorgeschlagen.
Die Nachteile dieser Pumpenkonstruktionen liegen nun einerseits darin, dass sich insbesondere Kugelventile auf Grund der Empfindlichkeit gegenüber Festkörpern, die vom Fördergut mitgeführt werden, nicht bewährt haben bei Anlagen zur Förderung entsprechender Flüssigkeiten und anderseits darin, dass die Steuerung des Durchgangsventils im Pumpenkolben lediglich schwerkraftabhängig ist.
Bei einer bekannten Kolbenpumpe, deren Kolbenventil und Bodenventil jeweils als übliches Kugelventil ausgebildet sind, wurde bereits vorgeschlagen, entlang der Kolbenstange in Abständen hülsenförmige Ventilschieber vorzusehen, die aus einem Oberteil und einem härteren Bodenteil bestehen und beim Förderhub die Flüssigkeitssäule unterteilen sollen, obschon diese Schieber keine vollständige Abdichtung ergeben.
Bei andern bekannten Kolbenpumpen, deren Bodenventil wie üblich ein Kugelventil ist, ist der Durchgangskolben selbst als Ventil ausgebildet, wobei an der Pumpenstange mindestens ein Ventilkörper angeordnet ist, der jeweils mit einem hülsenförmigen Dichtkörper zusammenwirkt, der abdichtend an der
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Zylinderwand anliegt und gegenüber dem Ventilkörper eine gewisse Strecke frei verschiebbar ist. Hier wird das öffnen und Schliessen des Kolbenventils durch die Pumpenstange gesteuert und diese bekannten
Pumpenkonstruktionen weisen insbesondere beim Einsatz für sandige Flüssigkeiten verbesserte
Betriebseigenschaften auf.
Es ist ein Ziel der Erfindung, bei Kolbenpumpen, insbesondere Tiefpumpen bekannter Art, mit einem stangenbetätigten Durchgangskolben und einem als Saugventil ausgebildeten ziehbaren Bodenventil (Fussventil), das Bodenventil so zu verbessern, dass trotz der bei einem Bodenventil gegebenen hohen Belastung und Erosion durch Feststoffe im Fördergut eine ausgezeichnete Lebensdauer bei unveränderten guten Gleit- und
Dichteigenschaften erzielt werden und so die Nachteile der bekannten Kugelventile zu vermeiden.
Die erfindungsgemässe Kolbenpumpe ist zur Erreichung dieses Zieles vor allem dadurch gekennzeichnet, dass das Bodenventil einen zentralen mit einem gegebenenfalls mit einer Auflage aus Dichtungsmaterial versehenen Kegelsitz ausgestatteten Ventilkörper aufweist, der in einem mit dem Pumpenzylinder verbundenen
Fussteil (Schuh) einschraubbar ist, und auf dem der hülsenförmige Dichtkörper eine gewisse Strecke frei verschiebbar aufgesetzt ist.
Der Ventilkörper weist dabei im Gleitbereich des Dichtkörpers vorteilhaft einen sternförmigen Querschnitt auf.
Der Dichtkörper ist gemäss einem weiteren Kennzeichen der Erfindung als an mindestens einem Ende umgebördelte Hülse, vorzugsweise aus Metall und mit vorzugsweise kreisförmigem Innenquerschnitt ausgebildet, wobei an der Aussenseite der Hülse eine Auflage aus Dichtungsmaterial vorgesehen ist. Diese Auflage ist vorteilhaft einstückig vorgesehen. Nach weiteren Kennzeichen der Erfindung ist die Auflage mit ringförmig verlaufenden Ausnehmungen versehen, deren Seitenwände schräg zur Hülsenachse verlaufen können und wobei die Auflage günstig aus elastischem Kunststoffmaterial, vorzugsweise aus vulkanisierbarem synthetischen
Kautschuk, wie insbesondere Perbunan, besteht.
Gemäss der bevorzugten Ausführungsform ist die Hülse des Dichtkörpers im umgebördelten Bereich als
Kegelsitz ausgebildet.
Wählt man bei der erfindungsgemässen Kolbenpumpe, wie dies bei Kolbenpumpen auf Kugelventilbasis üblich ist, für Durchgangskolben und Bodenventil ein einheitliches Ventilsystem, d. h. bildet man den
Durchgangskolben entsprechend der erfindungsgemässen Bodenventilkonstruktion aus, so ergibt sich ein einheitlicher Dichtkörper für beide Ventile und eine praktisch unbegrenzte, wartungsfreie Lebensdauer der
Pumpe.
Der Gegenstand der Erfindung wird nachstehend an Hand von Zeichnungen näher erläutert, die den
Gegenstand der Erfindung beispielsweise darstellen und in denen Fig. 1 einen Querschnitt durch eine
Kolbenpumpe, bei der zum Ziehen des Bodenventils eine Gewindeverbindung zwischen dem Ventilkörper des
Pumpenkolbens und dem Ventilkörper des Bodenventils herstellbar ist, Fig. 2 einen entsprechenden Pumpenquerschnitt, wobei zum Ziehen des Bodenventils der Ventilkörper des Durchgangskolbens mittels einer
Stange mit dem Ventilkörper des Bodenventils verbunden ist, Fig. 3 in vergrössertem Massstab einen Querschnitt durch einen Ventilkörper im Gleitbereich des Dichtkörpers zeigt und Fig. 4 die Dichtung zwischen der Zugstange und dem Ventilkörper des Bodenventils erkennen lässt.
Fig. 1 und 2 zeigen eine Pumpenkonstruktion, bei der die besondere Ausbildung des Bodenventils in analoger Weise auf den Durchgangskolben angewendet ist.
Dabei lässt Fig. 1 den Pumpenzylinder-l-erkennen, zu dessen Enden Muffen-2 und 3-vorgesehen sind, wobei sich von der oberen Muffe-2-ein nicht dargestellter Rohrstrang fortsetzt und an der unteren Muffe-3-, auch Fussteil oder Schuh genannt, ein ebenfalls nicht dargestellter Ansaugstutzen befestigt ist. Im PumpenzyHnder--l--gleitet ein Pumpenkolben--4--, der als Durchgangsventil ausgeführt ist. Dabei ist ein zentraler Ventilkörper --5-- vorgesehen, auf dem ein hülsenförmiger Dichtkörper --6-gleitbar angeordnet ist. Im oberen Teil des Ventilkörpers --5-- erkennt man eine Gewindebohrung-7-, in die eine nicht dargestellte, sich nach oben erstreckende Pumpenstange eingeschraubt ist.
Die Pumpenstange steht mit einem Exzenterantrieb zur Hin- und Herbewegung des Ventilkörpers--5--in Verbindung. Der hülsenförmige Dichtkörper --6-- besteht aus einer im unteren Bereich Bereich nach aussen umgebördelten Hülse--8--, die eine Auflage --9-- aus Dichtungsmaterial trägt, welche an der Innenwand des Pumpenzylinders--l--abdichtend anliegt. Der Dicktkörper --6-- kann zwischen einem oberen Anschlag --10-- am Ventilkörper-5-und der Lage frei innerhalb des Pumpengewindes gleiten, wo ein im umgebördelten Bereich der Hülse-8-vorgesehener Kegelsitz-11-mit einer korrespondierenden Kegelfläche --12-- am Ventilkörper in Berührung tritt.
Diese Kegelfläche-12--am Ventilkörper ist ein Teil eines Dichtungsringes-13-, der am Ventilkörper --5-- vorgesehen ist. Im unteren Teil des Ventilkörpers-5-ist noch eine mit einem Gewinde versehene Ausnehmung --14-- zu erkennen, deren Aufgabe später erklärt werden soll.
In den Fussteil (Schuh)-3-ist ein Bodenventil --15-- eingeschraubt, das in analoger Weise wie der Durchgangskolben aus einem Ventilkörper --16-- besteht, auf dem ein hülsenförmiger Dichtkörper --17-- gleitbar angeordnet ist.
Die Konstruktion des Ventilkörpers-16-und der Dichtkörper-17-entspricht
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weitgehend der des Ventilkörpers--5--bzw. des Dichtkörpers --6-- des Durchgangskolbens (Pumpenkolbens)--4-. Der Dichtkörper-17--ist frei verschiebbar zwischen einen Anschlag --18-- am
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können die Ventilkörper-5 und 16-zum Ziehen des Bodenventils --15-- miteinander durch Drehen der Pumpenstange verschraubt werden.
Das in Fig. 1 dargestellte Kolbenpumpensystem arbeitet wie folgt :
Wird durch den Exzenterantrieb der Pumpe die Pumpenstange in Förderrichtung des Fördergutes (in den Zeichnungen nach oben) bewegt, so gleitet vorerst der Ventilkörper--5-des Pumpenkolbens-4- innerhalb des hülsenförmigen Dichtkörpers --6- solange nach oben, bis die Kegelfläche--12--des am Ventilkörper--5--vorgesehenenDichtungsrings--13--amKegelsitz--11--derHülse--8--des Dichtkörpers-6-zur Anlage kommt.
Bei der weiteren Aufwärtsbewegung des Ventilkörpers-5-wird der Dichtkörper --6-- nach oben mitgenommen, wobei das oberhalb des Pumpenkolbens --4-- befindliche Fördergut gefördert wird und unterhalb des Pumpenkolbens--4--im Innenraum des Arbeitszylinders--l-Unterdruck entsteht.
Durch diesen Unterdruck hebt sich der hülsenförmige Dichtkörper --17-- des
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umgebördelten unteren Bereich der Hülse--20--des Dichtkörpers--17--und der korrespondierenden Kegelfläche-21-des am Ventilkörper --15-- angeordneten Dichtungsringes --22-- aufgehoben und Fördergut kann aus dem unterhalb des Fussteils-3-der Pumpe liegenden nicht dargestellten Ansaugstutzen durch im Fussteil-3--angeordnete Kanäle-26-und durch entlang des Ventilkörpers-15-des Bodenventils angeordnete Durchtritte --27-- in den Innenraum des Arbeitszylinders --1-- strömen.
Hört infolge der Beendigung der Nach-Oben-Bewegung des Pumpenkolbens --4-- die Saugwirkung im Arbeitszylinder auf, so sinkt infolge der eigenen Schwere der Dichtkörper -17-- des Bodenventils durch Gleiten am Ventilkörper nach unten bis der Kegelsitz --19- wieder an der korrespondierenden Kegelfläche --21-- zur Anlage kommt. Beginnt nun die Pumpenstange sich nach unten zu bewegen, so gleitet vorerst der mit der Pumpenstange fest verbundene Ventilkörper-5--innerhalb des hülsenförmigen Dichtkörpers --6-solange nach unten, bis der Anschlag --10-- am Ventilkörper --5-- den hülsenförmigen Dichtkörper --6-- nach unten mitnimmt.
Dabei wird die Abdichtung zwischen dem Kegelsitz--11--an der Hülse --8-- des Dichtkörpers --6-- und der korrespondierenden Kegelfläche--12--des am Ventilkörper - 5-angeordneten Dichtungsrings-13-aufgehoben und den Durchtritten --27-- am Bodenventil
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Innenraum des Arbeitszylinders--l--befindliche Fördergut nach oben verdrängt.
Durch den dabei entstehenden Druck ist auch die unbedingte Dichtheit des Bodenventils--15--gegeben, so dass durch das
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des hülsenförmigen Dichtkörpers --6-- nach oben, bis durch Aufeinanderliegen der korrespondierenden Kegelflächen-11 und 12-eine abdichtende Verbindung zwischen Ventilkörper-5-und Dichtkörper --6-- hergestellt ist und der Dichtkörper --6-- dann nach oben mitgenommen wird.
Hiebei wird oberhalb des Pumpenkolbens--4--befindliches Fördergut durch den Rohrstrang gefördert und der im Inneren des Arbeitszylinders--l--unterhalb des Pumpenkolbens --4-- entstehende Unterdruck öffnet das Bodenventil - -15--, um wieder Fördergut vom Ansaugstutzen her ins Innere des Arbeitszylinders --1-- strömen zu lassen.
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Abschrauben der Pumpenstange aus dem Rohrstrang herausgebracht werden.
Soll infolge einer Beschädigung des Bodenventils oder bedingt durch andere Umstände auch das Bodenventil --15-- gezogen, d.h. aus dem Rohrstrang entfernt werden, so wird wie folgt vorgegangen :
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Ventilkörper-5-des Pumpenkolbens-4-am- -24--, mit dem der Ventilkörper --16-- des Bodenventils --16-- in den Fussteil (Schuh)--3-- eingeschraubt ist, entgegengesetzte Gängigkeit auf, so dass, nachdem der Ventilkörper --5-- des Pumpenkolbens mit dem Ventilkörper --16--des Bodenventils --15-- verschraubt ist, durch einfaches Weiterdrehen des Pumpengestänges in dieselbe Drehrichtung der Ventilkörper-16-aus dem Schuh-3herausschraubbar ist.
Dann kann das Bodenventil --15-- zusammen mit dem Pumpenkolben --4-- gezogen werden, wobei die hülsenförmigen Dichtkörper--6 und 17--jeweils vom Ventilkörper--5 bzw. 16-mitgenommen werden. Beim Setzen des Bodenventils d. h. beim Einbringen in den Rohrstrang und Verschrauben mit dem am unteren Ende des Arbeitszylinders--l--angebrachten Schuh--3--, wird in umgekehrter Reihenfolge vorgegangen.
Fig. 2 zeigt eine entsprechende Schnittansicht einer Kolbenpumpe gemäss der Erfindung, die sich von der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform lediglich durch verschieden ausgeführte Hilfsmittel zum Ziehen des Bodenventils unterscheidet. Hiebei sind keine Gewindeteile zur Verbindung zwischen dem Ventilkörper des Pumpenkolbens und dem Ventilkörper des Bodenventils vorgesehen, sondern eine dauernde Verbindung dieser Bauteile mittels einer Stange. (Garbet-Verbindung).
Am unteren Teil des Ventilkörpers --5-- des Pumpenkolbens --4--, der wieder aus Ventilkörper --5-- und Dichtkörper --6-- besteht, ist eine Zugstange (garbet)-29-angeordnet, die sich nach unten erstreckt. Die Zugstange --29-- gleitet in einer korrespondierenden Bohrung--30--des Ventilkörpers --16-- des Bodenventils --15-- und erstreckt sich bis in den Fussteil (Schuh) --33--, in welchen das Bodenventil --15-- eingeschraubt ist. Am unteren Ende der Zugstange --29-- ist eine scheiben- oder klotzartige Verdickung --31-- mit der Zugstange --29-- verbunden. Während des Pumpbetriebs führt somit die Zugstange --29-- im Ventilkörper --16-- des Bodenventils --15-- eine hin- und hergehende Bewegung aus.
Dabei ist zur Abdichtung der Zugstange gegenüber dem Ventilkörper --16-- eine in Fig. 2 nicht dargestellte Abdichtung vorgesehen, die schematisch in Fig. 4 dargestellt ist. Die Zugstange --29-- ist im Durchlassbereich (die Zugstange bewegt sich hin und her) unrund ausgeführt, wobei die durchgehende Bohrung (Durchtritt) --30-- des Ventilkörpers --16-- ein entsprechendes Profil aufweist. Vorzugsweise wird dabei ein quadratischer Querschnitt gewählt. Auf der andern Seite ist es günstig, die Abdichtung zwischen Zugstange - 29-- und Ventilkörper --16-- in einem Bereich vorzusehen, wo die Zugstange --29-- einen kreisförmigen Querschnitt aufweist.
Bei dieser Ausführungsform wird stets das Bodenventil --15-- zusammen mit dem Pumpenkolben
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gezogen.Übertragung der Drehbewegung des Pumpengestänges auf den Ventilkörper-16-erfolgt dabei durch das im
Durchtrittsbereich unrunde Profil von Zugstange --29-- und korrespondierendem Durchtritt --30-- des Ventilkörpers-16-. Ist die Schraubverbindung zwischen Ventilkörper --16-- und Schuh --3-- gelöst, wird das Pumpengestänge gezogen, wobei die Verdickung --31-- am unteren Ende der Zugstange-29- das aus hülsenförmigen Dichtkörper --17-- und Ventilkörper --16-- bestehende Bodenventil --15-- mitnimmt. Das Setzen des Bodenventils geschieht auf umgekehrte Weise.
Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch den Ventilkörper-5 bzw. 16-im Gleitbereich der hülsenförmigen Dichtkörper --6 bzw. 17--. Der Ventilkörper weist hier ein sternförmiges Profil auf, wobei radiale Rippen - 32-- endseitige Verstärkungen --33-- aufweisen, deren Peripherie jeweils als Teil einer Zylinderfläche - ausgebildet ist. Zwischen den radialen Rippen --32-- sind Zwischenräume freigelassen, die jeweils zusammen mit der Hülse-8 bzw. 20-- der Dichtkörper --6 bzw. 17-die Durchtritte-28 bzw. 27-bilden.
Endlich zeigt Fig.4 schematisch die stopfbuchsenartige Abdichtung zwischen Zugstange --29-- und Ventilkörper --16-- des Bodenventils --15-- gemä# der Ausführungsform der Kolbenpumpe nach Fig. 2. Hier ist der Oberteil des Ventilkörpers --16-- des Bodenventils --15-- mit einem Aussengewinde-35- versehen, auf das eine Hülse --36-- aufschraubbar ist, die einen stopfbuchsenartigen Dichteinsatz--37-trägt, der abdichtend an der Zugstange--29--anliegt und somit diese gegenüber dem Ventilkörper--16-- abdichtet. Die Zugstange --29-- hat hiebei ebenso wie der korrespondierende Durchtritt --30-- des Ventilkörpers --16-- zylindrischen Querschnitt.
Um eine drehfeste Verbindung zwischen Zugstange--29-und Ventilkörper --16-- zu ermöglichen, geht die Bohrung (Durchtritt)-30--des Ventilkörpers in ihrem untersten Teil, d. h. also der gegen den Fu#teil --3-- bzw. den Ansaugstutzen gerichtete Teil, in eine vorzugsweise quadratische Ausnehmung über und die Verdickung (Anschlagstück) --31-- an der Zugstange --29-- weist ein entsprechendes Profil auf, so dass beim Anheben und Drehen der Zugstange --29-- das Anschlagstück-31-in die korrespondierende Ausnehmung am Ventilkörper --16-- einrastet, wodurch der
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Ventilkörper-16 am Fussteil-3-an-bzw. abschraubbar wird.
Die Ausnehmung am Ventilkörper 16--kann beispielsweise auch ein Schlitzpaar aufweisen, wobei die Schlitze vorzugsweise T-Form aufweisen, so dass durch das entsprechend profilierte Anschlagstück --31-- nach Art eines Bajonettverschlusses sowohl beim Ziehen als auch beim Setzen des Bodenventils--13--die Zugstange--29--drehfest mit dem Ventilkörper--16--des Bodenventils verrastbar ist.
Als Dichtungsmaterialien für die Auflagen der Dichtkörper bei Durchgangskolben und Bodenventil sowie für die dort angeordneten Dichtungsringe und auch für die Abdichtung der Zugstange gegenüber dem
Ventilkörper des Bodenventils wird besonders vorteilhaft ein Kunststoffmaterial gegenüber den bisher gängigen
Ledermanschetten verwendet. Wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt, sind dabei die Auflagen der Dichtkörper--6 und
17-mit ringförmig verlaufenden Ausnehmungen --38-- versehen, deren Seitenwände--39-schräg zur Hülsenachse, die mit der Pumpenachse zusammenfällt, verlaufen.
Eine derartige Anordnung ermöglicht ein federndes abdichtendes Anliegen der Auflage-9, 23-an die Innenwand des Pumpenzylinder In den Zeichnungen sind diese Auflagen einstückig dargestellt und sitzen auf glatten Hülsen--8 bzw. 20--. Dabei kann die Auflage beispielsweise durch Tauchen und Härten des Kunststoffes auf der Hülse bzw. durch Aufkleben auf der Hülse befestigt werden. Als Vorkehrung gegen ein Verschieben der Auflage auf der Hülse kann jedoch die Hülse mit Erhebungen, beispielsweise ringförmigen Vorsprüngen ausgestattet sein. Weiterhin ist es bei einer nicht dargestellten Ausführungsvariante der Auflage aus Dichtungsmaterial möglich, in das Dichtungsmaterial besondere härtere Dichtungsringe einzuarbeiten, die um Angriff an der Innenwand des Arbeitszylinders--l--der Pumpe vorgesehen sind.
Diese zusätzlichen Dichtungsringe werden in die Auflage einvulkanisiert und bestehen aus hartem, verschleissfestem Kunststoff oder aus Metall.
Das Material der Pumpenteile kann je nach der Aggressivität des Fördergutes gewählt werden. Gewöhnlich wird für den Arbeitszylinder Messing und für die andern Teile weiche Bronze genommen. Bei besonders aggressiven zu fördernden Flüssigkeiten kann gegebenenfalls die ganze Pumpe mit Ausnahme der Dichtungsmaterialien aus rostfreiem Stahl bestehen. Als Dichtungsmaterialien verwendet man unter normalen Bedingungen Bauteile aus elastischem Kunststoff wie z. B. vulkanisierbarem synthetischen Kautschuk. Für die einzelnen Dichtungen an Dichtungskolben und Bodenventil können verschiedene Dichtungsmaterialien, bzw. auch Materialien verschiedener Härte verwendet werden.
Gute Ölbeständigkeit zeichnet Dichtungsmaterial aus Perbunan aus.
Für besonders hohe Ansprüche können Auflagen bzw. Dichtungsringe aus hochchlorierten Kunststoffen wie beispielsweise Teflon verwendet werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Kolbenpumpe, insbesondere Tiefpumpe, mit einem stangenbetätigten Durchgangskolben und einem als Saugventil ausgebildeten ziehbaren Bodenventil (Fussventil), und wobei Durchgangskolben und Bodenventil
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Bodenventil (15) einen zentralen mit einem gegebenenfalls mit einer Auflage aus Dichtungsmaterial versehenen Kegelsitz (19) ausgestatteten Ventilkörper (16) aufweist, der in einem mit dem Pumpenzylinder (1) verbundenen Fussteil (Schuh) (3) einschraubbar ist, und auf dem der hülsenförmige Dichtkörper (16) eine gewisse Strecke frei verschiebbar aufgesetzt ist.
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The invention relates to a piston pump, which is particularly suitable as a deep pump, with a rod-operated through piston and a pullable bottom valve designed as a suction valve.
Piston pumps for pumping liquids are known. In deep drilling technology, the pump design with a through piston (disc piston) has proven to be favorable due to its elongated shape with a small diameter, particularly for delivery heights of up to about 400 m. Such
Pumps are lowered into a borehole at the end of a pipe string to the respective delivery level and operated from above day by means of a pump rod, the liquid to be pumped being pumped up through the pipe string. The drive of the pump rod, at the end of which is designed as a through piston
The pump piston is attached by an eccentric drive equipped with counterweights.
The functioning of such a piston pump is as follows: The pump piston slides in one
Working cylinder at the lower end of which a bottom or foot valve is arranged. Below this bottom valve there is usually arranged a sieve tube provided as a suction nozzle, which in turn is closed with a cap at its lower end and serves to keep coarse contamination of the conveyed material away from the bottom valve. The bottom valve is designed as a suction valve that opens when the pump piston moves upwards (suction stroke), whereby the material to be conveyed is sucked into the working cylinder. Heard the at the end of the suction stroke
Liquid flow from the sieve tube into the working cylinder closes the bottom valve and the in
The conveyed material located in the working cylinder is prevented from flowing downwards again due to gravity.
The pump piston now moves downwards (idle stroke). The pump piston is as
Through piston or disc piston formed and for this purpose also has a valve that allows a liquid flow upwards, ie. that is, in the conveying direction of the liquid and - in the case of deep pumps of the type mentioned, which are arranged underground - thus in the direction of the earth's surface, allows a flow of the
However, the conveyed goods against the conveying direction are prevented. The known deep pumps of the type mentioned are expediently designed so that they are identical for the bottom valve and the straight-way valve
Valve constructions are used.
If the pump piston now moves down during the so-called idle stroke, the pressure created by the downward movement of the pump piston opens the valve provided in the piston and the liquid located between the pump piston and the base valve flows in the
Mass as the pump piston moves down through the pump piston. At the end of the idle stroke, the volume of liquid displaced by the piston movement is on the delivery side of the
Piston, if the pump is arranged vertically, i.e. above the piston.
A new working stroke now begins, i.e. H. so the pump piston moves upwards again, so the closed straight-way piston valve, which has closed automatically at the end of the idle stroke, prevents the liquid from flowing back and the pump now delivers liquid. At the same time opens through the
Suction in the space between the pump piston and the bottom valve when the pump piston goes up, the bottom valve and the material to be conveyed flows back into the working cylinder of the pump.
In the case of deep pumps, maximum operational safety, service life and freedom from maintenance are required, since the damaged parts are pulled with every technical defect on the pump, i.e. H. brought to the surface and new functional spare parts must then be lowered and installed again before the interrupted operation can be resumed. In this context, constructions have already been created which make it possible to pull the bottom valve with the pump rod and the through piston attached to it in one operation if the bottom valve is damaged. It is then not necessary to pull the entire pipe string.
As already mentioned, a practically unlimited service life of the moving parts in deep pumps of the type mentioned is very important. This relates in particular to the sealing of the pump piston against the wall of the working cylinder and to the design of the valves. Ball valves are usually used in deep pumps for pumping more or less viscous liquids or suspensions, which have the advantage of being easy to wash around, but which are sensitive to coarser contaminants carried along by the material to be conveyed. The use of flap valves for pumping heavily soiled liquids has also been proposed.
The disadvantages of these pump designs are, on the one hand, that ball valves in particular, due to their sensitivity to solids that are carried along by the conveyed material, have not proven themselves in systems for pumping corresponding liquids and, on the other hand, that the control of the through valve in the pump piston is only dependent on gravity.
In a known piston pump, the piston valve and bottom valve of which are each designed as a conventional ball valve, it has already been proposed to provide sleeve-shaped valve slides at intervals along the piston rod, which consist of an upper part and a harder base part and are intended to subdivide the liquid column during the delivery stroke, although these slides are not result in complete sealing.
In other known piston pumps, the bottom valve of which is a ball valve as usual, the through piston itself is designed as a valve, with at least one valve body being arranged on the pump rod, which cooperates with a sleeve-shaped sealing body sealingly on the
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Cylinder wall rests and relative to the valve body is freely displaceable a certain distance. Here the opening and closing of the piston valve is controlled and known by the pump rod
Pump designs have improved, especially when used for sandy liquids
Operating characteristics.
It is an aim of the invention, in piston pumps, in particular deep pumps of the known type, with a rod-operated straight piston and a pullable bottom valve (foot valve) designed as a suction valve, to improve the bottom valve in such a way that despite the high load and erosion caused by solids in the bottom valve Conveyed goods have an excellent service life with unchanged good sliding and
Sealing properties can be achieved and so avoid the disadvantages of the known ball valves.
In order to achieve this aim, the piston pump according to the invention is primarily characterized in that the bottom valve has a central valve body which is equipped with a conical seat optionally provided with a support made of sealing material and which is connected to the pump cylinder
Foot part (shoe) can be screwed in, and on which the sleeve-shaped sealing body is placed so that it can be freely displaced a certain distance.
The valve body advantageously has a star-shaped cross section in the sliding area of the sealing body.
According to a further characteristic of the invention, the sealing body is designed as a sleeve beaded at at least one end, preferably made of metal and preferably with a circular inner cross-section, a layer of sealing material being provided on the outside of the sleeve. This support is advantageously provided in one piece. According to a further characteristic of the invention, the support is provided with annularly extending recesses, the side walls of which can run obliquely to the sleeve axis and wherein the support is advantageously made of elastic plastic material, preferably of vulcanizable synthetic
Rubber, such as in particular Perbunan, is made.
According to the preferred embodiment, the sleeve of the sealing body is in the flanged area as
Conical seat formed.
If, in the piston pump according to the invention, as is customary with piston pumps based on ball valves, a uniform valve system is selected for the through piston and bottom valve, i. H. one forms the
Through piston according to the inventive bottom valve construction, the result is a uniform sealing body for both valves and a practically unlimited, maintenance-free service life of the
Pump.
The object of the invention is explained in more detail below with reference to drawings showing the
The subject matter of the invention represent, for example, and in which Fig. 1 is a cross section through a
Piston pump with a threaded connection between the valve body of the
Pump piston and the valve body of the bottom valve can be produced, Fig. 2 shows a corresponding pump cross-section, wherein for pulling the bottom valve, the valve body of the through piston by means of a
Rod is connected to the valve body of the bottom valve, Fig. 3 shows, on an enlarged scale, a cross section through a valve body in the sliding area of the sealing body and Fig. 4 shows the seal between the pull rod and the valve body of the bottom valve.
1 and 2 show a pump construction in which the special design of the bottom valve is applied in an analogous manner to the through piston.
1 shows the pump cylinder-1-at the ends of which sleeves-2 and 3-are provided, with a pipe string (not shown) continuing from the upper sleeve-2-and on the lower sleeve-3, also the foot part or Called shoe, an intake port, also not shown, is attached. A pump piston - 4 -, which is designed as a through valve, slides in the pump cylinder - l -. A central valve body --5-- is provided, on which a sleeve-shaped sealing body --6- is slidably arranged. In the upper part of the valve body --5-- you can see a threaded hole -7- into which an upwardly extending pump rod (not shown) is screwed.
The pump rod is connected to an eccentric drive for moving the valve body back and forth - 5 -. The sleeve-shaped sealing body --6-- consists of a sleeve --8-- which is flanged outwards in the lower area and which carries a support --9-- made of sealing material, which lies against the inner wall of the pump cylinder - l - in a sealing manner . The thick body --6-- can slide freely between an upper stop --10-- on the valve body - 5 - and the position within the pump thread, where a conical seat - 11 - provided in the flanged area of the sleeve - 8 - with a corresponding conical surface --12-- comes into contact with the valve body.
This conical surface -12- on the valve body is part of a sealing ring -13-, which is provided on the valve body -5-. In the lower part of the valve body-5-there is another recess --14 - provided with a thread, the function of which will be explained later.
A bottom valve --15-- is screwed into the foot part (shoe) -3-, which in a manner analogous to the through piston consists of a valve body --16-- on which a sleeve-shaped sealing body --17-- is slidably arranged.
The construction of the valve body 16 and the sealing body 17 corresponds
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largely that of the valve body - 5 - or. of the sealing body --6-- of the through piston (pump piston) - 4-. The sealing body -17- can be moved freely between a stop -18- on the
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the valve bodies-5 and 16 -for pulling the bottom valve -15- can be screwed together by turning the pump rod.
The piston pump system shown in Fig. 1 operates as follows:
If the eccentric drive of the pump moves the pump rod in the conveying direction of the material to be conveyed (up in the drawings), the valve body - 5 - of the pump piston - 4 - slides upwards within the sleeve-shaped sealing body - 6 - until the conical surface --12 - of the sealing ring provided on the valve body - 5 - 13 - on the cone seat - 11 - the sleeve - 8 - of the sealing body 6 - comes into contact.
With the further upward movement of the valve body -5-, the sealing body --6-- is carried upwards, whereby the conveyed material located above the pump piston --4-- is conveyed and below the pump piston - 4 - in the interior of the working cylinder-- l-negative pressure arises.
This negative pressure lifts the sleeve-shaped sealing body --17-- des
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beaded lower area of the sleeve - 20 - of the sealing body - 17 - and the corresponding conical surface - 21 - of the sealing ring --22-- arranged on the valve body --15-- is lifted and the conveyed material can be removed from the bottom part -3 - The suction port (not shown) lying on the pump through channels 26 arranged in the base part 3 and through passages 27 arranged along the valve body 15 of the bottom valve into the interior of the working cylinder 1.
If the suction effect in the working cylinder ceases as a result of the upward movement of the pump piston --4--, the sealing body -17-- of the bottom valve sinks due to its own weight by sliding down the valve body until the conical seat --19- comes to rest again on the corresponding conical surface --21--. If the pump rod now begins to move downwards, the valve body 5, which is firmly connected to the pump rod, slides downwards - within the sleeve-shaped sealing body --6 - until the stop --10-- on the valve body --5- - takes the sleeve-shaped sealing body --6-- downwards.
The seal between the conical seat - 11 - on the sleeve --8-- of the sealing body --6-- and the corresponding conical surface - 12 - of the sealing ring - 13 - arranged on the valve body - 5 - is canceled and the Passages --27 - on the bottom valve
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Interior of the working cylinder - l - displaced conveyed goods upwards.
The resulting pressure also ensures that the bottom valve - 15 - is absolutely leak-proof, so that the
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of the sleeve-shaped sealing body --6-- upwards, until a sealing connection between the valve body -5- and sealing body --6-- is established by resting the corresponding conical surfaces -11 and 12- and the sealing body --6-- then upwards is taken.
In this case, the material to be conveyed above the pump piston - 4 - is conveyed through the pipe string and the negative pressure created inside the working cylinder - l - below the pump piston --4-- opens the bottom valve - -15-- to allow the material to be conveyed again from To let the intake port flow into the interior of the working cylinder --1--.
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Unscrew the pump rod to be brought out of the pipe string.
Should the bottom valve --15-- also be pulled as a result of damage to the bottom valve or due to other circumstances, i.e. are removed from the pipe string, proceed as follows:
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Valve body-5-of the pump piston-4-am- -24--, with which the valve body --16-- of the bottom valve --16-- is screwed into the foot part (shoe) - 3--, with opposite movement, so that after the valve body --5-- of the pump piston has been screwed to the valve body --16 - of the bottom valve --15--, the valve body -16-can be unscrewed from the shoe-3 by simply turning the sump rod further in the same direction of rotation .
Then the bottom valve --15-- can be pulled together with the pump piston --4--, whereby the sleeve-shaped sealing bodies - 6 and 17 - are taken along by the valve body - 5 and 16, respectively. When setting the bottom valve d. H. When inserting into the pipe string and screwing with the shoe - 3 - attached to the lower end of the working cylinder - l -, the procedure is reversed.
FIG. 2 shows a corresponding sectional view of a piston pump according to the invention, which differs from the embodiment shown in FIG. 1 only by differently designed tools for pulling the bottom valve. No threaded parts are provided for the connection between the valve body of the pump piston and the valve body of the bottom valve, but rather a permanent connection of these components by means of a rod. (Garbet connection).
On the lower part of the valve body --5-- of the pump piston --4--, which again consists of valve body --5-- and sealing body --6--, a pull rod (garbet) -29- is arranged, which follows extends below. The pull rod --29-- slides in a corresponding hole - 30 - of the valve body --16-- of the bottom valve --15-- and extends into the foot part (shoe) --33-- in which the Bottom valve --15-- is screwed in. At the lower end of the pull rod --29-- a disc-like or block-like thickening --31-- is connected to the pull rod --29--. During the pumping operation, the pull rod --29-- in the valve body --16-- of the bottom valve --15-- performs a back and forth movement.
In this case, a seal, not shown in FIG. 2, which is shown schematically in FIG. 4, is provided to seal the pull rod against the valve body. The pull rod --29-- is not round in the passage area (the pull rod moves back and forth), whereby the through hole (passage) --30-- of the valve body --16-- has a corresponding profile. A square cross section is preferably chosen. On the other hand, it is advantageous to provide the seal between the pull rod - 29 - and the valve body --16 - in an area where the pull rod --29 - has a circular cross-section.
In this embodiment, the bottom valve --15-- is always used together with the pump piston
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The rotary motion of the sump rod is transmitted to the valve body-16-by the im
Passage area of the non-circular profile of the pull rod --29-- and the corresponding passage --30-- of the valve body -16-. If the screw connection between valve body --16-- and shoe --3-- is loosened, the sump rod is pulled, whereby the thickening --31-- at the lower end of the pull rod-29- consists of the sleeve-shaped sealing body --17-- and Valve body --16-- takes existing bottom valve --15-- with it. The bottom valve is set in the opposite way.
Fig. 3 shows a section through the valve body - 5 or 16 - in the sliding area of the sleeve-shaped sealing body - 6 or 17 -. The valve body here has a star-shaped profile, with radial ribs - 32 - having end reinforcements - 33 -, the periphery of which is designed as part of a cylinder surface. Between the radial ribs --32 - gaps are left free which, together with the sleeve - 8 or 20 - of the sealing body - 6 or 17 - form the passages - 28 and 27 - respectively.
Finally, Fig. 4 schematically shows the gland-like seal between the pull rod --29-- and valve body --16-- of the bottom valve --15-- according to the embodiment of the piston pump according to Fig. 2. Here is the upper part of the valve body --16 - of the bottom valve --15 - provided with an external thread - 35 -, onto which a sleeve --36 - can be screwed, which carries a gland-like sealing insert - 37 - which rests sealingly on the pull rod - 29 - and thus seals it against the valve body - 16 -. The pull rod --29-- as well as the corresponding passage --30-- of the valve body --16-- has a cylindrical cross-section.
In order to enable a non-rotatable connection between the pull rod - 29 - and the valve body --16 -, the bore (passage) -30 - of the valve body goes in its lowest part, i.e. H. That is, the part directed against the foot part --3-- or the intake manifold, in a preferably square recess above and the thickening (stop piece) --31-- on the pull rod --29-- has a corresponding profile, so that when the pull rod --29-- is lifted and turned, the stop piece -31- engages in the corresponding recess on the valve body --16--, whereby the
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Valve body 16 on the foot part 3 on or. becomes unscrewable.
The recess on the valve body 16 - can, for example, also have a pair of slits, the slits preferably being T-shaped, so that the correspondingly profiled stop piece --31-- in the manner of a bayonet catch both when pulling and when setting the bottom valve-- 13 - the pull rod - 29 - can be locked non-rotatably with the valve body - 16 - of the bottom valve.
As sealing materials for the supports of the sealing body in the case of through piston and bottom valve as well as for the sealing rings arranged there and also for sealing the tie rod against the
The valve body of the bottom valve is particularly advantageously a plastic material compared to the previously common ones
Leather cuffs used. As shown in FIGS. 1 and 2, the supports of the sealing bodies - 6 and
17-provided with annularly extending recesses --38 - whose side walls - 39-run obliquely to the sleeve axis, which coincides with the pump axis.
Such an arrangement enables the support 9, 23 to rest in a resilient, sealing manner against the inner wall of the pump cylinder. In the drawings, these supports are shown in one piece and sit on smooth sleeves 8 and 20, respectively. The support can be attached to the sleeve, for example, by dipping and hardening the plastic or by gluing it onto the sleeve. As a precaution against a displacement of the support on the sleeve, however, the sleeve can be equipped with elevations, for example annular projections. Furthermore, in an embodiment variant of the sealing material which is not shown, it is possible to work special harder sealing rings into the sealing material, which are intended to attack the inner wall of the working cylinder - 1 - of the pump.
These additional sealing rings are vulcanized into the support and are made of hard, wear-resistant plastic or metal.
The material of the pump parts can be selected depending on the aggressiveness of the material to be conveyed. Usually brass is used for the working cylinder and soft bronze for the other parts. In the case of particularly aggressive liquids to be pumped, the entire pump, with the exception of the sealing materials, can be made of stainless steel. As sealing materials are used under normal conditions components made of elastic plastic such. B. vulcanizable synthetic rubber. Different sealing materials or materials of different hardness can be used for the individual seals on the sealing piston and bottom valve.
Sealing material made from Perbunan is characterized by good oil resistance.
For particularly high demands, supports or sealing rings made of highly chlorinated plastics such as Teflon can be used.
PATENT CLAIMS:
1. Piston pump, in particular a deep pump, with a rod-operated straight-way piston and a pull-out bottom valve (foot valve) designed as a suction valve, and wherein the straight-through piston and bottom valve
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The bottom valve (15) has a central valve body (16) which is equipped with a conical seat (19) optionally provided with a layer of sealing material and which can be screwed into a foot part (shoe) (3) connected to the pump cylinder (1), and on which the sleeve-shaped sealing body (16) is placed a certain distance freely displaceable.
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