Maschinenanlage zum Fördern von Flüssigkeit aus tiefen Löchern. Die Erfindung bezieht sieh auf eine Maschinenanlage zum Fördern von Flüssig keit aus Tiefbrunnen, Bohrlöchern, Schäch ten und dergleichen tiefen Löchern.
1#:s ist bekannt, aus Bohrlöchern Wasser, <B>Öl</B> oder derg-leiehen mit Hilfe einer auf der Bolii-loelisohle ai)#-,eordneteii Kreiselpumpe liei-atiszuliunipen, die mittels einer langen Welle mit einem über Tag- stehenden Motor verbunden ist.
Solche Einrichtungen sind un befriedigend, weil sie, namentlich bei tiefen Bolii,löeliern, einen grossen Aufwand an Bau- initteln bedingen und infolge der Reibung in zahlreichen Lagern sehr viel Leistung ver zehren.
Wegen dieser Mängel wurde dazu über- .gegangen, sogenannte Unterwasser- oder Tauchpumpen zu benutzen. Dabei handelt es sieh um einen hiefür entwickelten Elektro inotor, der mit, der Pumpe zusammengebaut und mit dieser als Baueinheit in das Bohrloch einliängbar ist.
Bei diesen Aggregaten müssen die Elektromotoren mit einer Tauchgloeke ver sehen sein, welche als Wassersehutz der Wick lung dienen soll. Andernfalls müssen die Motoren als Nassläufer ausgebildet sein, deren gummiisolierte Wicklung im Wasser liegen kann. Es zeigt, sich aber, dass die Motoren von Tauchpumpen trotz aller Vorsichtsmassregeln sehr empfindlieli und nicht betriebssicher genug sind.
Beim Versagen der Tauchglocken- einrielitung bzw. bei der kleinsten Undichtheit der Sassläufer-Wicklung oder der Strom- zuführttngskabel fällt das ganze Aggregat aus. erden diese Pumpenaggregate zum Fördern von Öl verwendet, so liegt ein weiterer Nach teil in der Gefahr, dass bei Funkenbildung und bei Entstehung von Ölgasen Explosionen sich ereignen.
Besonders nachteilig ist aber, dass die Motoren von Tauchpumpen bei der üblichen Zahl von 50 Perioden je Sekunde nur eine Drehzahl von höchstens 3000 Um drehungen je Minute zulassen. Mit dieser Drehzahl bewältigt aber eine einstufige Kreiselpumpe mittlerer Leistung nur eine Förderhölle von ungefähr a0-60 Meter. Für zrössere Bohrtiefen sind daher mehrstufige Tauchpumpen nötig.
Diese bedingen aber stärkere Antriebsmotoren, welche ihrerseits wegen ihrer grösseren Abmessungen grössere Bohrlochdurelimessei, voraussetzen. Je grösser der Bohrloehdurchmesser, um so mehr steigt jedoch der Zeit-, Arbeits-, Werkstoff- und Kostenaufwand für die Niederbringung des Bohrlochs.
Es sind deshalb bekannte C nter- wasser-odei-Tauehpumpen mit leistungsmässig und preislich befriedigendem Wirkungsgrade nur für beschränkte Bohrloehtiefen ver wendbar.
Es wäre möglich, über Tag eine grössere, gewöhnliche Kreiselpumpe aufzustellen, deren Druckwasser zum grössten Teil einer im Bohr loch befindlichen Wasserstrahlpumpe zuzu leiten und deren Nutzwasser zusammen mit ihrem Betriebswasser der über Tag stehenden Kreiselpunipe zuzuführen.
Wasserstrahlpuin- pen haben aber bekanntlich einen sehr selileeh- ten _Wirkungsgrad, seheitlen also, abgesehen v an Abinessun gsgründen, für da"., Fördern von Flüssigkeit aus Bohrlöchern ebenfalls aus.
Die gestellte Aufgabe wird erfindungh < -emäss dadureb gelöst, dass ein über Ta- be- findlieher Druel@mittelerzeuger, zurre Beispiel eine Hauptpumpe, und ein in dein Loch an geordneter Maschinensatz vorgeseleen.sind,
der ans einer mit Druckmittel betriebenen Axial turbine und einer von dieser angetriebenen Kreiselpumpe besteht, und dass das aus der Turbine abströmende Druckmittel und die von der Pumpe geförderte Flüssigkeit. in einer gemeirsainen Leitung nach oben geführt wer den.
Vorzugsweise ist. die Ausbildung derart getroffen, dass Turbine und Kreiselpumpe eine Maschineneinheit bilden. also als einheitliehes Bauganzes gestaltet und ein- und ausbringbar sind. Zweekvoll sitzen Turbinenlaufrad und Pumpenlaufrad auf einer gemeinsamen Welle.
In der Zeiehnung sind einige Ausführungs- beispiele der Erfindung veransehaulicht. Es zeigen Fig. 1 in whematiseher Darstellung die grundsätzliche Anordnung der Anlage. Ire Fig. ? und 3 sind im Läng@ssehnitt zwei Aus- führungsbeispiele eines 1Iaselrineiisatzes ge mäss Fig. 1 dargestellt..
In Fig. 4 ist der Längs schnitt einer andern Ausbildungsform gezeigt. Fig.5 zeigt den Längsschnitt einer Ausfüh rungsform, bei der der Wassereintritt in das Pumpenlaufrad von oben her erfolgt, und in der Fig. 6 ist ein Querschnitt dureh das Pumpengehäuse entsprechend Linie < 1-A der Fis. 5 wiedergegeben.
Der Motor 1 treibt gemäss Fig. 1 die über Tag stehende Hauptpumpe 2 an, welche das geförderte Wasser teils als Nutzwasser dein Verbraucher, zum Beispiel einem Behälter 3, teils als Betriebswasser ,der im Bohrloeh 4 be findlichen Turbine 5 zuführt. Diese bildet mit der von ihr angetriebenen Kreiselpumpe 6 eine bequem ein- und ausbaubare Maschineneinheit.
Hinter der Turbine herrscht der gleiche Druck wie auf der Druckseite der Bohrloch pumpe, so dass das aus der Turbine aus tretende Wasser und das von der Pumpe ge- förderteWagser in einer gemeinsamen Leitung nach oben geführt werden. Die Masehineneinheit nach Fig. 'weist zwei koaxiale Rohre 7 und 8 auf. Das erstere ist an die R ohrleituu < - auschliessbar, durch welche der Turbine das Treibwasser zufliesst.
Die Letztere wird an die Fö rderleitun-- ange- ehlossen. Es gelangt. somit das Betriebs- @va,,3ser, nachdem es die Turbine angetrieben hat, unmittelbar, also ohne den Umweg über die Bohrloelisolile in die Förderleitung und strömt zusammen mit dem Nutzwasser zu der Hauptpumpe hin.
Auf der Hohlwelle 9 t Fig-. 31), welelie mittels der beiden Gleitlager 10 und 11 ge lagert ist, sitzt die Turbinenbezehaufelung 12 und das Pumpenrad 12). Ans der Turbine fliesst das Betriebswasser über den Krümmei 1-1 in die Förderleitum, B.
während das von der Pumpe durch den iRingrauni 15 aus der hohrloehsohle aiio,esanote Nutzwasser dureli den Ringraum 16 ebenfalls in die Förderlei tung 8 gelangt. In dieser strömt das Nutz Wasser ziisaninien mit deni Betriebswasser der Hauptpumpe ? zu.
Zwischen dem untern Führungslager 11 und dem Pun.penlaufrad 1 3 sitzt auf der gemeinsamen Kohlwelle 9 eine Entlastungs scheibe 17, die auf der Oberseite unter deni Druck steht, der auf der Saugseite der Piunpe herrscht. Das Di-iieliwasser für die andere Seite der Entlastungsseheibewird dem Rohr 7 am obern Ende der Hohlwelle 9 an der Stelle 18 entnommen und durch die Hohlwelle 9 hindurch und um deren unteres Ende leeruni der Entlastungsscheibe 17 zugeführt.
Dabei strömt das Druekwasser durch das Führungs lager 1-1 hindurch und übernimmt dessen Schivierung. Sofern die durch das Gleitlager hindurchdringende Flüssigkeit reicht aus reichen sollte, kann das Lager mit besonderen Nuten versehen werden. euch ist es möglich, ausserhalb des Lagers besondere Umgehungs leitungen in das Maschinengehäuse zu bohren.
Dei# Dritelwasser-Entnalimestelle 18 am obern Ende der Hohlwelle 9 ist ein Filter 19 vorgeschaltet, so dass Sand und sonstige Fremdstoffe ferngehalten werden.
Die Maschineneinheit gemäss Fig. 3 unter scheidet sich von derjenigen gemäss Fig.2 vornehmlich dadurch, dass eine zusätzliche Entlastungseinrichtung für das Turbinen rad 12 vorgesehen ist. Dieses ist. auf der Ein rauf- und auf der Auslaufseite mittels der Spaltdichtungen 20 und 21. gegenüber dem Maschinenkörper abgedichtet, ausserdem mit Bohrungen 22 versehen, welche die beiden Seiten zum Drtiekattsg-leieli miteinander ver binden.
Ein Teil des durch das Filter 19 hin durchströmenden Druckwassers fliesst durch das 1.aler 24, das dabei -geschmiert wird, und gelangt als Sperrwasser zu der Spaltdichtung 20 auf der Einlaufseite der Turbine und über die Bohrungen 2\? zu der Spaltdichtung 21 auf. der Auslaufseite der Turbine.
Der andere Teil des durch das Filter 19 einströmenden Druckwassers gelangt über die -Hohlwelle 9 und das Lager 11 an die Entlastungsscheibe 17 und bewirkt somit eine Entlastung- in axialer Richtung.
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ist für das Pumpenlaufrad ein Leitapparat 25 vorgesehen. der als einsetzbarer Bauteil aus-- gebildet ist und dessen Eintrittsteil und Aus trittsteil einstückig sind. Der Eintrittsteil des Leitapparates bildet. mit seiner innern Wand gleichzeitig ein die Eritlastungssseheibe auf einer Seite umgebendes Gehäuse.
Bei dem Beispiel nach Fig.5 erfolgt, der Wassereintritt in das Pumpenlaufrad von oben her. Der Asialsehub wirkt dabei nach oben, also dem Eigengewieht des Rotors ent gegen. Der Leitapparat der Pumpe ist so aus gebildet, dass er gleichzeitig als feststehende Gegenscheibe der Entlastungsvorrichtung dient, während der Laufradboden die eigent liche Entlastungsscheibe bildet.
Um den Gehäusedurchmesser möglichst, klein zu halten, sind die Saug-und Drtiekkanäle tasehenförmir- abwechselnd nebeneinanderliegend am Um fang des Gehäuses angebracht.. Dies geht aus Fig. 6 hervor, worin mit 28 die Druekkanäle und mit 29 die Saugkanäle bezeichnet sind.
Wie Fig. 4 zeigt, kann der Maschinensatz in ein stationäres Mantelrohr 26 eingesetzt wer den, das einen Tragring 27 aufweist, auf welchen sich das Gehäuse der Turbinenpumpe dichtend aufstützt. Wird ein solches Mantel- rohr benutzt, so kann das äussere Rohr 8 ent fallen. Das Mantelrohr ermöglicht einen besonders einfachen und leichten Ein- und Ausbau des Maschinensatzes sowie des dazu gehörigen Saugrohres mit dem dieses boden- wärts abschliessenden Fussventil. Namentlich bei grossen Einbautiefen bietet das Mantelrohr beachtliche Vorteile.
Beim Einbau des '-Ha- schinensatzes wird zuerst das Mantelrohr eingebracht, worauf bequem und rasch das Einführen des 1Taschinensatzes mit der Be triebswasserleitung erfolgen kann. Beim Aus bau des Maschinensatzes kann das Mantelrohr im Bohrloch verbleiben.
Es ist. selbstverständlich möglich, sowohl die Pumpe a12 auch die Turbine mehrstufig auszubilden. Dies kann namentlich bei grosser Pumpenförderhöhe tunlieh sein oder, wenn es darauf ankommt, mit geringer Drehzahl zu arbeiten. Uni die dann entsprechend ver längerte, gemeinsame Welle nieht auf die ganze Länge durchbohren zu müssen, kann die Entlastungsvorrichtung zwischen Pumpe -und Turbine angeordnet. werden.
Das Druckmittel, bei Wasserförderung also das Betriebs @asser, braucht der Turbine nicht unbedingt durch eine Hauptpampe zugeführt. zu werden. Der Druck kann durch jeden be liebigen Druckmittelerzeuger erzeugt werden. Es kann aber auch beispielsweise die Betriebs wasserleitung an eine Druekleitung ange schlossen sein.