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Die Erfindung betrifft eine als Klemmvorrichtung fungierende Ventilabdeckung für eine Spülpumpe beim Tiefbohrbetrieb. Als Spülpumpe kommen eine Kolbenpumpe oder eine Plungerpumpe in Betracht.
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Aufgrund der sich im Betrieb ergebenden hohen Drücke von 500 bar und mehr sind die Komponenten einer Spülpumpe erheblichen mechanischen Belastungen ausgesetzt. Zudem ergibt sich ein hoher Verschleiß, weil die gepumpte Spülflüssigkeit (Fluid) auch Feststoffe und damit in hohem Maße abrasives Material umfasst. Unabhängig von den im Betrieb dauerhaft hohen mechanischen Belastungen ist gerade aufgrund des Verschleißes eine Notwendigkeit für einen vergleichsweise häufigen Austausch einzelner Elemente der Spülpumpe gegeben. Dies betrifft auch das oder jedes von der Spülpumpe umfasste Ventil. Ein solches Ventil muss daher nicht nur im Betrieb den sich ergebenden Drücken widerstehen, sondern auch mit vertretbarem Aufwand schnell und sicher ausgetauscht werden können.
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Bisher ist dafür zur Fixierung eines Ventildeckels ein in ein Gewinde, speziell in ein in einem Gewindering gebildetes Gewinde eingeschraubter Gewindestopfen vorgesehen. Ein solcher Gewindestopfen ist häufig als Schlagmutter ausgeführt, damit dieser im in den Gewindering eingeschraubten Zustand mit der notwendigen Kraft auf den Ventildeckel drückt. Das Gewinde, speziell also der Gewindering, und der Gewindestopfen fungieren dabei als Klemmvorrichtung für den Ventildeckel, mit welcher der Ventildeckel in einen im Korpus der Spülpumpe gebildeten Ventilsitz gepresst wird. Ein solcher Gewindering ist bisher über im Korpus der Spülpumpe angebrachte Stehbolzen mit einer Mehrzahl von Muttern an der Spülpumpe angebracht. Eine korrekte und ausreichende Fixierung des Gewinderings ist dabei von erheblicher Bedeutung, weil eine etwaige unzureichende Fixierung zumindest dazu führt oder führen kann, dass der Ventildeckel nicht optimal im Ventilsitz anliegt und dort sicher gehalten wird. Undichtigkeiten können die Folge sein, wobei Undichtigkeiten aufgrund der hohen Drücke auch eine Personengefährdung bedeuten können und wobei aufgrund des in hohem Maße abrasiven Materials Undichtigkeiten auch zu mechanischen Beschädigungen führen oder zumindest führen können. Das Gewinde zum Einschrauben des Gewindestopfens kann auch im Korpus der jeweiligen Pumpe gebildet sein, so dass der Gewindering entfällt.
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In der
DE 10 2008 060 659 A1 wird ein Verbindungselement, das Einrichtungen zur Messung oder Kontrolle einer Dehnspannung aufweist, bei einer Klemmvorrichtung für Zylinderbuchsen einer Spülpumpe verwendet. In der
US 4,525,114 A wird ein unter der Marke ROTABOLT bekanntes Verbindungselement mit einer integrierten Belastungsanzeige beschrieben. Auf solche Verbindungselemente oder Weiterentwicklungen wird im Folgenden als Rotabolt Bezug genommen. Die
AT 269 655 B beschreibt eine Möglichkeit zum hydraulischen Vorspannen eines Pumpengehäusedeckels. Die
US 37,483 E beschreibt eine Klemmvorrichtung für eine Zylinderbuchse einer Kolbenpumpe, wobei der Liner mit der Federkraft einer Spannfeder gegen das Pumpengehäuse gepresst wird und das feste Anziehen der Spannschrauben durch ein hydraulisches Anheben der Schraubenköpfe ermöglicht werden soll.
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Eine Aufgabe der im Folgenden beschriebenen Erfindung besteht darin, eine Möglichkeit zu einer gleichzeitig sicheren und an die Belastungssituationen angepassten Fixierung eines Ventils an oder in einer Spülpumpe anzugeben, wobei die Fixierung auch schnell und einfach lösbar sein soll, um einen von Zeit zu Zeit notwendigen Austausch des Ventils oder von Teilen des Ventils schnell und unkompliziert erledigen zu können.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dazu ist bei einer Klemmvorrichtung für einen Ventildeckel, die an einer hier und im Folgenden kurz als Pumpe oder Spülpumpe bezeichneten Kolben- oder Plungerpumpe angebracht oder anbringbar ist, wobei die Pumpe zur Aufnahme des Ventildeckels einen Ventilsitz und eine Mehrzahl von den Ventildeckel umgebenden Gewindebohrungen aufweist, Folgendes vorgesehen: Eine zum Aufsetzen auf den Ventildeckel vorgesehene Spannhülse, die in einem am Ventilsitz anbringbaren Justierring geführt wird. Ein Niederhalter, der im angebrachten Zustand die im Justierring geführte Spannhülse auf den Ventildeckel drückt. Und Verbindungsmittel zum Anbringen des Niederhalters, wobei das oder jedes Verbindungsmittel Einrichtungen zur Messung oder Kontrolle mindestens einer Dehnspannung aufweist bzw. aufweisen.
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Der Vorteil der erfindungsgemäßen Klemmvorrichtung besteht zunächst darin, dass ein bisher erforderlicher Gewindestopfen, der in einem Gewindering angebracht wurde, entfällt. Damit entfällt auch eine bisherige Problematik beim Anziehen des Gewindestopfens. An die Stelle von Gewindestopfen und Gewindering treten die Spannhülse und der Justierring. Die Spannhülse wird im Justierring lediglich radial geführt und auf diese Weise über dem Ventildeckel justiert. Um die zum Fixieren des Ventils in der Pumpe notwendige Kraft auszuüben, ist der Niederhalter vorgesehen, der die im Justierring grundsätzlich axial bewegliche Spannhülse auf den Ventildeckel drückt. Eine dabei vom Niederhalter auf die Spannhülse übertragene Kraft ergibt sich aus dem Anzugsmoment, mit dem die zum Anbringen des Niederhalters vorgesehenen Verbindungsmittel, also insbesondere sogenannte Stehbolzen, insbesondere in einer Ausführung als sogenannte Rotabolts, angezogen sind. Indem das oder jedes Verbindungsmittel Einrichtungen zur Messung oder Kontrolle mindestens einer Dehnspannung aufweist bzw. aufweisen, zum Beispiel Einrichtungen, wie sie Bestandteil eines Rotabolts sind, kann beim Anbringen der Klemmvorrichtung, aber auch jederzeit im laufenden Betrieb der Pumpe, schnell und sicher überprüft werden, ob das erforderliche Anzugsmoment gegeben ist. Die leichte Überprüfbarkeit des Anzugsmoments im Betrieb ist dabei von besonderem Vorteil, denn dafür ist bei einer Verwendung eines sogenannten Rotabolts als Verbindungselement kein besonderes Werkzeug erforderlich und eine frühzeitige Erkennung einer veränderten Dehnspannung eines Verbindungsmittels erlaubt die dauerhafte Aufrechterhaltung korrekter Anzugsmomente und hilft so eventuelle Leckagen und damit einhergehende Probleme zu vermeiden.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Dabei verwendete Rückbeziehungen weisen auf die weitere Ausbildung des Gegenstandes des Hauptanspruches durch die Merkmale des jeweiligen Unteranspruches hin; sie sind nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmalskombinationen der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen. Des Weiteren ist im Hinblick auf eine Auslegung der Ansprüche bei einer näheren Konkretisierung eines Merkmals in einem nachgeordneten Anspruch davon auszugehen, dass eine derartige Beschränkung in den jeweils vorangehenden Ansprüchen nicht vorhanden ist.
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Wenn das oder jedes Verbindungsmittel zum Anbringen des Niederhalters an dem Justierring vorgesehen ist, besteht die Möglichkeit, den Justierring von Zeit zu Zeit bei einem etwaigen Verschleiß von dort vorgesehenen Gewindebohrungen, die zur Aufnahme jeweils eines Verbindungsmittels bestimmt sind, austauschen zu können. Der Justierring selbst ist mit Schraubverbindungen an der Pumpe angebracht. Diese Schraubverbindungen müssen aber nur sehr selten gelöst werden, jedenfalls deutlich weniger oft, also dies für den Niederhalter bei einer Wartung des Ventils erforderlich ist.
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Die oben genannte Aufgabe wird auch mit einem Verfahren zum Anbringen einer Klemmvorrichtung wie hier und nachfolgend beschrieben gelöst. Bei dem Verfahren wird der Justierring an der Pumpe angebracht und dort mit den in die den Ventilsitz umgebenden Gewindebohrungen eingreifenden Schrauben fixiert. Sodann kann in den Justierring die Spannhülse eingesetzt werden. Dies erfolgt so, dass die Spannhülse auf dem Ventildeckel aufliegt. Anschließend oder auch schon vor dem Einsetzen der Spannhülse werden das oder die Verbindungsmittel, üblicherweise eine Mehrzahl von Stehbolzen, angebracht, insbesondere am Justierring. Dann kann der Niederhalter auf die Spannhülse gesetzt und mit dem oder jedem Verbindungsmittel fixiert werden, bis die vom jeweiligen Verbindungsmittel umfassten Einrichtungen zur Messung oder Kontrolle mindestens einer Dehnspannung eine sichere Fixierung anzeigt.
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Die oben genannte Aufgabe wird auch mit einem Verfahren zum Wechseln eines Ventils in einer als Spülpumpe fungierenden Kolben- oder Plungerpumpe gelöst, die eine auf einen Ventildeckel des Ventils wirkende Klemmvorrichtung wie hier und nachfolgend beschrieben aufweist. Dabei werden der Niederhalter der Klemmvorrichtung gelöst und die im Justierring geführte Spannhülse entfernt. Anschließend wird das Ventil aus der Pumpe entnommen. Dafür eignet sich zum Beispiel eine am Ventildeckel angebrachte und vom freien Innenvolumen der Spannhülse aufgenommene Augenschraube.
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Die hier vorgeschlagene Klemmvorrichtung ist wartungsärmer, schneller zu montieren und zu demontieren. Zudem ist die Wartung besonders leicht und effizient, weil zumindest zunächst jeweils nur die vom jeweiligen Verbindungsmittel umfassten Einrichtungen zur Messung oder Kontrolle mindestens einer Dehnspannung geprüft werden müssen. Wenn eine Demontage der Klemmvorrichtung erforderlich ist, kann dies mit herkömmlichem Werkzeug erfolgen und die Schraubverbindungen müssen nur gegen ein notwendiges Anzugsmoment gelöst werden und nicht gegen ein bei früheren Klemmverbindungen häufig in Erwartung einer besseren Fixierung angewandtes zu hohes Anzugsmoment. Zudem lässt sich die in dem Justierring geführte Spannhülse durch einfaches Anheben entfernen, während ein früherer und als Schlagmutter ausgeführter Gewindestopfen, an dessen Stelle jetzt die Spannhülse tritt, häufig mit erheblichem Aufwand, zum Beispiel mit einer eingeführten Metallstange und einem Vorschlaghammer, gelöst wurde. Die damit einhergehenden Verletzungsgefahren sind jetzt vollständig vermieden.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Einander entsprechende Gegenstände oder Elemente sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Es zeigen
- 1 eine Spülpumpe zum Tiefbohrbetrieb
- 2 in einem Ausschnitt aus der Darstellung in 1 ein Ventil einer Spülpumpe,
- 3 bis 5 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Klemmvorrichtungen in unterschiedlichen Ansichten und
- 6 die Klemmvorrichtung gemäß 3 bis 5 in einer Explosionsdarstellung.
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1 zeigt als Beispiel für eine Pumpe 10 eine Spülpumpe, wie sie als Kolben- oder Plungerpumpe beim Tiefbohrbetrieb verwendet wird. Dabei ist der vordere Teil der Pumpe 10 im Schnitt dargestellt. In das geschnittene und nur teilweise dargestellte Pumpengehäuse 12 ragt von links eine Kolbenstange 14 herein. Diese umfasst in an sich bekannter Art und Weise eine Kreuzkopfstange, auf der eine Prallscheibe befestigt ist, die den dahinter liegenden Teil der Pumpe 10 vor Spülungsaustritt bei einem Dichtungsversagen schützt. Eine Zylinderbuchse 16 dichtet über seine Dichtfläche zu einem Ventilblock 18 ab.
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Über die Kreuzkopfstange und einen daran angeschlossenen Kurbeltrieb wird mittels einer nicht dargestellten Drehantriebseinrichtung der Kolben in eine translatorische Bewegung versetzt. Durch die Vor- und Zurückbewegung des Kolbens und die Herstellung eines druckdichten Raumes wird Spülmaterial angesaugt und ausgedrückt. Das Fluid wird dabei über ein Rohr 20 und ein erstes Ventil 22 in einen saugseitigen Ventilblock 24 gesaugt. Im Vorhub schließt dieses Ventil 22 wieder und das Fluid wird unter Druck durch einen druckseitigen Ventilblock 26 und ein dortiges, zweites Ventil 28 in eine zentrale Druckleitung 30 gepresst, die eventuelle weitere und hier nicht dargestellte Zylinder untereinander verbindet. Das Fluid verlässt bei 32 die Spülpumpe 10.
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Die beiden Ventile 22, 28 werden im Folgenden zur Unterscheidung als saugseitiges Ventil 22 und druckseitiges Ventil 28 bezeichnet. Die Ventilblöcke 24, 26 sind untereinander verbunden und zusammen über eine Verschraubung an eine Frontplatte des Spülpumpengehäuses 12 geschraubt. Das gesamte Gehäuse 12 ist auf einem stabilen Rahmen oder Schlitten montiert
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2 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt aus der Darstellung in 1. Gezeigt ist, dass bei einer bisherigen Klemmvorrichtung ein Ventildeckel 34 mit einem Gewindestopfen 36, der in einen Gewindering 38 eingeschraubt ist, im jeweiligen Ventilblock 24, 26 fixiert ist. Der Gewindestopfen 36 ist nach Art einer Schlagmutter ausgeführt. Dementsprechend kann in an dessen freiem Ende vorgesehene Bohrungen eine Metallstange eingeführt und als Hebel beim Anziehen des Gewindestopfens 36 benutzt werden. Üblich ist auch, dass ein solches Anziehen oder ein späteres Lösen mit einem Vorschlaghammer unterstützt wird.
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3, 4 und 5 zeigen eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Klemmvorrichtung 40 in unterschiedlichen Ansichten, nämlich einmal in einer Draufsicht (3), in einer isometrischen Ansicht (4) und einer Schnittdarstellung (5) entlang einer in 3 mit A-A bezeichneten Schnittebene. Die Klemmvorrichtung 40 tritt an die Stelle bisheriger Klemmvorrichtungen mit Gewindestopfen 36 und Gewindering 38.
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Die Klemmvorrichtung 40 umfasst einen Niederhalter 42 und einen Justierring 44. Der Justierring 44 wird mit Gewindeschrauben 46 am jeweiligen Ventilblock 24, 26 angebracht. Der Justierring 44 bewirkt eine Justierung und axiale Fixierung einer Spannhülse 48 (5) über dem Ventildeckel 34 des jeweiligen Ventils 22, 28. Die notwendige Kraft zur sicheren Arretierung des Ventildeckels 34 im jeweiligen Ventilblock 24, 26 wird dabei über den Niederhalter 42 und dessen Fixierung am Justierring 44 aufgebracht. Für eine solche Fixierung ist als Verbindungsmittel eine Mehrzahl von Stehbolzen 50 vorgesehen.
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Das Aufbringen des notwendigen Anzugsmoments erfolgt dabei mit jeweils einer Sechskantmutter 52. Um eine Überprüfbarkeit des Anzugsmoments zu gewährleisten, weist jedes Verbindungsmittel/ jeder Stehbolzen 50 Einrichtungen 54 zur Messung oder Kontrolle mindestens einer Dehnspannung des Verbindungsmittels/des Stehbolzens 50 auf. Bei einem sogenannten Rotabolt als Verbindungsmittel sind dies zumindest ein innenliegender Gewindestab und eine daran bewegliche Mutter. Beim Erreichen einer vorgegebenen Dehnspannung wird eine sich in einer entsprechenden Position an dem Gewindestab befindliche Mutter fest, so dass anhand der Drehbarkeit dieser Mutter leicht überprüft werden kann, ob das vorgegebene Anzugsmoment und eine resultierende Dehnspannung bereits erreicht sind oder nicht. Zum Schutz dieser Einrichtungen 54 ist eine Schutzkappe 56 vorgesehen. Zwischen der Sechskantmutter 52 und einer Oberseite des Niederhalters 42 kann sich noch eine Keilsicherungsscheibe 58 befinden.
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Zum Anheben des jeweiligen Ventils 22, 28 kann sich am Ventildeckel 34 eine Augenschraube 60 befinden. Diese wird im montierten Zustand des Ventils 22, 28 vom freien Innenvolumen der Spannhülse 48 aufgenommen. Eine weitere Augenschraube 62 kann sich auch am Niederhalter 42 befinden und erleichtert dessen Handhabbarkeit, indem so eine Anschlagsmöglichkeit für ein Hebezeug geschaffen wird. Gleiches gilt für das Anheben des Ventils 22, 28 mittels dessen Augenschraube 60.
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6 zeigt abschließend eine Explosionsdarstellung zur Verdeutlichung der Lage der einzelnen Teile der Klemmvorrichtung 40. Ganz unten ist der jeweilige Ventilblock 24, 26, das sogenannte Wasserteil, dargestellt. Im Ventilblock 24, 26 erkennt man den dort in einem Ventilsitz angebrachten Ventildeckel 34 und eine Mehrzahl von den Ventilsitz/den Ventildeckel 34 umgebenden Gewindebohrungen. Diese sind zum Fixieren des Justierrings 44 bestimmt, nämlich für die für dessen Befestigung am Ventilblock 24, 26 vorgesehenen Gewindeschrauben 46. Der Justierring 44 selbst weist eigene Gewindebohrungen auf, in die als Verbindungsmittel zum Anbringen des Niederhalters 42 fungierende Stehbolzen 50 eingreifen. Mit dem Niederhalter 42 wird eine im Justierring 44 geführte und ansonsten grundsätzlich axial bewegliche Spannhülse 48 auf den Ventildeckel 34 gedrückt und zwar mit einer zum Anzugsmoment der Sechskantmuttern 52 am Stehbolzen 50 korrespondierenden Kraft.
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Bei einer Ausführungsform der Stehbolzen 50 als sogenannter Rotabolt oder dergleichen fungieren als Einrichtungen 54 (5) zur Messung oder Kontrolle mindestens einer Dehnspannung des Stehbolzens 50 ein im Innern des Stehbolzens 50 gelagerter Gewindestab, auf den außen zumindest eine Mutter oder dergleichen aufgesetzt ist. Bei einer bestimmten Position der Mutter und einer bestimmten Dehnspannung des Stehbolzens 50 wird diese Mutter fest, so dass sich auf diese Weise das resultierende Anzugsmoment leicht überprüfen lässt. Eine besondere Ausführungsform eines Rotabolts weist eine erste und zweite derartige Mutter auf, wobei sich mit den beiden Muttern ein minimales und ein maximales Anzugsmoment prüfen lässt, zum Beispiel derart, dass eine Drehbarkeit einer ersten Mutter anzeigt, dass ein maximales Anzugsmoment noch nicht erreicht ist, und dass eine nicht mehr drehbare zweite Mutter anzeigt, dass ein minimales Anzugsmoment erreicht ist. Solche Muttern oder dergleichen befinden sich bei als Stehbolzen 50 fungierenden Rotabolts oberhalb der jeweiligen Sechskantmutter 52 und sind in 6 nicht separat dargestellt. Jedenfalls ist das freie Ende der Stehbolzen mit dort ggf. vorgesehenen Einrichtungen 54 zur Messung oder Kontrolle mindestens einer Dehnspannung, wie vorangehend beispielhaft beschrieben, mit einer Schutzkappe 56 zum Schutz gegen Verschmutzung und Beschädigungen abgedeckt.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Pumpe/Spülpume
- 12
- Pumpengehäuse
- 14
- Kolbenstange
- 16
- Zylinderbuchse
- 18
- Ventilblock
- 20
- Rohr
- 22
- Ventil
- 24
- (saugseitiger) Ventilblock
- 26
- (druckseitiger) Ventilblock
- 28
- Ventil
- 30
- Druckleitung
- 32
- Auslass
- 34
- Ventildeckel
- 36
- Gewindestopfen
- 38
- Gewindering
- 40
- Klemmvorrichtung
- 42
- Niederhalter
- 44
- Justierring
- 46
- Gewindeschraube
- 48
- Spannhülse
- 50
- Verbindungsmittel/Stehbolzen
- 52
- Sechskantmutter
- 54
- Einrichtungen zur Messung oder Kontrolle mindestens einer Dehnspannung
- 56
- Schutzkappe
- 58
- Keilsicherungsscheibe
- 60
- Augenschraube
- 62
- Augenschraube
