DE102021128866A1

DE102021128866A1 - Electric submersible pump motor and conveying device, in particular for geothermal energy

Info

Publication number: DE102021128866A1
Application number: DE102021128866.5A
Authority: DE
Inventors: Andy Limanowka
Original assignee: Oil Dynamics GmbH
Current assignee: Oil Dynamics GmbH
Priority date: 2021-03-11
Filing date: 2021-11-05
Publication date: 2022-09-15

Abstract

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Tauchpumpenmotor (1), der zur Anordnung in einem Bohrloch (2) einer Tiefbohrung durch einen entsprechend geringen Durchmesser geeignet ist, aber zur Erzeugung einer ausreichenden Förderkapazität eine entsprechend große Länge für die jeweils erforderliche Leistung aufweist, in einer Bauart, die keine Stromzufuhr zum Rotor (3) erfordert.Bei einem solchen ist eine Leistungssteigerung dadurch erzielbar, daß einem Rotor (3) mindestens zwei Statoren (4, 4', ... 4n) zugeordnet sind, welche mit separaten Stromzufuhren (5, 5', ... 5n) ausgestattet sind, wobei die Stromzufuhren (5, 5', ... 5n) von einer Stromquelle (6) an der Erdoberfläche (7) mit gleichem Strom und gleicher Spannung erfolgen.The invention relates to an electric submersible pump motor (1) which is suitable for arrangement in a borehole (2) of a deep borehole due to a correspondingly small diameter, but has a correspondingly large length for the power required in each case in order to generate sufficient delivery capacity, in a design which does not require a power supply to the rotor (3). With such an increase in performance can be achieved in that at least two stators (4, 4', ... 4n) are assigned to a rotor (3), which are connected to separate power supplies (5, 5 ', ... 5n), wherein the power supplies (5, 5', ... 5n) take place from a power source (6) on the earth's surface (7) with the same current and the same voltage.

Description

Die Erfindung betrifft einen Elektrischer Tauchpumpenmotor, der durch einen entsprechend geringen Durchmesser zur Anordnung in einem Bohrloch einer Tiefbohrung geeignet ist, aber zur Erzeugung einer ausreichenden Förderkapazität eine entsprechend große Länge für die jeweils erforderliche Leistung aufweisen muß, in einer Bauart, die keine Stromzufuhr zum Rotor erfordert.The invention relates to an electric submersible pump motor which, due to a correspondingly small diameter, is suitable for arrangement in a borehole of a deep borehole, but which, in order to generate sufficient delivery capacity, must have a correspondingly large length for the power required in each case, in a design which does not require a power supply to the rotor requires.

Die Erfindung betrifft weiterhin eine Fördervorrichtung für die Geothermie aber auch der Öl- und Wasserförderung mit Tauchpumpenmotor.The invention also relates to a delivery device for geothermal energy, but also for oil and water delivery with a submersible pump motor.

Elektrische Tauchpumpenmotoren dienen der Förderung eines Fluids durch eine Tiefbohrung aus einer Lagerstätte im Erdmantel. Dies kann beispielsweise Erdöl, Gas oder heißes Wasser sein. Letzteres dient in der Geothermie zur Energiegewinnung. Da die für diese gewünschte hohe Temperatur mit zunehmender Tiefe größer wird, kann die Tiefe der Bohrung 3000 m und mehr betragen. So herrscht beispielsweise im Oberrheingraben in 3000 m Tiefer eine Temperatur von ca. 170°C. Aus Kostengründen muß man dabei den Bohrungsdurchmesser beschränken, dieser ist in der Regel 340 mm oder weniger. Um bei einem solchen geringen Durchmesser hohe Pumpenleistungen zu erzielen, muß die Länge der Motoren teilweise 40m und mehr betragen. Um eine solche Länge bezüglich Transport und Einbau handhaben zu können, sind oft mehrere Motoren hintereinandergeschaltet. Es sind Einzellängen bis zu 12m handhabbar, die dann nach dem Einbringen in das Bohrloch durch Kupplungen verbunden werden.Electric submersible pump motors are used to pump a fluid through a deep well from a deposit in the earth's mantle. This can be, for example, oil, gas or hot water. The latter is used in geothermal energy to generate energy. Since the high temperature required for this increases with increasing depth, the depth of the well can be 3000 m and more. For example, in the Upper Rhine Graben at a depth of 3000 m there is a temperature of approx. 170°C. For cost reasons you have to limit the bore diameter, this is usually 340 mm or less. In order to achieve high pump performance with such a small diameter, the length of the motors must sometimes be 40 m and more. In order to be able to handle such a length with regard to transport and installation, several motors are often connected in series. Individual lengths of up to 12m can be handled, which are then connected by couplings after being inserted into the borehole.

Um eine hohe Leistung zu erzielen, braucht man entweder eine hohe Spannung oder hohe Stromstärken. Bei hohen Spannungen wäre eine aufwendige Isolierung erforderlich, für die der geringe Durchmesser der Bohrungen keinen Raum bietet. Bei hohen Stromstärken tritt das Problem auf, daß in den Zuleitungen Wärme produziert wird, die zu der hohen Temperatur in diesen Tiefen und der durch den Tauchpumpenmotor erzeugten Verlustwärme noch hinzukommt. Dies führt zu einer Begrenzung der Motorleistung, was wiederum die Förderkapazität der Fördervorrichtung begrenzt.To achieve high performance, you need either high voltage or high current. In the case of high voltages, complex insulation would be required, for which the small diameter of the bores does not offer any space. At high current levels, the problem arises that heat is produced in the supply lines, which adds to the high temperature at these depths and the heat loss generated by the submersible pump motor. This leads to a limitation of the motor power, which in turn limits the conveying capacity of the conveyor.

Aus der WO 2018/112399 A2 ist ein Tauchpumpensystem der eingangs genannten Art bekannt, bei dem der Tauchpumpenmotor aus vielen aneinandergekoppelten Motoren, jeweils mit Stator und Rotor, besteht. Dadurch läßt sich dieser Motor zwar in einem engen Bohrloch unterbringen, da die Motoren jedoch gemeinsam mit Strom versorgt werden, kommt es zu der vorgenannten Leistungsbegrenzung.From the WO 2018/112399 A2 a submersible pump system of the type mentioned is known, in which the submersible pump motor consists of many motors coupled to one another, each with a stator and a rotor. Although this allows this motor to be accommodated in a narrow borehole, since the motors are supplied with electricity together, the aforementioned power limitation occurs.

Aus der EP 3 306 798 B1 ist ein Linearmotor mit mehreren Statoren bekannt. Da diese zur Erzeugung einer Linearbewegung nacheinander mit Strom beaufschlagt werden müssen, kommt hier ein völlig anderes Prinzip zur Anwendung, das auch eine nicht auf dem Prinzip der Rotation basierende Pumpe voraussetzt.From the EP 3 306 798 B1 a linear motor with multiple stators is known. Since these have to be supplied with electricity one after the other to generate a linear movement, a completely different principle is used here, which also requires a pump that is not based on the principle of rotation.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem elektrischen Tauchpumpenmotor der eingangs genannten Art sowie bei einer Fördervorrichtung, insbesondere für die Geothermie, eine Leistungssteigerung zu erzielen.The object of the invention is to achieve an increase in performance in an electric submersible pump motor of the type mentioned at the outset and in a conveying device, in particular for geothermal energy.

Dies wird dadurch erreicht, daß einem Rotor mindestens zwei Statoren zugeordnet sind, welche mit separaten Stromzufuhren ausgestattet sind, wobei die Stromzufuhren von einer Stromquelle an der Erdoberfläche mit gleichem Strom und gleicher Spannung erfolgen.This is achieved in that at least two stators are associated with a rotor and are equipped with separate power supplies, the power supplies taking place from a power source on the earth's surface with the same current and the same voltage.

Für eine Fördervorrichtung, insbesondere für die Geothermie, wird dies dadurch erreicht, daß sie mit dem vorgenannten Tauchpumpenmotor ausgestattet ist.For a conveyor device, in particular for geothermal energy, this is achieved in that it is equipped with the aforementioned submersible pump motor.

Die Erfindung erlaubt es, eine hohe Pumpenleistung zu erzielen, obwohl für die Zufuhr der elektrischen Energie nur der geringe Durchmesser des Bohrlochs zur Verfügung steht, der auch noch größtenteils der Aufnahme des Förderrohrs, der Tiefbrunnenpumpe, dem Ansaugstutzen und der Volumenausgleichsvorrichtung dient. Bei der Erfindung sind weder die Spannungen so hoch, daß allzuviel Raum für die Isolierungen benötigt wird, noch sind die Stromstärken so hoch, daß schwer unterzubringende Kabel mit großem Durchmesser benötigt werden. Ebenso wird die Verlustwärme in Kabel und Motor in einer ohnehin schon heißen Umgebung weitestgehend reduziert. Die gesamte Energiezufuhr wird auf mehrere Stromzufuhren für die einzelnen Statoren verteilt, die man in dem geringen Raum zwischen dem Förderrohr oder den sonstigen Bauteilen der Fördervorrichtung und der Bohrlochwandung anordnen kann.The invention allows a high pump output to be achieved, although only the small diameter of the borehole is available for the supply of electrical energy, which is also largely used to accommodate the production pipe, the deep well pump, the suction nozzle and the volume compensation device. In the invention, the voltages are not so high that too much space is required for the insulation, nor are the current levels so high that large diameter, difficult to accommodate cables are required. Likewise, the heat loss in the cable and motor is largely reduced in an already hot environment. The entire power supply is distributed to several power supplies for the individual stators, which can be arranged in the small space between the production tubing or other components of the production device and the borehole wall.

Durch eine Begrenzung der Spannungen, Ströme und deren Abwärme, sowie eine gleichmäßigere Verteilung infolge der Anordnung mehrerer Kabel wird eine höhere Betriebssicherheit erzielt. Die Verlustwärme konzentriert sich nicht auf ein Kabel und Motor sondern wird durch gleichmäßige Verteilung erniedrigt bzw. die Leistung kann durch die Anzahl der Stromzufuhren erhöht werden. Bei Elektromotoren mit dem üblichen Verhältnis ihrer Durchmesser zu ihrer Länge und separaten Stromversorgung würde eine mechanische Zusammenkopplung zu Synchronisationsproblemen führen, wenn man nicht eine entsprechende Regelung, die dies ausgleicht, vorsieht. Bei Elektromotoren, welche im Verhältnis zu ihrer Länge einen geringen Durchmesser aufweisen, ist jedoch eine solche Regelung nicht erforderlich: Bei diesen ist der Schlupf zwischen Statorfeld und Rotor überdurchschnittlich groß, wodurch eine dynamische Synchronisation erfolgt, so daß mehrere Statoren ohne zusätzliche Synchronisationsregelung den einen Rotor treiben können. Gerade beim Einsatz in der Geothermie ist wichtig, daß keine Synchronisationsregelung benötigt wird, da Sensoren zur Erfassung der Regelungsgrößen vor Ort wegen der hohen Temperaturen in der Tiefe nicht angeordnet werden können.A higher level of operational reliability is achieved by limiting the voltages, currents and their waste heat, as well as a more even distribution as a result of the arrangement of several cables. The heat loss is not concentrated on a cable and motor but is reduced by even distribution or the performance can be increased by the number of power supplies. In the case of electric motors with the usual ratio of their diameter to their length and separate power supply, a mechanical coupling would lead to synchronization problems if an appropriate regulation is not provided to compensate for this. For electric motors, which have a small diameter in relation to their length, however, such a control is not necessary: With these, the slip between the stator field and rotor is above average, which results in dynamic synchronization, so that several stators can drive one rotor without additional synchronization control. Especially when used in geothermal energy, it is important that no synchronization control is required, since sensors for recording the control variables cannot be arranged on site due to the high temperatures at depth.

Die Unteransprüche sehen vorteilhafte Weiterbildungen vor:

Es kann vorgesehen sein, daß der Rotor in seiner Längsausdehnung mehrere Abschnitte mit jeweils einer Anordnung zur Erzeugung eines Drehfeldes aufweist. Dabei kann die Längsausdehnung des Rotors aus mehreren mit Kupplungen verbundenen Teilstücken bestehen. Ein solches Teilstück kann dann einen oder mehrere der vorgenannten Abschnitte beinhalten. Auf diese Weise kann dann z.B. ein 48m langer Rotor aus 4 Teilstücken bestehen, die mit 12m noch transportier- und einbaubar sind. Auch läßt sich auf diese Weise ein Rotor nahezu beliebig verlängern, wenn dies zur Erzielung einer höheren Leistung erforderlich ist.

The dependent claims provide advantageous developments:

It can be provided that the rotor has several sections in its longitudinal extension, each with an arrangement for generating a rotary field. The longitudinal extension of the rotor can consist of several sections connected by couplings. Such a section can then contain one or more of the aforementioned sections. In this way, for example, a 48m long rotor can consist of 4 sections that can still be transported and installed at 12m. In this way, a rotor can also be lengthened almost indefinitely if this is necessary to achieve higher performance.

Ein weiterer Vorteil der separaten Stromzufuhren besteht darin, daß die einzelnen Statoren gemeinsam oder getrennt einschaltbar gemacht werden können. Auf diese Weise kann nur ein Teil der Statoren betrieben werden, wenn eine geringere Leistung gewünscht ist, oder die Fördervorrichtung kann bei Ausfall eines oder mehrerer Statoren unter Inkaufnahme einer Reduktion der Förderkapazität weiterbetrieben werden. Dasselbe gilt für Instandsetzung oder wenn aus anderen Gründen ein Stator deaktiviert werden muß.A further advantage of the separate power supplies is that the individual stators can be made to be switched on together or separately. In this way, only some of the stators can be operated if a lower output is desired, or the conveyor device can continue to be operated if one or more stators fail, at the expense of a reduction in the conveyor capacity. The same applies to repairs or if a stator has to be deactivated for other reasons.

Der Tauchpumpenmotor kann von der Erdoberfläche aus mit einer gemeinsamen Stromquelle betrieben werden oder mit mehreren synchronisierten Stromquellen.The submersible pump motor can be operated from the surface with a common power source or with multiple synchronized power sources.

Der Tauchpumpenmotor kann ein Permanentmagnetmotor, ein Induktionsmotor oder ein Reluktanzmotor sein. Die beiden letztgenannten sind insbesondere in der Geothermie zweckmäßig, da Permanentmagneten aus Seltenen Erden nur bedingt hitzebeständig sind.The submersible pump motor can be a permanent magnet motor, an induction motor or a reluctance motor. The latter two are particularly useful in geothermal energy, since permanent magnets made of rare earths are only heat-resistant to a limited extent.

Der erfindungsgemäße Tauchpumpenmotor ist für den Einsatz von Fördervorrichtungen vorgesehen, wobei er insbesondere für die Geothermie besonders geeignet ist, da dort möglichst hohe Temperaturen in meistens sehr tiefen Bohrungen für eine hohe Energieausbeute wünschenswert sind. Gerade diese hohen Temperaturen machen es jedoch erforderlich, jede weitere Erwärmung und insbesondere die Bildung von hot-spots, beispielsweise an Kabeln und Statoren durch die Energiezufuhr zu vermeiden.The submersible pump motor according to the invention is intended for the use of conveying devices, and it is particularly suitable for geothermal energy, since there the highest possible temperatures are desirable in mostly very deep wells for a high energy yield. However, it is precisely these high temperatures that make it necessary to avoid any further heating and in particular the formation of hot spots, for example on cables and stators, as a result of the energy supply.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen

1a ein Ausführungsbeispiel der Erfindung,
1b die Schaltung der Windungen der Statoren dieses Ausführungsbeispiels,
2a ein Beispiel des Standes der Technik,
2b die Schaltung der Windungen der Statoren dieses Beispiels,
3a eine Fördervorrichtung für die Geothermie mit einem erfindungsgemäßen Tauchpumpenmotor und
3b die Anordnung von Stromzufuhren des erfindungsgemäßen Tauchpumpenmotors.

The invention is explained below with reference to the drawing. Show it

1a an embodiment of the invention,
1b the circuit of the windings of the stators of this embodiment,
2a an example of the prior art,
2 B the connection of the windings of the stators of this example,
3a a conveyor device for geothermal energy with a submersible pump motor according to the invention and
3b the arrangement of power supplies of the submersible pump motor according to the invention.

1a zeigt einen möglichen Tauchpumpenmotor 1 als Beispiel für die Ausführung der Erfindung und die 1b die Schaltung der Windungen 11, 11', 11ⁿ dieses Tauchpumpenmotors 1. 1a shows a possible submersible pump motor 1 as an example for the embodiment of the invention and the 1b the circuit of the windings 11, 11', 11 ⁿ of this submersible pump motor 1.

Der Tauchpumpenmotor 1 besteht aus einer Vielzahl von Statoren 4, 4', ... 4ⁿ, wobei die Unterbrechung 13 und die Benennung des letzten Stators mit 4ⁿ anzeigt, daß diese Anzahl entsprechend der gewünschten Förderleistung vergrößerbar ist. Alle Statoren 4, 4', ... 4ⁿ wirken mit ihren Drehfeldern auf einen Rotor 3, der aus mit Kupplungen 10 verbundenen Teilstücken 9, 9', ... 9ⁿ besteht. Der Grund dafür ist, daß ein Rotor 3 mit 40m oder mehr wegen dieser Länge nicht transportierbar bzw. einbaubar wäre. Dabei kann jedes Teilstück 9, 9', ...9ⁿ ein Rotorabschnitt 8 sein oder, wie hier gezeichnet, aus mehreren Rotorabschnitten 8, 8', 8", 8''' bestehen, von denen jeder eine Statoranordnung zur Erzeugung eines Drehfeldes aufweist.The submersible pump motor 1 consists of a large number of stators 4, 4', ... 4 ⁿ , the interruption 13 and the naming of the last stator 4 ⁿ indicating that this number can be increased in accordance with the desired delivery rate. All stators 4, 4', ... 4 ⁿ act with their rotating fields on a rotor 3, which consists of sections 9, 9', ... 9 ⁿ connected with clutches 10. The reason for this is that a rotor 3 of 40 m or more would not be transportable or installable because of this length. Each section 9, 9', ... ⁹ⁿ can be a rotor section 8 or, as shown here, consist of several rotor sections 8, 8', 8", 8''', each of which has a stator arrangement for generating a rotary field having.

Die Ausgestaltung kann beliebig sein, beispielsweise als Permanentmagnetrotor, Kurzschlußläufer oder Läufer eines Reluktanzmotors. Das für die Rotation erforderliche Drehfeld wird von den Statoren 4, 4', ... 4ⁿ erzeugt, die sich entlang des Rotors 3 erstrecken und von denen jeder über eine Stromversorgung 5, 5', ... 5ⁿ verfügt, welche in 1a als Kabel dargestellt sind. Diese Kabel beinhalten dann mehrere Leiter, wie in 1b dargestellt. Dort sind sie mit den Windungen 11, 11', ... 11ⁿ der Statoren 4, 4', ... 4ⁿ verbunden, deren Enden in einer Sternschaltung 12 für Drehstrombetrieb in bekannter Weise zusammengefügt sind. Dies ist selbstverständlich nur beispielhaft, da jede Art von Motor möglich ist, soweit der Rotor 3 keiner Stromversorgung bedarf.The design can be arbitrary, for example as a permanent magnet rotor, squirrel-cage rotor or rotor of a reluctance motor. The rotating field required for the rotation is generated by the stators 4, 4', ... ⁴ⁿ , which extend along the rotor 3 and each of which has a power supply 5, 5', ... ⁵ⁿ , which in 1a are shown as cables. These cables then contain several conductors, as in 1b shown. There they are connected to the windings 11, 11', ... ¹¹ⁿ of the stators 4, 4', ... ⁴ⁿ , the ends of which are joined together in a known manner in a star circuit 12 for three-phase operation. Of course, this is only an example, since any type of motor is possible, as long as the rotor 3 does not require a power supply.

Wesentlich für die Erfindung ist, daß mindestens zwei Statoren 4, 4', ... 4ⁿ regelmäßig jedoch eine Vielzahl - von der Erdoberfläche 7 mit einer Stromquelle 6 oder mittels synchronisierter Stromquellen durch eine eigene Stromzufuhr 5, 5', ... 5ⁿ mit Strom versorgt wird.It is essential for the invention that at least two stators 4, 4', ... 4 ⁿ regularly, but a large number - from the earth's surface 7 with a power source 6 or by means of synchronized power sources with their own power supply 5, 5', ... 5 ⁿ is supplied with electricity.

Diese Stromzufuhren 5, 5', ... 5ⁿ sind allerdings nicht so kurz, wie in 1a und 1b symbolisch dargestellt, sondern wie in der 3a eingezeichnet in einer Länge (die in dieser Darstellung auch verkürzt gezeichnet ist), die nahezu der Tiefe des Bohrlochs 2 entspricht, was die eingangs genannten Probleme des Standes der Technik verursacht.However, these power supplies 5, 5', ... ⁵ⁿ are not as short as in 1a and 1b represented symbolically, but as in the 3a drawn in with a length (which is also drawn in shortened form in this representation) which almost corresponds to the depth of the borehole 2, which causes the problems of the prior art mentioned at the outset.

Um diese nachvollziehbar zu machen, ist in den 2a und 2b ein solcher Tauchpumpenmotor 1 mit Stromzufuhr 5 und Windungen 11 gemäß dem Stand der Technik gezeigt. Auch wenn er mechanisch gesehen ebenfalls einen aus Einzelstücken zusammengesetzten langen Rotor 3 hat, so weist er jedoch einen Stator 4 für den gesamten Tauchpumpenmotor 1 auf. Auch wenn dieser natürlich wegen des Transports und des Einbaus ebenfalls aus Teilstücken zusammengesetzt sein muß, handelt es sich elektrisch um einen Stator 4, wie dies die 2b veranschaulicht. Dabei ist ein Kabel 5, beispielsweise mit 3 Leitern für den Drehstrom, durch das gesamte Bohrloch 2 (entsprechend 3a) zu dem Tauchpumpenmotor 1 geführt, der beispielsweise bei 40 m Länge durch entsprechend lange Windungen 11 des (elektrisch gesehen) einzigen Stators 4 bis zu dem Sternpunkt 12 fließen muß, wenn dies in der Regel auch hintereinandergeschaltete kürzere Windungen 11 sind, was auch bei mehreren Motoren der Fall ist. Dies bedeutet, daß die gesamte Stromstärke entsprechend des Leitungswiderstandes konzentriert auf die eine Zuleitung 5 sowie die Länge der Windungen 11 fließt und damit Verlustwärme produziert, die sich bei der heißen Umgebung nicht optimal abführen lässt. Eine Herabsetzung des Leitungswiderstandes mittels sehr dicker Kupferkabel setzt jedoch der geringe zur Verfügung stehende Raum des Bohrlochs 2 Grenzen und ist bezüglich der Windungen 11 wegen des geringen Motordurchmessers gar nicht möglich.In order to make this comprehensible, 2a and 2 B such a submersible pump motor 1 with power supply 5 and windings 11 shown according to the prior art. Even if, from a mechanical point of view, it also has a long rotor 3 composed of individual pieces, it has a stator 4 for the entire submersible pump motor 1 . Even if this must of course also be composed of sections because of the transport and installation, it is electrically a stator 4, as is the 2 B illustrated. A cable 5, for example with 3 conductors for the three-phase current, is routed through the entire borehole 2 (corresponding to 3a) led to the submersible pump motor 1, which, for example, with a length of 40 m must flow through correspondingly long windings 11 of the (electrically speaking) single stator 4 to the star point 12, even if these are usually shorter windings 11 connected in series, which is also the case with several motors the case is. This means that the entire current intensity corresponding to the line resistance is concentrated on the one supply line 5 and the length of the windings 11 and thus produces heat loss that cannot be optimally dissipated in the hot environment. However, reducing the line resistance by means of very thick copper cables is limited by the small amount of space available in the borehole 2 and is not possible at all with regard to the windings 11 because of the small motor diameter.

3a zeigt noch eine Fördervorrichtung für die Geothermie mit einem erfindungsgemäßen Tauchpumpenmotor 1. 3a shows another conveying device for geothermal energy with a submersible pump motor 1 according to the invention.

Ausgehend von einer oberirdischen Armatur und Leitung 22 führt das - hier sehr verkürzt dargestellte - Bohrloch 2 in das Erdreich 14. In dem Bohrloch 2 ist von der Brunnenwand 15 umschlossen das Förderrohr 16 zum Transport des heißen Brunnenwassers an die Erdoberfläche 7 angeordnet. In der Tiefe befindet sich eine Tiefbrunnenpumpe 17, welche durch den Tauchpumpenmotor 1 angetrieben wird, und das durch einen Ansaugstutzen 18 angesaugte Brunnenwasser fördert. Eine Volumenausgleichsvorrichtung 19 kompensiert Volumenschwankungen des Betriebsöls der Fördervorrichtung bei Temperaturschwankungen. Von dem Tauchpumpenmotor 1 ist symbolisch nur ein kurzes Stück mit zwei Statoren 4, 4' eingezeichnet. Die Unterbrechung 20 zeigt jedoch, daß hier der Tauchpumpenmotor 1 noch eine beträchtliche Länge mit vielen Statoren 4, 4', ... 4ⁿ aufweist, jedenfalls so viele, daß die gewünschte Förderleistung erzielbar ist. Am Ende der Fördervorrichtung befindet sich schließlich eine Zentrierung 21, die die gesamte Anordnung stabilisiert. Starting from an above-ground fitting and line 22, the borehole 2--shown in a very shortened form--runs into the ground 14. In the depths there is a deep well pump 17 which is driven by the submersible pump motor 1 and which pumps the well water sucked in through an intake port 18 . A volume compensation device 19 compensates for volumetric fluctuations in the operating oil of the conveying device in the event of temperature fluctuations. Only a short section of the submersible pump motor 1 with two stators 4, 4' is shown symbolically. However, the interruption 20 shows that here the submersible pump motor 1 is still of considerable length with many ^stators 4, 4', . Finally, at the end of the conveyor there is a centering device 21 which stabilizes the entire arrangement.

Von einer Stromquelle 6 an der Erdoberfläche 7 ausgehend verlaufen so viele Stromzuführungen 5, 5', ... 5ⁿ durch das Bohrloch 2 als der Tauchpumpenmotor 1 Statoren 4, 4', .. 4ⁿ aufweist.Starting from a power source 6 on the earth's surface 7, as many power supply lines 5, 5', . . . 5 ⁿ run through the borehole 2 as the submersible pump motor 1 has ^stators 4, 4', .

3b zeigt, wie zwischen der Brunnenwand 15 und den oben aufgezählten Bauteilen der Fördervorrichtung (Förderrohr 16, Tiefbrunnenpumpe 17, Ansaugstutzen 18 und Volumenausgleichsvorrichtung 19), die zentral innerhalb der Brunnenwand 15 angeordnet sind, ein ringförmiger Raum für die Stromzufuhren 5, 5', ... 5ⁿ verbleibt. Da sich die Stromstärke im Verhältnis zu der einen einzigen Stromzufuhr 5 des Standes der Technik (2a und 2b) auf eine Vielzahl der Stromzufuhren 5, 5', ... 5ⁿ (hier sind beispielhaft drei eingezeichnet) verteilt, erniedrigt sich hier die Stromstärke entsprechend (hier auf ein Drittel). Entsprechend verringert sich dann die Verlustwärme jeder Stromzufuhr 5, 5', ... 5ⁿ und dies kann bei mehreren Stromzufuhren 5, 5', ...,5ⁿ auch wesentlich besser an die Umgebung abgeführt werden wie bei einer einzigen Stromzufuhr 5, die zu einem hot-spot wird. 3b shows how an annular space for the power supplies 5, 5', .. .5 ⁿ remains. Since the current strength in relation to the single power supply 5 of the prior art ( 2a and 2 B) distributed over a large number of power supplies 5, 5 ^′ , . The heat loss of each power supply 5, 5', ... 5 ⁿ is then correspondingly reduced and, with several power supplies 5, 5', ..., 5 ⁿ , this can also be dissipated to the environment much better than with a single power supply 5, which becomes a hot spot.

Das dargestellte Ausführungsbeispiel kann selbstverständlich in vielerlei Hinsicht variieren, vor allem lassen sich verschiedene Arten von Elektromotoren als Tauchpumpenmotor 1 mit einem Rotor 3 und vielen Statoren 4, 4', ... 4ⁿ ausstatten, die in derselben Weise entsprechend viele Stromzufuhren 5, 5', ... 5ⁿ aufweisen.The exemplary embodiment shown can of course vary in many respects, above all different types of electric motors can be equipped as a submersible pump motor 1 with a rotor 3 and many stators 4, 4', ... ⁴ⁿ , which in the same way have a corresponding number of power supplies 5, 5 ', ... have ⁵ⁿ .

BezugszeichenlisteReference List

11: Tauchpumpenmotorsubmersible pump motor
22: Bohrlochborehole
33: Rotorrotor
4, 4', ...4n4, 4',...4n: Statorenstators
5, 5', ...5n5, 5',...5n: Stromzufuhrenpower supplies
66: Stromquellepower source
77: Erdoberflächesurface of the earth
8, 8', 8", 8'''8, 8', 8", 8''': Abschnitte des Rotorssections of the rotor
9, 9' ... 9n9, 9'...9n: Teilstücke des Rotorsparts of the rotor
1010: Kupplungencouplings
11, 11', ...11n11, 11',...11n: Statorwindungenstator windings
1212: Sternschaltung für DrehstromStar connection for three-phase current
1313: Unterbrechung zur Andeutung weiterer StatorenInterruption to indicate further stators
1414: Erdreichsoil
1515: Brunnenwandfountain wall
1616: Förderrohrconveyor pipe
1717: Tiefbrunnenpumpedeep well pump
1818: Ansaugstutzenintake manifold
1919: VolumenausgleichsvorrichtungVolume Compensation Device
2020: Unterbrechung zur Andeutung weiterer Statoren des TauchpumpenmotorsInterruption to indicate further stators of the submersible pump motor
2121: Zentrierungcentering
2222: oberirdische Armatur und Leitungabove ground fitting and pipe

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of documents cited by the applicant was generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

WO 2018/112399 A2 [0005]
EP 3306798 B1 [0006]

Claims

Electric submersible pump motor (1) which, due to its correspondingly small diameter, is suitable for arrangement in a borehole (2) of a deep borehole due to its correspondingly small diameter, but must have a correspondingly large length for the power required in each case in order to generate sufficient delivery capacity, in a Design which does not require a power supply to the rotor (3), characterized in that a rotor (3) is assigned at least two stators (4, 4', ... 4 ⁿ ) which are provided with separate power supplies (5, 5', . .. 5 ⁿ ) are equipped, the power supplies (5, 5 ', ... 5 ⁿ ) from a power source (6) on the earth's surface (7) with the same current and the same voltage.

Electric submersible pump motor after claim 1 , characterized in that the rotor (3) has a plurality of sections (8, 8', 8", 8''') in its longitudinal extent, each with a stator arrangement for generating a rotating field.

Electric submersible pump motor after claim 2 , characterized in that the length of the rotor (3) consists of sections (9, 9', ... 9 ⁿ ) connected by couplings (10).

Electric submersible pump motor according to any of Claims 1 until 3 , characterized in that the stators (4, 4', ... 4 ⁿ ) can be switched on together or separately by switches.

Electric submersible pump motor according to any of Claims 1 until 4 , characterized in that a common current source (6) is provided.

Electric submersible pump motor according to any of Claims 1 until 4 , characterized in that several synchronized power supply sources are provided for the stators (4, 4', ... 4 ⁿ ).

Electric submersible pump motor according to any of Claims 1 until 6 , characterized in that it is an induction motor.

Electric submersible pump motor according to any of Claims 1 until 6 , characterized in that it is a reluctance motor.

Electric submersible pump motor according to any of Claims 1 until 6 , characterized in that it is a permanent magnet motor.

Conveying device, in particular for geothermal energy, characterized in that it is equipped with a submersible pump motor (1) according to one of Claims 1 until 9 Is provided.