DE112016005530T5

DE112016005530T5 - Einsatz-Rückhaltesystem

Info

Publication number: DE112016005530T5
Application number: DE112016005530.7T
Authority: DE
Inventors: Heinrich Bartels; Stephen Patterson; Jesse NOKES
Original assignee: Forum US Inc
Current assignee: Forum US Inc
Priority date: 2015-12-02
Filing date: 2016-12-02
Publication date: 2018-09-13
Also published as: GB2562906A; GB202105306D0; CN108368834A; GB2590884B; GB2562906B; WO2017096292A1; GB2590884A; CA3004895C; CA3004895A1; MX2018006346A; US9995300B2; NO20180713A1; GB201808064D0; US20170159653A1; CN108368834B

Abstract

Ein Einsatz-Rückhaltesystem umfasst einen Rückhaltekörper, eine Einsatzbaugruppe und einen Rückhalteflansch. Die Einsatzbaugruppe weist ein mit dem Rückhaltekörper gekoppeltes Gehäuse auf, ein Vorspannelement, das innerhalb des Gehäuses angeordnet ist, und einen Kolben, der durch das Vorspannelement in Richtung des Rückhaltekörpers vorgespannt ist. Der Rückhalteflansch ist durch die Einsatzbaugruppe mit dem Rückhaltekörper gekoppelt.

Description

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Gebiet der Offenbarung
Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung betreffen allgemein ein Einsatz-Rückhaltesystem.
Beschreibung des Standes der Technik
Mehrkolbenpumpen werden üblicherweise in der Öl- und Gasindustrie eingesetzt. Die Pumpen dienen dazu, Fluide unter Hochdruck in eine oder mehrere Bohrungen, die in den Boden gebohrte Bohrlöcher aufweisen, zu pumpen. Mehrfachpumpen umfassen ein Antriebsende, in dem eine Kurbelwelle und ein Kreuzkopf aufgenommen sind, und ein Fluidende mit Fluidbohrungen, in denen sich einzelne Kolben mit Einlass- und Auslassventilen hin- und herbewegen. Pleuelstangen verbinden den Kreuzkopf mit den Kolben, um eine Hin- und Herbewegung der Kolben in den Fluidbohrungen zu bewirken, um Fluid von einem Ansaugende zu einem Austrittsende der Fluidbohrungen zu bewegen.
Die Komponenten des Fluidendes, wie Ventildeckel und Liner müssen sicher am Fluidende zurückgehalten werden, da Fluide bei hohen Drücken und Strömungsgeschwindigkeiten durch das Fluidende gepumpt werden. Einige Rückhaltemechanismen sind vollständig innerhalb des Gehäuses des Fluidendes ausgebildet, wodurch die Möglichkeit, einen solchen Rückhaltemechanismus an unterschiedlich konstruierten Fluidenden einzusetzen, eingeschränkt wird. Dadurch, dass der Rückhaltemechanismus innerhalb des Gehäuses des Fluidendes ausgebildet ist, wird außerdem das Gewicht der Gesamtkonstruktion des Fluidendes weiter erhöht.
Es besteht daher ein ständiger Bedarf an neuen und verbesserten Rückhaltesystemen.
KURZDARSTELLUNG DER OFFENBARUNG
Gemäß einer Ausführungsform umfasst ein Einsatz-Rückhaltesystem einen Rückhaltekörper, eine Einsatzbaugruppe und einen Rückhalteflansch. Die Einsatzbaugruppe weist ein mit dem Rückhaltekörper gekoppeltes Gehäuse auf, ein Vorspannelement, das innerhalb des Gehäuses angeordnet ist, und einen Kolben, der durch das Vorspannelement in Richtung des Rückhaltekörpers vorgespannt ist. Der Rückhalteflansch ist durch die Einsatzbaugruppe mit dem Rückhaltekörper gekoppelt.
Figurenliste
Damit die obengenannten Merkmale im Detail verständlich werden, folgt eine genauere Beschreibung der oben kurz zusammengefassten Offenbarung unter Bezugnahme auf Ausführungsformen, von denen einige in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind. Es ist jedoch anzumerken, dass die beigefügten Zeichnungen nur typische Ausführungsformen darstellen und daher nicht als Einschränkung ihres Umfangs zu betrachten sind, da die Ausführungsformen andere, gleichermaßen wirksame Ausführungsformen zulassen können.

Die 1 zeigt ein Einsatz-Rückhaltesystem gemäß einer hierin offenbarten Ausführungsform.
Die 2 zeigt eine Schnittansicht eines Einsatz-Rückhaltesystems gemäß einer hierin offenbarten Ausführungsform.
Die 3A, 3B und 3C zeigen vergrößerte Schnittansichten eines Teils des Rückhaltesystems gemäß einer hierin offenbarten Ausführungsform.
Die 4 zeigt ein Gehäuse des Rückhaltesystems gemäß einer hierin offenbarten Ausführungsform.
Die 5 zeigt eine Schnittansicht des Gehäuses gemäß einer hierin offenbarten Ausführungsform.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die 1 zeigt ein Einsatz-Rückhaltesystem 100 gemäß einer hierin offenbarten Ausführungsform. Die hier beschriebenen Ausführungsformen des Systems 100 können mit einer Mehrkolbenpumpe verwendet werden, wie sie in der am 15. März 2013 eingereichten US-Patentanmeldung mit der Veröffentlichungs-Nr. 2013/0263932 beschrieben ist, deren Inhalt durch Verweis in seiner Gesamtheit übernommen wird. Obwohl hierin beschrieben wird, dass die Ausführungsformen des Systems 100 einen Liner einer Mehrkolbenpumpe zurückhalten, kann das System 100 zu Halterung andersartiger Komponenten und/oder mit anderen Arten von Geräten verwendet werden.
Bezug nehmend auf 1 umfasst das System 100 einen Rückhalteflansch 110, der über eine Flanschsicherungsmutter 115 durch eine Einsatzbaugruppe 120 mit einen Rückhaltekörper 130 gekoppelt ist. Obwohl vier Einsatzbaugruppen 120 abgebildet sind, kann das System 100 eine oder mehrere Einsatzbaugruppen 120 umfassen. Gemäß einer Ausführungsform ist zwischen dem Rückhalteflansch 110 und dem Rückhaltekörper 130 ein Abstandshalter 103 des Rückhalteflansches angeordnet, der äußere Hebeschultern 102 aufweist. Alternativ können der Rückhalteflansch 110 und der Abstandshalter 103 des Rückhalteflansches einstückig ausgebildet sein. Für eine einfache Handhabung beim Ein- und Ausbau hat der Rückhalteflansch 110 einen oder mehrere Griffe 111. Zur Verbindung mit einer Konstruktion, wie einem Fluidend-Modul einer Mehrkolbenpumpe, ist ein weiterer Abstandshalter 140 mit dem Rückhaltekörper 130 gekoppelt. Ein oder mehrere Gewindebolzen 112 können verwendet werden, um den Rückhaltekörper 130 und den Abstandshalter 140 an die Konstruktion zu koppeln.
Der Rückhalteflansch 110, der Abstandshalter 103 des Rückhalteflansches, der Rückhaltekörper 130 und der Abstandshalter 140 umfassen eine Bohrung, durch die ein Liner 101 innerhalb des Moduls 210 angeordnet ist. Der Liner 101 umfasst eine Außenschulter, die in eine Innenschulter des Rückhalteflansches 103 eingreift, um den Liner 101 zu halten. Der Rückhalteflansch 110, der Abstandshalter 103 des Rückhalteflansches, der Rückhaltekörper 130, der Abstandhalter 140 und der Liner 101 sind für die Aufnahme von Druckfluid ausgelegt.
Bezug nehmend auf die 2 ist jede Einsatzbaugruppe 120 zumindest teilweise innerhalb des Rückhaltekörpers 130 angeordnet und mit diesem gekoppelt. Insbesondere umfasst jede Einsatzbaugruppe 120 einen Kolben 124, der durch ein oder mehrere Vorspannelemente 122, wie beispielsweise Federn, nach innen zum Rückhaltekörper 130 vorgespannt ist. Die Vorspannelemente 122 sind innerhalb eines Gehäuses 121 angeordnet, das mit dem Rückhaltekörper 130 durch Gewindegänge 125 gekoppelt ist, die mit einer in dem Rückhaltekörper 130 ausgebildeten Gewindebohrung in Eingriff gebracht sind. Das Gehäuse 121, die Vorspannelemente 122 und der Kolben 124 sind gemäß einer Ausführungsform zumindest teilweise innerhalb des Rückhaltekörpers 130 angeordnet.
Die Vorspannelemente 122 liegen an einem Ende an einer Innenschulter 129 des Gehäuses 121 an und liegen an einem gegenüberliegenden Ende an einem Flanschabschnitt des Kolbens 124 an. Innerhalb des Rückhaltekörpers 130 ist unterhalb des Flanschabschnitts des Kolbens 124 eine Kammer 123 ausgebildet. Gemäß einer Ausführungsform ist der Flanschabschnitt des Kolbens 124 vollständig innerhalb des Rückhaltekörpers 130 unterhalb der Vorspannelemente 122 angeordnet. Alternativ kann der Flanschabschnitt des Kolbens 124 teilweise innerhalb des Rückhaltekörpers 130 oder vollständig im Gehäuse 121 angeordnet sein. Eine oder mehrere Dichtungen 126, 127 können zwischen dem Kolben 124 und dem Rückhaltekörper 130, sowie zwischen dem Kolben 124 und dem Gehäuse 121 angeordnet sein, um eine Dichtung zwischen benachbarten Flächen zu bilden.
Zur Verbindung mit der Flanschsicherungsmutter 115 erstreckt sich ein oberer Abschnitt des Kolbens 124 durch die Vorspannelemente 122 und eine im oberen Ende des Gehäuses 121 ausgebildete Öffnung, sowie in entsprechende Öffnungen, die in dem Rückhalteflansch 110 ausgebildet sind. Die Flanschsicherungsmutter 115 wird in Gewinde 128 eingeschraubt, die an den oberen Enden des Kolbens 124 ausgebildet sind, bis die Flanschsicherungsmutter 115 an der Oberseite des Rückhalteflansches 110 anliegt. Die Vorspannelemente 122 beaufschlagen den Flanschabschnitt des Kolbens 124 mit einer Vorspannung, der die Flanschsicherungsmutter 115 und den Rückhalteflansch 110 gegen den Abstandshalter 103 des Rückhalteflansches zieht, der dadurch den Liner 101 presst und in Position hält, wie weiter unten in Bezug auf die FIGN. 3A bis 3C näher beschrieben.
Die FIG. 3A, die FIG. 3B und die 3C zeigen Schnittansichten des Systems 100 gemäß einer Ausführungsform während der Montage. Bezug nehmend auf FIG. 3A können der Abstandhalter 140 und der Rückhaltekörper 130 über die Gewindebolzen 112 mit einer Konstruktion, wie etwa einem Modul einer Mehrkolbenpumpe, gekoppelt werden. Eine Verschleißplatte 105 ist am Ende des Liners 101 positioniert und trennt den Liner 101 von der Konstruktion, an der das System 100 befestigt ist. Die Gewinde 125 jedes Gehäuses 121 sind in die entsprechende Gewindebohrung, die in dem Rückhaltekörper 130 ausgebildet ist, eingeschraubt, sodass jeder Kolben 124 durch die Vorspannelemente 122 nach innen vorgespannt ist, und sich durch das obere Ende des Gehäuses 121 erstreckt. Nach dem Einsetzen des Liners 101 werden der Abstandshalter 103 des Rückhalteflansches und der Rückhalteflansch 115 so über dem Liner 101 positioniert, dass das obere Ende jedes Kolbens 124 sich durch die entsprechende Öffnung in dem Rückhalteflansch 110 erstreckt. Die Flanschsicherungsmuttern 115 werden auf die Gewinde 128 jedes Kolbens 124 aufgeschraubt, bis sie am oberen Ende des Rückhalteflansches 110 anliegen.
Bezug nehmend auf die 3B wird ein Druckfluid (gekennzeichnet durch den Referenzpfeil „F“) über einen oder mehrere Fluidwege 132, die in dem Rückhaltekörper 130 ausgebildet sind, in die Kammer 123 eingeleitet und wirkt auf den Flanschabschnitt des Kolbens 124. Das Druckfluid zwingt den Kolben 124 gegen die Kraft der Vorspannelemente 122 aus dem Rückhaltekörper 130 heraus nach außen, wodurch die Flanschsicherungsmutter 115 von dem Rückhalteflansch 110 wegbewegt wird. Das Druckfluid wird mit einem Druck zugeführt, der dazu ausreicht, eine Kraft auf den Flanschabschnitt des Kolbens 124 zu erzeugen, welche die Vorspannelemente 122 zwischen dem Flanschabschnitt des Kolbens 124 und der Innenschulter 129 des Gehäuses 121 zusammendrückt. Während die Kammer 123 unter Druck gesetzt ist und der Kolben 124 die Vorspannelemente 122 komprimiert, wird dann die Flanschsicherungsmutter 115 weiter auf das obere Ende des Kolbens 124 und wieder in Anlage an der Oberseite des Rückhalteflansches 110 aufgeschraubt.
Bezug nehmend auf die 3C kann, nachdem die Flanschhaltemuttern 115 wieder mit dem Rückhalteflansch 110 in Anlage gekommen sind, das Druckfluid aus den Kammern 123 abgegeben werden und/oder der Druck innerhalb der Kammern 123 kann verringert werden, sodass die Vorspannelemente 122 eine Kraft auf die Kolben 124 erzeugen, die den Rückhalteflansch 110 gegen die Schulter 102 des Abstandshalters 103 des Rückhalteflansches vorspannt, der eine innere Schulter aufweist, die auf eine äußere Schulter des Liners 101 wirkt. Auf diese Weise wird der Liner 101 durch die Kraft festgehalten, welche die Vorspannelemente 122 auf die Kolben 124 ausüben, um den Rückhalteflansch 110 gegen die Außenschulter 102 des Abstandshalters 103 des Rückhalteflansches und den Liner 101 zu drücken. Zur Demontage des Rückhalteflansches 110 kann der mit Bezug auf die 3A bis 3C beschriebene Montagevorgang in umgekehrter Reihenfolge wiederholt werden.
Die 4 und die 5 zeigen das Gehäuse 121 der Einsatzbaugruppe 120 des Systems 100. Das Gehäuse 121 umfasst einen zylindrischen Körper mit Gewindegängen 125, die an einem Ende zum Einschrauben in Eingriff mit einer entsprechenden, in dem Rückhaltekörper 130 ausgebildeten Gewindebohrung ausgebildet sind. Am gegenüberliegenden Ende umfasst das Gehäuse 121 einen Kopf 131 für den Eingriff mit einem Werkzeug, z.B. einem Schraubenschlüssel, um das Gehäuse 121 in den Rückhaltekörper 130 einzuschrauben. Ebenfalls in 5 dargestellt ist die Innenschulter 129 des Gehäuses 121, an denen ein Ende der Vorspannelemente 122 anliegt, um den Kolben 124, wie oben beschrieben, vorzuspannen.
Ein Vorteil des Systems 100 besteht darin, dass die Einsatzbaugruppen 120 modular und einfach durch Einschrauben über eine Gewindeverbindung zu montieren sind. Ein weiterer Vorteil des Systems 100 besteht darin, dass die Einsatzbaugruppen 120 nicht vollständig innerhalb des Rückhaltekörpers 130 angeordnet sind, wodurch eine Verringerung der Dicke und des Gewichts des Rückhaltekörpers 130 ermöglicht wird. Die Verringerung der Dicke und des Gewichts verringert die Kosten des Systems 100 und verbessert die Montagefreundlichkeit des Systems 100.
Während das Vorstehende auf bestimmte Ausführungsformen gerichtet ist, können andere und weitere Ausführungsformen entwickelt werden, ohne von dem Grundumfang derselben abzuweichen, und der Umfang derselben ist durch die nachfolgenden Ansprüche bestimmt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2013/0263932 [0007]

Claims

Ein Einsatz-Rückhaltesystem, Folgendes umfassend: einen Rückhaltekörper; eine Einsatzbaugruppe, die ein mit dem Rückhaltekörper gekoppeltes Gehäuse aufweist, ein innerhalb des Gehäuses angeordnetes Vorspannelement, und einen Kolben, der durch das Vorspannelement in Richtung des Rückhaltekörpers vorgespannt ist; und einen Rückhalteflansch, der durch die Einsatzbaugruppe mit dem Rückhaltekörper gekoppelt ist.
System nach Anspruch 1, wobei sich der Kolben durch das Gehäuse und durch eine entsprechende Öffnung, die in dem Rückhalteflansch ausgebildet ist, erstreckt.
System nach Anspruch 2, wobei eine Flanschsicherungsmutter auf den Kolben aufgeschraubt und mit einer Oberseite des Rückhalteflansches in Eingriff gebracht ist.
System nach Anspruch 3, wobei das Vorspannelement den Kolben, die Flanschsicherungsmutter und den Rückhalteflansch in Eingriff mit einer Außenschulter eines Liners vorspannt.
System nach Anspruch 4, ferner umfassend einen Abstandshalter, der durch einen oder mehrere Gewindebolzen mit dem Rückhaltekörper gekoppelt ist.
System nach Anspruch 1, wobei das Gehäuse in eine im Rückhaltekörper ausgebildete Gewindebohrung eingeschraubt ist.
System nach Anspruch 6, wobei das Vorspannelement zwischen einer Innenschulter des Gehäuses und einem Flanschabschnitt des Kolbens angeordnet ist.
System nach Anspruch 7, wobei innerhalb des Rückhaltekörpers unterhalb des Flanschabschnitts des Kolbens eine Kammer ausgebildet ist.
System nach Anspruch 8, wobei ein in die Kammer zugeführtes Druckfluid gegen die Vorspannung des Vorspannelements eine Kraft auf den Flanschabschnitt des Kolbens ausübt.
System nach Anspruch 9, wobei der Flanschabschnitt des Kolbens innerhalb des Rückhaltekörpers angeordnet ist.
System nach Anspruch 10, wobei sich der Kolben durch das Gehäuse und durch eine entsprechende Öffnung, die in dem Rückhalteflansch ausgebildet ist, erstreckt.
System nach Anspruch 11, wobei eine Flanschsicherungsmutter auf den Kolben aufgeschraubt und mit einer Oberseite des Rückhalteflansches in Eingriff gebracht ist.
System nach Anspruch 1, wobei das Gehäuse, das Vorspannelement und der Kolben zumindest teilweise innerhalb des Rückhaltekörpers angeordnet sind.
System nach Anspruch 13, wobei ein Flanschabschnitt des Kolbens innerhalb des Rückhaltekörpers angeordnet ist.