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Pumpe, insbesondere zur Förderung der Bohrspülflüssigkeit beim Tiefbohren,
der Axial-und Mehrstufen-Bauart Die Erfindung betrifft eine Pumpe, insbesondere
zur Förderung einer schwere und verschleißende Produkte enthaltenden Bohrspülflüssigkeit
beim Tiefbohren, der Axial- und Mehrstufen-Bauart mit mediumgeschmierten Zwischenlagern,
ortsfesten, mit dem Pumpenkörper verbundenen Leitschaufeln und beweglichen, mit
einer rotierenden Welle verbundenen Schaufeln, bei welcher der auf die Pumpenwelle
ausgeübte Druck durch eine auf dieser Welle axial verkeilte Druckausgleichsvorrichtung
der Scheiben-Bauart teilweise ausgeglichen wird.
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Eine solche bekannte Pumpe ist als Tauchmotorpumpe ausgebildet und
an den Eintrittsstellen der Flüssigkeit mit Sieben versehen, die zur Vermeidung
von Störungen an den Lagern und ungünstigen Verschleißerscheinungen in der Pumpe
verhältnismäßig fein ausgebildet sein müssen. Damit eignet sich die Pumpe aber nicht
mehr zum Fördern der beim Tiefbohren das Bohrgut in einer mehr oder weniger konzentrierten
Aufschwemmung enthaltenden Bohrspülflüssigkeit. Bei einer ähnlichen bekannten Pumpe,
die zum Fördern unreinen oder sandhaltigen Wassers dient, ist es zwar bereits bekannt,
die zur Versorgung der Druckausgleichsvorrichtung benötigte Wassermenge vor ihrem
Eintritt in die Vorrichtung zu filtern und zu reinigen. Dafür die Filterung jedoch
ein entsprechend bemessenes und von Zeit zu Zeit abzulassendes Klärbecken benötigt
wird, ist eine solche Reinigung bei Tiefbohranlagen und damit in unmittelbarer Nähe
des Bohrkopfes am Grunde eines Bohrloches nicht anwendbar.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die genannten bekannten
Pumpen so zu vervollkommnen, daß sie auch unmittelbar am Grunde eines Bohrloches
in einem Bohrgestänge einwandfrei und zuverlässig anwendbar sind.
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Die gestellte Aufgabe ist erfindungsgemäß im wesentlichen dadurch
gelöst, daß in an sich bekannter Weise eine von der Druckseite der Pumpe ausgehende
Abzweigung eine Reinigungsvorrichtung enthält, von der eine erste Leitung ausgeht,
die einen Teil der gereinigten Flüssigkeit der Druckausgleichsvorrichtung zuführt,
eine zweite Leitung, die einen weiteren Teil der gereinigten Flüssigkeit den Zwischenlagern
der Pumpe zuleitet, und eine dritte Leitung, die die von der gereinigten Flüssigkeit
in der Reinigungsvorrichtung getrennten, z. B. schweren und verschleißenden Produkte
einer Zwischenstufe der Pumpe hinter den Pumpenleitschaufeln zubringt, die unter
Druck steht, unter welchem sich diese Produkte befinden.
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Bei einer solchen Ausbildung und Anordnung der Reinigungsvorrichtung
werden die Verunreinigungen einer geeigneten Stelle der Pumpe unmittelbar fortlaufend
wieder zugeführt und durch die Pumpe weitergefördert, während die gereinigte Flüssigkeit
der Druckausgleichsvorrichtung und den Zwischenlagern zugeführt wird und diese Lager
entsprechend umspült. Ein größerer, im Bohrgestänge etwa nicht unterzubringender
Platzbedarf für die Reinigungsvorrichtung entfällt.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung findet die Reinigung
der der vorderen Fläche der Ausgleichsvorrichtung zugeführten und die Lagerstellen
schmierenden Flüssigkeit mittels eines oder mehrerer in Reihe oder parallel geschalteter
Zyklone eines auf der Pumpenwelle oder außerhalb dieser angeordneten Zentrifugalreinigers
statt. Ein solcher Reiniger nimmt nur wenig Platz in Anspruch und eignet sich deshalb
besonders günstig zur Unterbringung in einem Bohrgestänge.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird die der Druckausgleichsvorrichtung
zugeführte Flüssigkeit über die Endlager der Pumpe der ersten Stufe zugeleitet,
wodurch sich auch noch eine vorteilhafte Bespülung der Endlager der Pumpe mit gereinigter
Flüssigkeit ergibt.
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Nach einer anderen bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen
der an der Pumpenwelle gelegenen Zuführungsstelle der die Druckausgleichsvorrichtung
beaufschlagenden Flüssigkeit und der
letzten Stufe der Pumpe eine
als dieser entgegen fördernde Hilfspumpe ausgebildete Sperre angeordnet, durch welche
ein Eindringen der geförderten verunreinigten Bohrspülflüssigkeit in das Flüssigkeitszuführungssystem
der Druckausgleichsvorrichtung verhindert wird.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist den Endlagern
zur Schmiermittelführung eine zum Pumpeneintritt zurückführende Leitung zugeordnet,
während ihnen außerdem noch jeweils Drosselstellen parallel geschaltet sind, durch
welche an diesen Lagern mit der gereinigten Flüssigkeit zugleich eine geeignete
Druckspülung herbeigeführt wird.
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Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist ein Leitungskreis
vorgesehen, der beim Anlauf der Pumpe die Ausgleichsscheibe und die Lagerstellen
mit reiner Flüssigkeit versorgt, wobei Ventile diesen Leitungskreis schließen, sobald
die Reinigungsvorrichtung gereinigte Flüssigkeit liefert.
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Zur Förderung grob verunreinigter Flüssigkeiten ist bei Kreisel- und
Kolbenpumpen zwar bereits vorgeschlagen worden, druckseitig der Pumpe einen nicht
verunreinigten oder nachträglich gereinigten Anteil der geförderten Flüssigkeit
durch Düsen solchen Stellen der Pumpe unter Druck zuzuführen, an denen durch die
mitgeführten Verunreinigungen die Gefahr einer Verstopfung besteht. Abgesehen davon,
daß diese Konstruktion offen läßt, wie ein Druckausgleich des Pumpenrotors und ein
Schutz der Pumpenlager vor der verunreinigten Flüssigkeit bewerkstelligt werden
sollte, ist bei ihr auch nicht dargetan, wie die gereinigte Flüssigkeit aus der
geförderten verunreinigten Flüssigkeit lediglich durch ein einfaches Sieb ohne dessen
Verstopfung ausgefiltert werden soll. Mit der vorliegenden Erfindung hat diese vorbekannte
Konstruktion deshalb nichts zu tun.
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Es ist weiterhin bereits bekannt, mit dem Laufrad einer Kreiselpumpe
ein Hilfspumpenrad zu verbinden. welches auf der dem Laufrad abgelegenen Seite einer
Druckausgleichsvorrichtung angeordnet ist. Das Hilfspumpenrad dient jedoch lediglich
dazu, eine axial anschließende Stopfbuchsabdichtung der Pumpe vom Druck der vor
die Ausgleichsvorrichtung gelangten Flüssigkeit zu bewahren und hat deshalb mit
der hier vorgeschlagenen, vor der Ausgleichsvorrichtung befindlichen Drucksperre
gegenüber der geförderten verunreinigten Bohrspülflüssigkeit nichts zu tun.
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In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht;
es zeigen F i g. 1 und 2 gemeinsam eine erfindungsgemäße Pumpe in einem Längsschnitt,
F i g. 3 eine abgewandelte Konstruktion des austrittsseitigen Pumpenteiles (in den
F i g. 1 und 2 entsprechender Darstellung).
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Bei der in den F i g. 1 und 2 dargestellten Pumpe weist der Pumpenkörper
1 an beiden Enden je ein Gewinde zur Aufnahme von die Einlauf- bzw. Auslaufspirale
2 bzw. 3 bildenden Teilen auf, die mittels Schraubenbolzen 4 zusammengesetzt sind.
Innerhalb des Pumpenkörpers 1 erstreckt sich eine durchgehende Pumpenwelle 5, die
Laufschaufeln 6 trägt, welche mit am Pumpenkörper 1 befestigten Leitschaufeln 7
zusammenwirken.
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Am saugseitigen Ende weist die Pumpe einen Deckel 8 auf, in welchem
eine die Welle 5 abdichtende Stopfbuchse 9 befestigt ist. Der Deckel 8 ist mittels
Schraubenbolzen 10 auf einer Zwischenscheibe 11 befestigt, welche zu den
mit den Schraubenbolzen 4 zusammengesetzten Teilen gehört und zur Halterung eines
Endlagers 12 für die Welle 5 dient. In der Zwischenscheibe 11 sich zu einem nachstehend
angegebenen Zweck noch gedrosselte Öffnungen 13 vorgesehen.
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Eine im Körper 15 der Einlaufspirale 2 befestigte Buchse 14 bildet
nach der Welle 5 hin einen Ringraum 1.8, der im Bereich seines der Zwischenscheibe
11 abgewandten Endes in den eintrittsseitigen Strömungsweg der Pumpe einmündet.
Der Körper 15 der Einlaufspirale 2 ist anderseits der Zwischenscheibe
11
durch ein bei 17 auf den Pumpenkörper 1 geschraubtes Teil 16 vervollständigt.
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Am druckseitigen Ende ist die Pumpe mittels eines Deckels
19 verschlossen, in den eine Stopfbuchse 20 eingesetzt ist, welche die Abdichtung
gewährleistet und zugleich zur Halterung eines Endlagers 21 dient, in welchem das
druckseitige Ende der Welle 5 gelagert ist. Der Deckel 19 enthält eine Kammer 22,
welche über gedrosselte Öffnungen 23 mit einer ringförmigen Kammer 24 verbunden
ist, die ein dortiger rohrförmiger Teil 25 umschließt. Der rohrförmige Teil
25 endet an seiner dem Deckel 19
abgelegenen Seite in einen Flansch
26, über den er mittels Schraubenbolzen 4 am Körper 27 der Auslaufspirale 3 festgelegt
ist. Innerhalb der Kammer 24 ist auf der Welle 5 eine Ausgleichsscheibe 28
verkeilt, deren ringförmige Arbeitsfläche sich auf der zugeordneten Fläche einer
mit dem Teil 25 verbundenen ringförmigen Druckscheibe 29 abstützen kann.
Der von beiden Scheiben eingeschlossene Raum 30 steht über einen verhältnismäßig
engen, drosselnd wirkenden Ringraum 31 mit einer zwischen der Welle 5 und einer
die Auslaufspirale 3 innen begrenzenden Buchse 33 gebildeten Ringkammer 32 in Verbindung.
Eine den Teil 25 nach außen durchsetzende radiale Leitung 34, deren Zweck
nachstehend noch angegeben wird. steht mit einer in den Ringraum 31 mündenden Ringnut
35 in Verbindung.
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Zwischen dem Ringraum 31 und der Ringkammer 32 ist auf der Pumpenwelle
5 noch ein Laufrad 36 einer Hilfspumpe festgelegt, die in einen radial entsprechend
erweiterten Ringraum des Teiles 25 hineinragt. Das Laufrad 36 ist an seiner dem
Ringraum 31 zugekehrten Ringfläche mit strahlenförmig nach außen gerichteten (nicht
dargestellten) Nuten versehen und läßt gegenüber der dortigen Stirnwand des Ringraumes
des Teiles 25 nur einen kleinen Spalt frei, so daß durch das Laufrad 36 dort eine
radial nach außen gerichtete Pumpwirkung entsteht. An seiner Rückseite bildet das
Laufrad 36 gegenüber einer weiteren, mit dem Körper 27 der Auslaufspirale 3 verbundenen
Wandung ebenfalls nur einen kleinen Spalt. Nach der Pumpenwelle 5 hin weist diese
Wandung noch einen nach der Ringkammer 32 zu gelegenen Flansch auf, so daß die Ringkammer
32 mit dem das Laufrad 36 umgebenden Teil des vom Teil 25 gebildeten Ringraumes
lediglich über die zwischen dem genannten Flansch und der Pumpenwelle 5 einerseits
und der Rückseite des Laufrades 36 und der dortigen Wandung anderseits gebildeten
Spalten in Verbindung steht. Auf diese Weise wird durch das Laufrad 36 und die mit
diesem zusammenwirkenden Teile eine Hilfspumpe gebildet, die beim Umlauf der Pumpenwelle
5 ständig eine kleine Strömung aus dem Ringraum 31 nach der Ringkammer 32 hin erzeugt
und dadurch verhindert. daß aus der an ihrem der Hilfspumpe abgelegenen Ende mit
der Auslaufspirale
3 verbundenen Ringkammer 32 durch das Bohrgut
verunreinigte Bohrspülflüssigkeit in den Ringraum 31 - und damit zur Ausgleichsscheibe
28
der Druckausgleichsvorrichtung - gelangen kann.
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Zwischen den Enden der Pumpe ist die Welle 5 in Zwischenlagern 38
gelagert, von welchen nachstehend noch näher erläuterte radiale Kanäle 39 ausgehen.
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Die den Ein und Auslaufspiralen 2 und 3 zugeordneten Einlaß- bzw.
Auslaßkanäle 40 bzw. 41 liegen, wie bereits erwähnt, in zur Wellenachse senkrechten
Ebenen. Zwischen den Lauf- und Leitschaufeln 6, 7 und dem letzten im Bereich der
Pumpendruckseite vorgesehenen Zwischenlager 38 befindet sich eine Ringkammer 42,
die über einen radialen Kanal 43 des Pumpenkörpers nach außen führt. Ebenso führt
aus der Kammer 22 ein Kanal 44 nach außen, wo nachstehend noch erläuterte Anschlüsse
vorgesehen sind.
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Die Pumpe saugt die Flüssigkeit durch einen Einlaß 45 an und fördert
sie aus dem Auslaß 46 nach außen. Der Auslaß 46 weist noch eine Abzweigleitung 47
auf, welche einen Teil der von der Pumpe geförderten Flüssigkeit einem Reiniger
48 zuführt, der beispielsweise aus in Reihe oder parallel geschalteten Zyklonen
eines auf der Pumpenwelle 5 oder außerhalb derselben angeordneten (nicht dargestellten)
Zentrifugalreinigers bestehen kann. Von diesem Reiniger 48 gehen drei Leitungen
49, 50 und 51 aus. Die Leitung 49 führt die gereinigte Flüssigkeit
zur radialen Leitung 34 bzw. zum Ringraum 31. Vom Ringraum 31 aus gelangt die unter
dem Förderdruck des Reinigers stehende Flüssigkeit in den Raum 30, wirkt auf die
Ausgleichsscheibe 28 und gleicht somit die in der erfindungsgemäßen Mehrstufenpumpe
entstehenden hohen Axialdrücke aus.
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Die zwischen der Ausgleichsscheibe 28 und der Druckscheibe 29 in die
Kammer 24 gelangte Flüssigkeit strömt durch die gedrosselten Öffnungen 23 in die
Kammer 22 und über den Kanal 44 in eine Leitung 52, über welche sie
zur Saugseite der Pumpe zurückgeführt wird. Infolge des durch die öffnungengen 23
entstehenden Strömungswiderstandes wird eine gute Bespülung des Endlagers 21 der
Pumpe erzielt. Die Leitung 52 mündet über einen Kanal 53 in eine zwischen dem Deckel
8 und der Zwischenscheibe 11 gebildete Kammer 54. Der durch die gedrosselten Öffnungen
13 entstehende Strömungswiderstand begünstigt die Bespülung des Endlagers 12 der
Pumpe. Anschließend gelangt die Flüssigkeit über den zwischen der Welle 5 und der
Buchse 14 gebildeten Raum in den Pumpenstromkreis zurück.
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Die zweite von dem Reiniger ausgehende Leitung 50 ist in eine
Anzahl von Leitungen 55 unterteilt, die mit den Kanälen 39 verbunden sind und die
Bespülung der Zwischenlager 38 bewirken, wobei die zugeführte Flüssigkeit in den
Förderstromkreis der Pumpe zurückfließt.
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Während die Leitungen 49 und 50 von gereinigter Flüssigkeit durchströmt
werden, werden der Schlamm und die in dem Reiniger 48 von dieser Flüssigkeit getrennten
schweren und verschleißenden Produkte über die Leitung 51 in den Kanal
43 und in die Ringkammer 42 zurückgeführt zwecks Wiederaufnahme in den Pumpenstromkreis,
damit die Zusammensetzung der geförderten Flüssigkeit nicht geändert wird.
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Selbstverständlich kann der Reiniger, der von der Pumpe angetrieben
werden kann, die Ausgleichs-bzw. Spülflüssigkeit für die Lager erst nach einer bestimmten
Betriebszeit fördern. Um zu vermeiden, daß die Pumpe bei Inbetriebsetzung ohne Schmierung
läuft, ist eine zusätzliche Vorrichtung 56 vorgesehen, die im Augenblick des Anlaufens
reine Flüssigkeit liefert. Eine von dieser Vorrichtung ausgehende Leitung 57 mündet
in die zu den Zwischenlagern führenden Leitungen 55, während eine weitere Leitung
58 mit der Leitung 49 verbunden ist, die die Ausgleichsvorrichtung und die Endlager
21, 12 speist. Vorteilhaft selbsttätig arbeitende Ventile 59 od. dgl. können in
den Leitungen 57 und 58 vorgesehen sein, um dieselben abzuschließen,
sobald der Reiniger 48 arbeitet.
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Wie vorstehend erwähnt, dient die auf der Pumpenwelle 5 verkeilte
und entgegengesetzt der Förderrichtung der Lauf- und Leitschaufeln 6, 7 fördernde
Hilfspumpe (Laufrad 36) dazu, daß die nicht gereinigte Flüssigkeit nicht in die
Ausgleichsvorrichtung gelangen kann, indem sie den zwischen der Druckseite der Pumpe
und der Ausgleichsvorrichtung -im wesentlichen im Reiniger 48 - entstehenden
Druckabfall ausgleicht.
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Aus der Zeichnung ist zu ersehen; daß die einzelnen, teilweise hier
nicht näher beschriebenen Rotorteile der Pumpe zwischen einer Schulter 60 der Pumpenwelle
5 und Feststellmuttern 61 und 61' festgeklemmt sind.
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Gemäß der in F i g. 3 dargestellten Abwandlung des Erfindungsgegenstandes,
in welcher die gleichartigen Teile mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet sind,
besteht die Ausgleichsvorrichtung aus einer doppelseitig wirksamen Ausgleichsscheibe
63, deren eine Arbeitsfläche 64 - wie beim ersten Ausführungsbeispiel - mit der
Druckscheibe 29 zusammenarbeitet, während die zweite Arbeitsfläche 65 mit einer
zusätzlichen Druckscheibe 66 zusammenwirkt. In diesem Fall kann der zwischen dem
Teil 25 und der Pumpenwelle 5 vor der Ausgleichsscheibe 63 vorgesehene Ringraum
31 einen größeren, weniger drosselnd wirkenden Querschnitt aufweisen.