DE1453719C - Gasabscheider - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Gasabscheider und insbesondere auf einen Gasabscheider für eine tauchfähige Motorpumpeneinheit, mit einem zwischen Pumpe und Motor angeordneten, von der Motor-Pumpenwelle durchsetzten zylindrischen Abscheidergehäuse, das am oberen, der Pumpe zugekehrten Ende mehrere Einlaßöffnungen aufweist, einem koaxial innerhalb des Gehäuses angeordneten, oberhalb des Gehäusebodens endenden Trennrohr, dessen Innenraum den Pumpeneinlaß bildet, und einer von der Welle angetriebenen, im unteren Gehäuseabschnitt angeordneten Hilfspumpe, die das Strömungsmittel durch die Einlaßöffnungen, den zwischen Gehäuse und Trennrohr gebildeten Ringraum nach unten und durch das Trennrohr nach oben zur Hauptpumpe fördert.

Bei einem bekannten Gasabscheider dieser Art (USA.-Patentschrift 2 969 742) besteht die Hilfspumpe aus einem innerhalb des Trennrohrs angeordneten Axialpumpenrad, dem ein Leitrad vorgeschaltet ist. Bei dieser bekannten Pumpe gelangen die beim Umströmen des Trennrohrs abgeschiedenen hochsteigenden Gasblasen in den Bereich der Leit- und Laufradschaufeln und bewirken eine Verringerung der wirksamen Durchflußquerschnitte und somit Betriebsstörungen der Pumpe.

Um ein störungsfreies Arbeiten von Flüssigkeitspumpen auch dann sicherzustellen, wenn in dem angesaugten Flüssigkeitsstrom Gaseinschlüsse vorhanden sind, ist es andererseits bekannt (britische Patentschrift 201 842 und 299 103), Zentrifugalpumpen mit an eine Vakuumpumpe angeschlossenen Steigleitungen zu versehen, über die in der. Flüssigkeit mitgeführte Gase entweichen und abgesaugt werden sollen, und ferner im Bereich des Saugmundes des ersten Radiallaufrades ebenfalls an die Vakuumpumpe ange-. schlossene Saugrohre anzuordnen. Eine befriedigende . Lösung des Gassperrenproblems bringen diese bekannten Pumpen jedoch nicht. Zum einen fehlt es an einer für einen störungsfreien Betrieb des ersten Pumpenrades erforderlichen, wirksamen Gasabtrennung stromaufwärts des Einlaufe der Hauptpumpe, und zum anderen tritt im Übergangsbereich zwischen axialem und radialem Abschnitt der Laufradnabe des ersten Pumpenrades eine weitere Gasabscheidung auf,

ao die ebenfalls zu Betriebsstörungen der Pumpe führt. Im wesentlichen die gleichen Nachteile gelten auch für die aus den schweizerischen Patentschriften 157 743 und 261718 bekannten Zentrifugalpumpen, bei denen zwar zur Lösung des Gassperrenproblems der Saugmund des ersten untersten Radiallaufrads im wesentlichen senkrecht nach oben gerichtet ist und im Eintrittsbereich der Laufradnabe Entlüftungsbohrungen zur Gasabtrennung vorgesehen sind, jedoch auch hier wieder Betriebsstörungen der Pumpe auftreten können, da es an einer eigentlichen Gasabscheidung stromaufwärts der Hauptpumpe fehlt und im Umkehrbereich des Radiallaufrades gebildete Gasblasen nicht wirksam beseitigt werden.

Schließlich ist es bekannt (USA.-Patentschrift 2461 865), horizontal gelagerte Radiallaufräder von Zentrifugalpumpen an ihren Radialschaufeln mit Entlüftungsbohrungen zur Gasabtrennung zu versehen; eine störungsfreie Förderung von Flüssigkeiten mit hohen Gasanteilen ist jedoch auch durch diese Maßnähme nicht möglich.

Demgegenüber soll erfindungsgemäß ein Gasabscheider der eingangs erwähnten Art dahingehend verbessert werden, daß ein störungsfreier Betrieb sichergestellt und insbesondere unzulässige Quer-Schnittsveränderungen durch Gasblasenbildung verhindert werden.

Zu diesem Zweck schafft die Erfindung einen Gasabscheider der eingangs erwähnten Art, der dadurch gekennzeichnet ist, daß die in den Ringraum mündenden Einlaufkanäle einer die Hilfspumpe bildenden, zwischen Trennrohr und Gehäuseboden angeordneten einstufigen Zentrifugalpumpe im wesentlichen senkrecht nach oben gerichtet sind, und daß das unmittelbar über dem Gehäuseboden angeordnete Radiallaufrad der Zentrifugalpumpe im radial verlaufenden Bereich der Laufradnabe mit Entlüftungsbohrungen versehen ist, die mit einer im Gehäuseboden ausgebildeten, über Auslaßkanäle entlüfteten Sammelkammer in Verbindung stehen.

An Stelle eines mit Abstand oberhalb des Gehäusebodens angeordneten Axiallaufrades ist bei dem erfindungsgemäßen Gasabscheider als Hilfspumpe ein an der tiefsten Stelle des Gehäuses gelegenes Radiallaufrad einer Zentrifugalpumpe vorgesehen, dessen im wesentlichen senkrecht nach oben gerichteter, radial innerer Laufradeintritt mit dem äußeren Ringraum und dessen radial äußerer Pumpenauslaß mit dem Inneren des Trennrohrs verbunden ist, mit der Beson-

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derheit, daß im horizontal gelegenen Radialbereich einen Teil des Einlasses 31 bildet und ihn mit der

der Laufradnabe als der tiefsten Stelle des durch den Pumpe verbindet, und zwar weil sie mit einer Innen-

Abscheider führenden Strömungsmittelpfades eine bohrung 32 in Verbindung steht, die koaxial zu der

weitere Entlüftungsmöglichkeit für die von der Flüs- Welle 16 angeordnet ist. Zur Einstellung der Hülse 27

sigkeit mitgeführten Gasbfasen besteht. Durch diese 5 dienen mehrere Tragkreuzlager 33, von denen eines

besondere Ausbildung des erfindungsgemäßen Gas- gezeigt ist. Diese Lager sind mit Öffnungen 34 verse-

abscheiders werden die am stärksten gefährdeten hen, durch die das Strömungsmittel hindurchströmen

Stellen des Strömungspfades vor übermäßigen Gasbil- kann.

düngen wirksam geschützt und eine weitgehende Gas-- An dem unteren Ende der Hülse 27 ist eine Ab-

abscheidung sowie ein störungsfreier Betrieb der io scheidepumpe 35 mit einem Quergehäuse 36 vorgese-

Pumpe, insbesondere der Hilfspumpe, sichergestellt. hen. Das Quergehäuse 36 ist mit Abscheidepumpen-

Im Hinblick auf eine weitere Funktionsverbesse- einlassen 37 versehen, welche gemäß der Darstellung rung des erfindungsgemäßen Gasabscheiders kann die bei 38 nach oben geöffnet sind, d.h., sie sind nach erste Stufe der Hauptpumpe ebenfalls über Entlüf- oben gerichtet, so daß sie in die Außenkammer 22 öfftungsbohrungen, eine Sammelkammer und Auslaßka- 15 nen. Es ist ersichtlich, daß das Strömungsmittel in der näle entlüftet sein, so daß möglicherweise in den Be- äußeren Kammer 22, welches durch mehrere radial reich der Hauptpumpe gelangende Gaeinschlüsse nach innen und nach unten abgelenkte öffnungen 39 noch wirksam aus dem Flüssigkeitsstrom abgetrennt in das äußere Gehäuse 18 eingetreten ist, in das Querwerden können. gehäuse 36 und in den Einlauf 40 eintritt, um durch

Die Erfindung wird nunmehr an Hand der Figuren 20 das zentrifugalwirkende Pumpenrad 41 radial nach

näher beschrieben. Es zeigt außen aus dem Auslaß 42 heraus und durch die In-

F i g. 1 eine Seitenansicht der langgestreckten Gas- nenkammer 30 nach oben zum Pumpenradeinlaß 32

abscheidereinheit in Verbindung mit Pumpen- und gefördert zu werden. Somit überquert oder ändert das

Motoreinheit im Schnitt, und zwar in eingetauchter in der äußeren Kammer befindliche Strömungsmittel

Lage in einem Bohrrohr, 25 seine Richtung in dem Quergehäuse des Gasabschei-

F i g. 2 einen Querschnitt nach der Linie 2-2 der ders und wird durch die Tätigkeit des Gasabscheider-

F i g. 1 in Richtung der Pfeile und pumpenrades 41 in den Pumpeneinlaß 31 gepumpt.

Fig.3 einen vergrößerten Querschnitt nach der Im Betrieb wird der gesamte Einbau, d.h.. die

Linie 3-3 der F i g. 1 in Richtung der Pfeile. Pumpe, die Abscheiderdichtung und der Motor, in ein

Die Zeichnungen zeigen einen Gasabscheider 10 30 Bohrrohr hineingelassen, wie es beispielsweise in

bei Anordnung in einem Bohrrohr 11. Der Gasab- Fig. 1 gezeigt ist, und die gesamte Anordnung wird in

scheider 10 ist koaxial zwischen einer mehrstufigen bekannter Weise gehalten. Wenn die Pumpe 12 durch

tauchfähigen Pumpe 12 und einer tauchfähigen Dich- den Motor 14 angetrieben wird, dann wird das Strö-

tung 13 sowie einem tauchfähigen Motor 14 angeord- mungsmittel in der Bohrung durch die Pumpe 12 ver-

net. Die beiden letztgenannten Einheiten sind schema- 35 anlaßt, nach oben zu strömen.

tisch dargestellt. Die Laufräder 15 werden von dem Dieses Strömungsmittel besteht gewöhnlich aus

Motor 14 über eine koaxiale Welle 16 angetrieben, die einer Mischung aus Flüssigkeit und freiem und/oder

sich durch den Gasabscheider und die Dichtung 13 mitgeführten Gas, die die Leistung der Pumpe stört,

hindurcherstreckt. In der Welle sind Keilnuten 17 für Wenn somit die Mischung nach oben strömt, um in

die entsprechenden Verbindungen zwischen den je- 40 den Gasabscheider einzutreten, dann wird sie veran-

weiligen Abschnitten der Pumpenwelle zum Motor laßt, ihre Richtung umzukehren, sobald sie durch die

vorgesehen. nach unten und nach innen gerichteten öffnungen 39

Der Gasabscheider 10 ist mit einem äußeren zylin- hindurchtritt. Dieser Richtungswechsel hat zur Folge,

drischen Gehäuse 18 versehen, das mit Abstand von daß ein Teil des Gases herausgetrieben wird:
dem Bohrrohr ti angeordnet werden kann, und ist an 45 Es ist zu beachten, daß die Gehäuseeinlaßöffnun-

seinem unteren Ende durch einen unteren Nippel 20 gen 39 im oberen Teil des Gehäuses angeordnet sind,

und an seinem oberen Ende durch einen oberen Nip- so daß der übrige Teil des Gehäuses oberhalb des un-

pel 21 abgeschlossen, um eine äußere Kammer 22 zu teren Nippels 20 einen Vorratsbehälter bildet. Wenn

bilden. In der dargestellten Ausführungsform ist der der Behälter mit Flüssigkeit gefüllt ist, dann kann ein

untere Nippel 20 mit einem Flansch 23 zur Verbin- 5° Teil des freien oder mitgeführten Gases infolge der

dung des Gasabscheiders mit einem Flansch an der Schwerkraft aufsteigen und in Form von Blasen aus

Dichtung in bekannter Weise versehen, und der obere dem oberen Teil der Einlasse entweichen.
Nippel 21 ist mit einem Außengewinde 24 zur Zusam- Während des fortlaufenden Betriebes des Abschei-

menwirkung mit dem Innengewinde des Pumpenge- ders kann das Gas in dem Vorratsbehälter im Be-

häuses 26 ausgestaltet, um die richtige Verbindung 55 reiche des Gasabscheiderpumpenradeinlasses 38 eine

zwischen dem Abscheidergehäuse und dem Pumpen- Blase bilden. Jedoch schwimmt diese Blase, weil-sich

gehäuse herzustellen. Nachdem es in dieser Weise an- der Einlaß 38 nach oben hin öffnet, durch das in dem

geordnet worden ist, wird das Gasabscheidergehäuse Vorratsbehälter befindliche Strömungsmittel nach

aufgehängt und bildet einen Teil des Pumpengehäuses oben, sobald sie größer wird und findet schließlich ih-

und trägt wieder die Dichtung 13 und den Motor 14. 60 ren Weg durch den oberen Teil der Gehäuseeinlässe

Radial innerhalb der Innenwand des äußeren Ge- nach außen. Die Schwerkraft, welche auf das in dem häuses 18 befindet sich ein zweites inneres senkrech- Vorratsbehälter befindliche Strömungsmittel eintes zylindrisches Gehäuse oder eine Hülse 27, die ko- wirkt, neigt dazu, bei der Entfernung dieser Blase unaxial zur Welle 16 und mit Abstand von dieser und terstützend mitzuwirken, so daß der Einlaß während von einer Wellenhülse 28 angeordnet ist, wobei diese 65 seines Betriebes nicht durch Gas gesperrt wird,
beiden eine innere oder zweite Kammer 30 bilden. Die Wenn zusammen mit der Flüssigkeit etwas Gas in Wellenhülse 28 ist auf die Welle aufgepaßt, während das Gasabscheiderpumpenrad 41 eintrifft, dann entdie Hülse 27 in den oberen Nippel 21 eingesetzt ist, läßt das Pumpenrad dieses Gas in eine ringförmige

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Kammer .44 durch den Kanal 45, von dort wird es durch den Kanal 46 in das in der Bohrung befindliche Strömungsmittel zurückgeführt.

Wie bereits erwähnt, besteht ein Hauptmerkmal der Erfindung darin, die Gassperre zu überwinden, wenn das Strömungsmittel in dem Schacht übermäßig viel Gas enthält oder auch während eines augenblicklichen und vorübergehenden Gasanstiegs oder nach einem vorübergehenden Auftrocknen der in den Abscheider eintretenden Flüssigkeit. Wenn ein solcher Fall eintritt, dann erschöpft sich die Flüssigkeitszufuhr der Gasabscheiderpumpe, jedoch beseitigt der Einfluß der Schwerkraft auf diese Flüssigkeit beim Wiedereintritt von Flüssigkeit in den Vorratsbehälter jegliche Gastaschen, die sich vielleicht in dem Einlaß 38 in Verbindung mit der Blase bilden können, welche während des normalen Betriebes an diesen Einlaß entstehen kann. Da die Schwerkraft in dieser Weise einen Eintritt des Strömungsmittels in den Einlaß erzwingt, ist die Pumpe in der Lage, die inner Kammer 30 wieder selbsttätig unter Druck zu setze: und das Strömungsmittel in Richtung auf die Pum[ 12 zu drücken. Wenn der Gasanstieg lange genug a: hält, um das Strömungsmittel in dem Abscheider vol kommen auszuschöpfen, d. h. ein Trockenwerden di Innenkammer 30 zu ermöglichen, dann sind bei dt Wiederaufnahme des Pumpens von Flüssigkeit in de; Gasabscheiderpumpenrad Mittel vorgesehen, um ein etwaige Gastasche abzulassen, die sich in der innere Kammer bilden kann, so daß die Flüssigkeit in Ric! tung auf die Pumpenräder strömen kann. In der da: gestellten Ausführungsform wird dieses durch ein ringförmige Kammer 46' erreicht, die in dem Pun penkörper vorhanden und durch einen Kanal 47 i: dem oberen Nippel 21 zu der Flüssigkeit in dem Bohr rohr geöffnet ist. Diese Kammer 46' steht in offene Verbindung mit dem Strömungsmittel in den Pumpen rädern, und zwar durch den Kanal 48.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Gasabscheider für eine tauchfähige Motorpumpeneinheit, mit einem zwischen Pumpe und Motor angeordneten, von der Motor-Pumpenwelle durchsetzten zylindrischen Abscheidergehäuse, das am oberen, der Pumpe zugekehrten Ende mehrere Einlaßöffnungen aufweist, einem koaxial innerhalb des Gehäuses angeordneten, oberhalb des Gehäusebodens endenden Trennrohr, dessen Innenraum den Pumpeneinlauf bildet, und einer von der Welle angetriebenen, im unteren Gehäuseabschnitt angeordneten Hilfspumpe, die das Strömungsmittel durch die Einlaßöffnungen, den zwischen Gehäuse und Trennrohr gebildeten Ringraum nach unten und durch das Trennrohr nach oben zur Hauptpumpe fördert, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Ringraum (22) mündenden Einlaufkanäle (37, 38, 40) einer die Hilfspumpe bildenden, zwischen Trennrohr (27) und Gehäuseboden (20) angeordneten einstufigen Zentrifugalpumpe (35) im wesentlichen senkrecht nach oben gerichtet sind und daß das unmittelbar über dem Gehäuseboden (20) angeordnete Radiallaufrad (41) der Zentrifugalpumpe (35) im radial verlaufenden Bereich der Laufradnabe mit Entlüftungsbohrung (54) versehen ist, die mit einer im Gehäuseboden ausgebildeten, über Auslaßkanäle (46) entlüfteten Sammelkammer (44) in Verbindung stehen.

2. Gasabscheider nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Stufe der Hauptpumpe (12) ebenfalls über Entlüftungsbohrungen (48), eine Sammelkammer (46') und Auslaßkanäle (47) entlüftet ist.