DE2505567A1

DE2505567A1 - SUBMERSIBLE PUMP

Info

Publication number: DE2505567A1
Application number: DE19752505567
Authority: DE
Inventors: Frantisek Dipl Ing Tomas
Original assignee: Vysoke Uceni Technicke V Brne
Current assignee: Vysoke Uceni Technicke V Brne
Priority date: 1974-02-11
Filing date: 1975-02-10
Publication date: 1975-08-14
Also published as: FR2260700B3; NL7501527A; FR2260700A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Tauchpumpe, vorzugsweise zum Pumpen von Spülflüssigkeiten aus Bohrlöchern, mit einem Elektromotor, an dessen Welle eine Dichtung vorgesehen ist, die den mit einer Flüssigkeit gefüllten Raum des Elektromotors vom Putnpenraum trennt.The invention relates to a submersible pump, preferably for pumping flushing fluids from boreholes, with an electric motor, on the shaft of which a seal is provided that the with a liquid separates the filled space of the electric motor from the pump room.

Bei den modernen Verfahren zum chemischen Abbau und Fördern mancher Erze durch Auslaugan untertage müssen große Lösungsmengen nach übertage gepumpt werden. Der erzreiche Abbaubereich 1st dabei ledig-With the modern methods of chemical mining and mining of some ores by leaching underground large amounts of solution have to be pumped above ground. The ore-rich mining area is single-

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lieh über die Bohrlöcher zugänglich, die in Abständen von 15 - 50 υ in einem Abbaufeld niedergebracht sind, dessen Fläche z, B. bis 20 ha beträgt. Für diese Abbauverfahren sind insbesondere weniger reiche Lagerstätten geeignet, falls das Erz unterhalb wasserführender Schichten liegt, die sonst ein direktes Tieffördern entweder erschweren oder unmöglich machen würden- Aus "wirtschaftlichen Gründen und zum Erhalt einer ungestörten landschaftlichen Umgebung wird jedoch ein chemischer Abbau durch Auslaugen auch in anderen Fällen angewendet.loaned accessible via the boreholes, which are sunk at intervals of 15-50 υ in a mining field, the area of which is, for example, up to 20 hectares. Less rich deposits are particularly suitable for this mining method if the ore is located below water-bearing layers that would otherwise make direct deep drilling difficult or impossible other cases applied.

Aus wirtschaftlichen Gründen muß der Durchmesser der Bohrlöcher möglichst klein gewählt werden., bei Tiefbohrungen üblich weniger als 100 mm. Da die Erze durch verdünnte Säuren ausgelaugt v/erden - -meist durch Schwefelsäure -, enthalten die aus Tiefbohrungen gepumpten Lösungen freie Säuren in Konzentrationen von mehr als 5 Gew.-%, die somit außerordentlich aggressiv sind. Die mit den Lösungen in Kontakt kommenden Teile müssen daher aus einem korrosionsbeständigen Material bestehen» Die Wände der Bohrlöcher werden auch mit Rohren aus linearem Polyäthylen oder einem anderen Material ähnlicher Eigenschaften ausgekleidet, die der Aggressivität des Austrages standhalten.For economic reasons, the diameter of the boreholes must be selected as small as possible, usually less than 100 mm for deep boreholes. Since the ores are leached out by dilute acids - mostly by sulfuric acid - the solutions pumped from deep wells contain free acids in concentrations of more than 5% by weight , which are therefore extremely aggressive. The parts that come into contact with the solutions must therefore be made of a corrosion-resistant material. The walls of the boreholes are also lined with pipes made of linear polyethylene or another material with similar properties that can withstand the aggressiveness of the discharge.

Bei den bekannten Verfahren erfolgt das Pumpen des Austrages entweder durch Druckluft ("airlift"": oder durch Tauchpumpen. Beim Pumpen mit Druckluft wird diese durch eine Rohrleitung in eine genügende Tiefe unter das Austragsniveau in die erzhaltige Zone eingedrückt. Die Druckluft verschäumt die Lösung oberhalb der RohrleitungsmUndung zu einem Gemisch ausIn the known methods, the pumping takes place the discharge either by compressed air ("airlift" ": or by submersible pumps. When pumping with compressed air this is through a pipeline to a sufficient depth below the discharge level in the ore-bearing zone depressed. The compressed air foams the solution above the pipe mouth to form a mixture

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Flüssigkeit und Luft, das sich wie eine Flüssigkeit von geringerem spezifischen Gewicht verhält. Dadurch wird auch der hydrostatische Druck im. Geraisch herabgesetzt und durch den größeren hydrostatischen Druck der nicht verschäumten Lösung in dem mehr oder weniger porösen Gebirge steigt das verschäumte Gemisch hoch und fließt übertage aus dem Bohrloch aus. -Liquid and air that is like a liquid of a lower specific weight. This also reduces the hydrostatic pressure in the. Geraisch reduced and due to the greater hydrostatic pressure of the non-foamed solution in the more or less porous mountain range, the foamed mixture rises and flows out of the borehole above ground. -

Das Pumpen mittels Druckluft weist jedoch Schwierigkeiten auf. Die Bedingungen sind bei allen Bohrungen nicht die gleichen und das Verringern des spezifischen Gewichtes durch Verschäumen hat seine Grenzen vor allem in der Leistung und dem Druck der Druckluftpumpen. Der Hauptnachteil beim Pumpen mittels Druckluft ist der äußerst ge -inge Wirkungsgrad, der nur dann in Kauf genommen wird, wenn aufgrund anderer Faktoren die Anwendung dieses Förderverfahrens gerechtfertigt ist. Der Druckluftverbrauch zum Fördern aus einer Tiefe von etwa 100 m weist einen Effekt auf, der nur wenige Promille des Wertes des für die Erzeugung der nötigen elektrischen Energie erforderlichen Brennstoffes beträgt.However, pumping with compressed air has difficulties. The conditions are the same for all holes not the same and reducing the specific weight by foaming has its limits especially in the performance and pressure of the compressed air pumps. The main disadvantage of pumping with compressed air is the extremely low degree of efficiency, which is only accepted if due to other factors the use of this funding procedure is justified is. The compressed air consumption for conveying from a depth of about 100 m has an effect that only a few parts per thousand of the value of the for the production of the necessary electrical energy required fuel.

Das Pumpen mit bekannten Tauchaggregaten erfolgt mit höherem Wirkungsgrad. Jedoch ist die Lebensdauer bekannter Aggregate außerordentlich gering und beträgt üblich einige Stunden, in Ausnahmefällen einige Zehner-Stunden. Daher ist die Wartung außerordentlich aufwendig und es müssen eine große Anzahl von Ersatzaggregaten vorrätig sein. Aber dennoch ist das Fördern mit Tauchaggregaten wirtschaftlicher als die Anwendung des Druckluftpumpens.Pumping with known submersible units is more efficient. However, the lifespan is known aggregates extremely low and amounts to Usually a few hours, in exceptional cases a few tens of hours. Maintenance is therefore extremely expensive and a large number of replacement units are required be in stock. But pumping with immersion units is still more economical than using the Compressed air pumping.

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Aufgabe der Erfindung ist es, die Lebensdauer und die Förderleistung einer vorzugsweise für die beim Abbau mittels des Laugeverfahrens anfallenden aggressiven Lösungen geeigneten Tauchpumpe zu verbessern.The object of the invention is the service life and the delivery rate of a preferably for the at To improve degradation by means of the lye process, aggressive solutions using a suitable submersible pump.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst» daß an den Raum des Elektromotors ein mit einer Betriebsflüssigkeit gefüllter Druckbehälter angeschlossen ist. Dieser Druckbehälter ist vorteilhaft in der Verlängerung der Elektromotorwelle angeordnet. Er kann als Verlängerung des Mantels des Elektromotors ausgebildet sein und ein Verschlußstück aufweisen. Der notwendige Druck kann vorteilhaft durch einen Kolben und eine Druckfeder zwischen dem Kolben und dem Verschlußstück erzeugt werden.This task is solved according to the invention » that to the space of the electric motor with an operating fluid filled pressure vessel is connected. This pressure vessel is advantageous in extension the electric motor shaft arranged. It can be designed as an extension of the jacket of the electric motor and a Have closure piece. The necessary pressure can advantageously be achieved by a piston and a compression spring are generated between the piston and the closure piece.

Die erfindungsgemäße Tauchpumpe erreicht einen wesentlich höheren energetischen Wirkungsgrad als bestehende Pumpen, der mindestens das Fünffache des beim Druckluftfördern erzielbaren Wirkungsgrades beträgt. Ein weiterer Vorteil ist die erhöhte Lebensdauer und der geringere Aufwand zur Bedienung und Unterhaltung« Durch die höhere Lebensdauer vermindert sich auch die Lagerhaltung von Ersatzteilen und Austauschaggregaten. The submersible pump according to the invention achieves a significantly higher energy efficiency than existing ones Pumps that are at least five times the level of efficiency that can be achieved when pumping compressed air. Another advantage is the increased service life and the lower effort for operation and Maintenance «The longer service life also reduces the need to keep spare parts and replacement units in stock.

Eine Ausführung der erfindungsgemäßen Tauchpumpe wird im folgenden anhand der Zeichnung ausführlich beschrieben. Es zeigen:An embodiment of the submersible pump according to the invention is described in detail below with reference to the drawing described. Show it:

Fig. 1 eine schematische Gesamtansicht der Tauchpumpe in teilweisem Längsschnitt,1 shows a schematic overall view of the submersible pump in partial longitudinal section,

Fig. 2 eine konstruktive Einzelheit des Druckbehälters mit dem Elektromotor im Längsschnitt, 2 shows a structural detail of the pressure vessel with the electric motor in longitudinal section,

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Fig. 3 eine konstruktive Einzelheit des oberen Teiles der Tauchpumpe im Längsschnitt.3 shows a structural detail of the upper one Part of the submersible pump in longitudinal section.

Bei einer in Fig. 1 dargestellten Tauchpumpe soll der größte Außendurchmesser des Mantels des Aggregates üblich nicht 100 mm übersteigen und seine Länge soll etwa das Zwanzigfache dieses Durchmessers betragen. Zwischen einem E-Motor 1 und der Pumpe 4 sind im Mantel des Aggregates Saugöffnungen 6 vorgesehen. An der in der Arbeitslage oberen Stirnseite der Pumpe befindet sich ein Druckstutzen 5· Neben dem Pumpenständer, dessen Manteldurchmesser kleiner ist als der des Elektromotors 1, wird dem Elektromotor 1 über ein Kabel 7 elektrische Energie zugeführt. .In a submersible pump shown in Fig. 1 should the largest outside diameter of the shell of the unit usually not exceed 100 mm and its length should be about twenty times this diameter. Suction openings 6 are provided in the jacket of the unit between an electric motor 1 and the pump 4. At the upper face of the pump in the working position is a pressure port 5 next to the pump stand, whose jacket diameter is smaller than that of the electric motor 1, the electric motor 1 via a Cable 7 electrical energy supplied. .

Unterhalb des E-Motors 1'befindet sich ein Druckbehälter 2, durch den· im Raum bis zur Dichtung 3 ein ständiger Flüssigkeits- bzw. Öldruck aufrechterhalten wird, der höher ist als der auf die andere Seite der Dichtung 3 wirkende hydrostatische Förderdruck. Die Leckflüssigkeit an der Dichtung 3 besteht daher nicht aus aggressiver Förderlösung, sondern aus geringen Mengen Drucköl, das gleichzeitig als Schmiermittel wirkt und den Motor 1 vor der ge^pumpten aggressiven Flüssigkeit schützt. Die Größe des Druckbehälters und damit die ölmenge bestimmt zusammen mit der Dichtung 3 die erforderliche Lebensdauer der Tauchpumpe.A pressure vessel is located below the electric motor 1 ' 2, through which · a constant fluid or oil pressure is maintained in the space up to the seal 3 which is higher than the hydrostatic delivery pressure acting on the other side of the seal 3. the There is therefore no leakage fluid at the seal 3 from an aggressive delivery solution, but from small amounts of pressure oil, which also acts as a lubricant acts and protects the motor 1 from the aggressive liquid being pumped. The size of the pressure vessel and thus the amount of oil determined together with the seal 3 the required service life of the submersible pump.

Bei der erfindungsgemäßen Tauchpumpe wird für alle entsprechenden Teile ein gegen die aggressive Wirkung der gepumpten SpülflUssigkeit widerstandsfähiges Material verwendet, sei es.eine chemische oder mechanische Aggressivität. Die Pumpe wird als Baugruppe mit der angeschlossenen Druckleitung undIn the case of the submersible pump according to the invention, one against the aggressive one is used for all corresponding parts Effect of the pumped flushing fluid resistant Material used, be it chemical or mechanical aggressiveness. The pump is called Assembly with the connected pressure line and

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mit der Speiseleitung für den Betrieb an einem Senkseil in das Bohrloch eingeführt. Der Unterschied zwischen dem größten Durchmesser des Pumpaggregates und dem Solldurchmesser der Bohrlochverkleidung wird nur so groß gewählt, um einen freien Durchgang auch an Stellen zu sichern, an denen ggf. eine Verformung der Verkleidung eingetreten sein könnte. Abbau-bzw. Förderteufe, aus der das Erz mittels aggressiver Spülflüssigkeiten durch Bohrlöcher gepumpt wird, beträgt 100 m und mehr. Beim Pumpen nicht aggressiver Flüssigkeiten (reines Wasser, OeI) kann aus größeren Teufen von 250m und mehr gepumpt werden.with the feed line for operation on a lowering cable introduced into the borehole. The difference between the largest diameter of the pumping unit and the nominal diameter of the borehole casing is chosen to be only large enough to allow a free passage also to be secured in places where a deformation of the cladding could have occurred. Dismantling or Extraction level from which the ore means aggressive flushing fluids are pumped through boreholes is 100 m and more. When pumping Non-aggressive liquids (pure water, OeI) can be pumped from greater depths of 250m and more will.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Pumpenaggregat zum Pumpen aggressiver Spülflüssigkeiten aus Bohrlöchern kleinen Durchmessers ist auf einer in radialen Kugellagern 10 gelagerten Welle 8 ein Läufer 9 des Elektromotors 1 aufgepreßt. Die axialen Kräfte des Läufers werden von einem Axiallager aufgenommen. Der Ständer des Elektromotors 1 ist in einem Mantel 14 befestigt, der in seiner Verlängerung nach unten den Druckbehälter 2 mit einem zylindrischen Innenraum 15 bildet, in welchem ein Kolben 16 verschiebbar geführt ist. Den erforderlichen Druck der Betriebsflüssigkeit z. B. eines Isolationsöls, im zylindrischen Hohlraum 15 erzeugt eine Druckfeder 17, die sich mit einem Ende gegen den Kolben 16 und mit dem anderen Ende gegen ein Verschlußstück 18 am unteren Ende des Mantels 14 stützt.In the pump unit shown in FIG. 2 for pumping aggressive flushing fluids from boreholes With a small diameter, a rotor 9 of the electric motor is mounted on a shaft 8 mounted in radial ball bearings 10 1 pressed on. The axial forces of the rotor are absorbed by a thrust bearing. The stand of the electric motor 1 is fastened in a jacket 14 which, in its extension downward, the pressure vessel 2 forms with a cylindrical interior 15 in which a piston 16 is displaceably guided. The required pressure of the operating fluid z. B. an insulating oil in the cylindrical cavity 15 creates a compression spring 17, which is at one end against the piston 16 and at the other end against a closure piece 18 at the lower end of the jacket 14 is supported.

An der anderen Seite des Elektromotors ist am' Mantel l4 ein Deckel vorgesehen. In diesem geschlossenen Raum sitzt auf der Motor-Abtriebswelle 8 eineOn the other side of the electric motor, a cover is provided on the casing 14. In this closed one Space sits on the motor output shaft 8 a

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kombinierte mechanische Dichtung 3, die den Durchgang der Welle 8 in den Pumpenraum abdichtet und ein Eindringen der gepumpten SpUIflüssigkeit in den Raum .des Elektromotors 1 verhindert. Dieser den Elektromotor aufnehmende Raum ist vollst&ndig mit OeI aus dem Druckbehälter 2 gefüllt, welches über den Spalt zwischen dem Läufer 9 und dem Ständer 13 bis zur Dichtung 3 vordringt. Der sich im OeI während der Drehung des Läufers 9 bildende Pumpeffekt wird zum Kühlen des Motors von außen ausgenutzt, wohin das OeI über nicht dargestellte Axialnuten zwischen dem Ständer 13 und dem Mantel l4 des Elektromotors durch Rückstrom gelangt. Ein so ausgeführter Elektromotor hat unter den gegebenen Bedingungen den maximal möglichen Wirkungsgrad. .combined mechanical seal 3 covering the passage the shaft 8 seals in the pump chamber and the pumped flushing fluid can penetrate into the chamber .of the electric motor 1 prevented. This space accommodating the electric motor is completely filled with OeI the pressure vessel 2 filled, which through the gap between the rotor 9 and the stator 13 to Seal 3 penetrates. The pumping effect that forms in the OeI during the rotation of the rotor 9 becomes Cooling of the engine from the outside exploited, where the OeI via axial grooves, not shown, between the Stator 13 and the jacket l4 of the electric motor passed through reverse current. An electric motor designed in this way has the maximum possible efficiency under the given conditions. .

Die mechanische Dichtung 3 erlaubt einen geringen Leckfluß des OeIs, das die Dichtung 3 schmiert und ein Eindringen von festen Verunreinigungen zwischen die Dichtungsflächen verhindert.The mechanical seal 3 allows a small Leak flow of oil that lubricates the seal 3 and a Prevents solid contaminants from penetrating between the sealing surfaces.

Das Drehmoment wird von der Welle 8 über eine nicht gezeichnete Gelenkkupplung, eine Antriebswelle und eine weitere Gelenkkupplung auf eine Schraubspindel der Pumpe übertragen. Die Spindel 23 dreht sich in. der gepumpten Flüssigkeit in einem elastischen Ständer 24 der Pumpe, der im Pumpenmantel 25 fest gelagert ist. Der Mantel 25 der Pumpe, in welchem Saugöffnungen der Pumpe angeordnet sind, ist mit einem Ende mit dem Deckel des Mantels 14 des Elektromotors 1 verbunden. Am anderen Ende des Mantels 25 der Pumpe ist ein Deckel 26 mit einem Druckstutzen befestigt, an den die Druckrohrleitung 27 angeschlossen ist. Am Deckel ist eine Einhängung 28 für Tragseile 29 ausgeführt.The torque is from the shaft 8 via a no drawn joint coupling, a drive shaft and transfer another articulated coupling to a screw spindle of the pump. The spindle 23 rotates in. of the pumped liquid in an elastic stand 24 of the pump, which is firmly mounted in the pump casing 25 is. The jacket 25 of the pump, in which suction openings The pump is arranged at one end to the cover of the casing 14 of the electric motor 1. At the other end of the jacket 25 of the pump, a cover 26 with a pressure port is attached to the the pressure pipe 27 is connected. A suspension 28 for suspension cables 29 is implemented on the cover.

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Außerdem sind durch ein Seil jjl übertrage gesteuerte Stabilisierungshebel JO vorgesehen, welche ein Verdrehen des Aggregates in der Bohrlochverkleidung verhindern. Die elektrische Energie wird dem Aggregat über ein vieradriges Kabel 7 zugeführt. Drei Adern verlaufen neben dem Pumpenmantel 25 der einen kleineren Durchmesser hat als der Mantel 14 des Elektromotors 1, zu den Klemmen des Elektromotors 1. Die Erdungsader ist an den Deckel 26 der Pumpe angeschlossen. In addition, jjl transmits are controlled by a rope Stabilization lever JO provided, which allows twisting of the unit in the borehole lining. The electrical energy is supplied to the aggregate fed via a four-wire cable 7. Three wires run next to the pump casing 25, which has a smaller diameter than the casing 14 of the electric motor 1, to the terminals of the electric motor 1. The earth wire is connected to the cover 26 of the pump.

Diese Pumpenausführung eignet sich besonders für Förderbohrlöcher von etwa 82 mm Durchmesser,This pump version is particularly suitable for production wells with a diameter of around 82 mm,

Der Oeldruck im Druckbehälter und im Elektromotor kann je nach der Tauchtiefe durch Einstellen des Federdruckes, durch einen Faltenbalg, durch Abteilen des OeIs mittels einer elastii=chen, durch einen Kolben betätigten Membrane oder auf andere geeignete Weise geändert werden. Durch entsprechende Anordnung der Hebel J>0 oder anderer Fixiermittel kann ein Verdrehen der Pumpe auch in Bohrungen von größeren Durchmessern, in Brunnen oder in Behältern verhindert werden. Es ist auch möglich, Pumpen anderer Bauart je nach den Eigenschaften der gepumpten Flüssigkeit und anderen Betriebsbedingungen einzusetzen und die Pumpenleistung zu erhöhen. Die Lebensdauer der Pumpe kann durch Vergrößerung des Oelvorrates im Druckbehälter und im Raum des Elektromotors 1 bis zur Dichtung J5 erhöht werden. Bei einem bausteinförmigen Aufbau des Aggregates bildet der Elektromotor die Grundeinheit, an die als auswechselbare Teile an einer Seite ein Druckbehälter und an der anderen Seite eine Pumpe angeschlossen werden kann, so daß eine Reihe von Aggregaten unterschiedlicher Leistung und Lebensdauer entsteht.The oil pressure in the pressure vessel and in the electric motor can be changed depending on the immersion depth by adjusting the spring pressure, by a bellows, by dividing the oil by means of an elastic, piston-operated membrane or in another suitable way. By arranging the levers J> 0 or other fixing means appropriately, the pump can also be prevented from rotating in bores with larger diameters, in wells or in containers. It is also possible to use pumps of other types depending on the properties of the pumped liquid and other operating conditions and to increase the pump performance. The service life of the pump can be increased by increasing the oil supply in the pressure vessel and in the area of the electric motor 1 up to the seal J5. In the case of a modular construction of the unit, the electric motor forms the basic unit, to which a pressure vessel can be connected as replaceable parts on one side and a pump on the other side, so that a number of units of different performance and service life are created.

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Claims

Patent claims

I.) Submersible pump, especially for pumping flushing fluids. Conveyor boreholes, with a pump driven by an electric motor and a seal on the shaft of the electric motor which separates the space of the electric motor filled with an operating fluid from the pump chamber, characterized in that at least one of the partially filled pressure vessel (2) is connected. .

2. Submersible pump according to claim 1, characterized in that that the pressure vessel (2) is arranged in the direction of the extension of the axis of the electric motor shaft (8).

^. Submersible pump according to Claim 1 or 2, characterized in that the pressure vessel (2) is an extension of the jacket (14) of the electric motor (1) is carried out and closed by a closure piece (18), and that in this space a spring-loaded pressure member (16) is arranged, with a compression spring (17) between the piston (l6) and the closure piece (l8).

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