DE3700069C2 - Schmiersystem - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Schmierung und ein Schmiersystem, geeignet zur Schmierung unter ungünstigen Bedingungen, und zwar einer in einem Bohrloch eingesetzten Pumpe u. dgl., die zum Pumpen von durch Erdwärme erhitztem, geothermischen Wassers in Erd­ wärmekraftwerken verwendet werden.

In einem bekannten Verfahren, wie es beispielsweise in der JP-59-54896 (A) beschrieben ist, wird zur Schmierung eines mechanischen Systems ein Schmierverfahren unter völliger Abdichtung und völligem Abschluß des Schmiermittels nach außen verwendet. Es tritt jedoch insbesondere unter schwierigen Einsatzbedingungen, wie z. B. hoher Temperatur und hohem Druck eine beschleunigte Qualitätsverschlechterung oder Zersetzung des Schmiermittels ein, so daß die Leistungs­ fähigkeit des mechanischen Systems gestört wird und außerdem die Möglichkeit des Auftretens von Betriebsaus­ fällen und Schäden in erhöhtem Maße gegeben ist, so daß die Zuverlässigkeit des Systems herabgesetzt wird. Selbst wenn das sich im Kreislauf befindliche Öl in Abhängigkeit von der Menge erfaßter Abriebpartikel gefiltert wird, nimmt die Qualität mit zunehmender Laufdauer der Pumpe ab, was zu einem Versagen der Schmierung führen kann.

In Erdwärmekraftwerken, die in jüngerer Zeit stärkere Verbreitung gefunden haben, werden in Bohrlöchern soge­ nannte Bohrlochpumpen verwendet, um das geothermisch er­ wärmte Wasser von hoher Temperatur zur Erdoberfläche zu pumpen.

Wenn jedoch die Temperatur des geothermischen Wassers in 400 m Tiefe z. B. 200°C beträgt, erreicht die Temperatur des Schmieröles in der Bohrlochpumpe 260 bis 300°C infol­ ge der Erwärmung durch einen Motor od. dgl., so daß der Druck in der Pumpe Werte von 30 bis 50 kp/cm² erreicht. Es gibt kein Schmier- oder Isolieröl, das unter den vor­ erwähnten Bedingungen eine Lebensdauer von mehr als eini­ gen tausend Stunden besitzt und selbst Strahltriebwerks­ öl, das ein optimales Ersatzmedium bildet, hat nur eine Lebensdauer von Stunden.

Um die vorerwähnten Nachteile zu vermeiden, ist als Ge­ genmaßnahme die Häufigkeit der Unterbrechung im Betrieb des mechanischen Systems zum Austausch des Schmiermittels erhöht worden, das wieder aufgefüllt wird, so daß die Ef­ fektivität des Betriebes sich verringert.

Um eine verringerte Leistungsfähigkeit des mechanischen Systems zu vermeiden, wurde in neuerer Zeit das Schmier­ mittel ausgetauscht, bevor dieses seine Schmierfähigkeit verliert zersetzt und das Ende seiner Lebensdauer er­ reicht und es wurde außerdem der Austausch von Schmier­ mittel, das eine lange Lebensdauer besitzt, verzögert, um die Häufigkeit des Schmiermittelwechsels herabzusetzen. Wenn jedoch das Schmiermittel vollkommen abgeschlossen ist oder sich im Bereich eines durch eine Bedienungsper­ son unzugänglichen Teiles der mechanischen Einrichtung befindet, kann eine Inspektion bzw. Kontrolle nicht aus­ geführt werden und außerdem ist es schwierig, im voraus die unter den sich ändernden Einsatzbedingungen jeweils zu erwartende Lebensdauer zu kennen. Als Konsequenz wird das Schmiermittel viel früher als die erwartete Lebens­ dauer ausgetauscht, um das Auftreten von Zerstörungen in­ folge der Verwendung eines nicht mehr oder nur noch schlecht gebrauchsfähigen Schmiermittels zu vermeiden. In diesem Fall bestehen die Nachteile darin, daß ein Schmiermittel, das eine lange Lebensdauer besitzt, teuer ist und die Unmöglichkeit die Lebensdauer des Schmiermit­ tels tatsächlich auszuschöpfen, zusätzlich zu einer wei­ teren Verteuerung beiträgt, so daß die Wirtschaftlichkeit nachteilig beeinflußt wird und, überdies häufige Ölwech­ sel die betriebliche Effizienz verringern und den War­ tungsaufwand erhöhen.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Schmierverfahren und ein Schmiermittelsystem zu schaffen, die die Wirtschaftlichkeit, Zuverlässigkeit und Erhaltung der Schmierung für ein mechanisches System, das unter schwierigen Einsatzbedingungen arbeitet, wesentlich ver­ bessern.

Diese Aufgabe wird von einem Schmierverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und von einem Schmiersystem mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst.

Nach der vorliegenden Erfindung wird das Schmiermittel folglich ständig in seinem wirksamen Zustand gehalten, und selbst bei Einsatz unter schwierigen Einsatzbedingun­ gen wird eine zufriedenstellende Schmierungsleistung des Schmiermittels aufrechterhalten, das Schmiermittel kann effektiv bis unmittelbar vor Erreichen des Endes seiner Lebensdauer benutzt werden, wobei ständig die fortgeschrittenste Stufe der Qualitätsverschlechterung des Schmiermittels erfaßt wird, und es kann sogar ein ver­ hältnismäßig billiges Schmiermittel mit kurzer Lebens­ dauer ohne Schwierigkeiten verwendet werden, so daß die Wirtschaftlichkeit der Einrichtung verbessert wird. Außerdem sind keine periodischen Schmiermittelwechselvorgänge erforderlich und sämtliche vorerwähnten Steuerungen und Regulierungen können automa­ tisiert werden, so daß die Wartung verbessert ist und außerdem frühzeitig Unregelmäßigkeiten im Inneren des me­ chanischen Systems bei der vorerwähnten Inspektion bzw. Kontrolle und Untersuchung des extrahierten Schmiermit­ tels festgestellt werden, mit der Folge einer Verbesse­ rung der Zuverlässigkeit des Betriebes.

Nachstehend wird die Erfindung anhand eines Ausführungs­ beispieles und einer zugehörigen Zeichnung näher erläu­ tert, wobei diese ein System der Schmierung zeigt, in dem das Schmierverfahren nach der vorliegenden Erfindung zur Anwendung kommt.

In dem Ausführungsbeispiel wird die vorliegende Erfindung auf eine in einem Bohrloch befindliche Pumpe für das Heraufpumpen von geothermisch erhitztem Wasser hoher Tem­ peratur angewandt.

In einem Bohrloch 10, das zum Pumpen geothermisch erhitz­ ten Wassers gebohrt wurde, befindet sich in einer Tiefe von z. B. 400 Metern unterhalb der Erdoberfläche eine Bohrlochpumpe 1 vom Unterrand-Saugtyp zum Pumpen des geo­ thermisch erhitzten Wassers. Diese Bohrlochpumpe 1 ist in ihrem Bodenbereich mit einem Ölzuführungsrohr 2 und in ihrem oberen Bereich mit einem Abzugsrohr 3 verbunden. Beide Rohre 2 und 3 bestehen aus wärmebeständigem und korrosionsbeständigem Material, z. B. Stahl, und haben je­ weils einen Durchmesser von ungefähr 5 bis 20 mm und er­ strecken sich zur Erdoberfläche entlang einem Wasserfüh­ rungsrohr 1A der Bohrlochpumpe 1. Das Ölzuführungsrohr 2 ist mit einem Ölzuführungstank 5 durch eine Ölpumpe 4 verbunden. Der Ölzuführungstank 5 ist darüberliegend mit einer Heizeinrichtung 11 und einer Kühleinrichtung 12 versehen und durch eine Stickstoffatmosphäre abgeschlos­ sen. Andererseits ist das Abzugsrohr 3 durch eine Abzugs­ pumpe 6 und eine Analysiereinrichtung 7 mit einer nicht gezeigten Abfallölbeseitigungsvorrichtung verbunden. In Abhängigkeit von den Eigenschaften des benutzten Schmier­ mittels oder der benutzten Schmiermittel können verschie­ dene Arten von Analysiereinrichtungen 7 verwendet werden. Diese kann eine Baugruppe oder eine Mehrzahl von Baugrup­ pen haben, die im einzelnen die geforderten Werte messen und die z. B. das Infrarotabsorptionsspektrum, das ultra­ violette und sichtbare Spektrum, die Viskosität, die re­ lative Dichte sowie Werte erfassen, die durch Gaschroma­ tographie und Hochgeschwindigkeits-Flüssigkeitschromato­ graphie gewonnen werden.

Die Analysiereinrichtung 7 ist mit einer Steuereinrich­ tung 8 durch einen Schaltkreis verbunden und die Steuer­ einrichtung 8 hat Steuerleitungen zu der Ölpumpe 2, der Abzugspumpe 3, der Heizeinrichtung 11 und der Kühlein­ richtung 12. Für die Steuereinrichtung 8 wird ein Mikro­ computer od. dgl. verwendet und angepaßt, um die Steuerung der Analysiereinrichtung 7, die Speicherung und den Ver­ gleich der analysierten Daten und die betriebliche Steue­ rung der jeweiligen Pumpen 4, 6, sowie der Heizeinrich­ tung 11 und der Kühleinrichtung 12 auszuführen.

Mit der vorbeschriebenen Anordnung wird als Schmiermittel das in dem Ölzuführungstank 5 gespeicherte Schmieröl ver­ wendet, das in dem Tank 5 durch die Heizeinrichtung 11 oder die Kühleinrichtung 12 in einem optimalen Zustand gehalten wird und das kontinuierlich oder intermittierend durch die Ölzuführungspumpe 5 abgepumpt und unter Druck unter Durchgang durch das Ölzuführungsrohr 2 zu den ge­ schmierten Teilen in der Bohrlochpumpe 1 aufgefüllt wird, wo die Schmierung stattfindet. Andererseits wird das Schmieröl in der Bohrlochpumpe 1 durch das Abzugsrohr 3 ständig oder intermittierend durch die Abzugspumpe 6 ab­ gezogen und zu der Analysiereinrichtung bzw. dem Analy­ siergerät 7 geführt, wo der Grad der Qualitätsverschlechterung, Zersetzung od. dgl. durch be­ stimmte Analysen untersucht wird, wie z. B. die Absorp­ tionsintensität von C = 0 im Infrarotspektrum, die Ab­ sorptionsintensität von Wasser oder die Menge leichtge­ wichtiger Teile in der Gaschromatographie und an­ schließend wird das Schmieröl als Abfallöl beseitigt.

Die Ergebnisse der Untersuchungen und Prüfung des Grades der Qualitätsverschlechterung, Zersetzung etc. in der Analysiereinrichtung 7 wird in der Steuereinrichtung 8 gespeichert, in der Vergleiche mit den vorgegebenen Ver­ gleichswerten in Bezug auf die Analyseergebnisse ausge­ führt werden und, in Abhängigkeit von den Ergebnissen dieser Vergleiche der jeweilige Ausgangsdruck der Ölzuführungspumpe 4 und der Absaugpumpe 6 gesteuert werden. Zum Beispiel, wenn festgestellt wird, daß der Grad der Ölverschlechterung bzw. der Anteil von unbrauchbarem Öl in der Schmierung hoch ist, dann wird die Menge des Schmieröls, das zur Pumpe 1 zugeführt und von dieser ab­ gezogen wird, vergrößert und die Erneuerung des Schmier­ öls in den geschmierten Teilen der Bohrlochpumpe 1 wird erleichtert, um eine effektive Schmierungskapazität des Schmieröles zu sichern.

Außerdem wird der Ausgangsdruck der Ölzuführungspumpe 4 und eine Differenz zwischen dem jeweiligen Ausgangsdruck der Ölzuführungspumpe 4 und der Abzugspumpe 6 reguliert, um den Druck in der Bohrlochpumpe 1 zu steuern und zu verhindern, daß sich das zu fördernde, geothermisch er­ hitzte Wasser mit dem Schmiermittel durch abgedichtete Abschnitte hindurch vermischt. In diesem Falle, d. h. wenn in der Analysiereinrichtung 7 festgestellt wird, daß sich das geothermisch erhitzte Wasser od. dgl. mit dem Schmier­ mittel vermischt hat, wird dies als Indikation einer Un­ regelmäßigkeit im Inneren der Pumpe 1 angesehen und ein Warnsignal od. dgl. abgegeben.

Wie oben beschrieben, wird bei diesem Ausführungsbeispiel das Schmieröl in den geschmierten Teilen der Bohrlochpum­ pe 1 kontinuierlich oder intermittierend erneuert, so daß eine Verschlechterung des Schmieröles und sich hieraus ergebende Schwierigkeiten und Schäden infolge der Verwen­ dung von unbrauchbarem Schmieröl im voraus vermieden wer­ den, mit der Folge einer Verbesserung der Zuverlässig­ keit. Außerdem kann ein Heraufholen der Pumpe und Unter­ brechungen im Pumpbetrieb infolge eines Wechsels des Schmieröles, die bei den herkömmlichen, abgedichtet abge­ schlossenen Pumpen unvermeidlich waren, vermieden werden, so daß die Effektivität im Betrieb und die Wartung der gesamten Pumpeinrichtung in beträchtlichem Ausmaße ver­ bessert werden können.

Außerdem kann im Erneuern des Schmieröles eine derartige Automatisierung vorgenommen werden, daß die Menge des Schmieröles, die aufgefüllt werden soll, in Abhängigkeit vom Ergebnis der Analyse des abgezogenen Schmieröles ge­ steuert wird, und daß frühzeitig Unregelmäßigkeiten, wie z. B. eine Mischung von Fremdteilen, einschließlich des geothermisch erhitzten Wassers u. dgl., in den geschmier­ ten Teilen der Bohrlochpumpe 1 ermittelt werden können, so daß deren Betrieb gestoppt und angemessene Maßnahmen ergriffen werden können, bevor Schwierigkeiten oder Schäden in der Bohrlochpumpe 1 auftreten. Insofern lie­ fert die Untersuchung des abgezogenen Schmiermittels zu­ verlässige Hinweise auf den Zustand und das betriebliche Verhalten innerhalb der Bohrlochpumpe 1 im Bereich der geschmierten Teile derselben.

Außerdem kann in diesem Ausführungsbeispiel die Differenz im Ausgangsdruck zwischen der Ölzuführungspumpe 4 und der Abzugspumpe 6 reguliert werden, um den Öldruck in den ge­ schmierten Teilen der Bohrlochpumpe 1 zu steuern, so daß ein Druckausgleicher, wie z. B. Faltenbälge oder Ausdeh­ nungskörper nicht vorgesehen werden brauchen und das geo­ thermisch erhitzte Wasser wirksam daran gehindert werden kann, durch die abgedichteten Abschnitte der Bohrlochpum­ pe 1 hindurch in geschmierte Bereiche einzudringen. Außerdem kann das Stadium der Qualitätsverschlechterung des verwendeten Schmieröles festgestellt werden und die Erneuerung bzw. das Auffüllen des Schmieröles kann in gleichem Maße angepaßt an den Grad der Ölverschlechterung ausgeführt werden, so daß Mineralöl, Siliconöl oder ande­ re Ölarten verwendet werden können, die verhältnismäßig billig sind und eine kurze Lebensdauer haben, wobei diese Öle ohne jede Probleme verwendet werden können und somit wirksam die Betriebskosten verringern.

Außerdem ist bei diesem Ausführungsbeispiel die Schmie­ rung nicht vom sogenannten Umlaufschmierungstyp und die Zuführung des Schmieröles ist streng auf den Ersatz bzw. das Auffüllen des abgezogenen Öles begrenzt, so daß die Menge des Schmieröles, das zu den geschmierten Teilen zu­ geführt wird, nicht groß sein muß.

Bei einer hier gezeigten Anlage werden als spezielle Bei­ spiele der Menge des zugeführten Öles und der Entnahme­ menge für Analysezwecke bei Verwendung eines Schmieröles von 200°C und einer Viskosität von 0,0417 kgs/cm² nach der Formel des Hagen-Poiseuille′schen-Gesetzes jeweils 51 cm³ bei einem Rohrdurchmesser von 5 mm, 203 cm³ bei einem Rohrdurchmesser von 10 mm und 814 cm³ bei einem Rohrdurchmesser von 20 mm zu- bzw. abgeführt. Im vorerwähnten Ausführungsbeispiel sind ein Ölzufüh­ rungsrohr 2 und ein Abzugsrohr 3 verwendet. Wenn jedoch mehr Schmieröl benötigt wird, können jeweils zwei oder mehrere Rohre verwendet werden. Es können zwei Systeme verwendet werden, die ein Ölzuführungssystem und ein Ab­ zugssystem enthalten, so daß die Anzahl der Rohre in der Praxis entsprechend den Bedingungen gewählt werden kann und nicht notwendigerweise beschränkt ist.

Wie oben erläutert wurde, ist die vorliegende Erfindung vorteilhaft insofern, als die Wirtschaftlichkeit, Zuver­ lässigkeit und Wartung in beträchtlichem Maße verbessert und eine zuverlässige Schmierung des mechanischen Syste­ mes auch unter schwierigen Einsatzbedingungen gewährlei­ stet werden kann.

Claims (10)

1. Verfahren zur Schmierung einer in einem Bohrloch ein­ gesetzten Bohrlochpumpe, die zur Förderung von geother­ mischer Flüssigkeit dient, bei dem ein Schmiermittel neuer Qualität in die geschmierten Abschnitte der Bohrlochpumpe von außen eingeführt wird, um Schmiermittel alter Qualität zu ersetzen, wobei das Schmiermittel alter Qualität in den geschmierten Abschnitten abgezogen wird, um es in diesen Bereichen durch Schmiermittel neuer Qualität zu erneuern, und wobei das auf diese Weise abgezogene Schmiermittel untersucht wird, um eine Zuführungsmenge des Schmiermittels neuer Qualität zu den geschmierten Ab­ schnitten in Übereinstimmung mit dem Grad der Qualitäts­ verschlechterung des Schmiermittels innerhalb der Bohr­ lochpumpe zu steuern.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführung des Schmiermittels kontinuierlich ausge­ führt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführung des Schmiermittels intermittierend ausge­ führt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das abgezogene Schmiermittel mit einem Vergleichswert, der in Abhängigkeit von den Eigenschaften des Schmiermit­ tels bestimmt wird, verglichen wird, und eine Zuführungs­ menge des Schmiermittels in Abhängigkeit vom Ergebnis des Vergleiches reguliert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zuführungsdruck und ein Abgabedruck während des Abzu­ ges des Schmiermittels so gesteuert sind, daß ein Druck in den geschmierten Abschnitten des mechanischen Systems auf einem kostanten Wert gehalten wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dann, wenn das Ergebnis der Untersuchung des abgezogenen Schmiermittels einen abnormalen Wert ergibt, ein Warnsig­ nal ausgegeben wird.

7. Schmiersystem, geeignet für die Aufrechterhaltung einer wirksamen Schmierung für die geschmierten Abschnitte einer Bohrlochpumpe (1), die zur Förderung von geothermischer Flüssigkeit dient, unter vorbestimmten Schmierungsbedingungen, das aufweist:

• - eine Einrichtung (2, 4, 5) zur Zuführung von Schmiermittel neuer Qualität zu den geschmierten Abschnitten,
• - eine Einrichtung (3, 6) zum Abziehen von Schmiermittel alter Qualität von den geschmierten Abschnitten,
• - eine Vorrichtung (7) zur Analyse der Eigenschaften des durch die Abzugseinrichtung (3, 6) abgezogenen Schmiermittels, und
• - eine Vorrichtung (8) zur Steuerung der Zuführungsein­ richtung (4, 5) und der Abzugseinrichtung (6) in Ab­ hängigkeit vom Ergebnis der Analyse, die durch die Analysevorrichtung (7) durchgeführt wird.

8. Schmiersystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmiermittelzuführungseinrichtung einen Ölzufüh­ rungstank (5) aufweist, der durch eine Stickstoffatmos­ phäre abgeschlossen und mit einer Heizeinrichtung (11) und einer Kühleinrichtung (12) versehen ist, die wahlwei­ se betätigbar sind.

9. Schmiersystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontrollvorrichtung (8) jeweils mit der Ölzufüh­ rungseinrichtung (4, 5) und der Abzugseinrichtung (6) verbunden ist und eine Zuführungsmenge des Schmiermittels von der Zuführungseinrichtung (4, 5) und eine Schmiermit­ telmenge, die durch die Abzugseinrichtung (6) abgezogen wird, in Abhängigkeit von dem in der Analysiervorrichtung (7) erhaltenen Ergebnis steuerbar sind.

10. Schmiersystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß die Steuervorrichtung (8) die Zuführungseinrich­ tung (4, 5) und die Abzugseinrichtung (6) steuert, der­ art, daß der Druck im Bereich der geschmierten Abschnitte auf einem konstanten Wert gehalten ist.