DE69721943T2

DE69721943T2 - Exzeuterschneckenpumpe

Info

Publication number: DE69721943T2
Application number: DE69721943T
Authority: DE
Inventors: Jean-Paul Papin
Original assignee: PCM Pompes
Current assignee: PCM Pompes
Priority date: 1996-11-21
Filing date: 1997-11-19
Publication date: 2004-02-19
Anticipated expiration: 2017-11-20
Also published as: EP0844397B1; AR010071A1; EP0844397A1; CA2221487C; DE69721943D1; ATE240459T1; CA2221487A1; US6082980A; FR2756018B1; FR2756018A1; ES2198539T3

Description

Die Erfindung betrifft Verbesserungen von Zahnradpumpen oder Moineau-Pumpen mit zwei ineinander angeordneten schraubenförmigen Zahnrädern, wobei das innere schraubenförmige Zahnrad, das rotierend ist (Rotor), einen Zahn weniger als das äußere schraubenförmige Zahnrad, das feststehend ist (Stator), besitzt.
Die Schrift GB 2 120 729 A betrifft eine solche Pumpe mit schraubenförmigen Zahnrädern.
Es ist bekannt, solche Pumpen in der Erdölindustrie zur Extraktion des Erdöls aus einem Schacht zu verwenden. Der Rotor besteht aus Stahl hoher Festigkeit, der mit Chrom beschichtet ist, um dem Abrieb standzuhalten; er ist am Ende eines Gestänges aufgehängt, das ihn in Drehung versetzt. Der Stator besteht aus gegossenem Elastomer, das in ein Stahlrohr eingepaßt ist; er ist am Ende eines das Gestänge umgebenden Rohrsatzes aufgehängt. Die Abdichtung zwischen dem Rotor und dem Stator wird erreicht, indem dem Rotor ein Durchmesser verliehen wird, der etwas größer als der Mindestdurchmesser des Stators ist.
Die auf diese Weise ausgebildeten Pumpen sind in Pumpschächten voll befriedigend, in denen die Temperatur etwa 140°C nicht überschreitet.
In Schächten dagegen, in denen die Temperatur 140°C überschreitet, können die Pumpen, die auf herkömmliche Weise ausgebildet sind, wie oben angegeben wurde, nicht mehr verwendet werden, da einerseits das den Stator bildende Elastomer solche Temperaturen ohne Beschädigung nicht aushalten kann, und andererseits wegen der Ausdehnung des Elastomers, die stärker als die des Metalls ist, eine zu starke Verklemmung des Rotors im Stator mit sich bringt.
Ziel der Erfindung ist es im wesentlichen, diesen Nachteil zu beseitigen und eine verbesserte Ausbildung einer Moineau-Pumpe zu schaffen, die in einem weiten Temperaturbereich, der sich bis zu einer Temperatur von weit über 140°C erstrecken, korrekt arbeiten und somit insbesondere für die Erdölextraktion in tiefen Schächten verwendet werden kann.
Zu diesem Zweck weist eine erfindungsgemäß ausgebildete verbesserte Zahnrad- oder Moineau-Pumpe die im kennzeichnenden Teil des nachstehenden Anspruchs 1 angeführten Anordnungen auf.
Die erfindungsgemäße verbesserte Ausbildung beruht darin, daß aufgrund der geeigneten Wahl der den Rotor und den Stator bildenden Werkstoffe die Quer- und Längsabmessungen des Rotors und die Quer- und Längsabmessungen des Hohlraums des Stators sich bei thermischen Änderungen im selben Sinn und in derselben Größenordnung ändern (d. h. die Querabmessung des Rotors und die Querabmessung des Hohlraums des Stators nehmen im wesentlichen in derselben Größenordnung zu, wenn die Temperatur steigt, und nehmen im wesentlichen in derselben Größenordnung ab, wenn die Temperatur sinkt).
Die Pumpe bleibt also bei umgebenden thermischen Schwankungen funktionell arbeitsfähig, wenn der Rotor und der Stator aus Werkstoffen bestehen, die solche Wärmeausdehnungskoeffizienten besitzen, daß ein vorbestimmtes Funktionsspiel zwischen dem Rotor und dem Stator in einem weiten Temperaturbereich annähernd beibehalten wird, der von etwa 15°C (Umgebungstemperatur bei der Montage des Rotors im Stator im Werk) bis zu einer Betriebsumgebungstemperatur von etwa 300°C geht.
In der Praxis, und zwar insbesondere bei der für die erfindungsgemäß ausgebildete Pumpe im Besonderen vorgesehenen Verwendung im Bereich der Erdölextraktion in tiefen Schächten, kann der Arbeitstemperaturbereich der Pumpe etwa 40°C bis etwa 250°C sein.
Aus dem Vorstehenden geht hervor, daß die beiden Werkstoffe, die den Stator und den Rotor bilden, damit das Spiel zwischen Rotor und Stator annähernd konstant gehalten wird, Wärmeausdehnungskoeffizienten besitzen müssen, die von derselben Größenordnung sind oder sogar relativ nahe beieinanderliegen. Wenn also der Rotor aus Metall besteht, um eine ausreichende mechanische Festigkeit zu besitzen, ist es wünschenswert, daß der Stator seinerseits auch aus Metall besteht.
Unter diesen Bedingungen ist die Wahl von Werkstoffen in der nachstehenden Tabelle angeführt, in der der Wärmeausdehnungskoeffizient jeweils in mm/°/mm × 10^-6 ausgedrückt ist.
Die den Rotor und den Stator bildenden Werkstoffe werden so gewählt, daß sie mechanisch hinsichtlich Reibungs- und Verschleißproblemen kompatibel sind, und sind deshalb in Entsprechung mit den dem Fachmann bekannten Regeln ausgewählt.
Die Anmelderin schätzt, daß gegenwärtig in der Praxis ein Paar von im Rahmen der Erfindung vorzugsweise geeigneten Werkstoffen aus Stahl 316 L, dessen linearer Wärmeausdeh nungskoeffizient 16,5 × 10^-6 mm/°/mm beträgt, zur Bildung des Rotors und Bronze UE7 Pb6 Z4, dessen linearer Wärmeausdehnungskoeffizient 17 × 10^- ⁶ mm/°/mm beträgt, zur Bildung des Stators besteht.
Der Rotor und der Stator können in jedem Verfahren und durch alle dem Fachmann bekannten Mittel hergestellt werden. Was insbesondere den Stator betrifft, so kann man vorteilhafterweise eines der beiden folgenden Herstellungsverfahren verwenden:

– der Stator kann durch äußere Komprimierung eines massiven Werkstücks um einen Stempel herum hergestellt werden, der das endgültige Profil der Innenform (Hohlraum) des Stators hat;
– der Stator besteht aus Elementen, die einzeln durch Fließdrücken hergestellt wurden und miteinander durch Muffen verbunden sind.

Wie aus dem Vorstehenden klar hervorgeht, ist ein bevorzugter (jedoch nicht ausschließlicher) Verwendungsbereich einer erfindungsgemäß ausgebildeten Zahnrad- oder Moineau-Pumpe die Erdölextraktion in tiefen Schächten, wobei die Umgebungstemperatur am Schachtboden von etwa 40°C bis etwa 250°C variieren kann.

Claims

Zahnradpumpe oder Moineau-Pumpe mit zwei ineinander angeordneten schraubenförmigen Zahnrädern, wobei das innere schraubenförmige Zahnrad, das rotierend ist (Rotor), einen Zahn weniger als das äußere schraubenförmige Zahnrad, das feststehend ist (Stator), besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor und der Stator jeweils aus mechanisch kompatiblen Werkstoffen bestehen, die aus Stahl Z 3 OC 13, Stahl 316L, Gußeisen FGS 415, Gußeisen FGS Ni 20, Gußeisen FGS Ni 30 Cr1 und Bronze UE 7 Pb 6Z4 ausgewählt sind, die jeweils Wärmeausdehnungskoeffizienten besitzen, die jeweils zu solchen Ausdehnungen des Rotors und des Stators führen, daß zwischen dem Rotor und dem Stator in einem Umgebungstemperaturbereich zwischen etwa 15°C und 300°C ein annähernd konstantes Spiel aufrecht erhalten wird.
Zahnradpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor aus Stahl 316L und der Stator aus Spezialbronze UE 7 Pb 6Z4 besteht.
Zahnradpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das im wesentliche konstante Spiel zwischen dem Rotor und dem Stator in einem Temperaturbereich von etwa 40°C bis etwa 250°C aufrecht erhalten wird.
Zahnradpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator durch äußere Komprimierung eines massiven Teils um einen Stempel herum, der das endgültige Profil der Innenform des Stators besitzt, hergestellt ist.
Zahnradpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator aus Elementen besteht, die einzeln durch Rolldrücken erhalten wurden und miteinander durch Muffen verbunden sind.
Verwendung einer Zahnradpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5 für die Extraktion von Erdölprodukten im Tiefschacht.