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Tauchpumpe Die Erfindung betrifft eine Tauchpumpe mit einer die Pumpenkammer
abschließenden Fördermembran, welche von einem Druckkolben über gasfreie Druckflüsisigkeit
einer Preßkammer hydraulisch beaufschlagt wird.
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Bei der Erdölfördertechnik ist es häufig erforderlich, die Pumpe so
tief einzusetzen, daß der untere ölspiegel erreicht wird, um das darunter gelagerte
Salzwasser vor der Förderung des eigentlichen öles zunächst abpumpen zu können.
Dabei treten oft Drücke von mehreren roo Alm. auf, die durch die über der Pumpe
stehende Flüssigkeitssäule bedingt sind und welche große Schwierigkeiten.bei den
Dichtungen und Durchführungen an unter Öl betriebenen Motortauchpumpen hervorrufen.
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Diese vorerwähnten Schwierigkeiten sollen durch die vorliegende Erfindung
überwunden werden, und es ist die Schaffung einer Tauchpumpe beabsichtigt, die darüber
hinaus noch eine Kompensation der bei Erwärmung auftretenden Druckflüs-sigkeitsausdehnung
selbsttätig kompensiert.
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Erfindungsgemäß ist eine Tauchpumpe mit einer die Pumpenkammer abschließenden
Fördermembran, welche von einem Druckkolben über gasfreie Druckflüssigkeit einer
Preßkammer .hydraulisch beaufschlagt wird, vorgesehen, bei der der Zylinder für
den
Druckkolben an dem von der Preßkammer abgelegener. rückwärtigen Ende des Druckkolbens
mit einer abgeschlossenen Druckausgleichskammer in Verbindung steht, die vollständig
mit gasfreier Druckflüssigkeit angefüllt ist. Um die Kolbenbewegung innerhalb der
abgeschlossenen Druckauszu zu ermöglichen, kann entweder die `Druckausgleichskammer
eine dem Außendruck der Färderflüssigkeit ausgesetzte Membran aufweisen, oder aber
es ist eine Mehrzahl von Druckkolben vorgesehen; die über je eine Preßkammer und
eine Fördermembran voneinander getrennte, über Rückschla,gventile mit der Förderleitung
verbundene Pumpenkammern beaufschlagen, wobei die Druckkolb:en in solcher Weise
phasenverschoben angetrieben werden, daß das von sämtlichen Druckkolben in der Ausgleichskammer
verdrängte Volumen im wesentlichen konstant bleibt. Je nach den Erfordernissen kann
eines dieser Mittel oder auch beide angewendet werden.
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Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist der zum Pumpenantrieb
dienende Motor und in an sich bekannter Weise dessen Getriebe innerhalb der Druckausgleichskammer
angeordnet.
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Soni,t .ergibt sich erfindungsgemäß :eine Pumpe, deren, sämtliche
arbeitenden Teile vollständig von gasfreier, kaum kompressibler Flüssigkeit umgeben
sind. Da nunmehr von außen und innen der gleiche Druck herrscht, wird die Arbeitsfähigkeit
der Pumpe nicht mehr von dem innerhalb der Förderflüssigkeit herrschenden statischen
Druck beansprucht. Darüber hinaus ergibt sich die Möglichkeit, daß das Flüssigkeitsvolumen
der Prellkammer sich innerhalb der möglichen Grenzen ausdehnen kann, ohne daß dabei
Sickerverluste auftreten oder Dichtungen übermäßig beansprucht werden. Eine Vergrößerung
des Preßkammervolumens hat lediglich zur Folge, daß sich die Fördermembranen etwas
weiter ausstülpen und somit eine neue Mittellage einnehmen, um die herum die Förderschwingungen
erfolgen.
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Weitere Einzelheiten und Merkmale der Er$ndung ergeben sich aus der
nachfolgenden Beschreibung, in der als Ausführungsbeispiel der Erfindung eine sondenförmig
ausgebildete Pumpe in einem schematischen Längsschnitt gezeigt ist.
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Innerhalb eines rohrförmigen Gehäuses i ist ein Elektromotor gelagert,
von dem lediglich der Rotor 2 schematisch dargestellt ist. Bei dem Motor handelt
es sich in bekannter Weise vorzugsweise um eine Kurzschlußläufermaschine, so daß
die Rotorwicklung keine Stromzuführungen benötigt. Die Motorachse 3, welche innerhalb
des Pumpengehäuses i konzentrisch geführt ist, ist an ihrem freien Ende in einem
Kugellager q. gelagert. Das freie Ende der Motorachse 3 trägt zwischen dem Rotor
2 und der Lagerung q. mit einem Nadellager 5 einen Exzenter 6. Dieser Exzenter treibt
zwei Kolben 7 an, die axial zueinander ausgerichtet und an ihren hinteren Stirnflächen
miteinander verbunden sind, wo sie gemeinsam vom Exzenter 6 gegenläufig angetrieben
werden. Zur Dichtung der Kolben 7 dient eine Mehrzahl von Kolbenringen B. Die Kolben
7 sind in einem gemeinsamen, mit entsprechenden Bohrungen. versehenen Zylindergehäuse
9 angeordnet. Jede der einzelnen Zylinderbohrungen oder Arbeitsräume io ist zur
Außenseite des Gehäuses hin' mit einem lösbar befestigten Montagestopfen i i verschlossen.
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Über innerhalb des Zylindergehäuses 9 angeordnete Kanäle 12 steht
jeder der Arbeitsräume i o der Kolben 7 mit einer Preßkammer 13 bzw. I3'
in Verbindung, welche durch eine Membran I q. bzw. 14' verschlossen ist.
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Die Membranen i ¢ bzw. 14' trennen die mit gasfreier Druckflüssigkeit
gefüllten Prellkammern 13 bzw. I3' von den eigentlichen Pumpenkammern 15
bzw.
15'. Die Pumpenkammern 15' stehen über Klappenventile 16 bzw. 16'
mit dem zu fördernden Medium und über federbelastete Rückschlagventile
17 bzw. i 7' znit der Förderleitung 18 in Verbindung.
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Der Pumpenraum unterhalb der Kolbenanordnung 7 stellt die eigentliche
Dxuckausgleichskammer i 9 dar, die in gleicher Weise wie die einzelnen Prellkammern,
Zylinderräume io und Verbindungskanäle 12 mit einer gasfreien Druckflüssigkeit angefüllt
ist. Um Sickerverluste entlang der Kolbenmantelflächen vom Prellraum in die Ausgleichskammer
wieder rückgängig zu machen, sind in der unteren Wand des Zylindergehäuses 9 Druckmittelrückführungsleitungen
2o bzw. 2o' mit federbelasteten Rückschlagventilen 2i bzw. 2i' vorgesehen, über
die beim Saughub des entsprechenden Kolbens wieder Druckmittel zurückströmen kann.
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Um einen weiteren Druckausgleich der Druckausgleichskamm@er i 9 mit
dem Außendruck zu gewährleisten und um eventuelle Volumenverdrängungen bei der Kolbenbewegung
zu kompensieren, kann in der Gehäusewandung i eine Außenrnembran.22 vorgesehen sein.
Diese Außenmembran 22 kann an einer beliebigen Stelle der Ausgleichskammer vorgesehen
werden. Eine besonders günstige Anordnung ergibt sich, wenn die Membran 22 als Kreismembran
unterhalb des eigentlichen Motors innerhalb der unteren Abschlußkappe (nicht dargestellt)
der Pumpe radial zur Gehäuselängsachse ausgespannt wird. In gleicher Weise kann
aber auch die Membran 22 als Schlauchmembran ausgeführt sein.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann jedoch auf die Außenmembran
22 verzichtet werden, sofern die Bewegungen der Kolben 7 bzw. 7' so aufeinander
abgestimmt werden, daß sich das von ihnen gemeinsam innerhalb der Ausgleichskammer
i 9 verdrängte Flüssigkeitsvolumen nicht ändert.
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Die erfindungsgemäße Pumpe arbeitet wie folgt: Nach Anschluß des Elektromotors
an eine Stromversorgung dreht sich der Rotor 2 innerhalb der mit Druckflüssigkeit
angefüllten Ausgleichskammer 19 und erteilt der Doppelkolhenanordnung 7,
7' über den. Exzenter 6 eine hin und her gehende Bewegung. Bei der Drehung des Exzenters
gleitet dessen Außenfläche unter Vermittlung des zwischengeschaleteri Nadellagers
5 am Innenumfang einer im Verbindungsglied der beiden Kolben angeordneten Bohrung.
Da die beiden Kolben bezüglich ihrer Verdrängung gleichartig ausgebildet sind, eRitsteht
bei Hinundhergang im Pumpengehäuse keine Volumenveränderung,
so
daß im allgemeinen keine zusätzliche Kompensationsvorrichtung erforderlich ist.
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Die von den Kolben in ihren Zylinderräumen to verdrängte Druckflüssigkeit
beaufschlagt über die Verbindungskanäle 12 bzw. 12' fun Wechsel die Membranen i
q. bzw. 141 zwischen den Preßkammern und den eigentlichen Pumpenkammern. Das sich
periodisch verändernde Volumen der Pumpenkammern hat zur Folge, daß abwechselnd
über die Zuflußkanäle 23 und die Klappenventile 16, 16' Förderflüsaigkeit in die
Pumpenräume 15, 15' eintritt bzw. über die Rücksehlagveftile 17, i 7' in die Druckleitung
i8 der Pumpe hineingedrückt wird.
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Wenn sich während des Betriebes der Pumpe eine Verminderung der Druckflüssigkeit
in den Preßräumen infolge von Sickerverlusten entlang der Kolbenwände einstellt,
werden diese selbsttätig jeweils während des Saughubes über die DruckmittelrückfühTungsleitungen
2o und die Rückschlagventile 21 wieder ausgeglichen. Wenn dagegen sich das Flüssigkeitsvolumen
innerhalb der Preßkammer 13 durch Erwärmung vergrößert, hat dies lediglich zur Folge,
daß die Membran i r1 etwas weiter ausgestülpt wird. Eine übergroße Beanspruchung
von Dichtungen erfolgt dabei aber nicht. Auch bei vergrößertem Volumen der Preßkammer
ist die einwandfreie Arbeitsweise der Pumpe keinen Augenblick in Frage gestellt,
da in diesem besonderen Falle die Membran 14 lediglich um eine neue Mittellage herumschwenkt
und die Membran bei einer nachfolgenden Abkühlung wieder ihre ursprüngliche Ausgangsstellung
einnehmen kann.
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Wie aus der Zeichnung ersichtlich, ist die erfindungsgemäße Pumpe
aus mehreren axial übereinander angeordneten Abschnitten aufgebaut. Im unteren Abschnitt
befindet sich der elektrische Antriebsmotor, darüber die eigentliche Zylinder- und
Kolbenanordnung, darüber die Pumpenkammern, darüber wiederum die Druckventile der
Pumpenkammer und darüber letztlich der Anschluß der Förderleitung 18. Durch den
vorerwähnten Aufbau ergeben sich äußerst einfache Ausbaumöglichkeiten bei Störungen
an irgendeinem dieser Teile, ohne daß dazu eine vollständige Demontage der Pumpe
erforderlich wird.