DE958717C

DE958717C - Electric motor driven high pressure piston pump for pumping liquids

Info

Publication number: DE958717C
Application number: DEP10877A
Authority: DE
Original assignee: Pleuger & Co
Current assignee: Pleuger & Co
Priority date: 1953-11-25
Filing date: 1953-11-25
Publication date: 1957-02-21

Description

Elektromotorisch angetriebene Hochdruckkolbenpumpe zum Fördern von Flüssigkeiten Zum Fördern von Flüssigkeiten aus Bohrlöchern sind elektromotorisch angetriebene Tauchpumpen bekannt, die zusammen mit ihrem Antriebsmotor in das Bohrloch abgesenkt sind und in die Förderflüssigkeit eintauchen. Bei der üblichen Ausbildung dieser Tauchpumpen als Kreiselpumpen ist infolge der geforderten großen Drücke und des durch die engen Bohrlöcher bedingten kleinen Durchmessers eine hohe Stufenzahl notwendig. Derartige hochstufige Tauchkreiselpumpen haben nur einen geringen Wirkungsgrad und sind gegen Verunreinigungen, wie z. B. Sand, sehr anfällig. Auch sind sie wegen der hohen Drehzahl bei Verunreinigungen einem hohen Verschleiß ausgesetzt. ZurFlüssigkeitsförderung aus engen und tiefen Bohrlöchern, beispielsweise von Erdöl, werden daher langsam laufende Kolbenpumpen verwendet, die durch ein Gestänge mit der über Tage befindlichen Antriebsvorrichtung gekuppelt sind. Trotz ihres langsamen Laufes sind diese Kolbenpumpen gegen Verunreinigungen, wie Sand usw., empfindlich, denn die für die Fernhaltung der Verunreinigungen vorgesehenen Manschetten, Dichtungen usw. haben bisher keinen befriedigenden Erfolg gehabt. Kolben und Zylinder werden daher schnell ausgeschliffen, wodurch die für die Förderung notwendigen Drücke in der Größenordnung von ioo atü und mehr nicht dauernd aufrechterhalten werden können.Electric motor-driven high-pressure piston pump for pumping Liquids Electromotors are used to convey liquids from boreholes driven submersible pumps known, which together with their drive motor in the borehole are lowered and are immersed in the pumped liquid. With the usual training these submersible pumps as centrifugal pumps is due to the required high pressures and due to the small diameter caused by the narrow boreholes, a high number of steps necessary. Such high-stage submersible centrifugal pumps have only a low level of efficiency and are against contamination, such as. B. sand, very vulnerable. They are also because of exposed to high levels of wear due to contamination. For pumping liquids from narrow and deep boreholes, for example of petroleum, therefore become slow running piston pumps are used, which are connected to the above ground by a linkage Drive device are coupled. Despite their slow running, these are piston pumps sensitive to contamination, such as sand, etc., because those for keeping away the cuffs, seals, etc. provided for the contamination have not yet been used had satisfactory results. Pistons and cylinders are therefore quickly ground out, whereby the pressures necessary for the promotion are in the order of magnitude of 100 atmospheres and more cannot be sustained permanently.

Es ist bekannt, für elektromotorisch angetriebene Tauchpumpen eine Membranpumpe zu verwenden; deren Membran einen Teil der Kapselung für den Motor und das die Drehbewegung umwandelnde Getriebe bildet. Für große Einbautiefen in engen Bohrlöchern ist eine derartigeMembrantauchpumpe jedoch ungeeignet, da der Motor oberhälb der Membranpumpe angeordnet ist und das Steigrohr neben dem Motor hochgeführt werden muß, wodurch der Außendurchmesser des Tauchpumpensatzes in unerwünschter Weise vergrößert wird. Außerdem wird die Membran über ein Kurbelgetriebe angetrieben, das ebenfalls einen größeren Raumbedarf hat und nicht für hohe Förderdrücke geeignet ist.It is known for a submersible pump driven by an electric motor To use diaphragm pump; whose membrane part of the encapsulation for the motor and the transmission converting the rotary motion. For large installation depths In narrow boreholes, however, such a diaphragm submersible pump is unsuitable because the The motor is arranged above the diaphragm pump and the riser pipe next to the motor must be raised, whereby the outer diameter of the submersible pump set in undesirable Way is enlarged. In addition, the membrane is driven by a crank mechanism, which also has a larger space requirement and is not suitable for high delivery pressures is.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine elektromotorisch angetriebene Tauchpumpe zu schaffen, die für die Flüssigkeitsförderung, insbesondere von Erdöl, aus Tiefbohrlöchern verwendet werden kann und die Nachteile der bekannten Bauarten vermeidet. Gemäß der Erfindung liegt die den Motor und das Getriebe abdichtende elastische scheibenförmig ausgebildete Membran unter Zwischenschaltung eines in ihrer Auflagefläche eingelassenen, den Kolben umfassenden elastischen Ringes sowie eines Ölfilms an dem Kolben an, der auf einem Exzenter eines mit dem Läufer des schnell laufenden Antriebsmotores gekuppelten Kegelradgetriebes so gelagert ist, daß seine Stirnfläche am Ende des Saughubes über die Auflagefläche der Membran hinausragt und diese bei jeder Kolbenstellung nur auf Dehnung in einer Durchbiegungsrichtung beansprucht wird. Durch eine derartige Ausgestaltung der Membran und ihres Antriebes wird eine Membranpumpe mit großen Hubzahlen und- hohen Förderdrücken geschaffen, dite den hohen, z. B. bei der Förderung von Erdöl aus großen Tiefen auftretenden Anforderungen genügt, da der Kolben auf die Membran mit schnellen Hin- und Herbewegungen von kurzen Hüben einwirkt und die Membran bei jeder Kolbenstellung nur auf Dehnung in einer Durchbiegungsrichtung beansprucht wird, aber keinen Wechselbiegebeanspruchungen ausgesetzt ist, durch die bekanntlich wegen der hiermit verbundenen Strukturänderung des Werkstoffs die Membran nach kurzer Zeit zerstört würde. Diese schädlichen Wechselbeanspruchungen werden bei der vorgeschlagenen Ausgestaltung der Membranpumpe vermieden, so daß diese eine hohe Lebensdauer hat, die noch durch die dauernde Schmierung der Membran sowie deren elastische Einspannung weiter erhöht wird. Trotz der bei der Erdölförderung auftretenden honen Förderdrücke und des unvermeidlichen Sandgehaltes der Förderflüssigkeit erhält die Pumpe daher eine hohe Lebensdauer. Außerdem hat die bei der Membranpumpe gemäß der Erfindung auftretende fortlaufende Förderung infolge der schnellen und kurzen Hübe den Vorteil, daß das Erdölfeld weitgehend geschont wird, während die stoßweise Arbeitsweise der bekannten langsam laufenden Kolbenpumpen von großem Hube die Lagerstätten durch' Mitreißen von Sand stark belastet.The object of the invention is to provide a submersible pump driven by an electric motor to create that for the fluid production, especially of petroleum, from deep wells can be used and avoids the disadvantages of the known types. According to According to the invention, the elastic disk-shaped sealing the motor and the transmission is located formed membrane with the interposition of an embedded in its support surface, the elastic ring encompassing the piston and an oil film on the piston, the one on an eccentric with the rotor of the high-speed drive motor coupled bevel gear is mounted so that its end face at the end of the Suction stroke protrudes over the contact surface of the diaphragm and this with every piston position is only subjected to elongation in one deflection direction. By such a Design of the membrane and its drive is a membrane pump with large Stroke rates and high delivery pressures created, dite the high, z. B. in funding of crude oil occurring from great depths is sufficient, since the piston on the membrane acts with rapid to-and-fro movements of short strokes and the The diaphragm is only stretched in one direction of deflection for each piston position is stressed, but is not exposed to alternating bending stresses which is known because of the associated structural change in the material Membrane would be destroyed after a short time. These harmful alternating stresses are avoided in the proposed embodiment of the diaphragm pump, so that this has a long service life, which is enhanced by the constant lubrication of the membrane and their elastic restraint is further increased. Despite the oil production occurring honing delivery pressures and the inevitable sand content of the delivery liquid the pump therefore has a long service life. In addition, the one with the diaphragm pump according to the invention occurring continuous promotion as a result of the fast and short strokes have the advantage that the oil field is largely spared, while the intermittent operation of the well-known slow-running piston pumps with a large stroke the deposits are heavily polluted by the dragging of sand.

Bei der Förderung von Erdöl muß sich die Pumpe in- ihrer Förderleistung zur bestmöglichen Ausnutzung der Lagerstätte weitgehend dem Zufluß zur Sonde anpassen. Dieser Forderung wird in weiterer Ausgestaltung der Erfindung dadurch Rechnung getragen, daß die Membran beim Saughub durch den hydrostatischen Druck der auf der Pumpe lastenden Flüssigkeitssäule zurückbewegt wird: Der Rückbub ist um so größer und schneller, je größer dieser hydrostatische Druck ist. Dadurch wird in einfacher Weise eine selbsttätige Anpassung der Fördermenge an den ölzufluß erreicht. Will man diese Charakteristik ändern, so kann man die Pumpe auch bei ungenügendem hydrostatischem Druck zur Förderleistung bringen, indem man die Rückbewegung der Membran durch eine Feder unterstützt.When pumping crude oil, the pumping capacity of the pump must be different largely adapt to the inflow to the probe for the best possible utilization of the deposit. This requirement is taken into account in a further embodiment of the invention, that the diaphragm during the suction stroke is caused by the hydrostatic pressure of the pressure on the pump Liquid column is moved back: The back boy is the bigger and faster, the greater this hydrostatic pressure is. This is a simple way automatic adjustment of the delivery rate to the oil flow achieved. Do you want this Change the characteristics, so you can use the pump even if the hydrostatic is insufficient Bring pressure to the pumping capacity by moving the membrane backward through a Spring supports.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung in vereinfachter Form im Längsschnitt dargestellt.An embodiment of the invention is simplified in the drawing Shape shown in longitudinal section.

Die Pumpe besteht aus einem Elektromotor i, der von dem rohrförmigen Gehäuse 2 umschlossen und dessen Läufer in diesem mittels der Lager 3 und q. gelagert ist. Der Motor hat eine hohe Drehzahl und geringen Durchmesser, z. B. ioo bis 150 mm, und treibt über das Kegelradgetriebe 5, 5" einen Exzenter 6 an, auf dem zur Geringhaltung der Reibungsverluste mittels eines Nadellagers 6" ein Kolben 7 gelagert ist, dessen obere Stirnfläche lose an einer scheibenförmigen Membran 8 anliegt, die an ihrem Rand fest eingespannt ist. Die Membran steht unter der Wirkung einer Feder 9, die auch entfallen kann. Der Kolben 7 ist in einer Buchse 12 geführt, die in dem die Membran 8 haltenden Druckstück i6 angeordnet ist und an ihrer Oberseife einen den Kolben 7 umsehließenden elastischen Ring 15 trägt. Der Kolben 7 hat in der dargestellten unteren Totlage, d. h. am Ende des Saughubes, eine solche Stellung, daß seine Stirnfläche über die Auflagefläche der Membran 8 an dem Druckstück 16 hinausragt, so daß die Membran 8 nur auf Dehnung, nicht aber auf Wechselbiegung beansprucht wird. Beim Saughub wird die Membran 8 durch den Druck der durch das Saugventil io einströmenden Flüssigkeit zurückbewegt, welche Bewegung durch die Hilfsfeder 9 unterstützt wird. In dem Gehäuse i¢ ist über dem Saugventil io noch das Druckventil i i angeordnet, durch das die Förderflüssigkeit beim Hochgang des Kolbens 7 in die Steigleitung gedrückt wird.The pump consists of an electric motor i, which is enclosed by the tubular housing 2 and its rotor in this by means of the bearings 3 and q. is stored. The motor has a high speed and small diameter, e.g. B. ioo to 150 mm, and drives an eccentric 6 via the bevel gear 5, 5 ", on which a piston 7 is mounted by means of a needle bearing 6" to keep the friction losses low, the upper end face of which rests loosely on a disc-shaped membrane 8, which is firmly clamped at its edge. The membrane is under the action of a spring 9, which can also be omitted. The piston 7 is guided in a bush 12 which is arranged in the pressure piece i6 holding the membrane 8 and which has an elastic ring 15 surrounding the piston 7 on its upper soap. The piston 7 is in the illustrated lower dead position, ie at the end of the suction stroke, in such a position that its end face protrudes beyond the contact surface of the membrane 8 on the pressure piece 16, so that the membrane 8 is only subjected to stretching, but not to alternating bending . During the suction stroke, the membrane 8 is moved back by the pressure of the liquid flowing in through the suction valve io, which movement is supported by the auxiliary spring 9. In the housing i [, above the suction valve io, the pressure valve ii is also arranged, through which the delivery liquid is pressed into the riser line when the piston 7 rises.

Das Motorgehäuse 2 sowie das Gehäuse für das Getriebe 5, 5" sind mit t51 gefüllt, das durch eine auf der Welle des Exzenters 6 angebrachte Schleudervorrichtung 13 durch in der Führungsbuchse z2 des Kolbens 7 vorgesehene Kanäle 18 zwischen die Stirnfläche des Kolbens 7 und der Membran 8 gefördert wird und hier einen Schmierfilm bildet. Dieser hält die Reibung zwischen Membran 8 und Kolben 7 auch bei hohen Förderdrücken gering und schützt die Membran 8 weitgehend vor Verschleiß.The motor housing 2 and the housing for the gearbox 5, 5 "are with t51 filled by a centrifugal device mounted on the shaft of the eccentric 6 13 through channels 18 provided in the guide bushing z2 of the piston 7 between the End face of the piston 7 and the membrane 8 is promoted and here a lubricating film forms. This keeps the friction between membrane 8 and piston 7 even at high delivery pressures low and largely protects the membrane 8 from wear.

Die ölfüllung kann auf das Getriebegehäuse beschränkt werden, in welchem Falle das Motorgehäuse mit Luft gefüllt wird, die durch einen von dem Motor angetriebenen Ventilator umgewälzt wird. Saugventil io und Druckventil i i sind als Klappenventile ausgebildet, deren beispielsweise aus Metall bestehende Klappen in Kunststoff so eingelassen sind, daß hierdurch eine kombinierte Dichtung von Metall und Kunststoff erreicht wird. Diese Ventile sind so angeordnet, daß bei der. Förderung keine Umkehr der Flüssigkeitsströmung eintritt.The oil filling can be limited to the gear housing in which Case the motor housing is filled with air by one driven by the motor Fan is circulated. Suction valve io and pressure valve i are i designed as flap valves, the flaps of which are made, for example, of metal are embedded in plastic so that a combined seal of metal and plastic is achieved. These valves are arranged so that at the. advancement no reversal of the liquid flow occurs.

Der Motor hat hohe Drehzahlen, wodurch die Pumpe auch für große Förderdrücke geringe Abmessungen erhält. Da der Motor ebenso wie das Getriebe, durch die Membran vollständig gegen die Förderflüssigkeit abgedichtet ist, können schädigende Einflüsse durch die verunreinigte Förderflüssigkeit nicht eintreten, so daß die Pumpe gemäß der Erfindung auch für große Eintauchtiefen in engen Bohrlöchern verwendet werden kann, zumal sie wegen ihrer hohen Betriebssicherheit keine Wartung erfordert.The motor has high speeds, which means that the pump can also handle high delivery pressures receives small dimensions. As the motor, like the gearbox, through the membrane is completely sealed against the pumped liquid, damaging influences can occur not enter through the contaminated pumped liquid, so that the pump according to of the invention can also be used for great immersion depths in narrow boreholes can, especially since it does not require maintenance due to its high level of operational reliability.

Claims

PATENT CLAIMS: i .. Electric motor-driven high-pressure piston pump for pumping liquids, in particular crude oil, from deep boreholes, whose liquid-tight encapsulated drive motor with the pump above is immersed in the pumping liquid and whose piston is sealed against the pump chamber by an elastic membrane, characterized in that a disc-shaped diaphragm (8) with the interposition of an elastic ring (i5) embedded in its bearing surface and encompassing the piston (7) as well as an oil film resting on the piston (7), which rests on an eccentric (6) with a rotor (i) of the high-speed drive motor coupled bevel gear (5, 5a) is mounted so that its face at the end of the suction stroke protrudes over the bearing surface of the membrane (8) and this is only stressed in each piston position to stretch in one deflection direction.

2. Piston pump according to claim i, characterized in that the Diaphragm (8) during the suction stroke due to the hydrostatic pressure of the pressure on the pump Liquid column is moved back.

3. Piston pump according to claim i, characterized in that that the motor and gear compartment closed off by the membrane (8) are filled with oil is, through channels (i8) provided in the guide (i2) of the piston (7) by means of a centrifugal device (i3) between the end face of the piston (7) and the Membrane (8) is promoted.

4. Piston pump according to claim i, characterized in that that the engine compartment is filled with air, which is driven by the engine Fan is circulated.

5. Piston pump according to claim i, characterized in that the pump valves (io, ii) are designed as flap valves which use a combined seal of metal and plastic and are arranged so that no reversal of the liquid flow occurs during delivery. Considered publications: German Patent Specifications No. 838 397 468 113; USA. Patent Nos. 2,424,595, 2,342 9o6, 2 22 () O57.