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Publication number: DEP0011505MA
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BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

Tag der Anmeldung: 10. März 1954 Bekanntgemacht am 9. Mai 1956Registration date: March 10, 1954. Advertised on May 9, 1956

DEUTSCHES PATENTAMTGERMAN PATENT OFFICE

Zur Flüssigkeitsfö.rderung aus Tiefbohrlöchern, z.B. von Erdöl, sind die bekannten elektromotorisch angetriebenen Bohrloch-Tauchkreiselpumpen mit einem unterhalb der Pumpe in einem rohrförmigen Gehäuse angeordneten Antriebsmotor wenig geeignet, da die Pumpen wegen der notwendigen großen Förderhöhe eine große Stufenzahl haben müssen und ihr Wirkungsgrad wegen des kleinen Laufraddurchmessers nur gering ist. Es ist auch vorgeschlagen worden, an Stelle der Kreiselpumpen Membranpumpen zu verwenden, die jedoch nur" eine geringe Förderleistung haben. .Man hat bereits vorgeschlagen, mehrere von der Förderflüssigkeit einseitig, beaufschlagte Membranen in senkrechten Ebenen parallel zu der mit einem Elektromotor gekuppelten Antriebswelle anzuordnen und von dieser über Exzenter, Nocken usw. anzutreiben. So werden von dem gleichen Exzenter jeweils zwei einander gegenüberliegende Membranen angetrieben, die im Gegentakt arbeiten. Zur Verwendung in Bohrlöchern sind derartige; Membranpumpen aber nicht geeignet, da die Saug- und Druckventile in besonderen, seitlich zum Pumpengehäuse liegenden Kammern untergebracht sind, so daß diese Pumpen in radialer Richtung große Abmessungen erhalten und die Saug- und Druckleitung in waagerechter Richtung in die Ventilkammern eingeführt werden müssen. Außerdem sind die MembranenFor the pumping of liquid from deep boreholes, e.g. of petroleum, the known ones are electromotive Driven borehole submersible centrifugal pumps with one below the pump in a tubular Housing arranged drive motor not very suitable, since the pumps because of the necessary large Head must have a large number of stages and their efficiency because of the small impeller diameter is only slight. It has also been suggested in place of centrifugal pumps To use diaphragm pumps, which, however, only "have a low delivery rate. One already has proposed several of the conveyed liquid on one side, acted upon by diaphragms in vertical To arrange planes parallel to the drive shaft coupled to an electric motor and from to drive this via eccentrics, cams, etc. So there are two of the same eccentric Opposite diaphragms driven, which work in push-pull. For use in boreholes are such; Diaphragm pumps, however, not suitable because the suction and pressure valves are housed in special, laterally lying to the pump housing chambers, so that these Pumps get large dimensions in the radial direction and the suction and pressure lines in the horizontal Direction must be introduced into the valve chambers. Also are the membranes

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hierbei mechanisch mit dem von dem Exzenter betätigten Antriebsgestänge verbunden, so daß sie starken Biegungsbeanspruchungen ausgesetzt sind,here mechanically connected to the drive linkage actuated by the eccentric so that they are exposed to strong bending stresses,

, wodurch ihre Lebensdauer beeinträchtigt wird.thereby reducing their lifespan.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine insbesondereThe object of the invention is to provide a particular

:;. , zur, Flüssigkeitsförderung aus Tiefbohrlöchern geeignete elektromotorisch angetriebene Hochdruckkolbenpumpe zu schaffen, die bei geringem Durchmesser hohe "Föderleistungen hat. Diese Aufgabe:;. Suitable for pumping fluid from deep boreholes Electric motor driven high pressure piston pump to create the small diameter has high "delivery rates. This task

ίο wird gemäß der Erfindung unter Verwendung mehrerer, einem gemeinsamen Antriebsexzenter od. dgl. zugeordneten und um diesen angeordneter Membranen, deren Ebenen parallel zur Achse liegen und die durch je einen sich auf dem Exzenter abstützenden, in radialer Richtung geführten Kolben angetrieben sind, dadurch gelöst, daß die den Pumpenraum jeder Membran .nach außen abschlie-. ßenden, mit einer Saugöffnung versehenen Deckel mit dem Gehäuse des Pumpengetriebes einen geschlossenen, zylindrischen Körper bilden. Dieses zylindrische Pumpengehäuse wird in der bei Tauchkreiselpumpen bekannten Weise unmittelbar mit dem in einem rohrförmigen Gehäuse angeordneten elektrischen Antriebsmotor zusammengebaut, so daß ein geschlossener Pumpensatz erhalten wird, der an der Förderleitung hängend auch in Bohrlöcher großer Tiefe abgesenkt werden kannr Die gleichmäßig in der Umfangsrichtung verteilt angeordneten einzelnen Membranen werden durch den gemeinsamen Exzenter phasenverschoben' angetrieben und liegen bei Verwendung von zwei Membranen einander diametral gegenüber., Sie arbeiten dadurch gegenläufig, während drei Membranen um jeweils 120° gegeneinander versetzt sind und phasenverschoben arbeiten. Es können auch mehr als drei Membranen vorgesehen werden, die dann entsprechend phasenverschoben arbeiten. Durch die Verwendung mehrerer gegeneinander versetzter Membranen wird eine nahezu gleichmäßige FKtssigkeitsförderung erhalten, so daß trotz des geringen Hubvolumens der einzelnen Membranen die gesamte Fördermenge ein Mehrfaches der Fördermengen der einzelnen Membranen ist. Die Hubzahl der Membranen kann hierbei hoch gewählt werden, so daß die Pumpe von einem Schnellauf enden Motor angetrieben werden kann, wodurch sich ein geringerer Raumbedarf und ein niedriges Gewicht des Pumpensatzes ergibt, was besonders für den Einbau in Bohrlöcher großer Tiefe in der Größenordnung von mehreren Hundert Metern, wie sie bei der Erdölförderung vorkommen, von Bedeutung ist.ίο is using according to the invention several, a common drive eccentric od. Like. Associated and arranged around this Membranes, the planes of which are parallel to the axis and which each have one on the eccentric supporting, guided in the radial direction piston are driven, solved in that the Close off the pump chamber of each membrane from the outside. ßenden, provided with a suction opening lid form a closed, cylindrical body with the housing of the pump gear. This cylindrical pump housing is directly connected in the manner known from submersible centrifugal pumps assembled in a tubular housing arranged electric drive motor, so that a closed pump set is obtained, which is also suspended from the production line in boreholes can be lowered to a great depth r The evenly distributed in the circumferential direction individual membranes are driven out of phase by the common eccentric and are diametrically opposite each other when using two membranes., You are working thus in opposite directions, while three membranes are offset from one another by 120 ° and work out of phase. It can also be provided more than three membranes, which then work accordingly out of phase. By using several offset ones Membranes an almost uniform liquid delivery is obtained, so that despite the low Stroke volume of the individual diaphragms, the total delivery rate is a multiple of the delivery rate of the individual membranes is. The number of strokes of the diaphragms can be selected to be high, so that the pump can be driven by a high-speed motor, resulting in a lower Space requirement and a low weight of the pump set results in what is particularly important for the installation in wells of great depth, on the order of several hundred meters, such as those at oil production is important.

. Die „Membranen sind mit ihrem Antriebskolben nicht mechanisch verbunden, sondern dichten diesen nur gegen die Förderflüssigkeit ab. Dadurch werden die Kolben gegen Verschleiß' durch die vielfach Sand oder andere Verunreinigungen enthaltende Förderflüssigkeit geschützt. Die Pumpe erhält infolgedessen eine große Lebensdauer, be-. The “diaphragms are not mechanically connected to their drive piston, but seal it only against the pumped liquid. Thereby the pistons are against wear 'by the often sand or other impurities containing conveying liquid protected. The pump consequently has a long service life,

sonders wenn durch entsprechende Ausbildung des Kolbens gemäß einem früheren Vorschlag der Anmelderin dafür Sorge getragen wird, daß die Membranen keinen Wechselbeanspruchungen auf Biegung ausgesetzt, sondern im wesentlichen nur. auf Zug beansprucht werden. Dies kann z. B. dadurch erreicht werden, daß die an der Membran anliegende Stirnfläche des Kolbens nicht unter die Einspannfläche der Membran zurückbewegt werden kann.but if by appropriate training of the piston according to an earlier proposal of the Applicant ensures that the membranes do not experience any alternating stresses Bending exposed, but essentially only. be stressed on train. This can e.g. B. thereby be achieved that the face of the piston resting against the membrane does not fall under the Clamping surface of the membrane can be moved back.

Um den Wirkungsgrad der Pumpe zu verbessern, werden in weiterer Ausgestaltung der Erfindung die Saugventile in an sich bekannter Weise in geringem Abstand vom Kolben in der Verlängerung der Achse desselben angeordnet. Sie können daher beim Saughub des Kolbens unbehindert geöffnet und beim Druckhub infolge der Druckerhöhung der Förderflüssigkeit im Pumpenraum sofort geschlossen werden. Dadurch wird ein leichtes Öffnen der i Ventile beim Saughub und ein schnelles Schließen .beim .Druckhub erreicht, .wodurch die Ventilverlus.te gering gehalten werden und der Wirkungsgrad der Pumpe verbessert wird.In order to improve the efficiency of the pump, the Suction valves in a known manner at a short distance from the piston in the extension of the Axis of the same arranged. You can therefore open and unhindered during the suction stroke of the piston immediately closed during the pressure stroke due to the pressure increase in the fluid in the pump chamber will. This means that the valves open easily on the suction stroke and close quickly .at. reached .pressure .stroke, .which can be kept low and the efficiency of the pump is improved.

Wegen der hohen auftretenden Förderdrücke ist es besonders wichtig, daß die Verbindung vom Pumpensaugraum zum Druckventil druckdicht ausgebildet wird, was in weiterer Ausgestaltung der Erfindung dadurch erreicht werden kann, daß diese Verbindung durch eine Buchse hergestellt wird, die in das Pumpengehäuse sowie den den Pumpenraum der Membran begrenzenden Deckel eingeschraubt ist. Da die Seitenflächen dieses Deckels gegen die auftretenden hohen Drücke schlecht abzudichten sind, wird durch die in das Pumpengehäuse eingesetzte Buchse auch bei höchsten Drücken eine sichere und einwandfreie Ab-. dichtung erreicht.Because of the high delivery pressures that occur, it is particularly important that the connection from Pump suction chamber to the pressure valve is formed pressure-tight, which in a further embodiment the invention can be achieved in that this connection is made through a socket which is in the pump housing and the cover delimiting the pump chamber of the membrane is screwed in. Since the side surfaces of this cover against the high pressures that occur are difficult to seal, is due to the bushing inserted in the pump housing even at the highest Press a safe and flawless exit. seal achieved.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt, aus der auch weitere Einzelheiten zu entnehmen sind.An embodiment of the invention is shown in the drawing, from which also further Details can be found.

Abb. ι zeigt einen Längsschnitt undFig. Ι shows a longitudinal section and

Abb. 2 einen Querschnitt der Pumpe in der Ebene A-B. Fig. 2 shows a cross section of the pump in the plane AB.

Das Gehäuse 1 der zum Einbau in Bohrlöcher bestimmten Tauchpumpe ist mit dem rohrförmigen Gehäuses 2 des untenliegenden, nicht dargestellten elektrischen Antriebsmotors, z. B. eines Kurzschlußläufermotors, unmittelbar verbunden. Der Motor treibt eine in dem Wälzlager 7 gelagerte Pumpenwelle 8 an, die in der Mitte als Exzenter 9 ausgebildet ist und an ihrem oberen Ende eine Buchse 10 trägt, die in einem Wälzlager 11 gelagert ist. Auf dem Exzenter 9 ist ein Ring 13 gelagert, auf dem drei um 120⁰ gegeneinander versetzte Kolben 14 gleiten, die in Buchsen 15 radial geführt sind. Die an dem Exzenterring 13 anliegende Seite der Kolben 14 ist mit einer kreisförmigen Ausnehmung versehen, deren Durchmesser gleich oder größer ist als der größte vom Exzenterring 13 beschriebene Kreis. An jedem Kolben 14 liegt eine kreisförmige Membran 16 aus elastischem Werk- 1.20 stoff, wie Gummi oder Kunststoff, z. B. Polycarbamid, lose an, die an ihrem Rand zwischen dem , Pumpengehäuse 1 und dem Deckel 17 fest eingespannt ist, Die Kolben 14 ragen in ihrer inneren Endlage über die Einspannebene der Membran 16 hinaus, so daß diese beim Hub des Kolbens keinenThe housing 1 of the submersible pump intended for installation in boreholes is connected to the tubular housing 2 of the electric drive motor below, not shown, e.g. B. a squirrel cage motor, directly connected. The motor drives a pump shaft 8 mounted in the roller bearing 7, which is designed as an eccentric 9 in the center and carries a bush 10 at its upper end, which is mounted in a roller bearing 11. On the eccentric 9, a ring 13 is mounted to slide on the three 120 ⁰ staggered pistons 14 which are guided radially in sockets 15 °. The side of the piston 14 resting on the eccentric ring 13 is provided with a circular recess, the diameter of which is equal to or greater than the largest circle described by the eccentric ring 13. On each piston 14 is a circular membrane 16 made of elastic material 1.20 such as rubber or plastic, z. B. polycarbamide, loosely, which is firmly clamped at its edge between the pump housing 1 and the cover 17, the pistons 14 protrude in their inner end position beyond the clamping plane of the membrane 16 so that they do not during the stroke of the piston

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wechselnden Biegungsbeanspruchungen ausgesetzt ist, sondern nur auf Zug belastet wird. Die Membran 16 wird durch eine Feder 18, die in dem Gehäusedeckel 17 verankert ist und an einem auf der Membran anliegenden Teller 19 drückt, in dauernder Berührung mit dem Kolben 14 gehalten. Der von der Membran 16 begrenzte Pumpenraum 20 steht über einen durch das Saugventil 21 verschlossenen Kanal 22 in Verbindung mit der Pumpensaugöffnung 23, die an der Außenseite des Deckels 17 eingearbeitet ist und nach außen durch ein Sieb 24 begrenzt ist.is exposed to changing bending stresses, but is only subjected to tensile loads. The membrane 16 is by a spring 18, which is anchored in the housing cover 17 and on a the membrane presses adjacent plate 19, held in constant contact with the piston 14. The pump chamber 20 delimited by the membrane 16 stands over a closed by the suction valve 21 Channel 22 in connection with the pump suction opening 23, which is incorporated on the outside of the cover 17 and through to the outside a sieve 24 is limited.

Das den Pumpenraum 20 mit der Druckleitung 27 verbindende Druckventil 28 sitzt ,auf einer Buchse 29, die in den Gehäusedeckel 17 sowie das Pumpengehäuse 1 eingeschraubt ist, wodurch eine druckdichte Verbindung des Pumpenraumes 20 mit dem Druckventil 28 erhalten, wird, und zwar unabhängig von der Dichtung des Gehäusedeckels 17.The pressure valve 28 connecting the pump chamber 20 to the pressure line 27 is seated on a Socket 29 which is screwed into the housing cover 17 and the pump housing 1, whereby a pressure-tight connection of the pump chamber 20 with the pressure valve 28 is obtained, independently from the seal of the housing cover 17.

Die Druckkanäle 27 der drei Pumpenräume 20 sind in dem Deckel 31 des Pumpengehäuses 1 vorgesehen und vereinigen sich zu dem Druckstutzen 32, an den die Steigleitung 33 angeschlossen ist.
Die Stromzuführung zu dem Motor erfolgt durch vier einzelne Kabel 38, die in entsprechenden Bohrungen 39 des Pumpengehäuses 1 untergebracht sind.The pressure channels 27 of the three pump chambers 20 are provided in the cover 31 of the pump housing 1 and combine to form the pressure port 32 to which the riser 33 is connected.
Power is supplied to the motor through four individual cables 38 which are accommodated in corresponding bores 39 in the pump housing 1.

Das Motorgehäuse 2 ist ebenso wie das Pumpengehäuse ι druckfest gekapselt. Es wird daher auch bei großen Eintauchtiefen eine hohe Betriebssicherheit der Pumpe erreicht.The motor housing 2, like the pump housing, is encapsulated in a pressure-tight manner. It will therefore too A high operational reliability of the pump is achieved at great immersion depths.

Claims

Patent claims:

i. High-pressure piston pump driven by an electric motor with a drive motor arranged below the pump in a tubular housing, in particular for pumping liquid from deep boreholes, in which several, a common drive eccentric or the like assigned and arranged around these membranes, the planes of which are parallel to the axis, each supported by one on the eccentric and pistons guided in the radial direction are driven, characterized in that that the pump chamber (20) of each membrane (16) to the outside, with a A suction opening (22) provided with a cover (17) with the housing (1) of the pump gear form closed cylindrical body.

2. Pump according to claim 1, characterized in that the suction valves (21) in per se known way at a short distance from the piston (14) in the extension of the axis of the same lie.

3. Pump according to claim 1 and 2, characterized in that the pump chamber (20) is connected to the pressure channel (27) by a pressure valve (28), the seat of which is tightly in the pump housing (1) and the cover (17) screwed-in socket (29) is formed.

4. Pump according to claim 1, characterized in that the one lying on the eccentric (13) Side of the piston (14) has a circular recess, the diameter of which is the same or greater than the largest circle described by the eccentric (13).

5. Pump according to claim 1, characterized in that the pump housing (1) with axial Channels (39) is provided through which the power supply cable (38) for the below the pump arranged drive motor is performed. '

Referred publications:

German Patent No. 884 279; British Patent No. 588 612.

1 sheet of drawings