DEP0013597MA - - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

Tag der Anmeldung: 17. Februar 1955 Bekanntgemacht am 5. Juli 1956

DEUTSCHES PATENTAMT

Die Erfindung betrifft eine Tauchpumpe mit einer die Pumpenkammer abschließenden Fördermembran, welche von einem Druckkolben über gasfreie Druckflüssigkeit einer Preßkammer hydraulisch beaufschlagt wird.

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 ioo Atm. 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.

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 DruckfLüssigkeitsausdehnung selbsttätig kompensiert.

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

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den Druckkolben an dem von der Preßkammer abgelegenen rückwärtigen Ende des Druckkolbens mit einer abgeschlossenen Druckausgleichskammer in Verbindung steht, die vollständig mit gasfreier Druckflüssigkeit angefüllt ist. Um die Kolbenbewegung innerhalb der abgeschlossenein Druckausgleichskammer zu ermöglichen, kann entweder die Druckausgleichskammer eine dem Außendruck der Förderflüssigkeit ausgesetzte Membran aufweisen,

ίο oder aber es ist eine Mehrzahl von Druekkolben vorgesehen, die über je eine Preßkammer und eine Fördermembran voneinander getrennte, über Rückschlagventile mit der Förderleitung verbundene Pumpenkammern beaufschlagen, wobei die Druck kolben in solcher Weise, phasenverschoben angetrieben werden, daß das von' sämtlichen Druekkolben in der Ausgleichskammer verdrängte Volumen im wesentlichen konstant bleibt. Je nach den Erfordernissen kann eines dieser Mittel oder auch beide angewendet werden.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist der zum Pumpenantrieb dienende Motor und in an sich bekannter Weise dessen Getriebe innerhalb der Druckausgleichskammer angeordnet.

,25 Somit ergibt sich erfindungsgemäß eine Pumpe, deren sämtliche arbeitenden Teile vollständig von gasfreier, kaum kornpressibler 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 Preßkammer 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.

Weitere Einzelheiten und' Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der als Ausführungsbeispiel der Erfindung eine sondenförmig ausgebildete Pumpe in einem .schematischen Längsschnitt gezeigt ist.

Innerhalb eines rohrförmigen Gehäuses 1 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 Kurzschlußläuferniaschine, so daß die Rohrwicklung keine'· Stromzuführungen benötigt.

■ Die Motorachse 3, welche innerhalb des Pumpen- gehäuses 1 konzentrisch geführt ist, ist an ihrem freien Ende in einem Kugellager 4 gelagert. Das freie En die der Motorachse 3 trägt zwischen dem Rotor 2 und der Lagerung 4 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

r dient eine Mehrzahl von Kolbenringen 8. Die Kolben 7 sind in einem gemeinsamen, mit entsprechenden Bohrungen versehenen Zylindergehäuse 9 angeordnet. Jede der einzelnen Zylinderbohrungen oder Arbeitsräume 10 ist zur Außenseite des Gehäuses hin 'mit einem lösbar befestigten Montagestopfen 11 verschlossen.

Über innerhalb des Zylindergehäuses 9 angeordnete Kanäle 12 steht jeder der Arbeitsräume 10 der Kolben 7 mit einer Preßkammer 13 bzw. 13' in Verbindung, welche durch eine Membran 14 bzw. 14' verschlossen ist.

Die Membranen 14 bzw. 14' trennen die mit gasfreier Druckflüssigkeit gefüllten Preßkammern 13 bzw. 13' 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. 17' 'mit der Förderleitung 18 in Verbindung.

Der Pumpenraum unterhalb der Kolbenanordnung 7 stellt die eigentliche Druckausgleichskammer 19 dar, die in gleicher Weise wie die einzelnen Preßkammern, Zylinderräume 10 und Verbindungskanäle 12 mit einer gasfreien Druckflüssigkeit an- gefüllt ist. Um Sickerverluste entlang der Kolbenmantelflächen vom Preßraum in die Ausgleichskammer wieder rückgängig zu machen, sind in der unteren Wand des Zylindergehäuses 9 Druckmittelrückführungsleitungen 20 bzw. 20' mit federbelasteten Rückschlagventilen 21 bzw. 21' vorgesehen, über die beim Saughub des entsprechenden Kolbens wieder Druckmittel zurückströmen kann.

Um einen weiteren Druckausgleich der Druckausgleichskammer 19 mit dem Außendruck zu gewährlelsten und um eventuelle Volumenverdrängungen bei der Kolbenbewegung zu kompensieren, kann in der Gehäusewandung 1 eine Außenmembran 22 vorgesehen sein. Diese Außenmembran 22 kann an einer beliebigen Stelle der Ausgleichskarnmer 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.

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 19 verdrängte Flüssigkeitsvolumen nicht ändert.

Die erfindungsgemäße Pumpe arbeitet wie folgt: Nach Anschluß des Elektromotors an. eine Strom-Versorgung dreht sich der Rotor 2. innerhalb der mit Druckflüssigkeit angefüllten Ausgleichskammer 19 und erteilt der Doppelkolbenanordnung 7, 7' über den Exzenter 6 eine hin und her gehende Bewegung. Bei der Drehung des Exzenters gleitet dessen Außenfläche unter Vermittlung des zwischengeschalteten Nadellagers 5 am Innenumfang einer im. Verbindungsglied der beiden Kolben angeordneten Bohrung. Da die beiden Kolben bezüglich, ihrer Ver^ drängung gleichartig ausgebildet sind, entsteht bei Hinundhergang im Pumpengehäuse keine Volumen-

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veränderung, so daß im allgemeinen keine zusätzliche Kompensationsvorrichtung erforderlich ist.

Die von den Kolben in ihren Zylinderräumen io verdrängte Druckflüssigkeit beaufschlagt über die Verbindungskanäle ,12 bzw. 12' im Wechsel die Membranen 14 bzw. 14' 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' Förderflüsisigkeit in die Pumpenräume 15, 15' eintritt bzw. über die Rückschlagventile 17, 17' in die Druckleitung 18 der Pumpe hineingedrückt wird. 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 Druckmittelrückführungsleitungen 20 und die Rückschlagventile

ao 21 wieder ausgeglichen. Wenn dagegen sich das Flüssigkeitsvolumen innerhalb der Preßkammer 13 durch Erwärmung vergrößert, hat dies lediglich zur Folge, daß die Membran 14 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.

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 KOlbenianordnunig, darüber die Puimpenkammern, darüber wiederum die Druckventile der Pumpen kammer 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.

Claims (7)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   i. Tauchpumpe mit einer die Pumpenkammer abschließenden Fördermembran, welche von einem Druckkolben über gasfreie Druckflüssigkeit einer Preßkammer hydraulisch beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder für den Druckkolben (7) an dem von der Preßkammer (13) abgelegenen, rückwärtigen Ende des Druckkolbenis (7) mit einer abgeschlossenen Druckausgleichskammer (19) in Verbindung steht, die vollständig mit gasfreier Druckflüssigkeit angefüllt ist.
2. 2. Tauchpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet; daß ein zum Pumpenantrieb dienender Motor (2) und in an sich bekannter Weise auch dessen Getriebe (5, 6) innerhalb der Druckausgleichskammer (19) angeordnet ist.
3. 3. Tauchpumpe nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckausgleichskammer (19) über eine Membran (22) vom Außendruck der Förderflüssigkeit beaufschlagt . wird.
4. 4. Tauchpumpe nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von Druckkolben (7, 7') vorgesehen ist, die über je eine Preßkammer (13, 13') und eine Fördermembran (14, 14') voneinander getrennte, über Rückschlagventile (17, 17') mit der Förderleitung

   (18) verbundene Pumpenkammer (15, 15') beaufschlagen und die Druckkolben (7, 7') in sol-, eher Weise phasenverschoben angetrieben werden, daß das von sämtlichen Druckkolben (7, 7') in der Druckausgleichskammer (19) verdrängte Volumen im wesentlichen konstant bleibt. .,
5. 5. Tauchpumpe nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß für sämtliche Kolben (7) ein gemeinsames Zylindergehäuse (9) vorgesehen ist, dessen Zylinder (10) für die Kolben (7) kolbenstanigenseitig an die Druckausgleichskammer (19) angeschlossen sind.
6. 6. Tauchpumpe nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen jeder Preßkammer (13) und der Druckausgleichskammer

   (19) in an sich bekannter Weise je eine mit Rückschlagventil (21) versehene Druckmittelrückführungsleitung (20) vorgesehen ist.
7. 7. Tauchpumpe nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Preßkammern C¹ 3j ^l3') das Zylindergehäuse (9) und die Druckausgleichskammer (19) in einem rohrförmigen Gehäuse (1) übereinander angeordnet sind.

   In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 51 100; USA.-Patentschriften Nr. 2 578 746, 2 696 788.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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