EP0108869A2

EP0108869A2 - Submerged motor pump for transporting submarine minerals

Info

Publication number: EP0108869A2
Application number: EP83108096A
Authority: EP
Inventors: Kurt Dr. Holzenberger
Original assignee: Klein Schanzlin and Becker AG
Current assignee: Klein Schanzlin and Becker AG
Priority date: 1982-10-13
Filing date: 1983-08-17
Publication date: 1984-05-23
Also published as: EP0108869A3; DE3237889C1; JPS5974389A

Abstract

This relates to the flushing of the rotor split rings or throttle gaps which are exposed to an increased wear due to the solids in the drilling fluid. Since special drilling fluid pumps represent an appreciable additional cost in submerged motor pumps for below sea level, a different solution has been found. The points to be flushed in those pumping stages whose pressure is lower than the external hydrostatic pressure are flushed directly with the surrounding sea water. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Unterwassermotorpumpe gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 . Die zur hydraulischen Förderung von am Meeresboden befindlichen Mineralien eingesetzten Kreiselpumpen können in verschiedenen Höhen des zum Meeresboden hinabreichenden Förderstranges angeordnet werden. Eine direkt am unteren Ende des Förderstranges angeordnete Unterwassermotorpumpe erfordert sehr weite Energieübertragungswege, so daß mit zusätzlichen Energieverlusten zu rechnen ist. Vorteilhaft ist die Anordnung der Unterwassermotorpumpen im oberen Teil des Förderstranges, welche geringere Energieübertragungswege und eine einfachere Handhabung bei eventuellen Störungen bzw. Wartungsarbeiten sicherstellt.The invention relates to an underwater motor pump according to the preamble of claim 1. The centrifugal pumps used for the hydraulic conveyance of minerals located on the seabed can be arranged at different heights of the conveyor line reaching down to the seabed. An underwater motor pump arranged directly at the lower end of the conveyor line requires very long energy transmission paths, so that additional energy losses can be expected. The arrangement of the submersible motor pumps in the upper part of the conveyor line is advantageous, which ensures shorter energy transmission paths and easier handling in the event of any malfunctions or maintenance work.

Ein wesentliches Problem bei der hydraulischen Förderung von Mineralien mit Pumpen stellt der durch die Feststoffe bedingte Verschleiß bestimmter Pumpenteile dar. Die verschleißende Wirkung der Feststoffe wächst überproportional mit der Stufenförderhöhe an. Aus diesem Grunde ist eine Aufteilung der gesamten zur Förderung notwendigen Förderhöhe auf viele einzelne geringere Stufenförderhöhen zweckmäßig. Zur Verlängerung der Lebensdauer ist es jedoch vorteilhaft, die am schnellsten verschleißenden Teile, nämlich die zwischen Laufrad und Gehäuse befindlichen und von den Laufradspaltringen gebildeten Drosselspalte oder die Stufenspalte zu spülen, um so eine durch die geförderten Feststoffe bedingte Verschleißwirkung zu verhindern. Zur Spülung dieser Spalte ist eine separate Spülwasserpumpe notwendig, die das erforderliche Spülwasser mit dem notwendigen Druck und in der erforderlichen Menge den zu spülenden Spalten zur Verfügung stellt. Da diese Einrichtung jedoch ein weiteres zusätzliches Aggregat darstellt, welches zusätzliche Investitionen und Energien erfordert und gleichzeitig den erforderlichen Montageaufwand vergrößert, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zu finden, mit deren Hilfe der Einsatz einer Spülwasserpumpe überflüssig wird. Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß dem kennzeichnenden Teil des Hauptanspruches. Mittels dieser Lösung wird in einfachster Weise eine zuverlässige Spülung der Laufradspalte mit klarem Seewasser sichergestellt, da der umgebende hydrostatische Wasserdruck größer ist als der Druck an den zu spülenden Laufradspalten bzw. Stufenspalten. Da die in ausreichender Größe angebrachten Spülwasserbohrungen dem umgebenden Meerwasser Zutritt zu den zu spülenden Stellen verschaffen, übernimmt die eigentliche Förderpumpe zugleich die Aufgabe einer Spülwasserpumpe, denn sie fördert das eingeströmte Spülwasser mit denjenigen Stufen in die Druckleitung, deren Enddruck größer ist als der hydrostatische Außendruck. Der Spülwasserstrom vermischt sich dann in diesen Stufen oder spätestens in der Druckleitung mit dem feststoffhaltigen Förderstrom.A major problem in the hydraulic pumping of minerals with pumps is the wear and tear of certain pump parts caused by the solids. The wear-and-tear effect of the solids increases disproportionately with the step head. For this reason, it is advisable to divide the total amount of funding required for funding into many individual, lower level funding levels. To extend the service life, however, it is advantageous to rinse the parts that wear the fastest, namely the throttling gaps located between the impeller and the housing and formed by the impeller split rings, or the step gaps in order to prevent a wear effect caused by the conveyed solids. To rinse this column, a separate rinse water pump is necessary, which requires the necessary rinse water at the necessary pressure and in the of the columns to be flushed. However, since this device constitutes a further additional unit, which requires additional investments and energies and at the same time increases the required assembly effort, the object of the invention is to find a way with which the use of a flushing water pump becomes superfluous. This object is achieved in accordance with the characterizing part of the main claim. By means of this solution, reliable rinsing of the impeller gaps with clear sea water is ensured in the simplest way, since the surrounding hydrostatic water pressure is greater than the pressure at the impeller gaps or step gaps to be flushed. Since the rinsing water bores of sufficient size provide the surrounding seawater with access to the locations to be rinsed, the actual feed pump also takes on the task of a rinsing water pump, because it conveys the rinsing water into the pressure line at the stages whose final pressure is greater than the hydrostatic external pressure. The rinse water flow then mixes with the solids-containing flow in these stages or at the latest in the pressure line.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die Spülwasserbohrungen mit einer Drossel versehen sind. Somit kann eine genaue Anpassung der Spülwasserströme an die jeweils erforderlichen Verhältnisse bewirkt werden.Another embodiment of the invention provides that the flushing water bores are provided with a throttle. An exact adaptation of the rinsing water flows to the respectively required conditions can thus be brought about.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.An embodiment of the invention is shown in drawings and will be described in more detail below.

Es zeigen die

Fig. 1 eine graphische Darstellung der Druckverhältnisse bei Verwendung von nur einer Pumpe, die
Fig. 2 eine Darstellung entsprechend Fig. 1 unter Verwendung mehrerer Pumpen und die
Fig. 3 eine Anordnung der Spülwasserbohrungen in den Pumpen-, stufen.

They show

Fig. 1 is a graphical representation of the pressure conditions when using only one pump
Fig. 2 is a representation corresponding to FIG. 1 using several pumps and the
Fig. 3 shows an arrangement of the flushing water holes in the pump, stages.

Die Fig. 1 zeigt die Druckverhältnisse, die bei dieser Art der Förderung vorherrschen. Von einem Schiff 1 reicht ein Förderstrang 2 - der in dieser Darstellung gleichbedeutend mit der die Tiefe anzeigenden Ordinatenachse ist - herab bis zu dem - hier gleichzeitig als Abszissenachse für den Druck wirkenden - Meeresboden 3. Die Linie 4 entspricht dem mit zunehmender Meerestiefe T größer werdenden hydrostatischen Druck P. Die hier nicht dargestellte Pumpe ist innerhalb des Förderstranges in einer Mindesteintauchtiefe 5 anzuordnen, welche zur Verhinderung von Kavitation einzuhalten ist. Aus Sicherheitsgründen erfolgt hier eine um die Tiefe 6 größere Absenkung auf den Punkt 7, um so keinerlei Kavitation aufkommen zu lassen.Fig. 1 shows the pressure conditions that prevail in this type of funding. A conveyor line 2 extends from a ship 1 - which in this illustration is synonymous with the ordinate axis indicating the depth - down to the sea floor 3, which acts here at the same time as the abscissa axis for the pressure. Line 4 corresponds to that which increases with increasing sea depth T hydrostatic pressure P. The pump, not shown here, is to be arranged within the delivery line at a minimum immersion depth 5, which must be observed to prevent cavitation. For safety reasons, the depth 6 is lowered to point 7, so that no cavitation occurs.

Die Mindesteintauchtiefe 5 ist ungefähr so groß wie die Förderhöhe der Pumpe und hängt ab von den Widerständen, also von der Dichte und von der Geschwindigkeit des Förderstromes innerhalb des Förderstranges 2. Die im Absenkpunkt 7 von der Pumpe erbrachte Förderhöhe 8 läßt sich aufteilen in eine Drucksteigerung 9, deren Enddruck gleich oder kleiner ist als der hydrostatische Druck 4 in dieser Eintauchtiefe und in eine Drucksteigerung 10, die größer als dieser hydrostatische Druck ist. Die Spalte aller im Bereich der Drucksteigerung 9 arbeitenden Pumpenstufen können nunmehr ohne weiteres mit dem umgebenden Meerwasser höheren Druckes gespült werden. Bezüglich der Drucksteigerung 10 genügt es, wenn der in diesem Bereich befindliche Spalt aus besonders verschleißfesten Materialien wie Hartmetall oder Keramik besteht.The minimum immersion depth 5 is approximately as large as the delivery head of the pump and depends on the resistances, that is to say on the density and on the speed of the delivery flow within the delivery line 2. The delivery head 8 provided by the pump at the lowering point 7 can be divided into a pressure increase 9, the final pressure of which is equal to or less than the hydrostatic pressure 4 at this immersion depth and into a pressure increase 10 which is greater than this hydrostatic pressure. The column of all pump stages operating in the area of pressure increase 9 can now be flushed with the surrounding sea water at a higher pressure. With regard to the pressure increase 10, it is sufficient if the gap located in this area consists of particularly wear-resistant materials such as hard metal or ceramic.

Die Fig. 2 zeigt eine Anordnung von mehreren Einzelpumpen, deren einzelne Förderhöhen 8 den an den einzelnen Absenkpunkten 7, 11, 12 vorherrschenden hydrostatischen Druck nicht überschreitet, jedoch mit Ausnahme des Absenkpunktes 12, bei dem die im Druckbereich 10 erfolgende Drucküberschreitung von der Größenordnung 1. her so klein ist, daß die Spalte dieser letzten Pumpenstufe noch dicht unterhalb des hydrostatischen Druckes 4 in dieser Eintauchtiefe liegen. Die Linien 13, 14 aus Fig. 1, bzw. 13, 14, 15, 16 aus Fig. 2 entsprechen dem Druck in dem Förderstrang 2.2 shows an arrangement of several individual pumps, the individual delivery heights 8 of which do not exceed the hydrostatic pressure prevailing at the individual lowering points 7, 11, 12, but with the exception of the lowering point 12, in which the excess pressure in the pressure region 10 is of the order of magnitude 1 is so small that the gaps of this last pump stage are still just below the hydrostatic pressure 4 at this immersion depth. The lines 13, 14 from FIG. 1 and 13, 14, 15, 16 from FIG. 2 correspond to the pressure in the conveyor line 2.

Fig. 3 zeigt eine mögliche Art der Anordnung von den Spülwasserbohrungen 17, welche direkt auf den Laufradspalt 18 führen und von hier aus mit einem Abzweig 19 eine Verbindung zur Lagerstelle 20 des jeweiligen Laufrades 21 herstellen .3 shows a possible type of arrangement of the flushing water bores 17, which lead directly to the impeller gap 18 and from here establish a connection to the bearing point 20 of the respective impeller 21 with a branch 19.

Eine Drossel 22 läßt sich in einfacher Form z. B. als Lochblende am Anfang einer jeden Spülwasserbohrung 17 anbringen. Die hier vorhandene Druckdifferenz und der erforderliche Spülwasserstrom bestimmen den freien Querschnitt der Lochblenden nach bekannten Berechnungsverfahren.A choke 22 can be in a simple form, for. B. as a pinhole at the beginning of each flushing water hole 17. The available pressure difference and the required flushing water flow determine the free cross-section of the pinhole according to known calculation methods.

Claims

1 . Multi-stage submersible pump for the submarine extraction of minerals, with a single or several submersible pumps connected in series in the upper part of a deep-reaching conveyor line, characterized in that those pump stages, the respective final pressure of which is lower than the surrounding hydrostatic water pressure, in the range of Have impeller gap (18) and / or step gap (20) flushing water bores (17, 19), which establish a connection with the environment.

2. Multi-stage submersible motor pump according to claim 1, characterized in that the flushing water bores (17, 19) are provided with a throttle (22).