EP0320859A1 - Borehole pump for small diameter boreholes - Google Patents

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EP0320859A1
EP0320859A1 EP88120756A EP88120756A EP0320859A1 EP 0320859 A1 EP0320859 A1 EP 0320859A1 EP 88120756 A EP88120756 A EP 88120756A EP 88120756 A EP88120756 A EP 88120756A EP 0320859 A1 EP0320859 A1 EP 0320859A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
borehole
pump
piston
drive
reciprocating
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP88120756A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Matthias Sickl
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Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of EP0320859A1 publication Critical patent/EP0320859A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B47/00—Pumps or pumping installations specially adapted for raising fluids from great depths, e.g. well pumps
    • F04B47/06—Pumps or pumping installations specially adapted for raising fluids from great depths, e.g. well pumps having motor-pump units situated at great depth
    • F04B47/08—Pumps or pumping installations specially adapted for raising fluids from great depths, e.g. well pumps having motor-pump units situated at great depth the motors being actuated by fluid

Definitions

  • the invention relates to a borehole pump for small borehole diameters according to the preamble of claim 1.
  • centrifugal pumps for such boreholes, but the centrifugal pumps, due to their design, have a drill hole diameter of about 100 mm required.
  • the costs for sinking the borehole of this diameter amount to approx. DM 30,000.
  • a significant reduction could be achieved if smaller diameter holes were sufficient for the intended task.
  • the invention has for its object to provide a borehole pump for small borehole diameters, which still allows production from depths between 40 and 100 meters even with borehole diameters below 100 mm.
  • the borehole pump according to the invention takes advantage of the fact that a sufficient delivery rate and a sufficient delivery pressure can also be achieved by a correspondingly long stroke instead of by a large diameter of the pump. It can be used to overcome the hydrostatic pressure between the installation site of the borehole pump and the surface of the earth by means of a corresponding pre-pressure of the pressure medium can be achieved. In contrast to circuit pumps, where the pressure is limited by fluidic criteria, the available pressure is limited only by the stability of the seal.
  • the borehole pump according to the invention is also distinguished by a particular simplicity in its construction, which makes it easy to manufacture and maintain. It should be particularly emphasized that the reciprocating pump is designed similarly to the reciprocating piston drive, so that there is the possibility of using similar or identical parts for both units.
  • a borehole pump is lowered in a casing 64 with which a borehole is lined.
  • the casing is porous, so that water from the adjacent sand or rock in the interior formation can penetrate.
  • the illustrated borehole pump consists of a reciprocating pump 10, a pressure-actuated reciprocating piston drive 12 and an electronic or electrical control device 14.
  • Four lines lead to the surface namely pressure medium lines 56 and 58, one of which supplies and the other the discharge of pressure medium serves, an electrical supply and control line 60 and a delivery line 62nd
  • the reciprocating piston pump 10 in turn comprises a pump chamber 16 with a pump piston 18 movable therein in the direction of the borehole axis.
  • the pump chamber 16 there are inlet openings 20 from which water can penetrate from the annular space between the borehole pump and the casing and an outlet opening 22 in the end face 54 which pushes the water into the delivery line 62 leading to the surface.
  • openings 66 are arranged in the pump piston 18 and can be closed via check valves 24.
  • Another check valve 26 is located at the outlet opening 22.
  • the reciprocating piston drive 12 comprises a drive cylinder 28 with a drive piston 30 movable therein in the direction of the borehole axis. Above the upper and below the lower end positions of the drive piston 30 there is an inlet opening 32 and an outlet opening 34.
  • the openings can alternately serve as inlet and outlet openings, whereby however, there is always only one inlet opening when the other outlet opening is.
  • the drive piston 30 can be pressurized on both sides, a first work chamber 46 being formed in the drive cylinder 28 between its lower end face 48 and the lower side of the drive piston 30 and a second work chamber 50 between a seal 52 and the other side of the drive piston 30.
  • the reversing of the drive piston 30 is carried out by controllable valves 36 and 38, which e.g. can be designed as three-way valves.
  • valves 36 and 38 are then controlled so that, for example, in a first work cycle, the first work space 46 with an incoming pressure medium line 56 and the second work space 50 with an outgoing one Pressure medium line 58 is connected and that in a second working phase the second work space 50 is connected to the incoming pressure medium line 56 and the first work space 46 is connected to the outgoing pressure medium line 58.
  • the reversible control of the controllable valves 36 and 38 is carried out by the control device 14, the control signals being obtained with the aid of sensors 42 and 44 which, when the end positions of the drive piston 30 are reached, emit corresponding signals to the control device 14, which then switch over the controllable valves prompted.
  • the drive piston is pushed upwards by overpressure in the first working chamber 46 and reaches the sensor 44, so the controllable valves 36 and 38 are switched so that the second working chamber 50 now receives the overpressure and the first working chamber 46 discharges its pressure medium into the outgoing pressure medium line.
  • the process is reversed again.
  • the pump piston 18 and the drive piston 30 are connected via a piston rod 40, so that the two pistons 18 and 30 perform synchronous movements.
  • the Sealing between the reciprocating piston pump 10 and the reciprocating piston drive 12 is achieved by a seal 52 surrounding the piston rod 40.
  • Fig. 2 shows a working phase in which the pistons 18 and 30 are in a middle position and are about to perform an upward movement. Corresponding flow directions of the pressure medium and of the delivery medium are shown by arrows. Arrows in the pistons also indicate the directions of movement of the pistons.
  • Pressure medium is let into the first working space 46, while pressure medium escapes from the second working space 50.
  • the differential pressure between the two working spaces 46 and 50 thus leads to an upward movement of the drive piston 30 and thus to an upward movement of the pump piston 18 via the piston rod 40.
  • the check valve 26 arranged in the outlet opening 22 is accordingly opened and the check valve 24 present in the pump piston 18 is closed.
  • FIG. 4 A center position of the pistons with a downward movement tendency is illustrated in FIG. 4. Again the arrows in the pistons show the direction of movement.
  • the direction of flow of the pressure medium is correspondingly reversed compared to that in FIG. 2, that is, pressure medium flows into the second work space 50 and out of the first work space 46.
  • the pressure difference causes the displacement of the drive piston 30 and thus the pump piston 18.
  • the check valve 26 is closed in this phase as a result of the water column standing in the delivery line 62.
  • the check valve 24 in the pump piston 18 is open and the water can flow from the lower part of the pump chamber 16 through the openings 66 in the pump piston 18 into the upper part of the pump chamber 16.
  • additional check valves could also be arranged in front of or behind the inlet openings 20. As a rule, however, you can do without these additional check valves.
  • FIG. 5 shows a cross-section through a borehole in scale, the arrangement of the line leading to the surface above is indicated here and at the same time a realistic impression of the small dimensions of the required boreholes obtained with the invention is obtained.
  • the invention enables the required bore hole diameter to be reduced to 50 mm, the cost of the reed being able to be limited by approximately 1/10 of the value mentioned at the outset.
  • two further seals 70 and 72 are provided in addition to the seal 52 in order to counter the risk that oil-containing air can get from the working space 50 into the pump chamber 16 with only one seal 52, which would falsify the measurements.
  • FIG. 6 are therefore a total of three seals gene 52, 70 and 72 provided here in two-part connecting and sealing element 74. Furthermore, the embodiment according to FIG. 6 has an airlock 68 between the lower seal 52 and the seal 70 arranged above it.
  • the two seals 52 and 70 are designed as rod seals and pressure-stable on both sides (from above and from below) as compressed air seals.
  • the upper seal 72 is provided for water, that is, it is designed as a hydraulic seal. It is sufficient if this seal 72 is only pressure-stable from above.
  • a floor chamber 80 is provided below a partition 78, within which the control unit 14 is located, and which acts as a condensate chamber.
  • a condensate drain 82 is therefore provided in the lower floor 84.
  • the compressed air entering the bottom chamber 80 is filled to a high degree with moisture and the condensate is to be prevented from entering the control unit 14. Due to the expansion of the compressed air within the bottom chamber 80 that takes place during operation, liquid collects on the bottom 84, which can be removed by opening the condensate drain 82 after the pump has been used.
  • the exemplary embodiment according to FIG. 7 also shows an upper cover 86 which can be designed to be divisible in the horizontal direction. If at the same time the lines leading through the cover 86 are designed in the manner of a plug connection, the upper part of the cover can be easily removed.

Abstract

Borehole pumps for small diameter boreholes are required in order to analyze water for pollutants in areas posing a threat to water supplies, for example in the vicinity of refuse tips. Borehole pumps hitherto designed as centrifugal pumps require borehole diameters of approximately 100mm. Bores of this type are relatively expensive. It is therefore the aim to create a borehole pump which only requires a significantly smaller borehole diameter, thereby achieving considerable cost savings. The borehole pump according to the invention achieves this object by means of an underground unit comprising a reciprocating pistol pump (10), a hydraulically operated piston drive (12) and a control device (14). The two pistons (18, 30) of the reciprocating piston pump and the piston drive are movable in the axial direction of the borehole and are connected via a piston rod (40). <IMAGE>

Description

Bohrlochpumpe für kleine BohrlochdurchmesserBorehole pump for small borehole diameters

Die Erfindung betrifft eine Bohrlochpumpe für kleine Bohrlochdurchmesser nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a borehole pump for small borehole diameters according to the preamble of claim 1.

Zur Überwachung des Grundwassers auf Schadstoffe, z.B. in der Nähe von Mülldeponien, werden Bohrungen mit einer Tiefe zwischen 40 und 100 Meter abgeteuft. Durch in die Bohrlöcher abgesenkte Pumpen läßt sich das Wasser aus verschiedenen Tiefen hochpumpen und auf den Schadstoffgehalt untersuchen.To monitor the groundwater for pollutants, e.g. near landfills, wells are drilled between 40 and 100 meters deep. The pumps can be pumped up into the boreholes and the water can be pumped up from various depths and examined for the pollutant content.

Bisher war es üblich, für derartige Bohrlöcher Kreisel­pumpen zu verwenden, wobei jedoch die Kreiselpumpen aufgrund ihrer konstruktiven Ausgestaltung einen Bohr­ lochdurchmesser von etwa 100 mm benötigten. Die Kosten für das Abteufen der Bohrung dieses Durchmessers be­laufen sich auf ca. DM 30.000,--. Eine wesentliche Verringerung könnte erzielt werden, wenn Bohr­löcher kleineren Durchmessers für die vorgesehene Aufgabe ausreichen würden.So far it has been common to use centrifugal pumps for such boreholes, but the centrifugal pumps, due to their design, have a drill hole diameter of about 100 mm required. The costs for sinking the borehole of this diameter amount to approx. DM 30,000. A significant reduction could be achieved if smaller diameter holes were sufficient for the intended task.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bohr­lochpumpe für kleine Bohrlochdurchmesser zu schaffen, welche auch bei Bohrlochdurchmessern unter 100 mm noch eine Förderung aus Tiefen zwischen 40 und 100 Meter ermöglicht.The invention has for its object to provide a borehole pump for small borehole diameters, which still allows production from depths between 40 and 100 meters even with borehole diameters below 100 mm.

Diese Aufgabe wird bei einer Bohrlochpumpe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch die im kennzeich­nenden Teil angegebenen Merkmale gelöst.This object is achieved in a borehole pump according to the preamble of claim 1 by the features specified in the characterizing part.

Die Bohrlochpumpe nach der Erfindung nutzt den Um­stand aus, daß eine ausreichende Fördermenge und ein ausreichender Förderdruck statt durch einen großen Durchmesser der Pumpe auch durch einen entsprechend langen Hub erzielbar sind. Dabei kann die für die Überwindung des hydrostatischen Drucks zwischen der Montagestelle der Bohrlochpumpe und der Erdoberfläche durch einen entsprechenden Vordruck des Druckmittels erreicht werden. Im Gegensatz zu Kreisenpumpen, bei denen der Druck durch strömungstechnische Kriterien begrenzt ist, sind dem hier verfügbaren Druck ledig­lich Grenzen durch die Standfestigkeit der Dichtung gegeben.The borehole pump according to the invention takes advantage of the fact that a sufficient delivery rate and a sufficient delivery pressure can also be achieved by a correspondingly long stroke instead of by a large diameter of the pump. It can be used to overcome the hydrostatic pressure between the installation site of the borehole pump and the surface of the earth by means of a corresponding pre-pressure of the pressure medium can be achieved. In contrast to circuit pumps, where the pressure is limited by fluidic criteria, the available pressure is limited only by the stability of the seal.

Die erfindungsgemäße Bohrlochpumpe zeichnet sich auch durch eine besondere Einfachheit im Aufbau damit eine einfache Herstellbarkeit und Wartungsfreundlichkeit aus. Dabei ist besonders hervorzuheben, daß die Hub­kolbenpumpe ähnlich dem Hubkolbenantrieb ausgebildet ist, so daß die Möglichkeit besteht, ähnliche oder gleiche Teile für beide Aggregate zu verwenden.The borehole pump according to the invention is also distinguished by a particular simplicity in its construction, which makes it easy to manufacture and maintain. It should be particularly emphasized that the reciprocating pump is designed similarly to the reciprocating piston drive, so that there is the possibility of using similar or identical parts for both units.

Weiterbildungen und vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der weiteren Beschreibung und der Zeichnung, die ein Ausführungsbeispiel einer Bohrlochpumpe nach der Erfindung darstellt. In der Zeichnung zeigen:

  • Fig. 1 eine Bohrlochpumpe im Längs­schnitt als Prinzipdarstellung, wobei die Kolben in einer un­teren Endstellung sind,
  • Fig. 2 eine Darstellung entsprechend Fig. 1, wobei jedoch die Kol­ben in einer aufwärts Bewegungs­phase gezeigt sind,
  • Fig. 3 eine Darstellung entsprechend Fig. 1, wobei die Kolben in einer oberen Endstellung sind,
  • Fig. 4 eine Darstellung entsprechend Fig. 1, wobei die Kolben in einer abwärtsgerichteten Phase sind,
  • Fig. 5 einen Querschnitt durch das Bohrloch oberhalb der Bohr­lochpumpe, und
  • Fig. 6 und 7 weitere Detaildarstellungen im Querschnitt.
Further developments and advantageous embodiments of the invention result from the claims, the further description and the drawing, which represents an embodiment of a borehole pump according to the invention. The drawing shows:
  • 1 shows a borehole pump in longitudinal section as a basic illustration, the pistons being in a lower end position,
  • 2 shows a representation corresponding to FIG. 1, but with the pistons shown in an upward movement phase,
  • 3 shows a representation corresponding to FIG. 1, the pistons being in an upper end position,
  • 4 is an illustration corresponding to FIG. 1, with the pistons in a downward phase,
  • 5 shows a cross section through the borehole above the borehole pump, and
  • 6 and 7 further detail representations in cross section.

In Fig 1 ist in einem Futterrohr 64, mit dem ein Bohrloch ausgekleidet ist, eine Bohrlochpumpe abge­senkt. Das Futterrohr ist porös, so daß in den Innen­raum Wasser aus der angrenzenden Sand- oder Gesteins­ formation eindringen kann.In FIG. 1, a borehole pump is lowered in a casing 64 with which a borehole is lined. The casing is porous, so that water from the adjacent sand or rock in the interior formation can penetrate.

Die dargestellte Bohrlochpumpe nach der Erfindung besteht aus einer Hubkolbenpumpe 10, einem Druck­mittel betätigten Hubkolbenantrieb 12 und einer elektronischen bzw. elektrischen Steuereinrichtung 14. Nach Obertage führen vier Leitungen und zwar Druckmittelleitungen 56 und 58, von denen eine der Zufuhr und die andere der Ab­fuhr von Druckmittel dient, eine elektrische Ver­sorgungs- und Steuerleitung 60 sowie eine Förder­leitung 62.The illustrated borehole pump according to the invention consists of a reciprocating pump 10, a pressure-actuated reciprocating piston drive 12 and an electronic or electrical control device 14. Four lines lead to the surface, namely pressure medium lines 56 and 58, one of which supplies and the other the discharge of pressure medium serves, an electrical supply and control line 60 and a delivery line 62nd

Die Hubkolbenpumpe 10 ihrerseits umfaßt eine Pumpen­kammer 16 mit einem darin in Bohrlochachsrichtung beweglichen Pumpenkolben 18. In der Pumpenkammer 16 befinden sich Einlaßöffnungen 20, aus denen Wasser aus dem Ringraum zwischen der Borlochpumpe und dem Futterrohr eindrigen kann und eine Auslaß­öffnung 22 in der Abschlußstirnfläche 54, aus der das Wasser in die nach Obertage führende Förder­leitung 62 gedrückt wird. Ferner sind in dem Pumpen­kolben 18 Öffnungen 66 angeordnet, die über Rück­schlagventile 24 schließbar sind. Ein weiteres Rück­schlagventil 26 befindet sich an der Auslaßöffnung 22.The reciprocating piston pump 10 in turn comprises a pump chamber 16 with a pump piston 18 movable therein in the direction of the borehole axis. In the pump chamber 16 there are inlet openings 20 from which water can penetrate from the annular space between the borehole pump and the casing and an outlet opening 22 in the end face 54 which pushes the water into the delivery line 62 leading to the surface. Furthermore, openings 66 are arranged in the pump piston 18 and can be closed via check valves 24. Another check valve 26 is located at the outlet opening 22.

Der Hubkolbenantrieb 12 umfaßt einen Antriebszylinder 28 mit einem darin in Borlochachsrichtung beweglichen Antriebskolben 30. Oberhalb der oberen und unterhalb der unteren Endstellungen des Antriebskolbens 30 be­findet sich eine Einlaßöffnung 32 bzw. eine Auslaß­öffnung 34. Die Öffnungen können wechselweise als Einlaß- und Auslaßöffnungen dienen, wobei jedoch immer nur eine Einlaßöffnung ist, wenn die andere Auslaßöffnung ist.The reciprocating piston drive 12 comprises a drive cylinder 28 with a drive piston 30 movable therein in the direction of the borehole axis. Above the upper and below the lower end positions of the drive piston 30 there is an inlet opening 32 and an outlet opening 34. The openings can alternately serve as inlet and outlet openings, whereby however, there is always only one inlet opening when the other outlet opening is.

Der Antriebskolben 30 ist doppelseitig druckbeauf­schlagbar, wobei ein erster Arbeitsraum 46 im An­treibszylinder 28 zwischen dessen unterer Abschluß­stirnfläche 48 und der unteren Seite des Antriebs­kolbens 30 und ein zweiter Arbeitsraum 50 zwischen einer Dichtung 52 und der anderen Seite des Antriebs­kolbens 30 gebildet ist. Die Umsteuerung des An­triebskolbens 30 erfolgt durch steuerbare Ventile 36 und 38, die z.B. als Dreiwegeventile ausgebildet sein können.The drive piston 30 can be pressurized on both sides, a first work chamber 46 being formed in the drive cylinder 28 between its lower end face 48 and the lower side of the drive piston 30 and a second work chamber 50 between a seal 52 and the other side of the drive piston 30. The reversing of the drive piston 30 is carried out by controllable valves 36 and 38, which e.g. can be designed as three-way valves.

Die Ventile 36 und 38 werden dann so gesteuert, daß z.B. bei einem ersten Arbeitstakt der erste Arbeits­raum 46 mit einer ankommenden Druckmittelleitung 56 und der zweite Arbeitsraum 50 mit einer abgehenden Druckmittelleitung 58 verbunden ist und daß in einer zweiten Arbeitsphase der zweite Arbeitsraum 50 mit der ankommenden Druckmittelleitung 56 und der erste Arbeitsraum 46 mit der abgehenden Druckmittelleitung 58 verbunden ist. Die Umsteuerung der steuerbaren Ventile 36 und 38 erfolgt durch die Steuereinrichtung 14, wobei die Steuersignale mit Hilfe von Sensoren 42 und 44 gewonnen werden, die bei Erreichen der Endstellungen des Antriebskolbens 30 entsprechende Signale an die Steuereinrichtung 14 abgeben, die da­raufhin die Umschaltung der steuerbaren Ventile ver­anlaßt.The valves 36 and 38 are then controlled so that, for example, in a first work cycle, the first work space 46 with an incoming pressure medium line 56 and the second work space 50 with an outgoing one Pressure medium line 58 is connected and that in a second working phase the second work space 50 is connected to the incoming pressure medium line 56 and the first work space 46 is connected to the outgoing pressure medium line 58. The reversible control of the controllable valves 36 and 38 is carried out by the control device 14, the control signals being obtained with the aid of sensors 42 and 44 which, when the end positions of the drive piston 30 are reached, emit corresponding signals to the control device 14, which then switch over the controllable valves prompted.

Wird also z.B. der Antriebskolben durch Überdruck im ersten Arbeitsraum 46 nach oben gedrückt und er­reicht den Sensor 44, so werden die steuerbaren Ven­tile 36 und 38 umgeschaltet, so daß nun der zweite Arbeitsraum 50 den Überdruck erhält und der erste Arbeitsraum 46 sein Druckmittel in die abgehende Druckmittelleitung ableitet. Bei Erreichen des unteren Sensors 42 kehrt sich der Vorgang wieder um.So e.g. the drive piston is pushed upwards by overpressure in the first working chamber 46 and reaches the sensor 44, so the controllable valves 36 and 38 are switched so that the second working chamber 50 now receives the overpressure and the first working chamber 46 discharges its pressure medium into the outgoing pressure medium line. When the lower sensor 42 is reached, the process is reversed again.

Der Pumpenkolben 18 und der Antriebskolben 30 sind über eine Kolbenstange 40 verbunden, so daß die beiden Kolben 18 und 30 synchrone Bewegungen vollführen. Die Abdichtung zwischen der Hubkolbenpumpe 10 und dem Hub­kolbenantrieb 12 wird durch eine die Kolbenstange 40 umschließende Dichtung 52 erreicht.The pump piston 18 and the drive piston 30 are connected via a piston rod 40, so that the two pistons 18 and 30 perform synchronous movements. The Sealing between the reciprocating piston pump 10 and the reciprocating piston drive 12 is achieved by a seal 52 surrounding the piston rod 40.

Fig. 2 zeigt eine Arbeitsphase, in der sich die Kolben 18 und 30 in einer mittleren Stellung befinden und im Begriff sind, eine aufwärts gerichtete Bewegung durch­zuführen. Durch Pfeile sind entsprechende Strömungs­richtungen des Druckmittels sowie des Fordermediums dargestellt. Außerdem sind durch Pfeile in den Kolben auch die Bewegungsrichtungen letzterer veranschlau­licht.Fig. 2 shows a working phase in which the pistons 18 and 30 are in a middle position and are about to perform an upward movement. Corresponding flow directions of the pressure medium and of the delivery medium are shown by arrows. Arrows in the pistons also indicate the directions of movement of the pistons.

In den ersten Arbeitsraum 46 wird Druckmittel einge­lassen, während aus dem zweiten Arbeitsraum 50 Druck­mittel entweicht. Der Differenzdruck zwischen den beiden Arbeitsräumen 46 und 50 führt also zu einer aufwärtsgerichteten Bewegung des Antriebskolbens 30 und damit über die Kolbenstange 40 auch zu einer aufwärtsgerichteten Bewegung des Pumpenkolbens 18.Pressure medium is let into the first working space 46, while pressure medium escapes from the second working space 50. The differential pressure between the two working spaces 46 and 50 thus leads to an upward movement of the drive piston 30 and thus to an upward movement of the pump piston 18 via the piston rod 40.

Dementsprechend gelangt über die Einlaßöffnung 20 Wasser in die Pumpenkammer 16 unterhalb des Pumpen­kolbens 18. Dasjenige Wasser oder Fördermedium, das bereits vorher in den oberhalb des Pumpenkolbens 18 gelegenen Teil der Pumpenkammer 16 gelangt ist, wird nun über die Auslaßöffnung 22 in die Förderleitung 62 gedrückt. Auch dies ist durch einen entsprechenden Pfeil in der Auslaßöffnung 22 angedeutet.Accordingly, water enters the pump chamber 16 below the pump piston 18 via the inlet opening 20. That water or conveying medium which has already reached the part of the pump chamber 16 above the pump piston 18, is now pressed into the delivery line 62 via the outlet opening 22. This is also indicated by a corresponding arrow in the outlet opening 22.

Bei den Rückschlagventilen ist dementsprechend das in der Auslaßöffnung 22 angeordnete Rückschlagven­til 26 geöffnet und das im Pumpenkolben 18 vorhandene Rückschlagventil 24 geschlossen.In the case of the check valves, the check valve 26 arranged in the outlet opening 22 is accordingly opened and the check valve 24 present in the pump piston 18 is closed.

Die entsprechend den Pfeilen angedeutete Strömungs­richtung gilt solange, bis die Kolben 18 und 30 die in Fig. 3 eingezeichnete Stellung erreicht haben. In dieser oberen Endstellung erfolgt eine Umsteuerung der steuerbaren Ventile 36 und 38 und die Kolben kehren ihre Bewegungsrichtung um. In dieser Phase sind kurz­zeitig die Rückschlagventile 24 und 26 gleichzeitig geschlossen.The direction of flow indicated by the arrows applies until the pistons 18 and 30 have reached the position shown in FIG. 3. In this upper end position, the controllable valves 36 and 38 are reversed and the pistons reverse their direction of movement. In this phase, the check valves 24 and 26 are briefly closed at the same time.

Eine Mittelstellung der Kolben mit abwärtsgerichteter Bewegungstendenz ist in Fig. 4 veranschaulicht. Wieder zeigen die Pfeile in den Kolben die Bewegungsrichtung. Auch die Strömungsrichtung des Druckmittels ist ent­sprechend umgekehrt gegenüber derjenigen in Fig. 2, d.h., Druckmittel strömt in den zweiten Arbeitsraum 50 ein und aus dem ersten Arbeitsraum 46 aus. Die Druckdifferenz bewirkt die Verschiebung des Antreibs­kolbens 30 und damit des Pumpenkolbens 18.A center position of the pistons with a downward movement tendency is illustrated in FIG. 4. Again the arrows in the pistons show the direction of movement. The direction of flow of the pressure medium is correspondingly reversed compared to that in FIG. 2, that is, pressure medium flows into the second work space 50 and out of the first work space 46. The pressure difference causes the displacement of the drive piston 30 and thus the pump piston 18.

Bei der Hubkolbenpumpe 10 ist in dieser Phase das Rückschlagventil 26 in Folge der in der Förder­leitung 62 stehenden Wassersäule geschlossen. Dagegen ist das Rückschlagventil 24 im Pumpenkolben 18 geöffnet und das Wasser kann vom unteren Teil der Pumpenkammer 16 durch die Öffnungen 66 im Pumpen­kolben 18 in den oberen Teil der Pumpenkammer 16 über­strömen. Um zu verhindern, daß in dieser Phase Wasser wieder aus den Einlaßöffnungen 20 in den Ringraum zu­rückgedrückt werden kann, könnten auch noch zusätzliche Rückschlagventile vor oder hinter den Einlaßöffnungen 20 angeordnet werden. In der Regel kann man jedoch auf diese zusätzlichen Rückschlagventile verzichten.In the reciprocating piston pump 10, the check valve 26 is closed in this phase as a result of the water column standing in the delivery line 62. In contrast, the check valve 24 in the pump piston 18 is open and the water can flow from the lower part of the pump chamber 16 through the openings 66 in the pump piston 18 into the upper part of the pump chamber 16. In order to prevent water from being pressed back into the annular space from the inlet openings 20 in this phase, additional check valves could also be arranged in front of or behind the inlet openings 20. As a rule, however, you can do without these additional check valves.

Sobald die Kolben in die untere Endstellung gelangen, die der Darstellung in Fig. 1 entspricht, wird wie­derum die Strömungsrichtung des Druckmittels umge­kehrt und eine neue Arbeitsphase eingeleitet, wie sie in Fig. 2 beschrieben ist. Das in den oberen Teil der Pumpenkammer 16 übergetretene Wasser wird nun durch die Auslaßöffnung 22 in die Förderleitung 62 gedrückt.As soon as the pistons reach the lower end position, which corresponds to the illustration in FIG. 1, the flow direction of the pressure medium is in turn reversed and a new working phase is initiated, as is described in FIG. 2. The water that has passed into the upper part of the pump chamber 16 is now pressed through the outlet opening 22 into the delivery line 62.

Abschließend zeigt Fig. 5 in maßstäblicher Größe einen Querschnitt durch ein Bohrloch, wobei hier die An­ordnung der nach Obertage führenden Leitung ange­deutet ist und zugleich auch ein realistischer Ein­druck von den mit der Erfindung erzielten geringen Abmessungen der erforderlichen Bohrlöcher gewonnen wird. Gegenüber den eingangs genannten Kosten einer Bohrung mit einem Durchmesser von 100 mm gelingt es, mit der Erfindung den erforderlichen Bohrloch­durchmesser auf 50 mm zu verringern, wobei die Kosten für die Bohnung etwa von 1/10 des eingangs genannten Wertes beschränkt werden können.Finally, FIG. 5 shows a cross-section through a borehole in scale, the arrangement of the line leading to the surface above is indicated here and at the same time a realistic impression of the small dimensions of the required boreholes obtained with the invention is obtained. Compared to the costs of a bore with a diameter of 100 mm mentioned at the outset, the invention enables the required bore hole diameter to be reduced to 50 mm, the cost of the reed being able to be limited by approximately 1/10 of the value mentioned at the outset.

In der teilweisen Querschnittsansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 6 sind neben der Dich­tung 52 noch zwei weitere Dichtungen 70 und 72 vorge­sehen, um der Gefahr zu begegnen, daß bei nur einer Dichtung 52 ölhaltige Luft aus dem Arbeitsraum 50 in die Pumpenkammer 16 gelangen kann, wodurch die Messun­gen verfälscht werden würden.In the partial cross-sectional view of a further exemplary embodiment according to FIG. 6, two further seals 70 and 72 are provided in addition to the seal 52 in order to counter the risk that oil-containing air can get from the working space 50 into the pump chamber 16 with only one seal 52, which would falsify the measurements.

Deshalb sind gemäß Fig. 6 die insgesamt drei Dichtun­ gen 52, 70 und 72 im hier zweiteilig ausgebildeten Verbindungs- und Abdichtungselement 74 vorgesehen. Ferner besitzt die Ausführungsform gemäß Fig. 6 eine Luftschleuse 68 zwischen der unteren Dichtung 52 und der darüber angeordneten Dichtung 70.6 are therefore a total of three seals gene 52, 70 and 72 provided here in two-part connecting and sealing element 74. Furthermore, the embodiment according to FIG. 6 has an airlock 68 between the lower seal 52 and the seal 70 arranged above it.

Falls trotz der Dichtung 52 Luft nach oben dringen sollte, gelangt sie zunächst in einen Zwischenraum 76, in welchen die Luftschleuse 68 als Öffnung ein­mündet. Durch die Luftschleuse 68 kann die Luft dann gesondert mit einer hier nicht dargestellten Leitung nach oben geführt werden.If air should penetrate upwards despite the seal 52, it first reaches an intermediate space 76 into which the airlock 68 opens as an opening. Through the airlock 68, the air can then be separately led upwards with a line, not shown here.

Die beiden Dichtungen 52 und 70 sind als Stangendich­tungen ausgebildet und beidseitig druckstabil (von oben und von unten) als Preßluftdichtungen. Die obere Dichtung 72 ist für Wasser vorgesehen, also als Hydrau­likdichtung ausgebildet. Es genügt, wenn diese Dich­tung 72 nur von oben her druckstabil ist.The two seals 52 and 70 are designed as rod seals and pressure-stable on both sides (from above and from below) as compressed air seals. The upper seal 72 is provided for water, that is, it is designed as a hydraulic seal. It is sufficient if this seal 72 is only pressure-stable from above.

Für Wartungs- und Reparaturzwecke ist es vorteilhaft, den unteren Teil des Futterrohres 64 (vgl. Fig. 1 und 7), in welchem sich die Steuereinheit 14 befindet, lösbar mit dem oberen Teil des Futterrohres 64 aus­zubilden, beispielsweise durch Steck- oder Schraub­verbindungen.For maintenance and repair purposes, it is advantageous to detachably form the lower part of the casing 64 (see FIGS. 1 and 7), in which the control unit 14 is located, with the upper part of the casing 64, for example by means of plug-in or screw connections.

In einer weiteren Ausführungsform, die als schema­tische Querschnittsansicht in Fig. 7 dargestellt ist, wird unterhalb einer Abschottung 78 eine Bo­denkammer 80 vorgesehen, innerhalb welcher sich die Steuereinheit 14 befindet, und die als Konden­satkammer wirkt. In dem unteren Boden 84 ist des­halb ein Kondensatablaß 82 vorgesehen.In a further embodiment, which is shown as a schematic cross-sectional view in FIG. 7, a floor chamber 80 is provided below a partition 78, within which the control unit 14 is located, and which acts as a condensate chamber. A condensate drain 82 is therefore provided in the lower floor 84.

Die in die Bodenkammer 80 gelangende Druckluft ist in hohem Maße mit Feuchtigkeit angefüllt, und es soll verhindert werden, daß das Kondensat in die Steuereinheit 14 gelangen kann. Durch die im laufen­den Betrieb stattfindende Entspannung der Druckluft innerhalb der Bodenkammer 80 sammelt sich am Boden 84 Flüssigkeit an, die nach dem Gebrauch der Pumpe durch Öffnen des Kondensatablasses 82 entnommen wer­den kann.The compressed air entering the bottom chamber 80 is filled to a high degree with moisture and the condensate is to be prevented from entering the control unit 14. Due to the expansion of the compressed air within the bottom chamber 80 that takes place during operation, liquid collects on the bottom 84, which can be removed by opening the condensate drain 82 after the pump has been used.

Als weitere Ergänzung zeigt das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 7 noch einen oberen Deckel 86, welcher in waagerechter Richtung teilbar ausgebildet sein kann. Wenn zugleich auch die durch den Deckel 86 füh­renden Leitungen nach Art einer Steckverbindung aus­gebildet sind, läßt sich der obere Teil des Deckels leicht entfernen.As a further supplement, the exemplary embodiment according to FIG. 7 also shows an upper cover 86 which can be designed to be divisible in the horizontal direction. If at the same time the lines leading through the cover 86 are designed in the manner of a plug connection, the upper part of the cover can be easily removed.

Claims (7)

1. Bohrlochpumpe für kleine Bohrlochdurchmesser, gekennzeichnet durch eine untertägige Einheit aus einer Hubkolbenpumpe (10), einem druckmittelbetätigten Hub­kolbenantrieb (12) und einer elektrischen Steuereinrichtung (14), wobei die Hubkolbenpumpe (10) aus einer Pumpenkammer (16) mit einem darin in Bohrlochachsrichtung beweg­lichen Pumpenkolben (18), wenigstens einer Einlaß­(20) und Außlaßöffnung (22) sowie Ventilen (24, 26) besteht, wobei der Hubkolbenantrieb (12) aus einem Antriebszylinder (28) mit einem darin in Borlochachs­richtung beweglichen Antriebskolben (30), wenigstens einer Einlaß- (32) und Auslaßöffnung (34) sowie aus von der Steuereinrichtung (14) steuerbaren Ventilen (36, 38) besteht und wobei der Pumpenkolben (18) mit dem Antriebskolben (30) über eine Kolbenstange (40) verbunden ist.1. Borehole pump for small borehole diameters, characterized by an underground unit consisting of a reciprocating piston pump (10), a pressure-actuated reciprocating piston drive (12) and an electrical control device (14), the reciprocating piston pump (10) comprising a pump chamber (16) with a borehole axis therein movable pump piston (18), at least one inlet (20) and outlet opening (22) and valves (24, 26), the reciprocating piston drive (12) comprising a drive cylinder (28) with a drive piston (30) movable therein in the direction of the borehole axis, at least an inlet (32) and outlet (34) and from the control device (14) controllable valves (36, 38) and wherein the pump piston (18) with the drive piston (30) is connected via a piston rod (40). 2. Bohrlochpumpe nach Anspruch 1, dadurch ge­kennzeichnet, daß dem Hubkolbenantrieb (12) im Be­trieb ein ständiger Druckmittelstrom von Obertage zugeführt ist und daß die Steuereinrichtung (14) Sensoren (44, 46) für die Endstellungen des Antriebs­kolbens (30) umfaßt, in denen durch Betätigen der steuerbaren Ventile (36, 38) der Druckmittelstrom auf den Antriebskolben (30) umgesteuert wird.2. Borehole pump according to claim 1, characterized in that the reciprocating drive (12) is supplied with a constant pressure medium flow from the surface during operation and that the control device (14) comprises sensors (44, 46) for the end positions of the drive piston (30), in which the pressure medium flow to the drive piston (30) is reversed by actuating the controllable valves (36, 38). 3. Bohrlochpumpe nach Anspruch 2, dadurch ge­kennzeichnet, daß die Sensoren (44, 46) durch mag­netische, kapazitive oder optoelektronische Näherungs­schalter gebildet sind.3. Borehole pump according to claim 2, characterized in that the sensors (44, 46) are formed by magnetic, capacitive or optoelectronic proximity switches. 4. Bohrlochpumpe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß der An­triebskolben (30) doppelseitig druckbeaufschlag­bar ist, wobei ein erster Arbeitsraum (46) im Antriebs­zylinder (28) zwischen dessen Abschlußstirnfläche (48) und einer Seite des Antreibskolbens (30) und ein zweiter Arbeitsraum (50) zwischen einer die Kol­benstange (40) umschließenden Dichtung (52) und der anderen Seite des Antreibskolbens (30) gebildet ist.4. Borehole pump according to one or more of claims 1-3, characterized in that the drive piston (30) can be pressurized on both sides, a first working space (46) in the drive cylinder (28) between its end face (48) and one side of the drive piston ( 30) and a second working space (50) between a seal (52) surrounding the piston rod (40) and the other side of the drive piston (30) is formed. 5. Bohrlochpumpe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ein­laßöffnungen (20) der Hubkolbenpumpe (10) in der Pumpenkammer (16) nahe der die Kolbenstange um­schließenden Dichtung (52) und die Auslaßöffnung (22) in der Abschlußstirnfläche (54) angeordnet ist und daß die Ventile (24, 26) als Rückschlagven­tile ausgebildet sind, wobei wenigstens ein erstes (24) im Pumpenkolben (18) und wenigstens ein zweites (26) in der Auslaßöffnung (22) angeordnet ist.5. Borehole pump according to one or more of claims 1-4, characterized in that the inlet openings (20) of the reciprocating pump (10) in the pump chamber (16) near the seal surrounding the piston rod (52) and the outlet opening (22) in the End face (54) is arranged and that the valves (24, 26) are designed as check valves, at least a first (24) in the pump piston (18) and at least a second (26) in the outlet opening (22). 6. Bohrlochpumpe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der untertägigen Einheit die Hubkolbenpumpe (10) oben, der Hubkolbenantrieb (12) in der Mitte und die Steuer­einrichtung (14) unten angeordnet sind.6. Borehole pump according to one or more of claims 1-5, characterized in that in the underground unit, the reciprocating pump (10) above, the reciprocating drive (12) in the middle and the control device (14) are arranged below. 7. Bohrlochpumpe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Druck­mittel Preßluft dient.7. Borehole pump according to one or more of claims 1-6, characterized in that compressed air is used as the pressure medium.
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