EP2789859A1 - Pump system for deep drilling - Google Patents
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- EP2789859A1 EP2789859A1 EP20130162716 EP13162716A EP2789859A1 EP 2789859 A1 EP2789859 A1 EP 2789859A1 EP 20130162716 EP20130162716 EP 20130162716 EP 13162716 A EP13162716 A EP 13162716A EP 2789859 A1 EP2789859 A1 EP 2789859A1
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Definitions
- the invention relates to a system for the promotion of water from wells and deep wells for water supply and geothermal use of hot water or other liquids.
- FIG. 2 is a conveyor system 100 to see from the prior art.
- a wellbore is inserted into the soil at a desired depth, and the wellbore is stabilized by wellbore casing with a support tube.
- the conveyor system 100 itself has a drive motor 101, a riser 102 formed from tube segments, a pump device 108 and a multiply mounted and coupled drive shaft 106, which connects the drive motor 101 to the pump device 108.
- the pump device 108 is integrated in a pump tube, which is flanged at the lower end by means of a transition tube 103 to the riser 102.
- the pump 108 is arranged in one end of the riser 102, wherein this end is then in the installed state of the conveyor 100 at the lower end in the borehole.
- the drive shaft 106 for transmitting the torque from the drive motor 101 to the pump device 108 is mounted at regular intervals in the riser 102 with plain bearings 107 to avoid damage from the vibrations of the drive shaft.
- the drive motor 101 is located at the upper end of the riser 102.
- centrifugal pumps When using pumps for hot water production from deep geothermal wells Underwater centrifugal pumps used. These centrifugal pumps operate on the principle of action of the swirl due to the transfer of energy to a liquid through a rotating impeller in a fixed nozzle.
- the design of the centrifugal pumps differs according to the requirements of the design and the number of stages.
- displacement pumps for example progressing cavity pumps according to the Moineau pump principle, can also be used at lower temperatures.
- the riser 102 consists of individual segments which are modularly flanged together with pre-assembled and integrated pump device 108 and drive shaft 106 to each other and then inserted into the support tube. Finally, the riser is then flanged to the support tube for attachment to the head.
- the shaft segments of these standardized riser modules may further each be surrounded by a further cladding tube (not shown) to allow the lubrication of the individual bearing segments independently of the axially upward flow rate. The lubricant partially penetrates into the pumped medium, thus causing contamination of the pumped medium.
- the overall length of the riser segments is shorter than 6 m. The number of stacked riser segments is limited, so that only a total length of about 400 m can be achieved.
- Object of the present invention is therefore to provide a conveyor system that can not only be used optimally for deep wells, but also allows a reliable and relatively uncomplicated replacement of relevant components and parts.
- a system for conveying water from wells and deep wells for water supply and geothermal use of hot water or other liquids comprises the features of claim 1.
- Such a conveyor includes a conveying device for conveying water, a driving device that drives the conveying device, a drive shaft that drives the driving device, and the conveying device for driving the conveyor device connects to each other, and a riser, and in which at least the drive shaft and the conveying device are arranged, wherein the drive shaft and the conveyor are mounted movably in the riser and relative to the riser in the axial direction.
- the conveyor can be significantly accelerated and the standstill of the system can be reduced accordingly. Further, since the drive shaft is installed without intermediate connection to flanged riser segments, but as a screwed drive shaft whose lateral deflection during rotation by variable bias in the longitudinal direction and conditional centering is prevented can be dispensed with lubricants that can otherwise escape into the fluid.
- the running safety is achieved by an axial tensile force (the weight of conveyed in the riser medium) through which the drive shaft is stretched and elongated and thus stretched.
- the conveyor system further comprises a bearing device, which supports the conveyor device in the riser.
- a bearing device enables a precise positioning of the conveying device in the end position in a simple manner.
- the bearing device may comprise a first bearing element, which is attached to the conveying device, and a second bearing element, which is fixedly mounted on the riser, wherein the first and second bearing element are axially movable relative to each other.
- Such a two-part storage device is a little expensive construction to design the storage device safely.
- the conveying device is preferably mounted rotationally fixed to the riser in the circumferential direction.
- a rotationally fixed mounting to the riser By a rotationally fixed mounting to the riser, the function of the conveyor system is ensured and an optimal position of the conveyor system allows, so that the pump in the axial direction of the riser, the pumped medium (eg water) can promote.
- the rotationally fixed mounting of the bearing device in the riser can be provided such that the bearing elements have complementary projections and recesses, for example. Guide ribs and grooves, so that the bearing elements are fixed to each other in the direction of rotation. Since the storage devices are respectively fixed to the riser and to the conveyor, a relative movement in the circumferential direction between the conveyor and the riser can be prevented.
- the pump system may further comprise a guide portion which guides the conveyor to its working position.
- the guide section may be provided in the storage device.
- the guide portion facilitates the positioning of the conveyor and also makes it possible to fix the position concretely.
- the guide portion is integrated in the two-part bearing device, such a predetermined positioning in the end position (which is also the storage position) is very simple and effective to perform.
- the guide portion is preferably provided by the complementary projections and recesses. Thereby, a simple construction of the bearing device with a multi-layered functional bundling is provided.
- any desired drive device can be combined with any conveying device and at the same time the rotational speed of the drive shaft can also be controlled so that fewer vibrations occur there.
- a reduction gear can also be removed independently of the riser together with the drive shaft and the feed pump.
- the drive shaft can also be stored in the riser.
- bearing cages are suitable as storage in the radial direction. As a result, vibrations of the drive shaft can be better damped and the life of the system can be increased.
- the bearing element is sealed against the riser, in particular with a plastic seal. This reliably prevents leakage on the bearing element and maintains the efficiency of the conveyor system.
- the drive shaft of the conveyor system can be mechanically prestressed. As a result, a higher running safety is achieved when starting the system, since at this time, the pumped medium is first pumped into the riser.
- the system also preferably has a locking device by means of which the conveyor system can be locked in the riser in the axial direction.
- Locking is releasable, so that the maintenance or dismantling of the system can still be easily performed.
- the shaft can be effectively biased, which has a very beneficial effect on the running properties.
- a locking device that acts like a bayonet lock is a simple but effective and inexpensive way to implement such a locking mechanism.
- Topic is used to denote a direction in FIG. 1 in the installed state of the conveyor 8 in the direction of the drive device 1 shows and “down” in the direction of the bottom of the hole.
- Axial refers to a direction that runs along the axis of the drive shaft 6, that is usually from top to bottom or vice versa.
- Ring means a direction perpendicular to the axial direction, ie, with respect to the drive shaft from the central axis of the drive shaft in the direction of the lateral surface.
- circumumferential direction means along the lateral surface of the drive shaft or the riser (for example, the rotational direction of the drive shaft).
- medium means in the The present application any conceivable liquid, such as water, but also oil or even gas are conceivable with the present invention.
- the invention is used in a geothermal plant, which can generate heat by means of hot water.
- each tube in which the fluid can rise to the top, that is promoted to the surface.
- This can thus also be the well casing (the support tube) 14 itself.
- the term refers to a additionally provided in the well casing 14 pipe 2, in which the medium is conveyed upwards.
- the conveyor system according to the invention consists of a drive device 1, a drive shaft 6 and a conveyor 8.
- a riser 2 is provided, which is provided separately from the support tube 14 of the borehole.
- the present invention can also be realized with only one tube, for example if a support tube is not necessary, as may be possible with holes having a shallow depth of, for example, 30 m. In the following, however, it is assumed that an installation in which the borehole itself is stabilized by an additional pipe and in which the riser pipe 2 is then used.
- the riser 2 is depending on the depth of the hole from different modules that are flanged to each other or attached to each other in other ways.
- the individual modules are welded together when inserted into the borehole, so that a single, very long pipe is formed. This is possible because the riser 2 after installation in the well or can remain in the support tube 14 and no longer needs to be taken out for maintenance of the system 1.
- the riser 2 is then flanged to the support tube 14, making it immobile to the environment.
- the riser 2 can also be fixed differently, for example, via its own storage or anchoring in the ground, so that it is fixed to the environment.
- an outlet pipe 3 may be provided, in which the conveying medium is led out of a side arm 3 of the riser.
- the lower end of the riser 2 is either made open or the riser 2 has openings in the side, so that the medium to flow freely into the riser and can be supported from there. The same applies to the support tube 14th
- the drive device may be any drive device, preferably an (electric) motor, which is tuned to the respective load.
- the drive device 1 can also have a variable speed for adaptation of delivery rate and pressure, for example by being operated by use of a frequency converter.
- the drive device 1 is preferably attached via a torque receiving 7 on the riser, so that the torque of the motor 1 can also be transmitted to the drive shaft 6.
- the drive device can also be attached differently to the environment so that it does not rotate around itself when driving the drive shaft.
- the intermediate tube is at least axially movable to the riser 2.
- the conveyor 20 may also include a lifting device 15, which is preferably used as a biasing means for the drive shaft 6 and with which the drive shaft 6 can be raised in the axial direction.
- a lifting device 15 is preferably used as a biasing means for the drive shaft 6 and with which the drive shaft 6 can be raised in the axial direction.
- the drive shaft 6 can be mechanically biased and thus made less sensitive to vibration build-up.
- the torque receiver 7 is also provided in the lifting device 15 in order to save space and costs.
- the drive shaft 6 is preferably also divided into segments and modular.
- the individual segments of the drive shaft 6 can, with a thread which is introduced directly into the shaft, screwed together and thus connected, but can also be connected to each other via connecting flanges or be coupled via universal joints.
- the drive shaft 6 is preferably formed as a hollow shaft (represented by the dashed line in, so that on the one hand can be saved weight and on the other an easy way to lay lines for conveying devices., For example, with such lines hydraulic, electro-hydraulic, electronic or electromagnetic Functions on the conveyor device 8 are actuated.
- the conveying device 8 can be any pump, for example a centrifugal pump or a rotary displacement pump, such as an eccentric screw pump according to the principle of the Moineau pump.
- the conveyor 8 is fastened with a fastening device 10 in the riser 2, that it is fixed in the circumferential direction, but can move in the axial direction or at least can be brought into a position in which it can be taken out of the riser 6 in the axial direction without having to remove this too.
- This can be done, for example, by a fixing unit provided on the pump, which can press, for example by a signal of a control unit electrically, electromagnetically, electrohydraulically or hydraulically brake shoes (not shown) against the riser, so that the conveyor device 8 is fixed in position.
- the riser may have a conical shape expanding from top to bottom so that the jaws have a self-reinforcing clamping function when the drive shaft 6 is pulled up together with the conveyor 8.
- Another possibility are bolts that can be extended in the radial direction and the conveyor 8 also set in the circumferential and axial directions.
- a bearing device 10 is provided at a predetermined position in a riser segment, which cooperates with the conveying device 8 and supports the conveying device 8 in the riser pipe 2.
- a bearing element should set the conveyor 8 in the circumferential direction.
- the bearing device 10 consists of two separate elements 10a and 10b, wherein a bearing element 10a is fixed to the riser 2, for example by welding or screwing, or is integrally implemented in the corresponding riser segment, for example, by being cast or forged during manufacture, or is milled into the riser 2.
- a second bearing element 10b is provided on the conveying device 8 itself and cooperates with the first bearing element 10a.
- the two bearing elements 10a, 10b can be used as radially protruding projections on the Conveying device 8 and complementary recesses or grooves may be formed in the riser 2, which are formed in particular at a portion with a radially inwardly reinforced wall (a thickening) of the riser 2.
- the projections and the recesses may, for example, each be designed as intermeshing ribs.
- the projections and the recesses can be reliably prevented movement in the circumferential direction of the conveyor 8 in the riser 2, so that the conveyor 8 is fixed in the circumferential direction and the rotation of the drive shaft 6 or the self-rotation of a pump in the conveyor 8, the conveyor 8 in Rising tube 2 can not move in the circumferential direction in motion, so that the torque of the drive device 1 is reliably transmitted to the conveyor device 8.
- the projections and the recesses have a guide device with which the conveyor device 8 is automatically guided into the first bearing element 10 a of the riser 2 when a predetermined position is reached.
- the protrusions on the conveyor 8 on the underside and the walls of the grooves on the upper side are tapered or rounded, so that when these peaks / roundings meet, a guide results and the respective bearing elements 10a, 10b automatically slide into one another.
- the projections or the walls of the grooves can also have ends 16 which are inclined in the radial direction on the upper side (rising tube) or underside (conveying device 8). These can serve for Radialzentritation the conveyor system, for example, by deflecting an annular portion 9 at the lower end of the conveyor towards the center.
- a locking mechanism for the conveyor 8 which also prevents upward movement in the axial direction.
- This can be realized simply by the principle of a bayonet closure, i. the recess or groove 13 in the first bearing element 10a is U-shaped and the projection 12 is guided along this U-groove.
- the projection 12 of the conveyor 8 is guided to a lower stop of the groove, then the projection 12 along the Nutgroundes guided by rotating the conveyor 9 and finally lifted back up against a stop.
- a mechanism is, for example, also referred to as a bayonet closure, in which the recess 13 is then, so to speak, a movement space for locking and unlocking.
- a hydraulic or electromagnetic lifting mechanism (not shown) provided in the riser 2 below the storage device 10 and below the conveyor 8 may serve.
- a lifting device 15 is provided at the upper end of the drive shaft 6, which can then also be used as a biasing means.
- a ring section 9 is located below the bearing device 10, a ring section 9.
- This ring section can directly adjacent to the bearing device 10, as in the FIGS. 1 and 2 is shown and so as an axial stop for the conveyor 8 or also used as a lower groove base for a bayonet closure or the like, as described above.
- the projections 12 or ribs 12 of the second bearing device 10b may abut against the ring portion 9 and thus prevent the conveyor 8 from being further lowered. This can thus also assume a display function with which it is pointed out during installation that the conveying device 8 has reached the predetermined position.
- This adjacent ring section 9 is used in particular as a sealing section, by means of which the conveying device 8 is sealed against the riser pipe on the outside.
- a sealing ring 5 made of plastic or metal is used, which is shown in the present embodiment.
- the seal should be provided on a sealing portion 9, which includes two opposite smooth surfaces to improve the sealing effect. This prevents leakage of the pumped medium.
- the drive shaft can be additionally stored in the riser, even if this is not absolutely necessary. Such storage can be carried out by means of bearing cages, which store the drive shaft in the radial direction relative to the riser and can mitigate or prevent vibrations.
- the bearing cages are not fixed axially in the riser so that the bearing drive shaft 6 can be out of the riser together with the conveyor 8.
- the drive shaft 6 is preferably also mounted directly behind the drive device 1 with corresponding bearings.
- the conveyor may have on the conveyor 8, a transmission 19, with which the speed and the torque of Drive shaft 6 are set to the conveyor device 8, that is, the torque and the rotational speed are adapted to the conveyor device 8.
- the drive shaft 6 run at a very low speed, which in turn has a positive effect on resulting vibrations.
- An additional transmission device (not shown) between the drive device 1 and the drive shaft 6 may be provided. So any drive device can be used, because the respective power can be converted by the gearbox suitable.
- the construction of a plant is as follows: First, a hole in the desired depth is introduced into the ground and secured the hole with a support tube.
- This support tube preferably has holes in the lower region, so that the medium to be pumped can flow from the ground into the support tube.
- the riser is inserted segment by segment in the support tube and flanged with the support tube (or attached to the environment accordingly).
- the conveyor 8 is used with the drive shaft in the riser and brought to the final position.
- the conveyor system is preferably used in the bearing element and set in the circumferential direction. Eventually there is also a locking in the axial direction, as described above.
- the riser section is attached to the side arm, the pretensioner, if any, is mounted, and finally the drive device is mounted.
- the drive shaft is mechanically preloaded first, or else the delivery medium is conveyed, so that a pressure on the delivery device 8 is built up by the weight of the delivery medium above the delivery device 8.
- This pressure gives the drive shaft a tension that makes her run smoothly.
- vibrations during operation are mitigated solely by the conveyor medium located above the conveying medium, or even prevented.
- this can also be supported by the biasing device 15.
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Anlage (20) zum Fördern von Wasser aus Brunnen und Tiefbohrungen zur Wasserversorgung und geothermischen Nutzung von heißem Wasser oder anderen Flüssigkeiten und umfasst eine Fördervorrichtung (8) zum Fördern eines Fördermediums, eine Antriebsvorrichtung (1), die die Fördervorrichtung (8) antreibt, eine Antriebswelle (6), die die Antriebsvorrichtung (1) und die Fördervorrichtung (8) miteinander zum Antreiben der Fördervorrichtung (8) verbindet, ein Steigrohr (2), in dem zumindest die Antriebswelle (6) und die Fördervorrichtung (8) angeordnet sind, und eine Befestigungseinrichtung (10), die die Fördervorrichtung (8) in der Endposition zumindest in Umfangsrichtung festlegt, wobei die Antriebswelle (6) und die Fördervorrichtung (8) in dem Steigrohr (2) derart gelagert sind, dass diese zumindest beim Ausbau der Fördervorrichtung (8) in axialer Richtung relativ zum Steigrohr (2) frei bewegbar sind.The invention relates to a system (20) for conveying water from wells and deep wells for water supply and geothermal use of hot water or other liquids and comprises a conveying device (8) for conveying a conveying medium, a drive device (1) which controls the conveying device (8 ) drives a drive shaft (6) interconnecting the drive device (1) and the conveyor (8) to drive the conveyor (8), a riser (2) in which at least the drive shaft (6) and the conveyor (8 ), and a fastening device (10), which defines the conveying device (8) in the end position at least in the circumferential direction, wherein the drive shaft (6) and the conveying device (8) in the riser (2) are mounted such that these at least when removing the conveyor device (8) in the axial direction relative to the riser (2) are freely movable.
Description
Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Förderung von Wasser aus Brunnen und Tiefbohrungen zur Wasserversorgung und geothermischen Nutzung von heißem Wasser oder anderen Flüssigkeiten.The invention relates to a system for the promotion of water from wells and deep wells for water supply and geothermal use of hot water or other liquids.
In
Üblicherweise werden bei der Verwendung von Pumpen zur Heißwasserförderung aus tiefen Geothermalbohrungen Unterwasserkreiselpumpen verwendet. Diese Kreiselpumpen funktionieren nach dem Wirkprinzip der Dralländerung infolge der Energieübertragung auf eine Flüssigkeit durch ein rotierendes Laufrad in einem feststehenden Leitapparat. Die Bauart der Kreiselpumpen unterscheidet sich entsprechend den Anforderungen in der Konstruktion und der Stufenzahl. Alternativ zur Kreiselpumpe können bei geringeren Temperaturen jedoch auch Verdrängungs-pumpen z.B. Exzenterschneckenpumpen nach dem Moineau-Pumpenprinzip angewendet werden.Usually, when using pumps for hot water production from deep geothermal wells Underwater centrifugal pumps used. These centrifugal pumps operate on the principle of action of the swirl due to the transfer of energy to a liquid through a rotating impeller in a fixed nozzle. The design of the centrifugal pumps differs according to the requirements of the design and the number of stages. As an alternative to the centrifugal pump, however, displacement pumps, for example progressing cavity pumps according to the Moineau pump principle, can also be used at lower temperatures.
Die Steigleitung 102 besteht aus einzelnen Segmenten, die modular mit vormontierter und integrierter Pumpenvorrichtung 108 und Antriebswelle 106 jeweils aneinander angeflanscht und dann in das Stützrohr eingeführt werden. Zum Schluss wird das Steigrohr dann am Stützrohr zur Befestigung an dessen Kopf angeflanscht. Die Wellensegmente dieser standardisierten Steigrohrmodule können ferner jeweils von einem weiteren Hüllrohr (nicht gezeigt) umgeben sein um die Schmierung der Einzellagersegmente unabhängig vom axial nach oben laufenden Förderstrom zu ermöglichen. Das Schmiermittel dringt zum Teil in das Fördermedium ein, es kommt so zur Kontaminierung des Fördermediums. Die Baulänge der Steigrohrsegmente ist jeweils kürzer als 6 m. Die Anzahl der übereinander angeordneten Steigrohrsegmente ist begrenzt, so dass nur eine Gesamtlänge von ca. 400 m erreicht werden kann.The
Insbesondere bei sehr tiefen Bohrlöchern ist der Aufwand zum Aufbauen und Einsetzen solcher Förderanlagen daher sehr groß. Problematisch wird dies vor allem dann, wenn ein Teil der Förderanlage ausgetauscht werden muss, bspw. weil es verschlissen ist oder beschädigt wurde. Denn um die Pumpe oder auch Teile der Lagerung auszubauen ist immer der Ausbau der Steigrohrsegmente zusammen mit der integrierten Welle erforderlich. In diesem Fall muss die Bohrung für einen langen Zeitraum unterbrochen werden, da das Steigrohr und die im Steigrohr montierten Komponenten (Antriebswelle, Lager, Pumpe) zusammen aus dem Stützrohr herausgenommen werden müssen. Da diese Bauteile sehr oft massiv und äußerst schwere sind, werden für den Aufbau und die Demontage oft auch noch Spezialfahrzeuge benötigt.Especially with very deep holes, the cost of building and using such conveyors is therefore very large. This is particularly problematic when a part of the conveyor system has to be replaced, for example because it is worn or damaged. Because in order to remove the pump or parts of the bearing, it is always necessary to remove the riser segments together with the integrated shaft. In this case, the hole must be interrupted for a long period of time, since the riser and the in Riser mounted components (drive shaft, bearing, pump) must be removed together from the support tube. Since these components are very often massive and extremely heavy, often special vehicles are needed for the assembly and disassembly.
Um zumindest die Lagerung der Antriebswelle im Steigrohr zu vermeiden werden alternativ Unterwassermotorpumpen verwendet. Bei solchen Kreiselpumpen sind ein oder mehrere axial darunter angeordneten Elektromotoren als Antrieb vorhanden, die mit Wasser oder Öl gefüllt sind. Jedoch sind solche Unterwasserpumpen und insbesondere deren Motoren wesentlich anfälliger für Verschleiß bei Hitze, Hochspannung und Korrosion, was wiederum in Tiefbohrungen häufig vorkommt. Außerdem müssen für den Ausbau dieser Pumpen die Steigrohre ebenfalls immer mit ausgebaut werden, da die Pumpe im Steigrohr integriert ist.In order to avoid at least the storage of the drive shaft in the riser alternative underwater motor pumps are used. In such centrifugal pumps, one or more axially underlying electric motors are present as a drive, which are filled with water or oil. However, such underwater pumps and in particular their motors are much more susceptible to wear in heat, high voltage and corrosion, which in turn often occurs in deep wells. In addition, for the removal of these pumps, the riser pipes must also always be removed, as the pump is integrated in the riser.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher eine Förderanlage bereitzustellen, die nicht nur optimal für Tiefbohrungen verwendet werden kann, sondern die auch einen zuverlässigen und vergleichsweise unkomplizierten Austausch relevanter Baugruppen und Teile ermöglicht.Object of the present invention is therefore to provide a conveyor system that can not only be used optimally for deep wells, but also allows a reliable and relatively uncomplicated replacement of relevant components and parts.
Um diese Aufgabe zu lösen umfasst eine Anlage zum Fördern von Wasser aus Brunnen und Tiefbohrungen zur Wasserversorgung und geothermischen Nutzung von heißem Wasser oder anderen Flüssigkeiten die Merkmale aus Anspruch 1.In order to achieve this object, a system for conveying water from wells and deep wells for water supply and geothermal use of hot water or other liquids comprises the features of
Eine solche Förderanlage umfasst eine Fördervorrichtung zum Fördern von Wasser, eine Antriebsvorrichtung, die die Fördervorrichtung antreibt, eine Antriebswelle, die die Antriebsvorrichtung und die Fördervorrichtung zum Antreiben der Fördervorrichtung miteinander verbindet, und ein Steigrohr, und in dem zumindest die Antriebswelle und die Fördervorrichtung angeordnet sind, wobei die Antriebswelle und die Fördervorrichtung in dem Steigrohr und relativ zum Steigrohr in axialer Richtung bewegbar gelagert sind. Dadurch wird es ermöglicht die Antriebswelle und die Fördervorrichtung unabhängig vom Steigrohr aus der Pumpenanlage zu entfernen. D.h. Die Steigleitung kann nach einmaligem Einbau im Bohrloch verbleiben und der Ein - und Ausbau der Förderpumpe erfolgt mittels Herausnahme der Antriebswelle (mit Fördervorrichtung) ohne dass der gleichzeitige Ausbau der Steigleitung erforderlich wird. Dadurch kann der Austausch von Teilen der Anlage (bspw. der Fördervorrichtung) deutlich beschleunigt werden und der Stillstand der Anlage dementsprechend reduziert werden. Da ferner die Antriebswelle ohne zwischengelagerte Anbindung an verflanschte Steigrohrsegmente eingebaut ist, sondern als verschraubte Antriebswelle deren seitliche Auslenkung während der Rotation durch variable Vorspannung in Längsrichtung und bedingte Zentrierung verhindert wird kann auch auf Schmierstoffen verzichtet werden, die ansonsten in das Fördermedium entweichen können. Die Laufsicherheit wird durch eine axiale Zugkraft (das Gewicht des in das Steigrohr geförderten Fördermediums) erreicht, durch die die Antriebswelle gestreckt und langgezogen und somit gespannt wird.Such a conveyor includes a conveying device for conveying water, a driving device that drives the conveying device, a drive shaft that drives the driving device, and the conveying device for driving the conveyor device connects to each other, and a riser, and in which at least the drive shaft and the conveying device are arranged, wherein the drive shaft and the conveyor are mounted movably in the riser and relative to the riser in the axial direction. This makes it possible to remove the drive shaft and the conveyor independent of the riser from the pump system. This means that the riser pipe can remain in the borehole after a single installation and the delivery pump is installed and removed by removing the drive shaft (with delivery device) without the simultaneous removal of the riser pipe being required. This allows the replacement of parts of the system (eg. The conveyor) can be significantly accelerated and the standstill of the system can be reduced accordingly. Further, since the drive shaft is installed without intermediate connection to flanged riser segments, but as a screwed drive shaft whose lateral deflection during rotation by variable bias in the longitudinal direction and conditional centering is prevented can be dispensed with lubricants that can otherwise escape into the fluid. The running safety is achieved by an axial tensile force (the weight of conveyed in the riser medium) through which the drive shaft is stretched and elongated and thus stretched.
Vorzugsweise umfasst die Förderanlage ferner eine Lagervorrichtung, welche die Fördervorrichtung in dem Steigrohr lagert. Eine solche Lagervorrichtung ermöglicht ein präzises Positionieren der Fördervorrichtung in der Endposition in einer einfachen Weise. Insbesondere kann die Lagervorrichtung ein erstes Lagerelement, das an der Fördervorrichtung befestigt ist, und ein zweites Lagerelement umfassen, dass bewegungsfest am Steigrohr angebracht ist, wobei das erste und zweite Lagerelement zueinander axialbeweglich sind. Eine solche zweigeteilte Lagervorrichtung ist eine wenig aufwändige Konstruktion um die Lagervorrichtung sicher auszugestalten.Preferably, the conveyor system further comprises a bearing device, which supports the conveyor device in the riser. Such a bearing device enables a precise positioning of the conveying device in the end position in a simple manner. In particular, the bearing device may comprise a first bearing element, which is attached to the conveying device, and a second bearing element, which is fixedly mounted on the riser, wherein the first and second bearing element are axially movable relative to each other. Such a two-part storage device is a little expensive construction to design the storage device safely.
In der Förderanlage ist vorzugsweise die Fördervorrichtung zum Steigrohr in Umfangsrichtung drehfest montiert. Durch eine Drehfeste Montage zum Steigrohr wird die Funktion der Förderanlage sichergestellt und eine optimale Position der Förderanlage ermöglicht, so dass die Pumpe in Axialrichtung des Steigrohrs das Fördermedium (bspw. Wasser) fördern kann. Die drehfeste Montage der Lagervorrichtung im Steigrohr kann derart vorgesehen sein, dass die Lagerelemente komplementäre Vorsprünge und Aussparungen aufweisen, bspw. Führungsrippen und -nuten, so dass die Lagerelemente zueinander in Umlaufrichtung fixiert sind. Da die Lagervorrichtungen jeweils am Steigrohr und an der Fördervorrichtung befestigt sind, kann eine Relativbewegung in Umfangsrichtung zwischen der Fördervorrichtung und dem Steigrohr verhindert werden.In the conveyor system, the conveying device is preferably mounted rotationally fixed to the riser in the circumferential direction. By a rotationally fixed mounting to the riser, the function of the conveyor system is ensured and an optimal position of the conveyor system allows, so that the pump in the axial direction of the riser, the pumped medium (eg water) can promote. The rotationally fixed mounting of the bearing device in the riser can be provided such that the bearing elements have complementary projections and recesses, for example. Guide ribs and grooves, so that the bearing elements are fixed to each other in the direction of rotation. Since the storage devices are respectively fixed to the riser and to the conveyor, a relative movement in the circumferential direction between the conveyor and the riser can be prevented.
Die Pumpenanlage kann ferner einen Führungsabschnitt umfassen, der die Fördervorrichtung in ihre Arbeitsposition führt. Insbesondere kann der Führungsabschnitt in der Lagervorrichtung vorgesehen sein. Der Führungsabschnitt erleichtert das Positionieren der Fördervorrichtung und ermöglicht es zudem, die Position konkret festzulegen. Insbesondere wenn der Führungsabschnitt in der zweigeteilten Lagervorrichtung integriert ist, ist eine solche vorbestimmte Positionierung in der Endposition (die ja auch die Lagerposition ist) sehr einfach und effektiv durchzuführen.The pump system may further comprise a guide portion which guides the conveyor to its working position. In particular, the guide section may be provided in the storage device. The guide portion facilitates the positioning of the conveyor and also makes it possible to fix the position concretely. In particular, when the guide portion is integrated in the two-part bearing device, such a predetermined positioning in the end position (which is also the storage position) is very simple and effective to perform.
Der Führungsabschnitt wird vorzugsweise durch die komplementäre Vorsprünge und Aussparungen bereitgestellt wird. Dadurch wird eine einfache Konstruktion der Lagervorrichtung mit einer vielschichtigen Funktionsbündelung bereitgestellt.The guide portion is preferably provided by the complementary projections and recesses. Thereby, a simple construction of the bearing device with a multi-layered functional bundling is provided.
Bei der Förderanlage kann zwischen Antriebsvorrichtung und Antriebswelle und/oder zwischen Antriebswelle und Fördervorrichtung jeweils eine Getriebeeinrichtung vorgesehen ist. Dadurch kann eine beliebige Antriebsvorrichtung mit einer beliebigen Fördervorrichtung kombiniert werden und gleichzeitig auch die Drehzahl der Antriebswelle gesteuert werden, so dass dort weniger Schwingungen entstehen. Ein solches Reduktionsgetriebe kann selbstverständlich ebenfalls unabhängig von der Steigleitung zusammen mit der Antriebswelle und der Förderpumpe ausgebaut werden kann.In the conveyor system can be provided between the drive device and drive shaft and / or between the drive shaft and conveyor each have a transmission device. As a result, any desired drive device can be combined with any conveying device and at the same time the rotational speed of the drive shaft can also be controlled so that fewer vibrations occur there. Of course, such a reduction gear can also be removed independently of the riser together with the drive shaft and the feed pump.
Zur Vermeidung von Schwingungen der Antriebswelle kann die Antriebswelle auch im Steigrohr gelagert werden. Insbesondere Lagerkäfige sind als Lagerung in radialer Richtung geeignet. Dadurch können Schwingungen der Antriebswelle besser gedämpft und die Lebensdauer des Systems erhöht werden.To avoid vibrations of the drive shaft, the drive shaft can also be stored in the riser. In particular, bearing cages are suitable as storage in the radial direction. As a result, vibrations of the drive shaft can be better damped and the life of the system can be increased.
Vorzugsweise ist bei der Förderanlage das Lagerelement gegenüber dem Steigrohr abgedichtet ist, insbesondere mit einer Kunststoffdichtung. So wird zuverlässig eine Leckage am Lagerelement verhindert und der Wirkungsgrad der Förderanlage beibehalten.Preferably, in the conveyor system, the bearing element is sealed against the riser, in particular with a plastic seal. This reliably prevents leakage on the bearing element and maintains the efficiency of the conveyor system.
Die Antriebswelle der Förderanlage kann mechanisch vorspannbar sein. Dadurch wird eine höhere Laufsicherheit erreicht beim Anfahren der Anlage erreicht, da zu diesem Zeitpunkt das Fördermedium erst in das Steigrohr gepumpt wird.The drive shaft of the conveyor system can be mechanically prestressed. As a result, a higher running safety is achieved when starting the system, since at this time, the pumped medium is first pumped into the riser.
Die Anlage weist ferner vorzugsweise eine Verriegelungsvorrichtung auf, mittels der die Förderanlage im Steigrohr in Axialrichtung verriegelbar ist. Diese Verriegelung ist lösbar, so dass die Wartung oder der Abbau der Anlage immer noch einfach durchgeführt werden kann. Durch die Verriegelungsvorrichtung kann die Welle effektiv vorgespannt werden, was sich sehr vorteilhaft auf die Laufeigenschaften auswirkt. Insbesondere eine Verriegelungsvorrichtung, die wie ein Bajonettverschluss wirkt, ist eine einfache aber wirkungsvolle und kostengünstige Art einen solchen Verriegelungsmechanismus auszuführen.The system also preferably has a locking device by means of which the conveyor system can be locked in the riser in the axial direction. These Locking is releasable, so that the maintenance or dismantling of the system can still be easily performed. By the locking device, the shaft can be effectively biased, which has a very beneficial effect on the running properties. In particular, a locking device that acts like a bayonet lock is a simple but effective and inexpensive way to implement such a locking mechanism.
- Figur 1FIG. 1
- zeigt eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Förderanlage;shows a preferred embodiment of a conveyor system according to the invention;
- Figur 2FIG. 2
- zeigt eine Vergrößerung der Lagereinrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;shows an enlargement of the bearing device of an embodiment of the present invention;
- Figur 3FIG. 3
- zeigt eine Förderanlage aus dem Stand der Technik in einem Teilschnitt mit einer mit dem Steigrohr fest verbundenen Antriebswelle und mit einer integrierten Förderanlage.shows a conveyor system of the prior art in a partial section with a rigidly connected to the riser drive shaft and with an integrated conveyor system.
Es werden in der folgenden Beschreibung verschiedene Begriffe zur Definition von Richtungen und Lagen verwendet. "Oben" wird verwendet, um eine Richtung zu bezeichnen, die in
Der Begriff "Steigrohr" wird also prinzipiell für jedes Rohr verwendet, in dem das Fördermedium nach oben steigen kann, also zur Oberfläche gefördert wird. Dies kann somit auch die Bohrlochverrohrung (das Stützrohr) 14 selbst sein. Vorzugsweise bezeichnet der Begriff jedoch ein in der Bohrlochverrohrung 14 zusätzlich vorgesehenes Rohr 2, in dem das Fördermedium nach oben gefördert wird.The term "riser" is thus used in principle for each tube in which the fluid can rise to the top, that is promoted to the surface. This can thus also be the well casing (the support tube) 14 itself. Preferably, however, the term refers to a additionally provided in the
Die erfindungsgemäße Förderanlage besteht aus einer Antriebsvorrichtung 1, einer Antriebswelle 6 und einer Fördervorrichtung 8. Wie oben erwähnt, ist in der Regel ferner auch ein Steigrohr 2 vorgesehen, das separat vom Stützrohr 14 des Bohrlochs vorhanden ist. Prinzipiell lässt sich die vorliegende Erfindung jedoch auch mit nur einem Rohr verwirklichen, beispielsweise wenn ein Stützrohr nicht notwendig ist, wie es bei Bohrungen mit geringer Tiefe von beispielsweise 30 m möglich sein kann. Im Folgenden wird jedoch von einer Anlage ausgegangen, in der das Bohrloch selbst durch ein zusätzliches Rohr stabilisiert wird und in dem dann das Steigrohr 2 eingesetzt wird.The conveyor system according to the invention consists of a
Das Steigrohr 2 besteht je nach Bohrlochtiefe aus verschiedenen Modulen, die aneinander angeflanscht oder auf andere Art aneinander befestigt werden. In der vorliegenden Erfindung ist es denkbar, dass die einzelnen Module aneinander beim Einsetzen in das Bohrloch miteinander verschweißt werden, so dass ein einzelnes, sehr langes Rohr entsteht. Dies ist möglich, da das Steigrohr 2 nach dem Einbau im Bohrloch bzw. im Stützrohr 14 verbleiben kann und zur Wartung der Anlage 1 nicht mehr herausgenommen werden muss. Das Steigrohr 2 wird dann am Stützrohr 14 angeflanscht, wodurch es zur Umgebung bewegungsfest gemacht wird. Das Steigrohr 2 kann aber auch anders befestigt werden, beispielsweise über eine eigene Lagerung oder Verankerung im Boden, so dass es zur Umgebung fixiert wird. Am oberen Ende des Steigrohrs, insbesondere in einem Bereich, der sich außerhalb des Bohrlochs befindet, kann ein Auslaufrohr 3 vorgesehen sein, bei dem das Fördermedium aus einem Seitenarm 3 des Steigrohrs herausgeführt wird. Das untere Ende des Steigrohrs 2 ist entweder offen ausgeführt oder das Steigrohr 2 weist Öffnungen in der Seite auf, so dass das Fördermedium ungehindert in das Steigrohr einfließen und von dort gefördert werden kann. Gleiches gilt für das Stützrohr 14.The
Die Antriebsvorrichtung kann eine beliebige Antriebsvorrichtung sein, vorzugsweise ein (Elektro- ) Motor, der auf die jeweilige Belastung abgestimmt ist. Sie Antriebsvorrichtung 1 kann auch zur Anpassung von Förderleistung und Druck eine variable Drehzahl aufweisen, zum Beispiel indem sie durch Einsatz eines Frequenzumrichters betrieben wird. Die Antriebsvorrichtung 1 ist vorzugsweise über eine Drehmomentaufnahme 7 am Steigrohr befestigt, so dass das Drehmoment des Motors 1 auch auf die Antriebswelle 6 übertragen werden kann. Hier ist die Drehmomentaufnahme 7 an einem Zwischenrohr 17 motorseitig und ebenfalls am Steigrohr befestigt (z.B. verscheißt, verschraubt, o.ä.). Die Antriebsvorrichtung kann aber auch anders zur Umgebung befestigt werden, so dass sie nicht um sich selbst rotiert wenn sie die Antriebswelle antreiben soll. Weiter vorzugsweise ist das Zwischenrohr zumindest axial zum Steigrohr 2 bewegbar. Hier ist das Zwischenrohr 17 über zwei Dichtungen 11a, 11b zur Antriebswelle 6 (z.B. mit Dachmanschetten) und zum Steigrohr 2 (z.B. mit einem oder mehreren Dichtringen) abgedichtet. Die Förderanlage 20 kann auch eine Anhebevorrichtung 15 aufweisen, die vorzugsweise als eine Vorspanneinrichtung für die Antriebswelle 6 verwendet wird und mit der die Antriebswelle 6 in Axialrichtung angehoben werden kann. Insbesondere im Zusammenspiel mit einer später beschriebenen Befestigungseinrichtung kann die Antriebswelle 6 mechanisch vorgespannt werden und somit unempfindlicher gegen Schwingungsaufbau gemacht werden. Insbesondere beim Anfahren der Anlage ist dies vorteilhaft. Vorzugsweise ist die Drehmomentaufnahme 7 auch in der Anhebevorrichtung 15 vorgesehen, um Platz und Kosten zu sparen.The drive device may be any drive device, preferably an (electric) motor, which is tuned to the respective load. The
Die Antriebswelle 6 ist vorzugsweise ebenfalls in Segmente unterteilt und modular aufgebaut. Die einzelnen Segmente der Antriebswelle 6 können , mit einem Gewinde, das direkt in die Welle eingebracht ist, miteinander verschraubt und somit verbunden werden, können jedoch auch über Verbindungsflansche miteinander verbunden werden oder auch über Kardangelenkte gekoppelt sein. Die Antriebswelle 6 ist vorzugsweise als Hohlwelle ausgebildet (dargestellt durch die gestrichelte Linie in, so dass zum Einen Gewicht gespart werden kann und zum Anderen eine einfache Möglichkeit besteht Leitungen zur Fördervorrichtungen zu verlegen. Bspw. können mit solchen Leitungen hydraulische, elektrohydraulische, elektronische oder elektromagnetische Funktionen an der Fördervorrichtung 8 betätigt werden.The
Die Fördervorrichtung 8 kann eine beliebige Pumpe sein, beispielsweise eine Kreiselpumpe oder eine rotierende Verdrängungspumpe, wie eine Exzenterschneckenpumpe nach dem Prinzip der Moineau-Pumpe. Die Fördervorrichtung 8 ist mit einer Befestigungseinrichtung 10 derart im Steigrohr 2 befestigt, dass sie in Umfangsrichtung fixiert ist, sich aber in Axialrichtung bewegen kann oder zumindest in eine Position gebracht werden kann, in der sie in Axialrichtung aus dem Steigrohr 6 herausgenommen werden kann, ohne dieses ebenfalls ausbauen zu müssen. Dies kann beispielsweise durch eine an der Pumpe vorgesehene Fixierungseinheit geschehen, die beispielsweise durch ein Signal einer Steuereinheit elektrisch, elektromagnetisch, elektrohydraulisch oder hydraulisch Bremsbacken (nicht gezeigt) gegen das Steigrohr pressen kann, so dass die Fördervorrichtung 8 in ihrer Position festgelegt ist. Zusätzlich kann das Steigrohr an einer vorbestimmten Position eine sich von oben nach unten erweiternde konische Form aufweisen, so dass die Backen eine selbstverstärkende Klemmfunktion aufweisen, wenn die Antriebswelle 6 zusammen mit der Fördervorrichtung 8 nach oben gezogen wird. Eine andere Möglichkeit sind Bolzen, die sich in Radialrichtung ausfahren lassen und die Fördervorrichtung 8 ebenfalls in Umfangs- und Axialrichtung festlegen.The conveying
Vorzugsweise ist jedoch in einem Steigrohrsegment eine Lagervorrichtung 10 an einer vorbestimmten Position vorgesehen, die mit der Fördervorrichtung 8 zusammenwirkt und die Fördervorrichtung 8 im Steigrohr 2 lagert. Ein solches Lagerelement sollte die Fördervorrichtung 8 in Umfangsrichtung festlegen. In der konkret in
Die Vorsprünge bzw. die Wände der Nuten können auf der Oberseite (Steigrohr), bzw. Unterseite (Fördervorrichtung 8) auch in Radialrichtung geneigte Enden 16 aufweisen. Diese können zur Radialzentrierung der Förderanlage dienen, indem sie beispielsweise einen ringförmigen Abschnitt 9 am unteren Ende der Förderanlage zur Mitte hin ablenken.The projections or the walls of the grooves can also have ends 16 which are inclined in the radial direction on the upper side (rising tube) or underside (conveying device 8). These can serve for Radialzentrierung the conveyor system, for example, by deflecting an annular portion 9 at the lower end of the conveyor towards the center.
Es ist ferner möglich einen Verriegelungsmechanismus für die Fördereinrichtung 8 bereitzustellen, der auch eine Bewegung in Axialrichtung nach oben verhindert. Dies kann einfach durch das Prinzip eines Bajonettverschlusses verwirklicht werden, d.h. dass die Aussparung bzw. Nut 13 im ersten Lagerelement 10a u-förmig ausgebildet ist und der Vorsprung 12 entlang dieser u-Nut geführt wird. Dabei wird der Vorsprung 12 der Fördereinrichtung 8 bis an einen unteren Anschlag der Nut geführt, dann der Vorsprung 12 entlang des Nutgrundes durch Drehen der Fördereinrichtung 9 entlanggeführt und abschließend wieder nach oben gegen einen Anschlag gehoben. Ein solcher Mechanismus wird bspw. auch als Bajonettverschluss bezeichnet, bei dem die Aussparung 13 dann sozusagen ein Bewegungsfreiraum zum Ver- und Entriegeln ist. Ebenfalls können aber an den beiden Lagerelementen 10a, 10b jeweils hakenförmige Rippen vorgesehen sein, die ineinander eingehakt werden können. Zur Unterstützung des Anhebens der Fördervorrichtung kann ein hydraulischer oder elektromagnetischer Hebemechanismus dienen (nicht gezeigt), der im Steigrohr 2 unter der Lagereinrichtung 10 und unter der Fördervorrichtung 8 vorgesehen ist. In der vorliegenden Ausführungsform ist eine Anhebevorrichtung 15 aber am oberen Ende der Antriebswelle 6 vorgesehen, die dann auch als Vorspanneinrichtung verwendet werden kann.It is also possible to provide a locking mechanism for the
Es ist selbstverständlich möglich, die Aussparungen an der Fördervorrichtung 8 und die Vorsprünge am Steigrohr 2 vorzusehen und die entsprechende oben beschriebene Konstruktion zur Axialverriegelung entsprechend zu modifizieren.It is of course possible to provide the recesses on the
Vorzugsweise befindet sich unterhalb der Lagereinrichtung 10 ein Ringabschnitt 9. Dieser Ringabschnitt kann direkt an die Lagereinrichtung 10 angrenzen, wie es in den
Die Antriebswelle kann im Steigrohr zusätzlich gelagert sein, auch wenn dies nicht unbedingt notwendig ist. Eine solche Lagerung kann mittels Lagerkäfigen durchgeführt werden, die die Antriebswelle in Radialrichtung gegenüber dem Steigrohr lagern und Schwingungen abmildern oder verhindern können. Die Lagerkäfige sind jedoch axial nicht im Steigrohr festgelegt, damit die Lager Antriebswelle 6 zusammen mit der Fördervorrichtung 8 aus dem Steigrohr heraus werden kann. Die Antriebswelle 6 ist vorzugsweise auch direkt hinter der Antriebsvorrichtung 1mit entsprechenden Lagern gelagert.The drive shaft can be additionally stored in the riser, even if this is not absolutely necessary. Such storage can be carried out by means of bearing cages, which store the drive shaft in the radial direction relative to the riser and can mitigate or prevent vibrations. However, the bearing cages are not fixed axially in the riser so that the bearing
Die Förderanlage kann an der Fördervorrichtung 8 ein Getriebe 19 aufweisen, mit dem die Drehzahl und das Drehmoment der Antriebswelle 6 auf die Fördervorrichtung 8 eingestellt werden, d.h., das Drehmoment und die Drehzahl werden auf die Fördervorrichtung 8 angepasst. So kann beispielsweise die Antriebswelle 6 mit einer sehr geringen Drehzahl laufen, was sich wiederum positiv auf entstehende Schwingungen auswirkt. Eine zusätzliche Getriebevorrichtung (nicht gezeigt) zwischen Antriebsvorrichtung 1 und der Antriebswelle 6 vorgesehen sein. So kann auch eine beliebige Antriebsvorrichtung verwendet werden, weil die jeweilige Leistung durch das Getriebe passend umgewandelt werden kann.The conveyor may have on the
Der Aufbau einer Anlage erfolgt folgendermaßen: Zuerst wird ein Bohrloch in der gewünschten Tiefe in den Boden eingebracht und das Loch mit einem Stützrohr gesichert. Dieses Stützrohr weist vorzugsweise im unteren Bereich Löcher auf, so dass das zu fördernde Medium aus dem Grund in das Stützrohr fließen kann. Dann wird segmentweise das Steigrohr in das Stützrohr eingesetzt und mit dem Stützrohr verflanscht (oder entsprechend an der Umgebung befestigt). Dann wird die Fördervorrichtung 8 mit der Antriebswelle in das Steigrohr eingesetzt und bis in die Endposition gebracht. Dabei wird vorzugsweise die Förderanlage im Lagerelement eingesetzt und so in Umfangsrichtung festgelegt. Eventuell erfolgt auch eine Verriegelung in Axialrichtung, wie es oben beschreiben ist. Dann wird vorzugsweise der Steigleitungsbereich mit dem Seitenarm angefügt, die Vorspanneinrichtung, so eine vorhanden ist, montiert und als letztes die Antriebsvorrichtung aufgesetzt.The construction of a plant is as follows: First, a hole in the desired depth is introduced into the ground and secured the hole with a support tube. This support tube preferably has holes in the lower region, so that the medium to be pumped can flow from the ground into the support tube. Then the riser is inserted segment by segment in the support tube and flanged with the support tube (or attached to the environment accordingly). Then the
Nun wird entweder die Antriebswelle zuerst mechanisch vorgespannt oder auch gleich das Fördermedium gefördert, so dass durch das Gewicht des Fördermediums über der Fördervorrichtung 8 ein Druck auf die Fördervorrichtung 8 aufgebaut wird. Durch diesen Druck erhält die Antriebswelle eine Spannung, die sie ruhig laufen lässt. So werden Schwingungen im Betrieb alleine durch das über der Förderanlage befindliche Fördermedium abgemildert, oder sogar verhindert. Selbstverständlich kann dies ebenfalls durch die Vorspanneinrichtung 15 unterstützt werden.Now, either the drive shaft is mechanically preloaded first, or else the delivery medium is conveyed, so that a pressure on the
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