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Tauchpumpe mit Membrankolbenantrieb Die Erfindung betrifft eine Tauchpumpe
mlit Membrankolbenantrieb für die Förderung .aus Tiefbohrlöchern, bei der zwischen
einer die Pumpenkammer abschließenden Fördermembran und dem Pumpenkolben eine mit
Arbeitsflüssigkeit vollständig angefüllte Arbeitskammer vorgesehen ist, deren Flüssigkeitsfüllung
ein Ventilschieber einregelt, welcher mit der Membran verbunden ist und in Abhängigkeit
von der Membranstellung eine Abflußleitung oder eine Zuflußleitung zwischen der
Arbeitskammer und einem Speicherraum öffnet.
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Für die Pumpen der vorgenannten Art ist es bereits bekannt, zur Kompensation
der Leckverluste in der Arbeitskammer über Rückschlagventile beim Saughub des Kolbens
Arbeitsflüssigkeit nachzuliefern. Es ist weiter vorgeschlagen worden, die Flüssigkeitsfällung
der Arbeitskammer durch einen Ventilschieber zu regeln, der mit der Membran verbunden
ist und @in Abhängigkeit von der Membranstellung eine Abflußleitung oder eine Zuflußleitung
zwischen der Arbeitskammer und einem Speicherraum öffnet.
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Bei -derartigen Pumpen, die als Tauchpumpen für die Förderung aus
Tiefbohrlöchern verwendet werden, ergeben sich nun gewisse Schwierigkeiten bei der
Abdichtung des Pumpenaggregates gegen das Eindringen der umgebenden Flüssigkeit,
da zwischen dem Inneren des Pumpenaggregates und.der umgebenden Flüssigkeit im Bohrloch
ein relativ hoher Differenzdruck herrschen kann. Ferner muß eine derartige Pumpe
nicht nur die geodätische Förderhöhe, d. h. die Förderhöhe vom Flüssigkeitsspiegel
aus gerechnet, sondern die gesamte Förderhöhe oberhalb der getauchten Pumpe überwinden.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die durch die Druckdifferenz
zwischen der die Pumpe umgebenden Flüssigkeit und der Flüssigkeit im Inneren des
Pumpenaggregates entstehenden Nachteile zu beseitigen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß
dadurch gelöst, daß der Speicherraum im Inneren der Pumpe über eine besondere Membran
vom Außendruck der zu fördernden Flüssigkeit beaufschlagt wird.
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Dabei nimmt die druckausgeglichene Membran gleichzeitig die Volumenvergrößerungen
der ölfüllung auf, die bei Erwärmung durch höhere Umgebungstemperatur oder durch
die Erwärmung des Motors auftreten können.
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Wird die Pumpe mit der Ausgleichsmembran gemäß der Erfindung stillgesetzt,
so kann die Arbeitsmembran nicht durch den durch das Saugventil eintretenden Zulaufdruck
nach unten gepreßt werden, wie es bei einem nicht druckausgeglichenen Aggregat der
Fall ist. Diie Membran bleibt vielmehr in ihrer mittleren Lage stehen, da sie der
Zulaufidruck über die Ausgleichsmembran auch von unten beaufschlagt. Gemäß einem
weiteren Kennzeichen der Erfindung sind in den mit dem Speicherraum verbundenen
Leitungen in an sich bekannter Weise Rückschlagventile vorgesehen.
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Sind in einem Pumpenaggregat eine Mehrzahl von Pumpenkolben und Arbeitsmembranen
kombiniert, erhält erfindungsgemäß jede einzelne Pumpe ein eigenes Steuerorgan für
den Volumenausgleich. Es wird für alle Einzelpumpen ein gemeinsamer Speicherraum
vorgesehen.
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Es können auch in an sich bekannter Weise der Motor und das Getriebe
der Pumpe im Speicherraum angeordnet werden.
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Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der
nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung, in der als Ausführungsbeispiel der
Erfindung eine Tieftauchpumpe in axialem Schnitt schematisch dargestellt ist.
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Bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel enthält
das Pumpenmantelrohr 1 ein zylindrisches Gehäuse 2, an das sich über ein Zwischenstück
3 die Förderleitung 4 anschließt. In einer Querbohrung des Gehäuses 2 ist in Kugellagern
5 und 6 eine Exzenterwelle ? gelagert, die ihren Antrieb über Kegelräder 8 und 9
von der Welle 10 eines ebenfalls im Mantelrohr l eingebauten Elektromotors 32 erhält.
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Die Exzenterwelle 7 veranlaßt entgegen der Wirkung einer Feder 11
und unter Vermittlung eines Stößels 12 die axiale Verschiebung des Pumpenkolbens
13, der seine Bewegungen über eine Arbeitsflüssigkeit auf die zwischen dem Gehäuse
2 und dem Zwischenstück 3 eingespannte Arbeitsmembran 14 überträgt. Die Membran
14 trennt die Pumpenkammer 15 von den durch Kanäle 18 verbundenen, Arbeitsflüssigkeit
enthaltenden Kammern 16 und 17 und schützt die arbeitenden Teile der Pumpe und deren
Antrieb vor Verunreinigung durch das Fördergut.
Die Pumpenkammer
15 ist über die Bohrung 19 und das Druckventil 20 mit der Förderleitung 4 verbunden
und nimmt das Fördergut auf, welches über das Schutzsieb 21, die Zuflußleitung 22
und das Saugventil 23 in die Pumpenkammer 15 eingetreten ist.
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Der Raum 24 dient als Speicher- und Ausgleichsbehälter für die Arbeitsflüssigkeit,
in der auch die Antriebsteile des Kolbens 13 laufen. Die Membranen 25 übertragen
erfindungsgemäß den Außendruck auf die gespeicherte Arbeitsflüssigkeit.
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Zur Verbindung des Speicherraumes 24 mit den Kammern 16 und 17 sind
die Zuflußleitung 26 und die Abflußleitung 28 vorgesehen. Die oberen Mündungen dieser
Leitungen steuert der Kolben 30, der über den Schaft 31 bewegungsabhängig an die
Membran 14 angeschlossen ist. Hierbei kann der Schaft 31 mit dem Kolben 30 und bzw.
oder der Membran 14 über Ausgleichsgelenke verbunden sein.
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Die Leitungen 26 und 28, deren Anzahl beliebig gewählt werden kann,
sind mit Rückschlagventilen 27 und 29 ausgestattet. Ihre oberen Mündungen sind in
der Bahn des Kolbens 30 derart angeordnet, daß dieser mit seiner einen Steuerkante
über die Leitung 26 und das Rückschlagventil 27 den Zufluß zu den Kammern 16 und
17, mit der anderen Steuerkante über die Leitung 28 und das Rückschlagventil 29
den Abfluß aus diesen Kammern freigibt.
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Unter normalen Verhältnissen schwingt die von der Exzenterwelle 7
aus über den Stößel 12 und den Kolben 13 unter Vermittlung der in den Räumen 17
und 16 eingeschlossenen Arbeitsflüssigkeit bewegte Membran 14 aus der gezeichneten
Mittellage heraus zwischen den Kammern 16 und 15. Der mit der Membran 14 bewegungsabhängig
verbundene Kolben 30 hält dabei die ihm zugeordneten Mündungen der Leitungen 26
und 28 geschlossen und trennt dadurch die Kammern 16 und 17 von dem Speicherraum
24.
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Eine z. B. durch Leckverluste über die Stößel-oder Kolhenführung entstehende
Verminderung des zwischen dem Kolben 13 und der Membran 14 eingeschlossenen Volumens
der Arbeitsflüssigkeit verlagert die Mittelstellung und den Schwingungsbereich der
Membran 14 weiter in die Kammer 16 hinein. An dieser Verlagerung nimmt gleichzeitig
und in gleichem Maße der Steuerkolben 30 teil. Er legt dann die Mündung der Leitung
26 frei und ermöglicht es der im Speicherraum 24 enthaltenen, über die Membran 25
unter dem Außendruck stehenden Arbeitsflüssigkeit, unter Öffnung des Rückschlagventils
27 den Ausgleich der Volumenverminderung in den Kammern 16 und 17 zu bewirken.
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In entsprechender Weise gibt der Kolben 30 die Mündung der Leitung
28 frei, sobald die Membran 14 infolge einer Vergrößerung des Volumens der Arbeitsflüssigkeit
in Iden Kammern 16 und 17 ihre Mittelstellung und ihren Schwingungsbereich zur Pumpenkammer
15 hin verlagert. Die unerwünschte Überfüllung der Kammern 16 und 17 wird dann über
das Rückschlagventil 29 zum Speicherraum 24 hin ausgeglichen. Der Ausgleich des
Volumens der Arbeitsflüssigkeit setzt unverzüglich ein, sobald die Membran 14 ihren
Schwingungsbereich nach der einen oder anderen Seite hin um den Betrag verlagert,
der den Kolben 30 in seine die Leitung 26 oder 28 freiliegende Stellung bringt.
Ebenso wird die Verbindung zwischen den Kammern 16, 17 einerseits und dem Speicherraum
24 andererseits sofort unterbrochen, wenn die Membran nach Herstellung des Volumenausgleichs
in ihren normalen Schwingungsbereich zurückkehrt.
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Bei Mehrkol@benpumpen mit achsparallelen Einzelkolben wird für diese
Kolben vorteilhaft ein gemeinsamer Taumelscheibenantrieb vorgesehen. Da hierbei
die einzelnen Kolben finit Phasenverschiebung arbeiten, werden auf diese Weise unerwünschte
Veränderungen im Volumen der Flüssigkeit vermieden, die im Getrieberaum der Pumpe
eingeschlossen ist. Die gleiche Wirkung ergibt sich auch, wenn die Einzelpumpen
mit ihren Kolben in Boxeranordnung arbeiten und einen gemeinsamen Antrieb z. B.
von einem Exzenter erhalten. Die Arbeitsmembranen von Mehrfachpumpen werden zweckmäßig
in zur Längsachse des Pumpengehäuses parallelen Ebenen und um diese Achse verteilt
angebracht.