DE69113587T2 - Mehrstufige Pumpe, insbesondere bestimmt zur Förderung einer mehrphasigen Flüssigkeit. - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft allgemein mehrstufige Pumpen mit einem Rotor großer Länge, der mit Flügeln ausgestattet ist, sie betrifft insbesondere Axialpumpen oder Schrauben-Axialpumpen zum Pumpen von zweiphasigen Flüssigkeiten. Beispielsweise kann man das Pumpen eines Fluids erwähnen, welches sich aus einem Gemisch aus Erdöl und Erdöl-Gas bei der Ausbeutung von Ölvorkominen, insbesondere Vorkommen unter dem Meer, zusammensetzt.
STAND DER TECHNIK
• Bei der Realisierung eines jüngeren Verfahrens zum Ausbeuten von unter dem Meer gelegenen Lagerstätten werden die abgezogenen Flüssigkeiten, die gleichzeitig flüssiges Erdöl und Erdöl-Gas enthalten, nicht mehr auf eine in unmittelbarer Nähe installierte Plattform gefördert, sondern direkt zur Küste hin oder zu einer Plattform hin befördert, die in einiger Entfernung gelegen ist. Diese abgezogenen Fluide setzen sich zusammen aus einem mehrphasigen Fluid, so daß der Einsatz von Motorpumpensätzen erforderlich ist, die in der Uige sind, direkt von der Lagerstätte einige zehn Kubikimeter Förderfluid pro Stunde abzuziehen.
• Zu diesem Zweck setzt man mehrstufige Pumpen für Doppel- oder mehrphasige Stoffe ein, um die es sich bei Erdöl-Förderfluiden handelt.
• Gemäß Fig. 2 werden solche Pumpen gebildet durch einen Rotor mit einer Hauptweile 100, auf der Vortreiber 102 befestigt sind.
• Wie in Fig. 2 dargestellt ist, erfolgt die Befestigung jedes Vortreibers 102 mit Hilfe einer Keilverbindung 106, die in einen zu diesem Zweck in der Hauptwelle 100 ausgebildeten Spalt eingeführt ist. Dies bedingt eine präzise Ausführung der Ausbildung des Innendurchmessers des Vortreibers 102 in Bezug auf den Außendurchmesser der Welle 10.
• Diese Präzisionsarbeit ist relativ teuer. Die Lagerung ermöglicht ein Auseinandernehmen des Rotors, was aber wieder zu der Schwierigkeit führt, den Rotor nach einem Austausch der Vortreiber auszuwuchten. Die Erfindung zielt darauf ab, diese Unzulänglichkeit dadurch zu vermeiden, daß eine mehrstufige Pumpe mit einem anderen Rotor-Konzept vorgeschlagen wird.
• Andererseits ist in der US-A-2 376 528 eine Pumpe beschrieben, deren Rotor durch eine einzige dauerhafte Anordnung gebildet wird. Allerdings ist diese Pumpe vom Zentrifugal- und nicht vom Axial-Typ. Deshalb ergibt sich das Montageproblem für den Rotor nicht; denn der maximale Durchmesser des Rotors ist geringer als der minimale Durchmesser des Stators.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
• Das Hauptziel der Erfindung ist eine Mehrphasen-Pumpe, welche aufweist:
• - einen Hauptkörper, an dessen beiden äußeren Enden ein Eingangsflansch bzw. ein Ausgangsflansch befestigt ist;
• - eine in dem Hauptkörper gelagerte Welle, auf der Vortreiber angebracht sind;
• - Leitelemente, die im Inneren des Hauptkörpers befestigt und abwechselnd mit den Vortreibern angeordnet sind.
• Erfindungsgemäß bilden die Welle und die Vortreiber einen unabhängig ausgebildeten einstückigen Bausatz, und jedes Leitelement wird gebildet durch zwei Halbkränze, die in den Ringraum eingesetzt sind, welcher zwei Vortreiber voneinander trennt, und wird in der axialen sowie Ring- Position mit Hilfe von Ringkörpern gehalten, deren Aufeinanderstapelung den Hauptkörper der Maschine bildet. Dieser einstückige Aufbau des Stators ermöglicht eine einfache Montage und eine präzise Wuchtung der durch die Welle und die Vortreiber gebildeten Garnitur, die den Pumpenrotor darstellt. Darüberhinaus wird der Mittelteil des Hauptkörpers durch mindestens ebensoviel Ringkörper gebildet, wie es Stufen gibt.
• Gemäß einer ersten Ausführungsform der Pumpe wird der aus der Welle und den Vortreibern gebildete Bausatz aus einem einzigen und zusammenhängenden Stück gearbeitet, aus dem die Vortreiber durch spanabhebende Bearbeitung ausgeformt werden.
• In einer zweiten Ausführungsform der Pumpe werden die Vortreiber durch auf die Welle aufgeschrumpfte Kränze gebildet.
• Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die den Hauptkörper bildenden Ringkörper zwischen dem Eingangs- und dem Ausgangsflansch mit Hilfe von diese Flansche verbindenden Bolzen in ihrer Lage gehalten.
• Vorzugsweise ist die Welle ein Rohr und wird an den Enden von zwei Lagerständern abgeschlossen, die die drehfreie Lagernng der Welle in dem Hauptkörper mittels Lagern ermöglichen.
• Die erfmdungsgemäße Pumpe ist speziell ausgebildet zum Pumpen von zweiphasigen Strömungsmitteln.
• Die Erfindung und ihre sämtlichen technischen Besonderheiten verstehen sich besser durch die Lektüre der beigefügten Beschreibung.
• LISTE DER FIGUREN
• Zu der Beschreibung gehören verschiedene Figuren. Es zeigen:
• Fig. 1 die eifindungsgemäße Pumpe im Schnitt;
• Fig. 2 den Aufbau der Welle von mehrstufigen Doppelphasen- Pumpen gemäß dem Stand der Technik;
• Fig. 3a und 3B den Aufbau der Pumpenwelie gemäß der Erfindung;
• Fig. 4 einen Teil der Pumpe in detaillierter Schnittansicht, um deren Montage zu erläutern;
• Fig. 5 eine auseinandergezogene schematische Ansicht der Montage der Leiteiemente um die erfindungsgemäße Pumpenwelle herum.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG EINER AUSFUHRUNGSFORM DER ERFINDUNGSGEMÄßEN PUMPE
• Gemäß Fig. 1 enthält die erfindungsgemäße Pumpe einen Pumpenkörper 2, bei dem es sich um einen Zusammenbau in Form eines Zylinders über den Hauptteil seiner Lange handelt. Der Rotor der Pumpe wird im wesentlichen gebildet durch eine Welle 10, die drehbar um die Längsachse 1 des Körpers 2 gelagert ist. Letzterer ist an seinen Enden durch Flansche (in Form eines Eingangsflansches 6 und eines Ausgangsflansches 20) verschlossen. Um das Gewicht des Rotors zu minimieren, hat die Welle 10 die Form eines Rohrs. Dessen zwei Enden werden durch zwei Lagerkörper 16 und 18 gebildet, mit deren Hilfe die Welle 10 drehbar in dem Körper 1 über zugehörige Lager 17 und 19 gelagert ist.
• Die Pumpenanordnung wird mit Hilfe von Bolzen 4 zusammengehalten, die in einen Befestigungsring 8 eingeschraubt sind, und die mit Hilfe einer Mutter 5 angezogen sind, welche gegen den Eingangsflansch 6 anliegt.
• Vervollständigt wird die Pumpe in vorteilhafter Weise an einem Ende durch ein Gehäuse, welches durch einen Ringkörper 22 und den Befestigungsring 8 gebildet wird, und an dessen Innendurchmesser die Außenmontage des Lagers 15 und des Widerlagers 19 dieses Endes erfolgen kann. An dem anderen Ende kann die Pumpe durch einen Spitzkegel 24 abgeschlossen sein, der bezüglich der Achse 1 der Pumpe zentriert ist. Auf dem Innendurchmesser dieses Spitzkegels kann sich der Außenring des Lagers 17 abstützen, welches zu diesem Ende gehört.
• Die Triebkraft wird dem Fluid von der Pumpe über die Vortreiber 12 vermittelt, die einstückig mit der Welle 10 ausgebildet sind, sowie mit Hilfe von Leitelementen 14, die einstückig mit dem Körper 2 angeordnet sind und derart plaziert sind, daß sie zwischen den Vortreiber 14 liegen. Der Kanal, welcher durch das Intervall zwischen dem durch die Welle 10 und die Vortreiber 12 gebildeten Rotor einerseits und andererseits den durch den Körper 2 und die Leitelemente 14 gebildeten Stator erzeugt wird, begrenzt den Lauf des die Pumpe durchströmenden Fluids.
• Der Ausgangsflansch 20 enthält einen Hohlraum 26 am Ausgang des Kanals in einer derartigen Anordnung, daß das vorgetriebene Fluid aufgenommen wird und dann mit Hilfe einer Ausgangsleitung 28 abgezogen werden kann.
• In Fig. 1 sind die Vortreiber 12 des zum Stand der Technik gehörigen Rotors mit durchgehender Schraffur so dargestellt, daß sie integraler Bestandteil der Welle 10 sind. Damit ist die Rotoranordnung einstückig ausgebildet und nicht auseinandernehmbar. Wenn der Rotor erst einmal drehbar um eine Drehachse gelagert ist, ist es anschließend möglich, ihn dynamisch und statisch auszuwuchten, wobei diese Wuchtung für die gesamte Lebensdauer des Rotors erhalten bleibt.
• Bezugnehmend auf Fig. 3A erfolgt die Anbringung der Vortreiber 12A auf der Welle 10A dadurch, daß man einen vorbestimmten Außendurchmesser der Welle 10 erhält und jenen Vortreiber 12A auf einen Durchmesser aufbohrt, der dem Außendurchmesser der Welle 10 genau entspricht, damit jeder Vortreiber 12 im Zuge einer Heißbandagierung, während der die Vortreiber 12 aufgeweitet werden, durch Aufschieben auf die Welle 10 montiert werden kann. Das Abkühlen der Vortreiber gewährleistet somit ihre endgültige Fixierung.
• Dieser Aufbau in einem Block ermöglicht es, daß der Rotor nach seinem Wuchten Drehzahlen erreicht, die über jenen eines Rotors liegen, bei dem die Vortreiber durch Verkeilung angebracht sind, ohne daß Vibrationen entstehen. Man beachte, daß Drehzahlen bis zu 7000 Umdrehungen pro Minute mit Hilfe einer derartigen Hohlwelle erreicht werden können, deren Außendurchmesser in der Größenordnung von 240 mm liegt.
• Man beachte außerdem, daß der Aufbau einer rohrförmigen Welle eine beträchtliche Gewichtseinsparung gestattet, wobei aber gleichzeitig ein bedeutendes Trägheitsmoment bei der Drehung bezüglich der Längsachse beibehalten wird.
• Die Anbringung der Lagerkörper 16 und 18 kann ebenfalls durch Aufschrumpfen erfolgen.
• Bezugnehmend auf Fig. 38, können die Vortreiber 128 teilweise integraler Bestandteil der Welle 10B sein. In diesem Fall werden sie durch spanabhebende Bearbeitung eines dicken Rohrs erhalten, dessen Anfangsdurchmesser größer ist als der Außendurchinesser der Vortreiber 12B. Der auf diese Weise gebildete Rotor hat offensichtlich einen einstückigen Aufbau mit den gleichen Vorteilen wie der in Verbindung mit Fig. 3A beschriebene Rotor.
• Der Körper 2 der Pumpe wird vorzugsweise aus Ringkörpern 3 gebildet, die von den Bolzen 4 zusammengehaften werden.
• Bezugnehmend auf FIg. 4 bietet das Konzept der efflndungsgemäßen Pumpe zahlreiche Vorteile bei der Montage.
• Diese Figur zeigt das untere Ende der Pumpe mit dem drehbar in dem letzteren Ringkörper 30 des Stapels des Körpers 2 mit einem Lager gelagerten Rotor. Der Außenring dieses Lagers liegt an dem genannten Ringkörper 30 an, der Innenring des Lagers liegt an einer Hülse 32 an, die auf den Lagerkörper 16 aufgeschrumpft ist. Der Spitzkegel 24 bildet einen Deckel für die Anordnung.
• Erfindungsgemäß werden die Leitelemente 14 jeweils durch zwei Halb- Leitelemente 14a und 14B gebildet, die jeweils die Form eines Halbkreises besitzen. Dies macht es möglich, jedes Leitelement dadurch zu montieren, daß man von der einen oder der anderen Seite der Welle 10 her die jeweiligen Halb-Leitelemente 14A und 14B anordnet, um sie in Richtung auf die Welle 10 zu bewegen, wie dies durch horizontale Pfeile in der Figur dargestellt ist. Somit wird jedes Leitelement zwischen zwei Vortreiber 12 eingefügt. Dieser Vorgang ist noch besser in Fig. 5 dargestellt, wo lediglich die Halb-Leftelemente 14A und 14B in ihrer Stellung dargestellt sind, aus der heraus sie zwischen die Vortreiber 12 eingesetzt werden können. Diese Figur zeigt außerdem die den Pumpenkörper 2 bildenden Ringkörper 3.
• Wenn nach der Montage der Rotor zu einem einstückigen Gebilde zusammengebaut ist, wird er von den Leitelementen 14 umgeben, die von den Ringkörpern 3 in der soeben beschriebenen Weise gehalten werden.
• Anschließend wird die Anordnung, die durch den mit den Ringkörpern 3 vervollständigten und die Leitelemente 14 enthaltenden Rotor gebildet wird, vertikal mit Hilfe der entsprechenden Lager an den Endstücken 6 und 8 montiert. Dann wird ein Ringkörper 3 auf den Rotor aufgeschoben, welcher sich an dem vorhergehenden anlegt und sich auf diesen zentriert sowie die zwei Halb-Leitelemente in ihrer Lage fixiert. Dieser Ringkörper 3 verhindert eine Drehung des entsprechenden Leitelements 14 mit Hilfe einer Winkel-Verriegelung. Diese Art der Montage ist ebenso einfach wie sicher.
• Der Aufbau des Rotors gestattet die Erzielung von Drehzahlen bis zu 7000 Umdrehungen pro Minute, ohne die kritische Maximalgeschwindigkeit des Rotors mit 12 bis 15 Stufen zu überschreiten, was die erfindungsgemäße Pumpe besonders geeignet macht zum Fördern von Rohöl in Form einer flüssigen und einer gasförmigen Phase bei beträchtlichen Durchsätzen.

Claims (6)

1. Mehrstufige Axialpumpe, umfassend:

- einen an seinen beiden Enden mittels Eingangsflansch (6) bzw. Ausgangsflansch (20) abgeschlossenen Hauptkörper (2);

- eine in dem Hauptkörper (2) gelagerte Welle (10), auf der Vortreiber (12) angebracht sind,

- Leftelemente (14), die im Inneren des Hauptkörpers (2) befestigt und abwechselnd mit den Vortreibern (12) angeordnet sind,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Welle (10) und die Vortreiber (12) einen Bausatz aus einem Stück bilden, von dem der Mittelteil des Hauptkörpers (2) aus mindestens ebenso viel Ringkörpern (3) gebildet ist, wie er Stufen aufweist, und daß jedes Leitelement (14) aus zwei Halbkränzen (14A, 14B) gebildet ist, die in einen Ringkörper (3) derart eingesetzt sind, daß ihre Anbringung um den aus der Welle (10) und den Vortreibern (12) gebildeten Bausatz herum möglich ist.

2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der aus der Welle (10) und den Vortreibern (12B) gebildete Bausatz aus einem einzigen Stück gebildet ist, aus dem die Vortreiber (12B) herausgearbeitet sind.

3. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vortreiber (12A) Kränze sind, die auf die Welle (10A) aufgeschrumpft sind.

4. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Flansche (6, 20) an den äußeren Enden des Hauptkörpers mit Hilfe von Bolzen (4) gehalten werden.

5. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekemizeichnet, daß die Welle (10) ein Rohr ist und an seinen Enden von zwei Lagerständern (16, 18) abgeschlossen ist, die die drehfreie Lagerung der Welle (10) in dem Hauptkörper (2) mittels Lagern (17, 19) ermöglichen.

6. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, zum Pumpen von zweiphasigen Strömungsmitteln.