DE967215C - Elektromagnetisch angetriebene Membranpumpe zur Fluessigkeitsfoerderung aus Bohrloechern - Google Patents

Description

• Elektromagnetisch angetriebene Membranpumpe zur Flüssigkeitsförderung aus Bohrlöchern Zur Förderung von Flüssigkeiten aus Bohrlöchern werden vielfach Tauchkreiselpumpen verwendet, die mit ihrem elektrischen Antriebsmotor zu einem in das Bohrloch abgesenkten und in die Förderflüssigkeit eintauchenden Maschinensatz vereinigt sind. Derartige Motortauchpumpen setzen die Verwendung eines Kurzschlußläufermotors voraus und können infolgedessen nur mit Wechsel-bzw. Drehstrom betrieben werden. Sie kommen hauptsächlich für mittlere und größere Leistungen in Betracht, sind aber für den Einbau in enge Bohrlöcher nicht geeignet, da ihr Durchmesser wegen Verwendung umlaufender Flügelräder ein bestimmtes Maß nicht unterschreiten kann. Auch die bisher bekannten elektromagnetisch angetriebenen Membranpumpen, deren Membran mit dem Magnetanker verbunden ist, sind nach ihrer ganzen Bauweise zur Verwendung in Bohrlöchern nicht geeignet. Es sind zwar mechanisch angetriebene Membranpumpen bekannt, deren Antriebssystem durch die Membran gegen die Förderflüssigkeit, z. B. Viskose, abgedichtet ist, jedoch können diese Pumpen ebenfalls nicht in Bohrlöcher abgesenkt werden.
• Aufgabe der Erfindung ist es, eine für beliebige Leistungen sowie für den Antrieb mit Gleich- und Wechselstrom geeignete elektromagnetisch angetriebene Membranpumpe zu schaffen, die in Bohrlöcher absenkbar ist. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß in dem von der Membran gegen die Förderflüssigkeit abgedichteten Gehäuse mehrere Magnetspulen paarweise übereinander untergebracht sind, deren für je zwei Spulen gemeinsame Anker miteinander gekuppelt sind und zwischen einer am unteren Ende des Gehäuses angeordneten Feder und der im oberen Gehäuseteil eingespannten Membran frei beweglich hin und her schwingen, wobei die einzelnen Spulen jedes Magnetsystems in an sich bekannter Weise in Gegentaktschaltung abwechselnd erregt werden.
• Durch eine derartige Ausgestaltung der Membranpumpe kann bei kleinem Durchmesser, wie er für den Einbau der Pumpe in enge und tiefe Bohrlöcher, z. B. in tiefe Erdölsonden, notwendig ist, die für die Flüssigkeitsförderung auch aus großer Tiefe notwendige Leistung erreicht werden. Bei Erregung der jeweils oberen Spule des Magnetsystems werden die zwischen der im Gehäusefuß angeordneten Feder und der im Gehäuseoberteil eingespannten, infolge ihrer Elastizität ebenfalls ein federndes Glied darstellenden Membran hin und her schwingenden, miteinander gekuppelten Anker sämtlicher Magnetsysteme in Richtung der Membran beschleunigt und erhalten durch die in der Feder gespeicherte Energie einen zusätzlichen Stoß gegen die Membran. Da diese das Magnetsystem gegen die Förderflüssigkeit abdichtet, können sich die Anker in einem Luftraum bewegen oder eine Ölschmierung erhalten, so daß ihre kinetische Energie voll auf die Membran einwirken kann, die im Pumpenraum einen hohen Förderdruck ergibt. Wird die Entfernung der beiden Endstellungen der Anker, also deren Hub, vergrößert, so nimmt ihre kinetische Energie zu, und die auf 'die Membran wirkenden Drücke und damit auch der Förderdruck der Pumpe werden höher. Wählt man für die Anker einen kleineren Hub unter entsprechender Verringerung des Abstandes der Endstellungen, so erhält man geringere Drücke, aber eine größere Fördermenge. Den günstigsten Arbeitspunkt bei höheren Drücken kann man in einfacher Weise z. B. dadurch erreichen, daß die Anker durch Unterlegen von Platten unter die Feder so weit nach oben geschoben werden, daß ein an dem oberen Anker vorgesehener, auf die Membran einwirkender Antriebsstößel mit seinem Ende über die Auflagefläche der Membran hinausragt. Die Anker gelangen dann beim Arbeiten der Pumpe unter größerem Druck infolge des Gegendrucks der Membran in eine günstige Schwingstellung, wodurch eine optimale Arbeitsweise der Pumpe erhalten wird.
• Das von den Spulen des Magnetsystems erzeugte Magnetfeld braucht wegen der Selbstinduktion der Spulen eine gewisse Zeit zum Verschwinden. Dieser Vorgang wird durch die abwechselnde Erregung der Spulen :in Gegentaktschaltung beschleunigt, denn nach dem durch die eine Spule gelangten Impuls erfolgt der andere Impuls durch die andere Spule in solcher Richtung, daß ein zwischen beiden Spulen befindlicher Eisenring abwechselnd einen Nord- und Südpol bildet. Durch diese Umkehr der Magnetisierung wird eine schnellere Vernichtung des induzierten Feldes und damit eine wesentliche Vergrößerung der Amplitude des Schwingankers erreicht. Dies ermöglicht eine weitgehende Anpassung der Schwingungen der Anker an die Druckverhältnisse und die Fördercharakteristik der Pumpe. Die Vereinigung dieser in Gegentaktschaltungerfolgenden Erregung der einzelnen Spulen mit der frei schwingenden Anordnung der Anker ergibt daher eine zur Förderung insbesondere von Erdöl aus tiefen und engen Bohrlöchern hervorragend geeignete Pumpe, die sich auch im praktischen Betrieb gut bewährt hat und neben ihren günstigen Fördereigenschaften auch eine hohe Betriebssicherheit aufweist, da das elektromagnetische Antriebssystem durch die Membran vollständig gegen die Förderflüssigkeit abgekapselt ist, so daß die in dieser enthaltenen Verunreinigungen, wie Sand 'u. dgl., auf das Antriebssystem der Pumpe nicht einwirken können. Da die Pumpe außerdem beim Betrieb infolge überflutung durch die Förderflüssigkeit keinen nennenswerten Erwärmungen ausgesetzt ist, wirkt sich dies weiter günstig auf die Betriebssicherheit aus.
• Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung im Längsschnitt zum Teil schematisch dargestellt.
• In einem rohrförmigen Gehäuse 9 sind zwei aus den Spulen 22 und 23 bzw. 22' und 23' bestehende Magnetsysteme übereinander angeordnet, die an beiden Seiten mit je einem Eisenring io armiert sind. Der oberste Eisenring io Liegt an einem Block i i an, dessen oberes Ende eine Auflagefläche für eine elastische Membran 25 bildet. Diese ist mit ihrem Rand zwischen Block i i und Gehäusedeckel 14 eingespannt. Letzterer begrenzt den Pumpenraum 13, -der über ein Druckventil 16 mit der Förderleitung 15 und über ein Saugventil 17 mit der die Pumpe überflutenden Förderflüssigkeit in Verbindung steht.
• Beide Spulen 22, 23 bzw. 22', 23' des Magnetsystems haben je einen gemeinsamen Anker 21 bzw. 21'. Anker 2i ist mit dem darunterliegenden Anker 21' durch eine Kupplung 2o verbunden, die an den beiden in den mittleren Eisenringen io geführten zapfenförmigen Ansätzen i9, i9' der beiden Anker 21, 21' befestigt ist. Der obere Anker 21 hat einen in dem Gehäuseblock i i geführten zylindrischen Zapfen 2q., der an der Membran 25 anliegt, während Anker 21' einen eiZie Scheibe 28 tragenden Zapfen 27 aufweist und an seinem unteren, schwächer ausgeführten Ende 29 in einem Ansatz 3o des Gehäusebodens 31 geführt ist. Zwischen diesem und der Scheibe 28 ist eine Druckfeder 26 angeordnet. Beide Anker 21, 21' sind zwischen Membran 25 und Feder 26 frei beweglich abgestützt.
• Die Spulen 22 und 23 bzw. 22', 23' sind über Einweggleichrichter 32 und 33 bzw. 32' 33' in solcher Weise an ein Wechselstromnetz angeschlossen, daß sie im Gegentakt abwechselnd erregt werden. Bei Erregung der Spulen 2,2,:22' werden die Anker 21, 21' nach oben gezogen, so daß die Membran 25 über den Zapfen 24 nach oben bewegt und die in dem Pumpenraum I3 enthaltene Flüssigkeit in die Förderleitung I5 gedrückt wird. Wird der Strom in den Spulen 22, 22' unterbrochen und über die Gleichrichter 30, 33' den Spulen 23, 23' zugeführt, so werden die Anker 2I, 21' zurückgezogen, wobei die Feder 26 gespannt und infolge der Druckdifferenz zwischen dem Pumpenraum I3 und der über diesem stehenden Flüssigkeitssäule Flüssigkeit durch das Saugventil I6 in den Pumpenraum gelangt und die Membran 25 in ihre Ausgangsstellung zurückbewegt wird. Sollte diese Druckdifferenz, z. B. wegen zu geringer Tauchtiefe der Pumpe, zur Zurückführung der Membran 25 nicht ausreichen, so kann im Pumpenraum 13 eine zusätzliche Hilfsfeder vorgesehen werden, die an der Membran anliegt. Die beiden Anker 21, 2I' schwingen also bei abwechselnder Erregung der Spulen 22, 23 bzw. 22', 23' zwischen Membran 25 und Feder 26 frei hin und her. Da für den Saughub weniger Leistung als für den Förderhub erforderlich ist, wird die beim Saughub nicht verbrauchte Energie in der Feder 26 aufgespeichert, die beim Förderhub ihre Energie auf die Anker 2I, 2I' abgibt.
• Beim Betrieb der Pumpe aus einem Gleichstromnetz können an Stelle der Gleichrichter Zerhacker, Quecksilberschalter oder andere Impulsgeber bzw. Stromunterbrecher vorgesehen sein.
• Die gemäß der-Erfindung ausgebildete Membranpumpe ergibt bei kleinem Durchmesser des Pum-

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: Elektromagnetisch angetriebene Membranpumpe zur Flüssigkeitsförderung aus Bohrlöchern mit einem von der Membran gegen die Förderflüssigkeit abgedichteten Gehäuse, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Gehäuse (9) mehrere Magnetspulen (22, 23, :22', 23') paarweise übereinander untergebracht sind, deren für je zwei Spulen (22, 23) gemeinsame Anker (21) miteinander gekuppelt sind und zwischen einer am unteren Ende (31) des Gehäuses (9) angeordneten Feder (26) und der im oberen Gehäuseteil (I4) eingespannten Membran (25) frei beweglich hin und her schwingen, wobei die einzelnen Spulen (22, 23) jedes Magnetsystems in an sich bekannter Weise in Gegentaktschaltung abwechselnd erregt werden. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 853 561, 815 904, 68I 84I, 6o8 030, 594 553, 555 816, 493 738-468 I13, 382 940, 358 224; USA.-Patentschriften Nr. 2 267 272, 2 198 5o6; französische Patentschrift Nr. 6o9 654; Elektrotechnische Zeitschrift, 1g29, Heft 29, S. 1037 bis lo4o. pengehäus-es 9 eine beträchtliche Förderleistung, so daß sie zum Einbau in sehr enge Rohrbrunnen oder Bohrlöcher großer Tiefe geeignet .ist.