EP1132620A2 - Getriebe für eine Tiefbohrlochpumpe - Google Patents

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EP1132620A2 EP01103803A EP01103803A EP1132620A2 EP 1132620 A2 EP1132620 A2 EP 1132620A2 EP 01103803 A EP01103803 A EP 01103803A EP 01103803 A EP01103803 A EP 01103803A EP 1132620 A2 EP1132620 A2 EP 1132620A2
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gear
pump
input shaft
transmission
output shaft
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A Friedrich Flender AG
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    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C14/00—Control of, monitoring of, or safety arrangements for, machines, pumps or pumping installations
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C13/00—Adaptations of machines or pumps for special use, e.g. for extremely high pressures
    • F04C13/008—Pumps for submersible use, i.e. down-hole pumping
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F04C15/00—Component parts, details or accessories of machines, pumps or pumping installations, not provided for in groups F04C2/00 - F04C14/00
    • F04C15/0057—Driving elements, brakes, couplings, transmission specially adapted for machines or pumps
    • F04C15/0061—Means for transmitting movement from the prime mover to driven parts of the pump, e.g. clutches, couplings, transmissions

Definitions

  • the invention relates to a transmission for one in one Conveyor pump set up in a deep borehole with the characteristics of The preamble of claim 1.
  • Rotating deep well pumps, especially for production of petroleum are placed at the foot of a borehole. you will be over a rotating rod that protrudes beyond the borehole, driven by an electric motor via a gearbox.
  • the Actuator rod has only one in relation to its length small diameter. When introducing a torque to The drive of the deep borehole pump twists the drive rod in the elastic range and thus acts as a torsion spring can store a lot of energy according to its length. At the Switching off the electric motor or even in the event of a power failure stored energy released and over the Transmission output shaft in the transmission and the electric motor initiated.
  • WO 97/10437 describes a drive for a deep borehole pump known in which a liquid pump for controlled degradation the stored energy from the transmission output shaft is used.
  • the liquid pump is over one Overrunning clutch connected to a shaft of the transmission.
  • the Rotational movement initiated in the liquid pump. This sucks the liquid pump from a reservoir a viscous Liquid and feeds this again via a throttle valve back.
  • the throttle valve is set or dimensioned so that a gradual degradation of the stored energy takes place and the drive in the permissible speed range remains.
  • the invention has for its object the generic To design gearboxes so that the input shaft is horizontal is arranged and that the stored energy from the Output shaft can be dismantled in a controlled manner in a simpler manner can.
  • a gear pump is in the transmission integrated, which acts as a reverse brake.
  • the input shaft can necessarily vertically arranged output shaft horizontally become. This creates a compact gearbox overall Drive a deep well pump.
  • the invention is based on the idea that a Gear pump for the conveyance of liquids, as is known Delivery direction depends on the direction of rotation. In the Invention this is so by the arrangement of the gear pump exploited that in the operating direction of rotation of the gearbox air is sucked in on the inlet side and therefore none Liquid delivery takes place.
  • the opposite Direction of rotation that occurs when the gearbox through the stored energy from the output shaft of the transmission and the associated drive linkage of the deep well pump is driven, fluid is conveyed and pressure built up because the inlet side is below the Liquid level. Oil becomes the liquid used, which also serves as a lubricating oil for lubricating the Gearbox serves.
  • the oil is pumped into a pressure chamber.
  • the Pressure chamber is connected to the gearbox interior via a throttle connected.
  • the throttle causes an increase in pressure and thus controlled reduction of the stored energy. With increasing speed increases the torque of the gear pump, which is used for braking.
  • the gearbox is an angular gearbox and has a horizontal one Input shaft 2 on one end in a gear housing 1 protrudes and at this end one with external teeth provided bevel pinion 3 carries. To the outside end of the Input shaft 2 engages a drive, not shown, for. B. a Electric motor.
  • the input shaft 2 is in two bearings 4.1, 4.2 stored, which can be the same or different.
  • the bevel pinion 3 meshes with a corresponding one External toothing provided bevel gear 6, which is on a vertical arranged, hollow output shaft 5 is rotatably attached.
  • the Output shaft 5 is in two bearings 7, 8 and in a thrust bearing 9 stored in the gear housing 1.
  • the output shaft 5 is over a rod rod, not shown, with a likewise Feed pump, not shown, arranged in a deep borehole connected. This feed pump is used to extract petroleum.
  • the interior of the gear housing 1, in which the bevel pinion 3rd and revolve around the bevel gear 6 is partially up to one designed liquid level with lubricating oil filled.
  • the gear housing 1 is on one side through a cover 19 closed. On the opposite side are on the Gearbox housing 1 screwed two bearing flanges 12, 14 in which the bearings 4 supporting the input shaft 2 are provided. Out the input shaft 2 is sealed to the outer bearing flange led out.
  • a pump flange is located between the two bearing flanges 12, 14 13 clamped, which has an inner cavity. Within the cavity of the pump flange 13 is on the input shaft 2, a first gear 10 is attached in a rotationally fixed manner. The first gear 10 forms with a second one in the cavity of the pump flange 13 arranged gear 11 a gear pump.
  • the one pump chamber 15 of the gear pump stands with the Lube-filled interior of the gearbox 1 below of the liquid level in connection.
  • the other Pump chamber 16 is connected to a return flow channel 18, which in the interior of the gear housing 1 above the Liquid level empties.
  • a throttle 17 installed in the return flow channel 18 .

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Abstract

Das Getriebe für eine in einem Tiefbohrloch aufgestellte Förderpumpe besteht aus einem Zahnradgetriebe mit einem auf einer Eingangswelle (2) angeordneten Ritzel und einem mit dem Ritzel in Eingriff stehenden Rad, das auf einer vertikalen, die Förderpumpe antreibenden Abtriebswelle (5) angeordnet ist. Das Getriebe ist als Winkelgetriebe mit.einem auf der Eingangswelle (2) angeordneten Kegelritzel (3) und einem auf der Abtriebswelle (5) angeordneten Kegelrad (6) ausgebildet. Auf der Eingangswelle (2) ist ein Zahnrad (10) angeordnet, das mit einem zweiten Zahnrad (11) eine Zahnradpumpe bildet, die entgegen der Betriebsdrehrichtung des Getriebes Flüssigkeit fördert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Getriebe für eine in einem Tiefbohrloch aufgestellte Förderpumpe mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1.
Rotierende Tiefbohrlochpumpen, insbesondere für die Förderung von Erdöl, werden am Fuß eines Bohrloches angeordnet. Sie werden über eine rotierende Stange, die über das Bohrloch hinausragt, über ein Getriebe von einem Elektromotor angetrieben. Die Antriebsstange hat im Verhältnis zu ihrer Länge nur einen geringen Durchmesser. Bei Einleitung eines Drehmomentes zum Antrieb der Tiefbohrlochpumpe verdrillt sich die Antriebsstange im elastischem Bereich und wirkt somit als Torsionsfeder, die entsprechend ihrer Länge sehr viel Energie speichern kann. Beim Abschalten des Elektromotors oder auch bei Stromausfall wird die gespeicherte Energie freigegeben und über die Getriebeausgangswelle in das Getriebe und den Elektromotor eingeleitet. Da die Laufwiderstände von Getriebe und Motor nur gering sind und das Getriebe entsprechend seiner Übersetzung die Drehzahl noch erhöht, können durch die gespeicherte Energie beim Rücklaufen sehr hohe Geschwindigkeiten auftreten, die den gesamten Antrieb explosionsartig zerstören können. Der Antrieb muss somit mit einer Bremsvorrichtung ausgerüstet sein, die einen kontrollierten Abbau der gespeicherten Energie möglich macht. Mechanische Reibungsbremsen haben den Nachteil, dass sie schlecht zu dosieren sind, einem hohen Verschleiß unterliegen und dass die Pumpenwelle unter Vorspannung verbleibt (Unfallgefahr).
Aus der WO 97/10437 ist ein Antrieb für eine Tiefbohrlochpumpe bekannt, bei dem eine Flüssigkeitspumpe zum kontrollierten Abbau der gespeicherten Energie aus der Getriebeausgangswelle verwendet wird. Die Flüssigkeitspumpe ist über eine Freilaufkupplung mit einer Welle des Getriebes verbunden. Bei normalem Betrieb, das heißt bei Förderdrehrichtung der Tiefbohrlochpumpe wird keine Drehbewegung von dem Freilauf übertragen. Bei entgegengesetzter Drehrichtung wird die Drehbewegung in die Flüssigkeitspumpe eingeleitet. Hierbei saugt die Flüssigkeitspumpe aus einem Reservoir eine viskose Flüssigkeit an und fördert diese über ein Drosselventil wieder zurück. Das Drosselventil ist so eingestellt bzw. dimensioniert, dass während des Rückdrehens ein allmählicher Abbau der gespeicherten Energie stattfindet und der Antrieb dabei im zulässigen Drehzahlbereich bleibt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das gattungsgemäße Getriebe derart zu gestalten, dass die Eingangswelle horizontal angeordnet ist und dass die gespeicherte Energie aus der Abtriebswelle in einfacherer Weise kontrolliert abgebaut werden kann.
Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Getriebe erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist Gegenstand des Unteranspruches.
Bei der Erfindung ist in das Getriebe eine Zahnradpumpe integriert, die als Rücklaufbremse wirkt. Durch die Verwendung eines Winkelgetriebes kann die Eingangswelle bei notwendigerweise vertikaler Abtriebswelle horizontal angeordnet werden. Dadurch entsteht insgesamt ein kompaktes Getriebe zum Antrieb einer Tiefbohrlochpumpe.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, dass bei einer Zahnradpumpe zur Förderung von Flüssigkeiten bekanntlich die Förderrichtung von der Drehrichtung abhängig ist. Bei der Erfindung wird dieses durch die Anordnung der Zahnradpumpe so ausgenutzt, dass in der Betriebsdrehrichtung des Getriebes an der Einlaufseite Luft angesaugt wird und somit keine Flüssigkeitsförderung stattfindet. Bei entgegengesetzter Drehrichtung, die anfällt, wenn das Getriebe durch die gespeicherte Energie aus der Abtriebswelle des Getriebe und dem damit verbundenen Antriebsgestänge der Tiefbohrlochpumpe angetrieben wird, wird Flüssigkeit gefördert und Druck aufgebaut, da sich die Einlaufseite unterhalb des Flüssigkeitsspiegels befindet. Als Flüssigkeit wird Öl verwendet, das gleichzeitig als Schmieröl zur Schmierung des Getriebes dient. Das Öl wird in einen Druckraum gefördert. Der Druckraum ist über eine Drossel mit dem Getriebeinnenraum verbunden. Die Drossel bewirkt einen Druckanstieg und somit einen kontrollierten Abbau der gespeicherten Energie. Mit steigender Drehzahl erhöht sich das Drehmoment der Zahnradpumpe, welches zum Bremsen ausgenutzt wird.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1
den Längsschnitt durch ein Getriebe für eine Förderpumpe gemäß dem Schnitt I - I nach Fig. 2 und
Fig. 2
den Schnitt II - II nach Fig. 1.
Das Getriebe ist ein Winkelgetriebe und weist eine horizontale Eingangswelle 2 auf, die mit einem Ende in ein Getriebegehäuse 1 hineinragt und an diesem Ende ein mit einer Außenverzahnung versehenes Kegelritzel 3 trägt. An das außen liegende Ende der Eingangswelle 2 greift ein nicht gezeigter Antrieb, z. B. ein Elektromotor an. Die Eingangswelle 2 ist in zwei Lagern 4.1, 4.2 gelagert, die gleich oder unterschiedlich sein können.
Das Kegelritzel 3 kämmt mit einem mit einer entsprechenden Außenverzahnung versehenen Kegelrad 6, das auf einer vertikal angeordneten, hohlen Abtriebswelle 5 drehfest befestigt ist. Die Abtriebswelle 5 ist in zwei Lagern 7, 8 und in einem Axiallager 9 in dem Getriebegehäuse 1 gelagert. Die Abtriebswelle 5 ist über eine nicht gezeigte Gestängestange mit einer ebenfalls nicht gezeigten, in einem Tiefbohrloch angeordneten Förderpumpe verbunden. Diese Förderpumpe dient der Förderung von Erdöl.
Der Innenraum des Getriebegehäuses 1, in dem das Kegelritzel 3 und das Kegelrad 6 umlaufen, ist teilweise bis zu einem konstruktiv festgelegten Flüssigkeitsspiegel mit Schmieröl gefüllt.
Das Getriebegehäuse 1 ist an der einen Seite durch einen Deckel 19 verschlossen. An die gegenüberliegende Seite sind an das Getriebegehäuse 1 zwei Lagerflansche 12, 14 geschraubt, in denen die die Eingangswelle 2 tragenden Lager 4 vorgesehen sind. Aus dem äußeren Lagerflansch ist die Eingangswelle 2 abgedichtet hinausgeführt.
Zwischen den beiden Lagerflanschen 12, 14 ist ein Pumpenflansch 13 eingespannt, der einen inneren Hohlraum aufweist. Innerhalb des Hohlraumes des Pumpenflansches 13 ist auf der Eingangswelle 2 ein erstes Zahnrad 10 drehfest befestigt. Das erste Zahnrad 10 bildet mit einem zweiten in dem Hohlraum des Pumpenflansches 13 angeordneten Zahnrad 11 eine Zahnradpumpe.
Der eine Pumpenraum 15 der Zahnradpumpe steht mit dem mit Schmieröl gefüllten Innenraum des Getriebegehäuses 1 unterhalb des Flüssigkeitsspiegels in Verbindung. An den anderen Pumpenraum 16 ist ein Rückflusskanal 18 angeschlossen, der in den Innenraum des Getriebegehäuses 1 oberhalb des Flüssigkeitsspiegels einmündet. In dem Rückflusskanal 18 ist eine Drossel 17 eingebaut.
Während des Betriebes der durch das Getriebe angetriebenen Förderpumpe dreht sich zusammen mit der Eingangswelle 2 und dem Kegelritzel 3 das erste Zahnrad 10 der Zahnradpumpe in Richtung des Pfeiles 20. Dabei wird an der Einlaufseite im Pumpenraum 16 Luft angesaugt und durch die Zahnradpumpe in den mit Schmieröl gefüllten Innenraum des Getriebegehäuse 1 gefördert. Während des Betriebes verdrillt sich die Abtriebswelle 5 und die damit verbundene Gestängestange, die zu der Förderpumpe führt. Wird der Antrieb abgeschaltet, wird die so in der Abtriebswelle 5 und der Gestängestange durch Verdrillung gespeicherte Energie freigesetzt. Die freigesetzte Energie dreht über die Abtriebswelle 5 das Kegelritzel 3 und das damit über die Eingangswelle 2 verbundene erste Zahnrad 10 der Zahnradpumpe in Richtung des Pfeiles 21. Bei dieser Drehrichtung der Zahnradpumpe wird der Pumpenraum 15 zur Saugseite. Aus dem Pumpenraum 15, der mit dem Innenraum des Getriebegehäuses 1 unterhalb des Flüssigkeitsspiegel in Verbindung steht, fördert die Zahnradpumpe Schmieröl in den nun als Druckraum wirkenden Pumpenraum 16 und von dort über den Rückflusskanal 18 zurück in den Innenraum des Getriebegehäuses 1 zurück. Durch die in dem Rückflusskanal 18 angeordnete Drossel 17 wird ein Druck aufgebaut, der bewirkt, dass die Energie aus der Abtriebswelle 5 kontrolliert abgebaut wird.

Claims (2)

  1. Getriebe für eine in einem Tiefbohrloch aufgestellte Förderpumpe, bestehend aus einem Zahnradgetriebe mit einem auf einer Eingangswelle (2) angeordneten Ritzel und einem mit dem Ritzel in Eingriff stehenden Rad, das auf einer vertikalen, die Förderpumpe antreibenden Abtriebswelle (5) angeordnet ist, wobei das Ritzel und das Rad in einem teilweise mit Schmieröl gefüllten Innenraum umlaufen und wobei das Getriebe mit einer als Bremse wirkenden Flüssigkeitspumpe in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe als Winkelgetriebe mit einem auf der Eingangswelle (2) angeordneten Kegelritzel (3) und einem auf der Abtriebswelle (5) angeordneten Kegelrad (6) ausgebildet ist und dass auf der Eingangswelle (2) ein Zahnrad (10) angeordnet ist, das mit einem zweiten Zahnrad (11) eine Zahnradpumpe bildet, die entgegen der Betriebsdrehrichtung des Getriebes Flüssigkeit fördert.
  2. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der eine Pumpenraum (15) der Zahnradpumpe unterhalb des Flüssigkeitsspiegels und der andere Pumpenraum (16) über eine Drossel (17) oberhalb des Flüssigkeitsspiegels mit dem mit Schmieröl gefüllten Innenraum in Verbindung steht.
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