DE102006061971A1 - Doppelflutige Schraubenspindelpumpe - Google Patents

Abstract

Doppelflutige Schraubenspindelpumpe, insbesondere zur Förderung von Mehrphasengemischen, mit einem Gehäuse, in dem wenigstens eine Antriebsspindel und wenigstens eine Laufspindel aufgenommen ist, die ineinandergreifen und mit dem Gehäuse einander gegenüberliegende Förderkammern bilden, wobei die Profilpakete (10, 11) der Spindeln (3, 4) derart ausgebildet sind, dass die gegenüberliegenden Förderkammern zeitversetzt öffnen.

Description

• Die Erfindung betrifft eine doppelflutige Schraubenspindelpumpe, insbesondere zur Förderung von Mehrphasengemischen, mit einem Gehäuse, in dem wenigstens eine Antriebsspindel und wenigstens eine Laufspindel aufgenommen ist, die ineinander greifen und mit dem Gehäuse einander gegenüberliegende Förderkammern bilden.
• Schraubenspindelpumpen werden bei vielfältigen Anwendungen eingesetzt, um Fluide zu fördern. Dabei kann es sich sowohl um einphasige Medien wie zum Beispiel Rohöl oder Erdöl handeln, in vielen Fällen liegen jedoch auch Mehrphasengemische vor, bei denen zum Beispiel Rohöl und Erdgas gemeinsam gefördert werden.
• Herkömmliche Schraubenspindelpumpen können zweispindelig ausgeführt und dadurch hydraulisch schubausgeglichen sein. Sie zeichnen sich durch einen berührungslosen Lauf des Spindelpaketes aus, bei dem jeglicher Kontakt des Spindelpaketes mit dem Gehäuse vermieden ist. Durch die Profilgeometrie der beiden sich drehenden Spindeln werden abgedichtete Kammern gebildet. Die Spindeln können beispielsweise zweigängig ausgebildet sein, die zweigängige Antriebsspindel rotiert dabei dichtkämmend mit der zweigängigen Laufspindel im Pumpengehäuse, die das Spindelpaket mit engem Spiel umschließt. Die Schraubenspindelpumpe fördert das Medium dabei kontinuierlich von den beiden Seiten zum Druckraum.
• Wenn Flüssigkeiten gefördert werden, ergibt sich bei Schraubenspindelpumpen normalerweise ein linearer Druckaufbau entlang der Spindelrichtung. Beim Fördern von gasbeladenen Medien kann der Druckaufbau teilweise oder ganz zur Druckseite hin verschoben sein. Dabei kann es vorkommen, dass die Verdichtung der Gasphase teilweise oder vollständig erst beim Öffnen der Förderkammern zur Auslassseite hin erfolgt. Dieser Effekt hat zwei Auswirkungen auf das Verhalten der Schraubenspindelpumpe. Einerseits erhöht das aus der Druckseite in die Förderkammer rückexpandierende Fördermedium die Pulsationsamplitude der Schraubenspindelpumpe. Andererseits alternieren die aus dem Druckaufbau entlang des Spindelprofils resultierenden Reaktionskräfte auf die Spindeln in axialer Richtung und induzieren dadurch eine erzwungene Schwingung der Spindeln in Abhängigkeit der Umdrehungsgeschwindigkeit der Spindeln. Beide Effekte können zu inakzeptabel hohen Schwingungen der Schraubenspindelpumpe oder daran angebauter Komponenten führen, die nachteilig sind und eventuell zu einer Verkürzung der Lebensdauer beitragen.
• Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Schraubenspindelpumpe anzugeben, bei der die Pulsations- und Schwingwerte bei der Förderung von Mehrphasengemischen verringert sind.
• Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer doppelflutigen Schraubenspindelpumpe der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Profilpakete der Spindeln derart ausgebildet sind, dass die gegenüberliegenden Förderkammern zeitversetzt öffnen.
• Bei herkömmlichen Schraubenspindelpumpen sind die beiden gegenüberliegenden Profilpakete symmetrisch ausgebildet, sodass die Förderkammern jeweils gleichzeitig öffnen und schließen, wodurch sich die beschriebenen Schwingungen und Resonanzeffekte ergeben. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass die unerwünschten Pulsationen, Schwingungen und Resonanzerscheinungen erheblich verringert oder sogar vollständig vermieden werden können, wenn die Profilpakete so gestaltet sind, dass die gegenüberliegenden Förderkammern zeitversetzt öffnen. Durch diese Modifikation kann eine Halbierung der Pulsations- und Vibrationsamplituden erzielt werden. Die Tatsache, dass sich die Frequenz dieser Schwingungen dadurch verdoppelt, ist nicht nachteilig. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, dass durch das zeitversetzte Öffnen der Förderkammern auch in angebauten oder nachgeschalteten Komponenten, z. B. in einem Rohrleitungssystem, Resonanzerscheinungen verringert oder ganz ausgeschlossen werden.
• Bei der erfindungsgemäßen Schraubenspindelpumpe kann das zeitversetzte Öffnen der Förderkammern bewirkt werden, indem die beiden gegenüberliegenden Abschnitte der Profilpakete unsymmetrisch ausgebildet sind. Dadurch öffnen die gegenüberliegenden Förderkammern zwingend zeitversetzt, sodass sich der gewünschte Effekt einstellt.
• Gemäß einer ersten Variante der erfindungsgemäßen Schraubenspindelpumpe kann wenigstens ein Profilpaket axial abgedreht sein. Dazu wird ein herkömmliches, symmetrisches Profilpaket spanend bearbeitet, sodass das Öffnen und Schließen der entsprechenden Förderkammer nicht mehr symmetrisch zu der gegenüberliegenden Förderkammer erfolgt.
• Alternativ kann es bei der erfindungsgemäßen Schraubenspindelpumpe vorgesehen sein, dass die einander gegenüberliegenden Abschnitte der Profilpakete gegeneinander verdreht sind. Bei dieser Variante ist eines der Profilpakete gegenüber dem anderen Profilpaket um einen Winkel von 30 bis 60° verdreht, vorzugsweise beträgt die Verdrehung der Profilpakete 45°.
• Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert. Die Figuren sind schematische Darstellungen und zeigen:
• 1 eine erfindungsgemäße doppelflutige Schraubenspindelpumpe in einer teilweise geschnittenen Ansicht; und
• 2 die Laufspindel der Schraubenspindelpumpe von 1.
• Die in 1 gezeigte Schraubenspindelpumpe 1 umfasst ein Gehäuse 2, in dem eine Antriebsspindel 3 und eine Laufspindel 4 berührungslos ineinander kämmen. Durch die Profilgeometrie der beiden sich drehenden Spindeln 3, 4 werden bei der Drehung zusammen mit dem Gehäuse 2 abgedichtete Förderkammern gebildet. Die zweigängige Antriebsspindel 3 rotiert dichtkämmend mit der zweigängigen Laufspindel 4 im Gehäuse 2, die das Spindelpaket mit engem Spiel umschließt. Die Antriebsspindel 3 wird von einem externen, nicht dargestellten Antrieb gedreht, über ein Zahnradgetriebe 5 sind die Bewegungen der Spindeln 3, 4 mitein ander gekoppelt. Das zu fördernde Medium gelangt von den beiden Saugseiten 6, 7 kontinuierlich in axialer Richtung zum Druckraum 8, ohne dass dabei Turbulenzen entstehen. Das geförderte Medium tritt durch einen Auslass 9 aus dem Gehäuse 2 aus. Die weiteren in 1 gezeigten Bestandteile der Schraubenspindelpumpe 1, insbesondere die Lagerung der Spindeln 3, 4 sowie die Komponenten für die Schmierung rotierenden Bauteile sind an sich bekannt und werden an dieser Stelle nicht näher beschrieben.
• 2 zeigt die Laufspindel 4, die gegenüberliegende Profilpakete 10, 11 aufweist. Bei herkömmlichen Schraubenspindelpumpen sind die gegenüberliegenden Profilpakete symmetrisch aufgebaut, sodass das Öffnen und Schließend der gegenüberliegenden Förderkammern jeweils synchron erfolgt. Wie in 2 zu sehen ist, sind die Endabschnitte der Profilpakete 10, 11 im Bereich des Druckraums 8 unsymmetrisch ausgebildet. Zur Herstellung der in 2 gezeigten Laufspindel wurde eine herkömmliche Laufspindel in dem Bereich 12 axial abgefräst, sodass sich der Profilstart 13 im rechten Abschnitt an einer anderen Stelle als der Profilstart 14 im linken Abschnitt befindet. Dieser Unterschied, der auch als Verdrehung oder Winkelversatz angesehen werden kann, beträgt in dem dargestellten Ausführungsbeispiel ca. 45°, in der Praxis liegt die Verdrehung vorzugsweise zwischen 30 und 60°.
• Durch die Modifikation der Profilpakete 10, 11 wird ein zeitversetztes Öffnen der gegenüberliegenden Förderkammern erreicht. Versuche haben gezeigt, dass die Pulsations- und Vibrationsamplituden dadurch etwa halbiert werden können, als weiterer positiver Effekt werden Resonanzerscheinungen in angebauten Bauteilen, etwa Rohrleitungen, verringert oder vollständig vermieden.
• Das der Erfindung zugrunde liegende Prinzip kann auch bei anders aufgebauten Schraubenspindelpumpen eingesetzt werden, beispielsweise bei Pumpen, die drei oder mehr Spindeln aufweisen. Daneben sind Ausführungen denkbar, bei denen die Spindeln im Vergleich zu dem dargestellten Ausführungsbeispiel entgegengesetzt laufen, sodass das geförderte Medium jeweils von der Mitte nach außen transportiert wird, in diesem Fall ist wenigstens ein Profilpaket an seinem äußeren Ende modifiziert, zum Beispiel durch Abfräsen.

Claims (5)

1. Doppelflutige Schraubenspindelpumpe, insbesondere zur Förderung von Mehrphasengemischen, mit einem Gehäuse, in dem wenigstens eine Antriebsspindel und wenigstens eine Laufspindel aufgenommen ist, die ineinandergreifen und mit dem Gehäuse einander gegenüberliegende Förderkammern bilden, dadurch gekennzeichnet, dass die Profilpakete (10, 11) der Spindeln (3, 4) derart ausgebildet sind, dass die gegenüberliegenden Förderkammern zeitversetzt öffnen.
2. Schraubenspindelpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden gegenüberliegenden Abschnitte der Profilpakete (10, 11) unsymmetrisch ausgebildet sind.
3. Schraubenspindelpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Profilpaket (11) axial abgedreht ist.
4. Schraubenspindelpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die einander gegenüberliegenden Abschnitte der Profilpakete (10, 11) gegeneinander verdreht sind.
5. Schraubenspindelpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdrehung der Profilpakete (10, 11) 30 bis 60°, vorzugsweise 45°, beträgt.